“單克隆抗體的制備”一節(jié)高階思維課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

李建芝 顧詠梅 劉 欣

（北京師范大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100052）

學(xué)生高階思維能力的培養(yǎng)是基礎(chǔ)教育深化改革的熱門課題。高階思維源于美國(guó)教育學(xué)家布盧姆的教育目標(biāo)分類學(xué)。布盧姆按照認(rèn)知的復(fù)雜程度，將思維過程具體化為6 個(gè)教學(xué)目標(biāo)，由低到高為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造。其中，記憶、理解、應(yīng)用通常被稱為低階思維，分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造被稱為高階思維。

基于核心目標(biāo)任務(wù)的問題串能引領(lǐng)學(xué)生思維的方向，不斷推動(dòng)學(xué)生思維向高階邁進(jìn)。問題串是以主問題為核心、子問題為支架的結(jié)構(gòu)化問題組合[1]。主問題是貫穿一節(jié)課的線索，子問題是聯(lián)系教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)活動(dòng)的紐帶。本文以“單克隆抗體的制備”為例，說(shuō)明基于問題串的高階思維課堂設(shè)計(jì)。

1 教材分析

“動(dòng)物細(xì)胞融合與單克隆抗體”是人教版高中生物學(xué)教材《選修3·現(xiàn)代生物科技專題》專題2“動(dòng)物細(xì)胞工程”第2 節(jié)的內(nèi)容，包括“動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史”“動(dòng)物細(xì)胞融合過程”“單克隆抗體制備”和“單克隆抗體應(yīng)用”4 個(gè)部分的內(nèi)容?！皢慰寺】贵w的制備”是這部分的重點(diǎn)和難點(diǎn)。該項(xiàng)技術(shù)流程較復(fù)雜，教材采用示意圖與文字相結(jié)合的方式，以利于學(xué)生理解。

2 學(xué)情分析

單克隆抗體制備實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、技術(shù)復(fù)雜, 對(duì)設(shè)備和藥品的要求較高,在中學(xué)現(xiàn)有條件下難以動(dòng)手實(shí)踐，內(nèi)容較為抽象，學(xué)生理解有一定難度。本節(jié)內(nèi)容知識(shí)綜合性很強(qiáng)，不僅涉及前面學(xué)習(xí)的動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，還與必修教材中的“細(xì)胞癌變”和“體液免疫”等知識(shí)相關(guān)，學(xué)生需要對(duì)上述內(nèi)容有較深刻的印象，并能將知識(shí)遷移運(yùn)用，才能更好地完成本節(jié)課的學(xué)習(xí)。

3 教學(xué)目標(biāo)

1）生命觀念：理解單克隆抗體技術(shù)的原理。2）科學(xué)思維：歸納與概括單克隆抗體的制備流程。

3）科學(xué)探究：針對(duì)人類生產(chǎn)或生活的某一需求，利用單克隆抗體技術(shù)原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。

4）社會(huì)責(zé)任：關(guān)注單克隆抗體的應(yīng)用。

4 教學(xué)重、難點(diǎn)

單克隆抗體的制備。

5 教學(xué)過程

5.1 情境導(dǎo)入，提出主問題 介紹禽流感（圖略）。人患禽流感死亡率高達(dá)60%。目前，國(guó)內(nèi)、外已有許多甲型流感病毒的抗原快速檢測(cè)試劑得到應(yīng)用，但是一般不能區(qū)分鑒別人流感病毒和禽流感病毒。主問題：如何制備只與禽流感病毒結(jié)合的高特異性抗體？

以真實(shí)性事件作為學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生面臨一個(gè)需要立即解決的現(xiàn)實(shí)問題；“如何制備只與禽流感病毒結(jié)合的高特異性抗體？”以此作為主問題，貫穿本節(jié)課的主線，并由此引發(fā)后續(xù)的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

5.2 溫故遷移，提出問題串1

問題串1：①抗體主要分布在哪里？②一種B細(xì)胞是否可分泌多種抗體？③怎樣制備禽流感病毒的抗體？④從小鼠血清中獲得的禽流感病毒抗體進(jìn)行疾病診斷時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)假陽(yáng)性，原因是什么？⑤怎樣純化某種抗體？

