构建物理模型击破单克隆抗体的制备过程教学难点

（中山市桂山中学 广东中山 528463）

单克隆抗体的应用广泛而重要，特别是医疗行业，可以用于治疗癌症和免疫防治，对人类社会来说非常重要。但在实际教学中，笔者发现学生很难深入理解第一次筛选得到的杂交瘤细胞不止一种、HAT培养基的筛选机理、克隆化培养和抗体检测是怎么操作的……《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）提出“教学过程要重实践”的基本理念，认为学生是学习的主体，教师要积极创设一些探究性活动，帮助学生在实践中加深对知识的理解，提升应用知识的能力……为此，笔者引导学生以橡皮泥为材料动手制作物理模型，借助模型模拟单克隆抗体的制备过程，从而将抽象的知识转变为形象的知识，加深学生的理解，为未来的应用做好准备。

1 课前准备

准备红、橙、绿和白四种颜色的橡皮泥，打印出表1、表2、图1。

图1 模拟筛选所需要的杂交瘤细胞模型图

表1 模拟筛选杂交瘤细胞的活动一

表2 模拟筛选杂交瘤细胞的活动二

2 教学活动

2.1 追寻单克隆抗体的来源

教师播放新冠肺炎康复者血清用于治疗重症患者的视频，提出问题串：血清为什么能发挥作用？哪种能产生抗体？该类细胞由谁分裂分化而来？B淋巴细胞会存在于哪里？教师利用问题串，带领学生回顾免疫学相关知识，引出深层次问题：康复者血清中的抗体是否是一种？为什么？使用血清抗体会存在什么问题？如何获得单一、纯净的抗体？借助这些问题，教师从“单”即一个和“克隆”即复制两个方向解释单克隆抗体，进一步提出问题：市场对单克隆抗体需求很大，已接受抗原刺激的B淋巴细胞能否担此重任？它的缺陷在哪里？谁能无限增殖？可否获得一种细胞兼具两者优势？由此，教师引出两位科学家的突破性思维，得出杂交瘤细胞的特点，为后续的模拟实践做好理论准备。

设计意图：教师结合社会热点创设情境，以情境为基础展开层层递进的问题链，调动学生的积极性，训练学生的科学思维。

2.2 模拟单克隆抗体的制备

学生每四人为一小组。教师给每个小组发放一定量的橡皮泥（以橡皮泥球模拟细胞）、表1、表2、图1。在学生开展模拟活动时，教师进行适度指导。在成果展示环节，由小组学生代表上台展示；成果评价环节以生生互评为主，教师点评为辅。

2.2.1 模拟筛选杂交瘤细胞

学生活动一：假定红色代表能产生所需抗体的B淋巴细胞，白色代表骨髓瘤细胞。请写出诱导融合后培养基的细胞种类；红色和白色两两任意融合，请捏出所有的可能情况和你认为的杂交瘤细胞。学生的成果展示如图2所示。

图2 模拟筛选杂交瘤细胞的活动一成果图

学生活动二：教师设置问题引导学生，从脾脏中可以直接分离到能产生所需抗体的B淋巴细胞吗？如果不能，红、橙、绿可以分别代表哪几类B淋巴细胞？将红、橙、绿三种情况考虑进去，请捏出杂交瘤细胞和所需要的杂交瘤细胞。学生的成果展示如图3所示。

图3 模拟筛选杂交瘤细胞的活动二成果图

设计意图：活动一是活动二的基础，遵循由简单到复杂的认知规律，帮助学生深刻理解杂交瘤细胞，为第二次筛选奠定基础。

2.2.2 模拟筛选所需要的杂交瘤细胞

教师引导学生思考：3种杂交瘤细胞都能产生所需抗体吗？克隆化培养指的是什么？实际操作中如何实现？抗体的空间结构是什么样？抗体的产生种类是由什么细胞决定？抗体检测中能和抗原结合的抗体是由什么细胞产生？在此基础上，布置学生用三种杂交瘤细胞（每种一个）进行模拟，用B淋巴细胞对应颜色的橡皮泥分别模拟抗体。学生成果展示如图4所示。

图4 模拟筛选所需要的杂交瘤细胞成果图

设计意图：启发性问题为模拟实践指明了方向，模拟实践又将学生的思维外显出来，教师可以准确捕获学生的知识盲点，助力学生深刻理解第二次筛选的机理。

2.2.3 释疑筛选杂交瘤细胞的原理

教师展示DNA复制过程中核苷酸的合成途径图（图5），告知学生HAT培养基中H、A、T均有添加，正常细胞两种途径都可以进行，骨髓瘤细胞中激酶或者转化酶缺陷，提出问题：为何只有杂交瘤细胞可在HAT培养基上生存？

图5 DNA复制过程中核苷酸的合成途径

2.2.4 分析利用杂交瘤细胞制备抗体的方法

教师提出问题：如何利用所需要的杂交瘤细胞获取大量的单克隆抗体？体内培养和体外培养，你更倾向哪种方式？原因是什么？

设计意图：教师利用开放性问题，锻炼学生根据条件进行推理分析，大胆猜测的能力。

2.3 思考单克隆抗体的应用

教师布置学生阅读书本上相关内容，提出基础问题：单克隆抗体使得早孕检测提前了10 d，体现了什么优点？抗体—药物偶联物（ADC）机制和传统药物相比其优势在哪里，体现了什么优点？可否直接用本节知识去制备新冠病毒的单克隆抗体？会存在什么问题？有哪些办法可以制备适合人类的该抗体？教师要注意鼓励学生畅所欲言。

设计意图：学习单克隆抗体的应用能够让学生感受到生命科学的魅力，加强认同感。教师利用如何治疗新冠肺炎这个开放性的现实问题，可以激发学生的头脑风暴，培养科学的萌芽。

3 教学反思

针对单克隆抗体的制备过程抽象且难以理解的特点，笔者采取了构建模型的方式，该方式是培养学生的核心素养尤其是科学思维的重要手段。模型材料选取了可塑性强、直观形象的橡皮泥。学生在启发性问题的引导下进行模型制作，小组内部进行讨论分析，小组代表进行成果展示，小组之间进行互相评价。整个过程中，学生主动获取知识，在理论与实践的碰撞过程中加深了对知识的理解，强化了科学思维。