“动物细胞培养”一节教学设计

史传燕 （江苏省海安市曲塘中学 江苏南通 226661）

1 教材分析

“动物细胞培养”是人教版高中生物学选修3教材中“细胞工程专题”的一节内容。本节内容主要包含动物细胞培养的流程、条件及动物细胞培养的应用3 个部分内容，教材内容以描述性知识为主。本教学设计丰富了教材内容，以抗癌药物的研发为主线，通过播放动物细胞培养的视频、从大学教材和科研文献中挖掘素材等，设计问题情境，让学生在讨论中内化知识，并基于真实的科研情境，设计表格、分析结果，从而发展学生的生物学核心素养。

2 教学目标

依据新课程标准的内容要求、学业要求和学业质量标准，围绕培养学生核心素养的要求，制订了教学目标：

1）通过观看视频、构建动物细胞培养过程的流程图、阅读资料等活动，能简述动物细胞培养的过程和条件，并理解动物细胞贴壁生长和接触抑制现象。

2）通过设计表格，分析结果，培养学生知识运用的能力、知识迁移的能力，同时提高科学探究能力。

3）联系社会，关注化疗药物的研发，激发学生投身于生命科学研究的热情。

3 教学过程

向学生展示2018 年全世界癌症病人的数量并提出抗癌药物研发的迫切性。抗癌药物应用于临床前需在体外培养癌细胞，观察药物对癌细胞的抑制情况，由此引入本节课。教师首先讲解动物细胞培养的概念及原理。

3.1 观看视频，思考讨论 播放对小鼠肾组织细胞进行原代培养的视频，让学生注意观察操作环境及操作步骤。提出问题：①为什么选择幼龄动物或动物胚胎作为动物细胞培养的材料？ ②为什么将肾组织分散时所用的酶是胰蛋白酶而不是胃蛋白酶？ ③为什么要控制胰蛋白酶的浓度及用量？

通过视频资料，学生对动物细胞原代培养的流程有了清晰的认识，再通过问题了解动物细胞培养过程中的注意点。

3.2 理解概念，拓展延伸 动物细胞培养过程中涉及2 个现象：细胞贴壁、接触抑制。教师可做适当拓展延伸和引导启发，使学生知其所以然。用图片展示细胞贴壁现象并解释细胞不贴壁就会凋亡，所以细胞贴壁是细胞增殖、培养的基础。大规模培养动物细胞时，常在培养瓶中放玻璃珠以增加细胞贴壁面积，有利于细胞增殖；动物细胞培养过程出现接触抑制的原因是什么？ 这是细胞间的一种识别作用，当细胞增殖到一定程度而互相挨在一起时，细胞膜上的糖蛋白就会识别这种信息，进而使细胞停止增殖。由于接触抑制的存在最终使细胞在培养瓶中形成单层细胞层［1］。在学生明确机理后，教师要求学生推测癌细胞是否存在接触抑制？ 由于癌细胞表面糖蛋白减少使其不存在接触抑制。

3.3 构建流程图 在观看动物细胞传代培养的视频之后，教师帮助学生梳理：原代培养和传代培养是以第1 次分瓶为界限；传代培养一般只能传40~50 代的原因是大都数细胞会衰老、凋亡；有的细胞会突破极限获得不死性。各种研究中一般选择传代培养10 代以内的动物细胞，以保持正常的二倍体核型。最后让学生归纳总结流程图（图1）。

图1 动物细胞培养过程流程图

3.4 分析资料，分组讨论 动物细胞培养需要哪些条件？ 教师展示3 个资料：

资料1：在动物细胞培养过程中要定期检查细胞的异常情况，例如细胞隆起变圆，则提示细胞需要换液，培养基营养不足，可启动细胞凋亡，细胞具有毒性的代谢产物的积累会使大多数细胞停止增殖。

资料2：血清的主要成分是蛋白质、多肽、各种促生长因子、氨基酸、脂类、碳水化合物、各种激素及维生素等，另有一些成分和作用尚未完全确定［2］。

资料3：动物细胞培养需要在含CO2的环境中孵育，CO2以气体的形式溶解于培养基中与HCO3-达到平衡。

学生在阅读资料的基础上思考：①动物细胞的培养过程为什么要定期更换培养液？ ②添加血清的作用是什么？③动物细胞培养过程中5% CO2的作用是什么？

以上3 个资料是对教材中动物细胞培养条件的解释和拓展，可培养学生的分析能力，并更全面地认识动物细胞培养的条件。

3.5 学以致用，升华情感 动物细胞培养技术具有哪些应用？教师展示科研情境：研究人员发现中药紫檀茋对胃癌细胞有抑制作用，可用作化疗药物。为选择合适的浓度和使用时间，为其在临床上的使用提供依据，请设计实验并用表格记录实验数据。

实验材料：旺盛增殖的胃癌细胞、不同浓度的紫檀茋溶液（20 μmol／L、40 μmol／L、60 μmol／L、80 μmol／L、100 μmol／L、120 μmol／L、140 μmol／L），标准的动物细胞培养液，台盼蓝染液，血球计数板，显微镜等（注：分别在 24 h、48 h、72 h 后收集细胞）。

学生展示设计的表格，并简单描述实验过程。最后教师呈现科学家所做的实验结果（图2），提问：科学家为什么选择 40 μmol／L 的紫檀茋作为化疗药物，并持续给药 72 h？40 μmol／L 紫檀茋使用浓度较低，相对副作用较小，同时该浓度处理72 h 对胃癌细胞的抑制率也比较高。在讨论的基础上向学生展示《柳叶刀》杂志上一篇文章中的结论：50%的癌症患者死于化疗药物的副作用而非癌症本身。最后激励学生将来能致力于生命科学的研究，能从事化疗药物的研发，为癌症患者减轻痛苦延长生命。

图2 紫檀茋对胃癌细胞生长抑制曲线［3］

在设计表格的过程中，考查了学生对实验过程中对照原则、单一变量控制原则的掌握情况；让学生小组合作设计实验并对实验的结果进行交流和讨论，培养了其团队合作精神，提高了生物学核心素养中的科学探究能力。最后又联系社会，激发学生致力于生命科学研究的热情，培养了学生的社会责任感。

4 教学反思

在“动物细胞培养”的教学中，引入视频让实验流程更清晰地展现；利用从大学教材和科技文献中挖掘的资料让学生讨论、分析、思考，拓展了学生的知识面；设计一系列的问题情境，活跃了学生的思维，提高了学生的参与度，同时培养了学生生命观念、科学探究和社会责任等生物学核心素养。