問題串的設(shè)置是發(fā)展高階思維的關(guān)鍵。問題串的難度應(yīng)梯度上升，讓所有學(xué)生最大限度地參與到學(xué)習(xí)的過程中，讓各層次學(xué)生的思維都能得到有效發(fā)展。

問題1、問題2 屬于記憶水平。單克隆抗體的制備是基于體液免疫的有關(guān)知識(shí)，因此，先復(fù)習(xí)回顧有關(guān)內(nèi)容，可為后續(xù)的學(xué)習(xí)掃除障礙。由問題3 可逐漸引申出后續(xù)問題。問題3 屬于應(yīng)用水平。學(xué)生具有免疫學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，不難作答。前3 個(gè)問題都屬于低階水平。

問題4 是啟發(fā)學(xué)生思考多克隆抗體的弊端，從而為后續(xù)理解單克隆抗體的“特異性強(qiáng)”作鋪墊。問題有一定難度，教師在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充。

原因1：制備抗體的動(dòng)物曾感染過其他抗原（圖1）。實(shí)驗(yàn)者從血清中得到的以為只是禽流感病毒抗體（即人們關(guān)注的抗體），但實(shí)際上還摻雜著人流感病毒抗體（實(shí)驗(yàn)者不知道其存在）；用獲得的抗體診斷其他患病動(dòng)物，若出現(xiàn)陽(yáng)性反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)者會(huì)認(rèn)為動(dòng)物感染了禽流感病毒（而事實(shí)上感染的可能是人流感病毒）。

圖1 多種抗原免疫動(dòng)物后獲得混合抗體

原因2：交叉反應(yīng)。如圖2 所示，甲、乙抗原有1 種相同的抗原決定簇，因此，用傳統(tǒng)方法制備的抗乙抗原抗體也會(huì)與甲抗原結(jié)合。

圖2 交叉反應(yīng)性抗原（示意圖）

問題4 屬于高階思維的分析水平。要求學(xué)生能分析知識(shí)間的聯(lián)系和關(guān)系，能運(yùn)用批判性思維從事物錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系網(wǎng)中尋找出事物間的有機(jī)聯(lián)系。

問題5 可訓(xùn)練學(xué)生的發(fā)散性思維，該問題涉及高階水平的分析及評(píng)價(jià)。學(xué)生分別從分開抗體、抗原決定簇、B 細(xì)胞、效應(yīng)B 細(xì)胞等角度展開討論。在學(xué)生充分回答的基礎(chǔ)上，教師組織學(xué)生評(píng)價(jià)，例如，傳統(tǒng)方法獲得的血清抗體是多種抗體的混合物，化學(xué)性質(zhì)非常相似，很難分離，需要綜合運(yùn)用電泳、色譜法等復(fù)雜操作才能分離純化；分離抗原決定簇不可行，工作量巨大，而且有的抗原決定簇是隱蔽的或是與周圍肽鏈的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)，無(wú)法分離；分離B 細(xì)胞也不可行，體內(nèi)B 細(xì)胞的種類很多，每種很少，很難知道哪一種B細(xì)胞是所需的，而且B 細(xì)胞活化需要淋巴因子等條件，體外很難實(shí)現(xiàn)；分離有功能的B 細(xì)胞（即效應(yīng)B 細(xì)胞）可行。但有新的困難：效應(yīng)B 細(xì)胞是高度分化的細(xì)胞，無(wú)法增殖。

5.3 聚焦新知，提出問題串2

問題串2：①怎樣獲得既能分泌抗體，又能“長(zhǎng)命”的細(xì)胞？②若采用細(xì)胞融合的方法，則與效應(yīng)B 細(xì)胞融合的癌細(xì)胞最好來(lái)自于什么系統(tǒng)的癌？③誘導(dǎo)細(xì)胞融合的方法有哪些？④只考慮兩兩融合，會(huì)有幾種情況？如何篩選出雜交瘤細(xì)胞？（出示資料：HAT 選擇培養(yǎng)基。略）⑤雜交瘤細(xì)胞是否都能分泌抗體？（出示資料：雜交瘤細(xì)胞的不穩(wěn)定性。主要內(nèi)容為：培養(yǎng)中的多數(shù)雜交瘤細(xì)胞不明原因地死亡，或抗體分泌停止。）⑥所有的雜交瘤細(xì)胞是否都是人們最終所需要的？

