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第18章 细胞工程(2)

设计方案:白菜和甘蓝两种植物之间存在着生殖隔离,不能进行传统的有性杂交。那么,如何才能获得如图这样的“白菜—甘蓝”植株呢?

抓住学生思维的兴奋点,促其联系实际解决问题,不仅巩固强化了所学知识,而且培养了学生运用所学知识分析问题、解决问题的能力,实现知识的正向迁移。

二、动物细胞工程

【教学设计】

教学目标

1.知识方面

(1)动物细胞培养(知道)。

(2)动物细胞融合(知道)。

(3)单克隆抗体的制备及应用(知道)。

2.态度观念方面

(1)初步培养学生勇于探索,不断创新的精神和合作精神。

(2)通过向学生介绍几大动物细胞工程技术的发展动态及一些新的研究成果,使学生明确人们对生命奥秘的揭示愈加广泛和深入,知识不断更新并向前发展。认识到学无止境,形成终生学习的意识。

3.能力方面

(1)在学习动物细胞培养过程中,学生通过阅读、自学、质疑、讨论、训练、总结等环节,逐步提高独立获取知识的能力、逻辑思维能力、分析问题和解决问题的能力。

(2)由植物体细胞杂交技术导出动物细胞融合过程,培养学生的知识迁移能力、思维能力。

(3)让学生尝试设计革克隆抗体的制备过程,指导学生掌握获取知识和探索生物科学的基本方法,使学生了解生物科学认识模式以发展学生的创造性能力。

重点、难点分析

单克隆抗体既是本小节的重点,也是难点内容。

分析:动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体、胚胎移植、核移植等。其中前三大技术为本节教材的主体内容,而胚胎移植、核移植技术以小字科普读物的形式出现,意在使学生在有所侧重的前提下对动物细胞工程发展概况有一个较全面的了解。在教材重点介绍的三大动物细胞工程技术中,动物细胞培养是其他技术(如单克隆抗体、胚胎移植、核移植等)的基础,其价值更多的是通过其他技术成果来体现的。而动物细胞融合技术目前较为成熟的最重要的用途便是制备单克隆抗体。由此可见,单抗技术应属较高层次的动物细胞工程技术。对它的学习有助于学生较深刻地领悟动物细胞工程的真谛,并从两位诺贝尔奖获得者对单抗独具匠心的实验设计中,深刻体会科学态度、科学方法,尤其是创造性的思维品质在科学研究、发明创造中的决定性作用。基于以上认识,单克隆抗体应列为本节的重点内容,同时单克隆抗体技术本身环节多、技术复杂,加之学生对此缺乏必要的感性认识,所以也是本课的难点所在。

设计思路

1.采用自学、指导模式对动物细胞培养技术进行较深刻、透彻的学习,为学习其他动物细胞工程技术打好基础。

2.教师启发学生回忆植物体细胞杂交过程;通过新旧知识对比,引导学生大胆推测动物细胞融合过程,培养学生知识迁移能力,并通过课件演示全过程,加强直观性,培养学生的观察、思维能力。

3.教师给出资料,引出探究点。学生通过讨论、辩论,设计多种制备革克隆抗体的方案。然后通过观察全过程课件,质疑、释疑(多方向),并由学生概括单克隆抗体的制备工程。

4.胚胎移植、核移植为书中小字内容,以学生自学为主,教师予以适当指导、点拨。

5.以“多莉”羊的培育过程为主线,将动物细胞工程五种技术的知识有机地串接起来,构成完整的知识体系。

教学过程

导入新课

学习动物细胞工程第二大技术——动物细胞融合复习两种细胞工程常用的技术手段引出动物细胞工程的第二大技术谈话法(二)动物细胞融合教师启发:请同学们回忆植物体细胞杂交过程,并大胆预测:动物细胞融合与植物体细胞杂交过程有何不同?它相当于植物体细胞杂交过程的哪一步?学生分析并得出结论动物细胞事例相当于植物体细胞杂交的原生质体融合过程。精心设疑启迪思考诱发兴趣培养学生分析问题、概括问题的能力及知识的迁移应用能力。

教师在肯定学生推测的基础上进一步明确:动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同,就连诱导融合的方法也基本类似只是除物理法、化学法外,还用到生物方法,即灭活的病毒。教师点拨以仙台病毒为例,简单介绍病毒诱导师细胞融合的原理:仙台病毒紫外线丧失感染活性(不感染细胞)保留融合活性(诱导细胞融合)课件演示动物细胞融合过程。学生通过认真观察,细心体会,很快便能掌握这一简单过程。

辅板书直观教学加强直观性,降低难度,提高教学效率。

教师讲述:很多种不同种类的动物细胞之间或动物与人细胞之间都可以进行融合,例:人——鼠、人——兔、鼠——鸡细胞都可以发生融合而成为杂种细胞。但是动物细胞融合技术最重要的用途是帛备单克隆抗体。从而引入第三大技术的学习。教师引导承上启下自然过渡。

导入新课

重点学习动物细胞工程的第三大技术

(三)单克隆抗体首先引领学生回忆:何谓抗体?其由何种细胞产生?主要分布在哪?教师课前将书本中有关内容加工整理成文字资料,制成课件。问题情境:长期以来,人们为了获得抗体,采用的是把某种抗原反复注射到动物体内,然后从动物血清中分离出所需抗体的方法。用这种方法获得的抗体,不仅产量低,而且抗体的特异性差,纯度低,反应不够灵敏。人们发现,在动物发生免疫反应的过程中,体内的B淋巴细胞可以产生多达百万种以上的特异性抗体,但是每个B淋巴细胞只分泌一种化学性质单一、特异性强的抗体。

软件展法文字资料知识铺垫。

单克隆抗体提出启发性问题:(1)请从以上文字资料中找出单克隆抗体的概念。(2)怎样才能获得单克隆抗体呢?

