培養能力 落實素養 提升復習效率
——以“動物細胞培養與單克隆抗體”復習為例

河北

學科核心素養是學生后天習得的終身受益成果，是學生在解決真實情境中的生物學問題時所表現出來的必備品格和關鍵能力。學科核心素養主要包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個維度，需要通過每節課或每項活動來逐步培養，最終使學生成為對社會有用的人才。筆者在制訂每節課（或活動）的教學預設等教學實踐中，都會思考采用何種有效方式或手段讓學生主動地參與課堂學習過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、探究設計和發現規律等過程中習得知識，養成科學思維習慣，形成積極的科學態度。現以高中生物教材《現代生物科技專題》（人教版）專題2“2.2.2 動物細胞融合與單克隆抗體”教學為例，對如何利用課堂教學發展學生學科核心素養、提升高考解題能力進行淺析，供教學參考。

1.創設真實教學情境，關注生物熱點事件或問題，樹立社會責任意識

注重科學、技術和社會的相互關系是《普通高中生物學課程標準（2017 年版）》（以下簡稱《課程標準》）的理念之一，也是學科核心素養達成的重要途徑及近兩年生物高考命題的主導思路之一。關注和參加與生物科學技術有關的社會問題的討論和決策，是學科核心素養的重要組成部分，也是培養學生對自然和社會責任感的重要途徑。教師在教學中要引導學生特別關注現實生活與生物學相關的問題或事件，讓學生積極思考，嘗試參與社會決策，培養學生的社會責任感。

在復習“動物細胞融合與單克隆抗體”時，筆者首先播放《關于新型冠狀病毒肺炎的一切》視頻，通過視頻讓學生回顧有關病毒的知識，以及新型冠狀病毒（如圖1）肺炎的發病和治愈與機體免疫的聯系，同時用多媒體展示如下問題串引導學生回顧免疫系統的組成和功能，理解單克隆抗體的概念。

圖1 新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）

（1）免疫系統主要由哪幾部分組成，免疫系統的主要功能是什么？

（2）人體在阻止病毒傳播過程中吞噬細胞、T 細胞、B 細胞和抗體分別起到何種作用？

（3）傳統方法從動物血清中分離出的抗體不僅產量低、純度低，且抗體特異性差。某生物科技小組同學設計獲得新型冠狀病毒單克隆抗體實驗思路為“用新型冠狀病毒S 蛋白（特定抗原）多次免疫小鼠，然后對從脾臟中獲取的B 細胞進行篩選，得到特定的B 細胞在體外培養獲得大量漿細胞，進而通過體外培養獲得抗新型冠狀病毒的單克隆抗體。”請評價這一實驗思路中不合理之處并進行修正。

教師在以上教學過程中，以當前社會正在發生的新型冠狀病毒肺炎熱點事件為教學情境，通過層層遞進的問題，啟發學生思維，引導學生理性回歸教材，讓學生將必修教材與選修教材相關知識進行關聯、融合，加深對知識的理解。通過實驗設計思路評價，復習動物細胞培養中培養細胞的特點（具有接觸抑制現象，且只能增殖10 代左右），以及多次免疫的目的（獲得更多的能分泌特定抗體的B 細胞），讓學生認識到從多個B 細胞中篩選出能產生特定抗體的B 細胞從科學實驗上不具有可操作性等知識，最終水到渠成地讓學生理解單克隆抗體（由一個B 細胞通過增殖克隆產生B 細胞群體，該細胞群體只分泌一種特異性抗體稱為單克隆抗體）這一概念，通過概念理解并構建生命觀念。同時也讓學生關注到新型冠狀病毒肺炎是與生物學高度聯系的社會事件，是利用生物工程技術可防可治的公共衛生事件，為學生宣傳生物學知識和健康的生活方式，識別偽科學和迷信，為嘗試參與社會決策提供指引，讓學生樹立強烈的社會責任意識。

