“動物細胞培養”一節教學設計

史傳燕 （江蘇省海安市曲塘中學 江蘇南通 226661）

1 教材分析

“動物細胞培養”是人教版高中生物學選修3教材中“細胞工程專題”的一節內容。本節內容主要包含動物細胞培養的流程、條件及動物細胞培養的應用3 個部分內容，教材內容以描述性知識為主。本教學設計豐富了教材內容，以抗癌藥物的研發為主線，通過播放動物細胞培養的視頻、從大學教材和科研文獻中挖掘素材等，設計問題情境，讓學生在討論中內化知識，并基于真實的科研情境，設計表格、分析結果，從而發展學生的生物學核心素養。

2 教學目標

依據新課程標準的內容要求、學業要求和學業質量標準，圍繞培養學生核心素養的要求，制訂了教學目標：

1）通過觀看視頻、構建動物細胞培養過程的流程圖、閱讀資料等活動，能簡述動物細胞培養的過程和條件，并理解動物細胞貼壁生長和接觸抑制現象。

2）通過設計表格，分析結果，培養學生知識運用的能力、知識遷移的能力，同時提高科學探究能力。

3）聯系社會，關注化療藥物的研發，激發學生投身于生命科學研究的熱情。

3 教學過程

向學生展示2018 年全世界癌癥病人的數量并提出抗癌藥物研發的迫切性。抗癌藥物應用于臨床前需在體外培養癌細胞，觀察藥物對癌細胞的抑制情況，由此引入本節課。教師首先講解動物細胞培養的概念及原理。

3.1 觀看視頻，思考討論 播放對小鼠腎組織細胞進行原代培養的視頻，讓學生注意觀察操作環境及操作步驟。提出問題：①為什么選擇幼齡動物或動物胚胎作為動物細胞培養的材料？ ②為什么將腎組織分散時所用的酶是胰蛋白酶而不是胃蛋白酶？ ③為什么要控制胰蛋白酶的濃度及用量？

通過視頻資料，學生對動物細胞原代培養的流程有了清晰的認識，再通過問題了解動物細胞培養過程中的注意點。

3.2 理解概念，拓展延伸 動物細胞培養過程中涉及2 個現象：細胞貼壁、接觸抑制。教師可做適當拓展延伸和引導啟發，使學生知其所以然。用圖片展示細胞貼壁現象并解釋細胞不貼壁就會凋亡，所以細胞貼壁是細胞增殖、培養的基礎。大規模培養動物細胞時，常在培養瓶中放玻璃珠以增加細胞貼壁面積，有利于細胞增殖；動物細胞培養過程出現接觸抑制的原因是什么？ 這是細胞間的一種識別作用，當細胞增殖到一定程度而互相挨在一起時，細胞膜上的糖蛋白就會識別這種信息，進而使細胞停止增殖。由于接觸抑制的存在最終使細胞在培養瓶中形成單層細胞層［1］。在學生明確機理后，教師要求學生推測癌細胞是否存在接觸抑制？ 由于癌細胞表面糖蛋白減少使其不存在接觸抑制。

3.3 構建流程圖 在觀看動物細胞傳代培養的視頻之后，教師幫助學生梳理：原代培養和傳代培養是以第1 次分瓶為界限；傳代培養一般只能傳40~50 代的原因是大都數細胞會衰老、凋亡；有的細胞會突破極限獲得不死性。各種研究中一般選擇傳代培養10 代以內的動物細胞，以保持正常的二倍體核型。最后讓學生歸納總結流程圖（圖1）。

圖1 動物細胞培養過程流程圖

3.4 分析資料，分組討論 動物細胞培養需要哪些條件？ 教師展示3 個資料：

資料1：在動物細胞培養過程中要定期檢查細胞的異常情況，例如細胞隆起變圓，則提示細胞需要換液，培養基營養不足，可啟動細胞凋亡，細胞具有毒性的代謝產物的積累會使大多數細胞停止增殖。

資料2：血清的主要成分是蛋白質、多肽、各種促生長因子、氨基酸、脂類、碳水化合物、各種激素及維生素等，另有一些成分和作用尚未完全確定［2］。

資料3：動物細胞培養需要在含CO2的環境中孵育，CO2以氣體的形式溶解于培養基中與HCO3-達到平衡。

學生在閱讀資料的基礎上思考：①動物細胞的培養過程為什么要定期更換培養液？ ②添加血清的作用是什么？③動物細胞培養過程中5% CO2的作用是什么？

以上3 個資料是對教材中動物細胞培養條件的解釋和拓展，可培養學生的分析能力，并更全面地認識動物細胞培養的條件。

3.5 學以致用，升華情感 動物細胞培養技術具有哪些應用？教師展示科研情境：研究人員發現中藥紫檀茋對胃癌細胞有抑制作用，可用作化療藥物。為選擇合適的濃度和使用時間，為其在臨床上的使用提供依據，請設計實驗并用表格記錄實驗數據。

實驗材料：旺盛增殖的胃癌細胞、不同濃度的紫檀茋溶液（20 μmol／L、40 μmol／L、60 μmol／L、80 μmol／L、100 μmol／L、120 μmol／L、140 μmol／L），標準的動物細胞培養液，臺盼藍染液，血球計數板，顯微鏡等（注：分別在 24 h、48 h、72 h 后收集細胞）。

學生展示設計的表格，并簡單描述實驗過程。最后教師呈現科學家所做的實驗結果（圖2），提問：科學家為什么選擇 40 μmol／L 的紫檀茋作為化療藥物，并持續給藥 72 h？40 μmol／L 紫檀茋使用濃度較低，相對副作用較小，同時該濃度處理72 h 對胃癌細胞的抑制率也比較高。在討論的基礎上向學生展示《柳葉刀》雜志上一篇文章中的結論：50%的癌癥患者死于化療藥物的副作用而非癌癥本身。最后激勵學生將來能致力于生命科學的研究，能從事化療藥物的研發，為癌癥患者減輕痛苦延長生命。

圖2 紫檀茋對胃癌細胞生長抑制曲線［3］

在設計表格的過程中，考查了學生對實驗過程中對照原則、單一變量控制原則的掌握情況；讓學生小組合作設計實驗并對實驗的結果進行交流和討論，培養了其團隊合作精神，提高了生物學核心素養中的科學探究能力。最后又聯系社會，激發學生致力于生命科學研究的熱情，培養了學生的社會責任感。

4 教學反思

在“動物細胞培養”的教學中，引入視頻讓實驗流程更清晰地展現；利用從大學教材和科技文獻中挖掘的資料讓學生討論、分析、思考，拓展了學生的知識面；設計一系列的問題情境，活躍了學生的思維，提高了學生的參與度，同時培養了學生生命觀念、科學探究和社會責任等生物學核心素養。