分析:

变“灌”为“导”

启迪思维,引发学生主动思考、主动参与。

对问题(1):难度不大,学生很快便能找出答案。

正论引发认知冲突,培养求异思维。

对问题(2):在未经预习的前提下,多数学生会提出如下思路:把产生相应抗体的B淋巴细胞提取出来,用我们所学的动物细胞培养技术是经原代培养和传代培养(把单个B淋巴细胞克隆),将该细胞培养成细胞系,能无限传代,大量繁殖,便能从这些细胞中提取单抗了。

教师质疑:该方案可行性如何?

一些学生提出异议:一个B淋巴细胞不可能渡过原代培养和传代培养过程中的两次危机而达到细胞系水平。因为每经历一次危机,都有大部分细胞被淘汰,只有少部分生存下来,而单个B淋巴细胞在这个过程中的命运便可想而知了。

教师应及时抓住学生这一认识过程中矛盾冲突,引领学生进入下一挑战性环节。

反辩引发认知冲突,培养求异思维。

1.单克隆抗体的制备体的制备过程。

教师启发:请同学们充分利用已有的知识储备,设计一种制备单克隆抗体的可行性方案。

给学生思考时间,鼓励他们自由联想,发散思考,大胆设计,以寻求创意。

对于毕业生的设计方案,教师不急于做出评判,而是带领他们观看两位诺贝尔奖获得者制备单抗的实验过程课件,并辅以精讲。小组讨论集思广益学生汇报设计方案鼓励学生对科学家的实验过程进行质疑。

(1)为什么先用小鼠骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合?

(2)骨髓瘤细胞是癌细胞吗?

(3)整个制备过程为休要经过两次筛选?

(4)杂交瘤细胞在小鼠腹腔内培养与在体外培养有何区别?

(5)杂交癌细胞在小鼠腹腔增殖,可否造成小鼠死亡?

(6)鼠单抗能用于人体疾病的治疗吗?展示单克隆抗体制备过程的动画软件多向质疑教师因势利导师,提出挑战性问题,激发学生的智力参与,学生在互动的讨论中,互相补充,互相激发灵感,达成共识,形成方案。学生或于平淡无奇处生疑,或于深层蕴意间生疑,在质疑问题中,进跳出活泼的思维浪花。

释疑:

对问题(4)(5)(6):属学生认知范围内能够发现解决问题,交给学生自行解决。

对问题(1):教师引导学生从两种融合细胞的起源问题作为突破口,积极思考,大胆推测。最扣由教师点明:细胞的同源性越近,融合形成的杂种细胞越易成活。

对问题(2):教师明确:有无限增殖能力(失去凋亡机制,失去接角抑制等)的细胞是肿瘤细胞,而具有转移能力的肿瘤细胞,称为癌细胞,所以说,肿瘤细胞不能等于癌细胞。多向释疑启发释疑教师精讲充分发挥学生的能动作用,让学生主动参与探索。感知、内化的学习过程,促进学生智力的发展,能力的提高。深刻挖掘单克隆抗体知识的内涵与外延,进行适度扩展,除了对于学生把握重点,攻克难点是必需的。

知识小结

对问题(3):由于时间的关系,教师只需交待第一次筛选得到杂交瘤细胞(多种),第二次需先在多孔培养板上,在每孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始培养,然后再筛选出能产生特异性抗体的细胞群。由于该细胞群是单个杂交瘤细胞克隆得来的,所以产生的抗体必然是化学性质单一的,特异性强的单克隆抗体。这里的单克隆确有单个细胞克隆的含义,只不过克隆的不是B淋巴细胞,而是杂交瘤细胞。至于筛选的机理,时间所限,不在课上展开,教师鼓励有兴趣的同学课下与教师一起探讨,把知识的求索过程延伸到课堂之外。学生概括总结反馈提高学业生简要概括单克隆抗体的制备过程。学生自学意义更在于使学生在探索学习的过程中,深刻体会科学家独具匠心的思维过程、严谨的科学态度以及科学研究的一般方法,同时,能够对自己的设计方案作出评价。

2.单克隆抗体的应用

本知识以学生自学为主,并以趣味性提问(例:生物导弹)进行局域的反馈矫正。

教师概括本节知识要点:应抓住三个一即一种诱导细胞融合的新方法——灭活的病毒一种新细胞——杂交瘤细胞一个优势——单克隆抗体特异性强灵敏度高的优势播放克隆羊“多莉”的培养赛程,然后定格于网上下载的一幅克隆羊培育过程。

向:(1)简述克隆羊的培育过程。

(2)整个培育过程简用到哪几种生物技术?

提供录像和网上下载资料

帮助学生把握重点知识,加深理解,加强记忆。

以“多莉羊”的培育过程为主线,将动物细胞工程的五大技术进行串接,构建完整的知识体系。

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