單克隆抗體制備過程中有2 步篩選，這里主要解決第1 次篩選。學(xué)生在學(xué)習(xí)了植物體細(xì)胞雜交之后，對(duì)于細(xì)胞融合、篩選雜交細(xì)胞并不陌生，因此，可采取提問的方式解決。

問題1 是開放性問題。學(xué)生思考問題的出發(fā)點(diǎn)不同，導(dǎo)致了答案的多樣化。學(xué)生聯(lián)系已學(xué)過的“誘變育種”“基因工程育種”“植物細(xì)胞工程育種”，可提出多種思路。讓學(xué)生“制造”出一種全新類型的細(xì)胞，學(xué)生的創(chuàng)造性思維在思考討論中得到發(fā)展。

問題2 是理解性問題，學(xué)生需要想到效應(yīng)B細(xì)胞屬于血細(xì)胞，故與之融合的癌細(xì)胞應(yīng)也來(lái)自于血細(xì)胞。

問題3 是簡(jiǎn)單的記憶性問題。學(xué)生回憶植物細(xì)胞融合即可作答，教師補(bǔ)充還可用滅活的病毒。

問題4 是本節(jié)課的第1 個(gè)難點(diǎn)。單抗制備過程中有2 次篩選，第1 次篩選出雜交瘤細(xì)胞的原理不難理解，而且并不需要學(xué)生掌握，為了節(jié)約時(shí)間，在此以拓展資料的形式出現(xiàn)，以開闊學(xué)生的視野，鍛煉其獲取信息的能力。

問題5 采取學(xué)生思考（學(xué)生經(jīng)過仔細(xì)思考能想到可能混有其他類型的細(xì)胞）和閱讀資料（學(xué)生想不到“雜交瘤細(xì)胞的不穩(wěn)定性”）的方式突破。

有了對(duì)“一種天然抗原往往有多種決定簇”“交叉反應(yīng)”等的認(rèn)識(shí)，學(xué)生略經(jīng)思考后可順利回答問題6。該問題屬于理解層次。

5.4 實(shí)驗(yàn)探究，提出問題串3

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模汉Y選出能分泌所需抗體的雜交瘤細(xì)胞。

實(shí)驗(yàn)思路：1）____________。2）特異性抗體檢測(cè)。3）篩選出能分泌所需抗體的雜交瘤細(xì)胞。

閱讀：有限稀釋法：用細(xì)胞培養(yǎng)液將雜交瘤細(xì)胞稀釋至每毫升含有7～8 個(gè)細(xì)胞，再按每孔0.1 mL，分別注入培養(yǎng)板。再用倒置相差顯微鏡嚴(yán)格檢查，確保每個(gè)孔最多只有1 個(gè)細(xì)胞（出示圖片：細(xì)胞計(jì)數(shù)器、倒置相差顯微鏡，圖略。出示細(xì)胞培養(yǎng)板實(shí)物）。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下：

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模豪瞄g接免疫熒光實(shí)驗(yàn)進(jìn)行特異性抗體檢測(cè)。

實(shí)驗(yàn)主要材料及儀器：禽流感病毒感染的細(xì)胞、人流感病毒感染的細(xì)胞、4%的多聚甲醛（可將細(xì)胞固定于細(xì)胞培養(yǎng)板上）、0.03%Triton-100（增加細(xì)胞膜的通透性）、PBS（沖洗用）、熒光標(biāo)記的羊抗鼠二抗（能與鼠源性抗體結(jié)合）、熒光顯微鏡、細(xì)胞培養(yǎng)板（可用于抗原-抗體反應(yīng)）等。

實(shí)驗(yàn)原理：“間接免疫熒光實(shí)驗(yàn)”是用特異性抗體與標(biāo)本中相應(yīng)抗原反應(yīng)后，再用熒光素標(biāo)記的第二抗體與抗原-抗體復(fù)合物中的第一抗體結(jié)合，洗滌后在熒光顯微鏡下觀察特異性熒光，可用于檢測(cè)第一抗體的有無(wú)等。