2.通過分析、設計實驗，注重科學思維和科學探究的培養

培養學生學科核心素養是生物課堂教學的價值追求和目標，以探究性學習為特點的教學過程會直接影響學科核心素養中“科學思維”“科學探究”的落實，也間接影響生命觀念和社會責任的形成。在2019 年全國高考理綜卷生物學科命題中，對學生科學思維和科學探究能力的考查更加明顯，如全國卷Ⅰ第29 題、全國卷Ⅲ第29 題和第32 題，都要求學生根據題目信息設計實驗思路并預期結果和結論，全國卷Ⅱ第29 題和第31 題，要求學生分析實驗過程、得出結論。這些題目不僅考查學生運用知識分析問題、解決問題的能力，還對學生的語言規范表達能力提出了更高要求。在本節第二個教學環節中，為突出雜交瘤細胞篩選和雜交瘤細胞克隆化培養、專一性抗體檢測這兩個重、難點知識，培養學生的科學思維和科學探究能力，筆者利用典型例題引導學生分析、思考，設計探究活動方案，培養學生分析問題和解決問題的能力，提升解題能力。

【例1】已知一種B 淋巴細胞能產生一種特定抗體，但由于不能大量增殖而產生的抗體很少，骨髓瘤細胞不能產生抗體，但能大量增殖。根據所學知識，設計獲得“既能產生大量抗體又能大量增殖的細胞，并通過培養獲得抗新型冠狀病毒的單克隆抗體”的實驗思路，要求設計至少兩種不同思路，簡單描述設計思路即可。

【參考答案】思路①：利用基因工程獲取被新型冠狀病毒感染者B 細胞中抗體合成基因，構建基因表達載體后導入到微生物細胞中，培養經過篩選的微生物細胞使其大量增殖，從培養液中提取獲得抗新型冠狀病毒的單克隆抗體（或將骨髓瘤細胞中的無限增殖基因導入到B 細胞中并培養獲得大量B 細胞，再提取獲得抗新型冠狀病毒的單克隆抗體）。

思路②：通過讓B 細胞和骨髓瘤細胞融合，經過篩選得到既能產生特異性抗體又能無限增殖的雜種細胞并大量培養，提取獲得抗新型冠狀病毒的單克隆抗體。

思路③：通過核移植技術，將B 細胞的細胞核移植到去核的早期胚胎細胞中，刺激重組細胞分裂，篩選得到能產生特異性抗體的重組細胞并大量培養，提取獲得抗新型冠狀病毒的單克隆抗體。

【分析】本題考查B 淋巴細胞和骨髓瘤（胚胎）細胞的增殖特點，要求學生具有發散思維，實驗要求設計出獲得“既能產生大量抗體又能大量增殖的細胞，并通過細胞培養獲得抗新型冠狀病毒的單克隆抗體”的思路，意在考查學生對基因工程、植物體細胞雜交技術和核移植技術等生物工程技術流程的掌握程度，學生根據提示很容易梳理出兩種設計思路，題目難度不大，但對學生綜合運用知識解決問題的能力和語言表達能力要求較高。

教師可在對學生的設計思路評價后，展示參考答案，并引導學生根據參考答案構建如圖2 所示的單克隆抗體制備途徑模型，以加深學生對知識的理解和掌握。

圖2 抗新型冠狀病毒單克隆抗體制備途徑模型

【例2】利用新型冠狀病毒S 蛋白制備單克隆抗體是快速診斷和治療新型冠狀病毒肺炎的有效方法。在S 蛋白單克隆抗體制備過程中，對B 淋巴細胞和骨髓瘤細胞誘導融合的細胞篩選及對產生特異性抗體的雜交瘤細胞克隆化培養是關鍵步驟（如圖3 所示）。分析所給的資料1 和資料2，回答相關問題。

圖3 雜交瘤細胞篩選及克隆化培養過程

（1）資料1：HAT 培養基是根據細胞由次黃嘌呤核苷酸（H）和嘧啶核苷酸（T）合成DNA 途徑而設計的。正常細胞DNA 合成途徑有主要途徑和補救途徑，氨基喋呤（A）能抑制DNA 合成主要途徑，另一種補救途徑是在次黃嘌呤和胸腺嘧啶核苷存在的情況下，經酶催化合成DNA，而骨髓瘤細胞的DNA 合成沒有此補救途徑，B 淋巴細胞具有DNA 合成的兩種途徑，但本身增殖能力有限。請根據以上資料，設計一種方法（不考慮機械方法），從兩種細胞融合的培養液中分離出異核型（由兩種不同細胞融合產生細胞核）的雜交瘤細胞，并解釋篩選的原理。

