崔永漷教授在《如何开展指向学科核心素养的大单元设计》提及:学科核心素养是指学生学完某学科之后逐步形成的关键能力、必备品格与价值观念。从“双基”“叁维目标”到“学科核心素养”,表明了人们对目标认知的迭代升级。例如普通高中生物(选择性必修叁)中阐述生物学知识是生物工程的设计基础,而生物工程则应在法律和伦理的约束下,以人类需求为目标进行产物的开发,进而推动生物学的不断进步,提高人类生活质量。这些概念既是对必修内容的扩展和应用,又是对生物技术和工程的认识和理解。实践的环节是帮助学生达成教学目标的关键。本模块教学符合大单元教学理念,以系统思维构建整体教学。
本模块包括发酵工程、细胞工程、基因工程和生物技术安全与伦理等内容。核心概念“动物细胞工程包括细胞培养、核移植、细胞融合和干细胞的应用等技术”。围绕这一核心概念,从系统分析的角度,我们开展了选择性必修3第二章第2节中的《单克隆抗体及其应用》师徒同题异构研究课。
一、大单元教学内容
本单元包括以下学习内容:
1举例说出动物细胞融合与单克隆抗体技术及应用
2概述单克隆抗体的制备过程,以及过程中涉及的具体筛选过程
3阐明单克隆抗体的应用,和普通抗体相比的优点
4举例说明从生物导弹的应用了解单克隆抗体目前在抗癌方面的贡献,并努力掌握更多的相关知识
二、课时安排:
主题 | 免疫调节 | 免疫调节 |
老师 | 程翱(徒弟) | 凌祎丽(师父) |
时间 | 2021年4月7日 | 2021年4月8日 |
班级 | 高二5班 | 高二4班 |
叁、研究课具体安排
主题 | 免疫调节 |
老师 | 程翱 |
时间 | 2021年4月7日 |
班级 | 高二5班 |
教学目标 | 1举例说出动物细胞融合与单克隆抗体技术及应用 2概述单克隆抗体的制备过程,以及过程中涉及的具体筛选过程 3阐明单克隆抗体的应用,和普通抗体相比的优点 4举例说明从生物导弹的应用了解单克隆抗体目前在抗癌方面的贡献,并努力掌握更多的相关知识 |
教学设计 | 播放视频:“浆”爱传递,我们都是抗疫英雄 为什么血浆能够拯救危重病人,血浆里有什么物质? Q1:什么免疫方式可以产生抗体? Q2:抗体是由什么细胞分泌的? Q3:初次免疫时,浆细胞是由什么细胞增殖分化而来? Q4:抗体的化学本质是? 想一想:你认为这种方法好不好? ①血浆中抗体少。②纯度不高。③特异性差。 康复者捐献的血浆是有限的,也有缺点。 资料1:动物在免疫反应的过程中,体内产生的特异性抗体种类多达百万以上,但是每一个效应B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。 资料2:体外条件下,效应B淋巴细胞一般不再有丝分裂。 想一想:要想得到更多的抗体,你有什么想法? 想一想:什么细胞能够在体外进行有丝分裂? 想一想:如果你是科学家,你会怎么做?怎样使一个新细胞拥有这两种细胞的特性? 资料4:米尔斯坦和科勒设计了方案:利用动物细胞融合技术融合形成杂交瘤细胞——既能产生特异性抗体又能大量繁殖的细胞。 一、动物细胞融合 也称细胞杂交,是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。 对比植物体细胞杂交学习动物细胞融合的过程。 想一想:动物细胞融合时,取许多浆细胞与许多骨髓瘤细胞融合,仅考虑2个细胞之间的融合,培养液中会有多少种细胞类型?哪一种是我们需要的?浆细胞-骨髓瘤细胞。 想一想:接下来要怎么办? 二、单克隆抗体的制备 第一次筛选获得杂交瘤细胞: ①细胞合成DNA有D和S两条途径,其中D途径能被氨基嘌呤阻断。 ②人淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径,但不能分裂增殖。 ③鼠骨髓瘤细胞中只有D途径,没有S途径,但能不断分裂增殖。 动一动:设计一种方法(不考虑机械方法),从培养液中分离出杂种细胞的方法。 选择性培养基(培养基中加入氨基嘌呤),收集杂交瘤细胞。 经过筛选后的杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞(很多种杂交瘤细胞),需要在多孔培养板上分开进行专一抗体阳性检测和克隆化培养,就可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。 想一想:要想得到能产生特异性抗体的细胞,必须保证多孔培养板里每个孔有几个细胞? 想一想:怎么做才能让每个孔里只有1个细胞? 第二次筛选获得能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。 想一想:如何检测哪一种是需要的特异性抗体? 想一想:如何获得大量的抗体? 资料5:目前已开发的针对新冠病毒的单克隆抗体可以靶向S蛋白,阻断S蛋白与受体的结合,并干扰新冠病毒进入宿主细胞。 单克隆抗体特点: 特异性强、灵敏度高、并可大量制备 叁、单克隆抗体的应用 1.作为诊断试剂 在受精后不久,胚盘滋养层细胞会分泌人绒毛膜促性腺激素(HCG),在孕妇的尿液中大量存在,而非妊娠妇女尿液中几乎不含有。用抗人绒毛膜促性腺激素单克隆抗体做成的“早早孕诊断试剂盒”第8天就可以做出诊断。 利用同位素标记的单克隆抗体,在特定的组织中成像的技术,可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。 2.用于治疗疾病和运载药物 四、延伸 除了动物细胞融合的方式,还有没有其他方法得到单克隆抗体? 科学家从某些无限增殖细胞的细胞质中分离出了无限增殖调控基因(prG)。 ①基因工程 ②核移植 |