以小組為單位寫出主要的實(shí)驗(yàn)步驟并預(yù)測(cè)結(jié)果。

問題串3：①為什么要用0.03%Triton-100 增加細(xì)胞膜的通透性？②為什么要用4%的多聚甲醛將細(xì)胞固定于細(xì)胞培養(yǎng)板上？③實(shí)驗(yàn)中為什么需多次沖洗？④材料用具中沒有提供“待測(cè)抗體”，應(yīng)如何獲?。竣轂槭裁匆訜晒鈽?biāo)記的二抗？⑥預(yù)期結(jié)果如何？

對(duì)于第2 次篩選的方法和意義，教材沒有說(shuō)透，很多教師也沒有講透，給學(xué)生留下了“懸念”，這也是本節(jié)課所要解決的難點(diǎn)。問題串采取“分步走”的方式化解難點(diǎn)，首先，啟發(fā)學(xué)生說(shuō)出大致思路（即先要將細(xì)胞分開，然后再做特異性抗體檢測(cè)）?！疤禺愋钥贵w檢測(cè)”以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方式呈現(xiàn)，學(xué)生依據(jù)給定的材料用具、實(shí)驗(yàn)原理，寫出主要步驟并預(yù)測(cè)結(jié)果，旨在鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力，體驗(yàn)科學(xué)探究的過程。由于學(xué)生對(duì)所涉及的實(shí)驗(yàn)原理（間接免疫熒光實(shí)驗(yàn)）陌生，在此通過提問的方式幫助學(xué)生整理思路。

5.5 出示真實(shí)結(jié)果，提出問題串4

教師講解：研究人員利用動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)得到2 種單抗。根據(jù)前述“利用間接免疫熒光實(shí)驗(yàn)”的方法對(duì)2 種抗體進(jìn)行篩查。圖3 是其中一種抗體反應(yīng)的結(jié)果。圖3 左側(cè)是抗原-抗體反應(yīng)完畢后用熒光顯微鏡觀測(cè)到的現(xiàn)象。得到圖3 結(jié)果后，研究人員隨即又加入熒光染料DAPI（DAPI是一種能與DNA 強(qiáng)力結(jié)合的熒光染料）后觀測(cè)到圖3 右側(cè)現(xiàn)象。

圖3 一類單抗的免疫熒光檢測(cè)結(jié)果【2】

問題串4：①能否據(jù)圖3 左側(cè)判定此單抗就是所需的抗體？②圖3 右側(cè)的意義是什么？

學(xué)生預(yù)測(cè)完結(jié)果，教師再出示真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，旨在讓學(xué)生感受科學(xué)研究的真實(shí)性，體會(huì)學(xué)習(xí)的價(jià)值和解決問題的喜悅。逐步呈現(xiàn)2 幅圖，目的是讓學(xué)生領(lǐng)悟?qū)φ盏囊饬x，體會(huì)科研的嚴(yán)謹(jǐn)。

5.6 總結(jié)提升，提出問題串5

問題串5：①你能否給單克隆抗體下個(gè)定義？②單克隆抗體具有哪些優(yōu)點(diǎn)？③你能想到單克隆抗體有哪些應(yīng)用？④常規(guī)的單克隆抗體是鼠源性，注射給人體可能有哪些問題？應(yīng)如何改進(jìn)？

學(xué)生聯(lián)系多克隆抗體的特點(diǎn)、單克隆抗體制備過程下定義，可鍛煉抽象概括能力，教師也借此了解學(xué)生對(duì)“單克隆”是否理解到位。理解了單克隆抗體的含義，自然也就能概括其優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用。問題4 旨在讓學(xué)生意識(shí)到，單克隆抗體雖有突出的優(yōu)點(diǎn)，但仍有不足，“改進(jìn)鼠源性抗體”充分挖掘了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

總之，教師需在充分考慮教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生已有認(rèn)知的情況下,提煉并設(shè)計(jì)出貫穿課堂始末的核心大問題，大問題應(yīng)具備真實(shí)性和科學(xué)性。在大問題之下，設(shè)計(jì)一系列有內(nèi)在關(guān)聯(lián)的問題串，問題的難度以學(xué)生“跳一跳夠得著”為宜，這樣既有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，又能調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)思維的積極性。