方法：_______________________；原理：_______________________。

（2）資料2：克隆化培養就是擴大化培養，是在一定的培養基上培養雜交瘤細胞，讓其進行有絲分裂，產生大量的、相同的雜交瘤細胞。目前常用的克隆化培養采用的是有限稀釋法，是指從多孔培養板中收集增殖的異核型雜交瘤細胞，經逐步稀釋使每孔只有一個細胞，使其增殖。一個雜交瘤細胞只能產生一種與特定抗原特異性結合的抗體。

請根據資料信息，結合圖3，說明如何通過進一步的篩選獲得針對新型冠狀病毒S蛋白抗體的異核型雜交瘤細胞。

【參考答案】（1）培養液中加入氨基喋呤，收集不斷增殖的細胞 B 淋巴細胞及自身融合的細胞不能大量增殖，骨髓瘤細胞及其自身融合細胞DNA 合成途徑被氨基喋呤阻斷也不能增殖，只有融合成功的異核型雜交瘤細胞能利用DNA 的補救途徑不斷增殖 （2）將收集到的不斷增殖的異核型雜交瘤細胞稀釋處理，用多孔培養板培養，使每孔只有一個細胞，通過培養讓細胞增殖。然后檢測各孔上清液中細胞分泌的抗體，上清液可與制備的S 蛋白抗原結合的培養孔為陽性孔。挑選陽性孔的雜交瘤細胞繼續進行有限稀釋培養（約3～5 次），選擇只有一個細胞的陽性培養孔增殖細胞即為新型冠狀病毒S 蛋白抗體的異核型雜交瘤細胞。

【分析】本題考查單克隆抗體制備知識，在單克隆抗體制備過程中需要對融合細胞進行篩選，以獲得雜交瘤細胞，由于機體內部和外部抗原種類很多，產生抗體的B 細胞類型也對應較多，則經過篩選獲得的雜交瘤細胞不一定為能產生S 蛋白抗體的細胞，故需要利用有限稀釋法通過克隆化培養雜交瘤細胞再多次篩選并進行抗體陽性檢測，直至獲得能穩定產生S 蛋白特異性抗體的雜交瘤細胞進行克隆化培養。本題基于以上知識進行命題，讓學生在新情境下分析材料，獲取信息，并設計方案解決問題，符合當前高考命題思路，能培養學生科學思維和科學探究能力。資料1 中提示了DNA 合成具有主要和補救兩種途徑，骨髓瘤細胞只有主要途徑而無補救性途徑，B 細胞有兩種途徑但本身不能增殖，而氨基喋呤可以阻斷DNA 合成的主要途徑，兩種細胞融合產生的B -B 細胞、骨髓瘤-骨髓瘤細胞、B 細胞和骨髓瘤細胞的三種融合細胞中，只有雜交瘤細胞可以利用B細胞提供的DNA補救途徑進行增殖，故在細胞融合的培養液加入氨基喋呤后，收集不斷增殖的細胞一定是雜交瘤細胞。資料2 對有限稀釋法的克隆化培養原理及單克隆抗體陽性檢測原理進行了介紹，學生根據這些原理，運用正確的語言描述即可。

組織以探究為特點的主動學習是落實學科核心素養的關鍵。在本環節教學中，教師創設探究性學習情境，通過提供資料信息和設計問題，有目的、有步驟地引導學生自主觀察、描述、作出對問題的解釋，突破重點和難點。整個過程始終圍繞單克隆抗體這一重要概念進行組織教學，體現細胞結構和功能的統一性，有效地發展了學生的生命觀念，促進了科學思維和科學探究等素養的落實。

3.利用典型實例，強調實踐應用

課程內容重實踐是《課程標準》提出的一種重要思想，“重實踐”既強調學生學習的過程是主動參與的動手、動腦的過程，又要讓學生體會到知識只有用于解決實踐問題才能體現知識的價值。在本節教學的第三個環節中，筆者主要通過列舉生產生活中真實的實例，讓學生分析得出結論，體會到學以致用的道理。