主题 | 免疫调节 |
老师 | 凌祎丽 |
时间 | 2021年4月8日 |
班级 | 高二4班 |
教学目标 | 1举例说出动物细胞融合与单克隆抗体技术及应用 2概述单克隆抗体的制备过程,以及过程中涉及的具体筛选过程 3阐明单克隆抗体的应用,和普通抗体相比的优点 4举例说明从生物导弹的应用了解单克隆抗体目前在抗癌方面的贡献,并努力掌握更多的相关知识 |
教学设计 | 一、导入 播放视频:众志成城,抗击疫情 新冠病毒,这种不人所了解的病毒,在短时间内迅速蔓延,包括医务人员在内的多名患者死亡,引起社会恐慌。 大家为什么这么害怕新冠病毒,普通感冒为什么不那么害怕?对于这样的危重病人,有什么救命的办法吗? 二、单克隆抗体的制备 (一)制备原理 1.抗体是什么?有何作用? 2.一种浆细胞能产生几种抗体?为什么? 一种B细胞能识别单一的一种抗原,接受刺激,进而增殖分化为特定的浆细胞,产生专一抗体与抗原结合,阻止其繁殖。 3.从患者血清中直接分离出的抗体,效果不够理想,为什么? 从出生开始,每接触一种抗原,体内就会产生一种浆细胞和一种相应的抗体,积累到现在,十几年过去了,体内至少有上百万种抗体,并且每种抗体结构都极其相似,只有可变区有微小差别,所以提取单一抗体特别困难,一起使用效果又不好,所以提出的抗体具有产量低,纯度低,特异性差等缺点。 4.如何才能获得单一种类的抗体呢? 5.浆细胞体外培养最多能传多少代?如何让其无限增殖呢?请小组讨论探究浆细胞无限增殖的办法,限时两分钟。 叁种办法里细胞融合相对较简单。直接从小鼠体内难以分离出特定的浆细胞,且融合成功率低,应该怎么办? 先融合,等细胞数目足够多时,再筛选。 那么我们应该选择哪种生物的癌细胞呢?众多癌细胞里选择谁最合适呢?为什么? 我们把浆细胞和骨髓瘤细胞融合成杂交细胞,那么这个细胞就同时具有了双亲的性状,既可无限增殖又可产生特异性抗体。 (二)单克隆抗体制备过程 1.如何得到浆细胞? 2.从什么器官分离浆细胞? 大家一起来回顾一下人体有哪些免疫器官?来我们一起说一遍。 这么多免疫器官我们从哪里选呢? 3.分离出得浆细胞是一种吗? 有了浆细胞,还需要骨髓瘤细胞,动物细胞培养就好了,那么下一步就是融合了,融合得方法是什么呢? 4.融合之后得细胞是单一种类吗?有哪些类型呢? 到这里为止就是单抗制备得第一步,即融合。 5.众多杂交细胞当中我们想要得是哪一种呢?我们要杂交瘤细胞,所以下一步我们需要筛选。我们一般用选择培养基筛选,这个选择培养基应该是只能让杂交瘤细胞生长,其他得融合细胞和为融合细胞应该都不能生长。老师给大家提供一些信息,请同学们自主设计选择培养基。信息如下:骨髓瘤细胞DNA复制途径只有甲途径,B细胞DNA复制途径有甲和乙两条,且甲途径可以被某种氨基酸阻断,请同学们以此设计选择性培养基 6.筛选出来的细胞是单一种类吗?有没有我们想要得那种呢?怎么确定有没有呢?用什么办法呢?请大家小组讨论。 7.如果出现阳性反应了,说明有我们想要的细胞,但是数目多还是少呢?能不能现在就提取呢?有什么顾虑?那我们应该怎么办呢? 我们就先培养它,等它数目多了再分离,在培养过程中,我们仍然需要进行专一抗体检验阳性,以确认我们要的杂交瘤细胞传了下来。 8.检测之后发现我们的细胞还在,可是大家混在一块,你怎么知道哪个是我们想要的呢?请大家想个办法吧。 到此为止,就是单抗制备的第二步,就筛选,一筛筛出杂交瘤细胞,二筛筛出我们想要的产生特定抗体的杂交瘤细胞 得到了我们想要的细胞了,下一步就是生产,有几种方法?分别从哪里提取抗体? 此为第叁步,生产,体外生产和体内生产。 综上我们可以总结单抗生产的叁大步:融合----筛选-----生产 9.都涉及了什么技术呢?动物细胞融合和动物细胞培养。 下面我们就一起观看单克隆抗体制备过程视频。 (叁)单克隆抗体概念 下面请同学们根据单抗的制备过程,总结什么是单克隆抗体?这五个字该怎么理解呢? 所以单克隆抗体就是单一的B淋巴细胞经过复制形成的细胞群产生的化学性质单一的抗体。 (四)单克隆抗体应用 那么单抗有什么优点呢?有哪些应用呢?请大家阅读教材回答问题 拓展:简单介绍市面上几种单抗的应用以及生产研发前 (五)课堂小结、习题 总结单克隆抗体的制备过程 通过习题,检验学生的掌握情况 |
四、反思
在本模块的教学中,教师既要使用讲授演示的方式进行教学,更要为学生提供实验条件及必要的参考资料,指导其设计和进行实验。根据本模块的特点,教师应该给予学生更多的机会参与主动的学习活动。例如,要求学生在学习了有关知识的基础上,自己设计实践方案并进行实验,也可以安排学生收集和整理资料,相互讨论。教师要充分利用实验室条件,尽可能减少每个实验小组的人数, 使每个学生都有充分的动手实践机会。此外,基于所有生物遗传物质的一致性及基因组研究的成果,教师可介绍有关合成生物学的研究进展和意