【例3】人絨毛膜促性腺激素（HCG）是女性懷孕后胎盤滋養層細胞分泌的一種糖蛋白，用抗HCG 單克隆抗體制備的試紙可以測試女性是否懷孕。其檢測方法為將驗孕試紙標有MAX 標志線的一端插入待測尿液中（尿液不能沒過該線，如圖4 所示），片刻后取出放平，若尿液中含有HCG，會隨尿液向右擴散，與包埋在標志線右側區域的被顯色劑標記的抗HCG 抗體1 發生特異性結合，形成的復合體繼續隨尿液向右擴散至檢測線處，又可以與固定在該區域的抗體2 結合形成新的復合體，并不斷積累而在此處顯示出顏色。對照線區域固定著另外一種抗體3，可以捕獲被顯色劑標記的抗體1（抗體1 無論是否與抗原結合，都會被抗體3 捕獲，但無抗體-抗原復合體時不在檢測線積累）。因而當尿液繼續擴散到對照線時，也會顯示出顏色。這種檢測方法可隨時檢測尿液，并在3 分鐘內測定尿液標本中的HCG，準確率高，根據以上信息分析回答：

圖4 早孕試紙及其檢測原理示意圖

（1）用早孕試紙檢測懷孕能反映出單克隆抗體具有______________________的特點。

（2）某女性用早孕試紙檢測是否懷孕，若女子懷孕，則檢測試紙會出現的現象為___________________________。

（3）用抗HCG 單克隆抗體檢測人絨毛膜促性腺激素（HCG）__________（填“能”或“不能”）說明信息分子在細胞間具有傳遞信息作用，理由是____________________________________。

【參考答案】（1）靈敏度高，特異性強 （2）檢測線和對照線均顯示顏色 （3）不能 信息分子是由發出信號的細胞合成，通過與靶細胞特定受體結合，改變靶細胞原有生理狀態，而抗HCG 單克隆抗體檢測人絨毛膜促性腺激素（HCG）過程沒有涉及抗體與特定受體結合過程，也沒有改變靶細胞原有生理狀態。

【例4】如圖5 為普通抗癌藥物和單克隆抗體藥物作用特點，圖6 為我國科學家設計的單克隆抗體偶聯藥物（ADC）作用機制，請分析回答下列問題：

圖5 抗癌藥物和生物導彈作用特點

圖6 單克隆抗體偶聯藥物作用機制

（1）治療癌癥的生物導彈由___________________組成，其中的單克隆抗體所起的作用是___________________________。

（2）由圖6 可以看出，攜帶藥物的單克隆抗體進入細胞的方式為____________，該過程消耗的能量由___________直接提供。藥物能引起癌細胞凋亡，細胞凋亡是指____________。

（3）結合圖5、圖6 可以看出，與常規抗癌藥物相比，利用單克隆抗體制備的生物導彈治療癌癥具有的明顯優點是________________________________________________________________________。

【參考答案】（1）單克隆抗體和抗癌藥物 （單克隆抗體）作為“瞄準”導向裝置，將毒素或藥物定向帶到病原體或癌細胞原位而發揮作用 （2）胞吞 ATP 由基因決定的細胞自動結束生命的過程 （3）既不損失正常細胞又減少了用藥劑量，療效高、毒副作用小

本環節中，教師通過引導學生分析實例，在問題的引領下獲取信息和知識，能真正理解教材中單克隆抗體在生活實踐中的應用內容，提升學生對生物科技的興趣，加強關注生物技術的發展，進一步落實培養學生科學思維、科學探究和社會責任等學科核心素養。

4.總結提升，適時評價

教師提示學生利用融合和單克隆為關鍵詞，自主構建本節知識網絡，最終通過展示、交流和完善，師生共同構建某一特定單克隆抗體制備過程思維導圖（如圖7），梳理本節要點知識，加深學生對單克隆抗體概念的理解和掌握。最后教師再利用習題對學生學習效果進行檢測和適時評價，提升學生對知識的理解和運用能力。

圖7 單克隆抗體制備過程

總之，本節課以建構主義學習理論為基礎進行設計，教學始終圍繞“細胞工程通過細胞水平上的操作，獲得有用的生物體或其產品”這一大概念進行，利用最新發生的新型冠狀病毒肺炎社會熱點問題創設主題化教學情境貫穿教學始終，通過視頻、圖片等素材，在很大程度上輔助了課堂學生的學習活動，突出重點，突破難點。利用層層遞進的問題串引導，讓學生在探究活動中主動獲得知識，培養其能力。通過實例，引導學生關注、解決（解釋）生產生活中的生物學問題，多角度培養學生的學科核心素養，提升學生解題能力，并在一定程度上實現了立德樹人的育人目標。