2.2利用动物细胞工程改良动物细胞（第一课时）教学设计2026-2027学年高二下学期生物沪科版选修三

该高中生物学教学设计聚焦动物细胞工程四大核心技术，以动物细胞培养为重点，通过我国克隆猴“中中”“华华”科研成果情境导入，联系植物组织培养旧知，对比动植物细胞培养差异，搭建“前沿案例—技术框架—流程拆解”的学习支架。 特色在于融合前沿科研与科学史，通过流程图文分层讲授、小组对比归纳等方法，落实生命观念（结构与功能适应）、科学思维（对比推理），如推导二氧化碳缓冲原理、区分原代传代培养，助力学生系统掌握知识，提升探究能力，也为教师提供清晰教学路径与丰富资源。

教学设计 课程名称 利用动物细胞工程改良动物细胞（第一课时） 选用教材 高中生物沪科版选修三 教学章节 第二章第二节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节是动物细胞工程基础开篇内容，以我国克隆猴 “中中”“华华” 科研成果为前沿导入情境，先整体梳理动物细胞工程四大核心技术：动物细胞培养、细胞融合、细胞核移植、干细胞技术；聚焦第一核心基础技术动物细胞培养展开主线教学，依托动物细胞培养流程示意图、无血清培养基广角拓展文本展开讲解；梳理动物组织体外培养科学发展史，区分原代培养、传代培养两个核心概念，完整拆解动物细胞取材、酶解分散细胞、原代培养、分离传代标准化流程；明确动物细胞体外培养四大严苛环境条件：无菌无毒、适宜温度、稳定 pH、恒定二氧化碳空气混合体系；对比传统血清培养基与成分清晰的无血清培养基各自优缺点；点明动物细胞培养是单克隆抗体制备、核移植克隆、干细胞培育所有动物细胞工程技术的底层基础；完整搭建 “前沿克隆猴案例→动物细胞工程整体框架→细胞培养科学史→原代 / 传代培养流程→体外培养环境条件→无血清培养基拓展” 完整知识链条，落实结构与功能相适应生命观念、实验变量控制科学思维、体外细胞培养实操探究、生物医药科研创新社会责任四大核心素养，为后两课时细胞融合、核移植、干细胞技术做好理论铺垫。 二、学情分析 1. 知识基础 学生此前已经掌握植物组织培养全套理论，了解植物细胞全能性、脱分化再分化、离体培养无菌环境要求，但完全不区分动植物细胞体外培养差异；知道动物细胞依靠细胞分裂增殖，但是不清楚动物高度分化体细胞无全能性、无法直接培育完整个体；学习过酶的专一性，却不了解胰蛋白酶、胶原蛋白酶用于分散动物组织细胞的原理；仅浅层听过克隆猴、单克隆抗体名词，对动物细胞体外培养的严苛温度、pH、二氧化碳缓冲体系认知空白；没有接触原代培养、传代培养专业概念，不清楚血清、无血清培养基的成分与作用区别。 2. 能力基础 高二学生具备基础流程图、科普文本识图阅读能力，能简单识别实验分步节点，但图文转化逻辑建模能力薄弱，无法依托动物细胞培养流程图完整梳理组织取材到连续传代的完整操作链条；缺少根据细胞代谢需求自主推导体外培养环境条件的变量推理能力；面对多步骤动物细胞离体培养流程，难以自主拆分组织酶解、无菌接种、恒温传代细分操作要点，容易忽略无菌无毒、二氧化碳维持 pH 两大关键控制变量；小组讨论仅能零散说出植物组培相关经验，无法系统对比动植物离体细胞培养的差异，需要教师搭配对比表格分步引导归纳。 3. 认知基础 学生存在大量典型认知误区：第一，认为动物体细胞和植物细胞一样具备全能性，离体可培育完整动物个体；第二，觉得动物组织切块可直接培养，不知道细胞间蛋白质连接需要胰蛋白酶分解分散；第三，认为动植物离体培养温度、气体环境要求完全一致，忽略哺乳动物细胞 36.5℃恒温、百分之五二氧化碳缓冲体系专属要求；第四，误以为血清培养基是最优培养基，不了解血清成分复杂批次不稳定、无血清培养基更适配精准科研实验；第五，混淆原代培养、传代培养边界，认为初次接种后的所有培养都属于原代培养。 三、教学目标 1. 生命观念（结构与功能相适应、稳态平衡观） 动物细胞离体后失去机体内部稳态保护，体外必须人为复刻体内温度、酸碱度、气体、无菌营养稳态环境；动物细胞间依靠蛋白质粘连，胰蛋白酶可分解粘连蛋白分散成单个细胞；原代培养细胞保留原始组织生理特征，多次传代后细胞性状发生改变；体外培养二氧化碳与培养液缓冲物质配合稳定 pH，全程体现细胞生存依赖稳定内环境，结构与功能相适应、稳态维持是细胞存活的基础生命规律。 2. 科学思维 依托动物细胞培养流程示意图、无血清培养基拓展文本，归纳动物细胞体外培养完整流程、原代培养与传代培养的本质区别；横向对比植物组织培养、动物细胞培养的培养基成分、培养温度、气体条件、全能性表达差异；结合克隆猴科研案例，推理细胞培养作为所有动物细胞工程基础的底层逻辑；预判杂菌污染、温度失衡、二氧化碳浓度异常对体外细胞存活的干扰，建立 “细胞体内稳态需求→体外人工环境调控→细胞存活增殖结果预判” 完整实验推理逻辑。 3. 科学探究 能完整梳理动物组织体外培养标准化流程，清晰描述胰蛋白酶酶解、无菌接种、恒温传代、定期更换培养液全套操作；能自主对比血清培养基、无血清培养基的优势与局限，根据科研实验需求合理选择培养基；能完整分析杂菌污染、细胞大面积死亡两类实验故障成因，并设计无菌防控、环境参数校准优化方案；能自主设计简易动物细胞体外培养装置，满足温度、气体、无菌基础条件。 4. 社会责任 认识动物细胞培养是克隆动物、单克隆抗体抗癌药物、干细胞修复医疗技术的核心基础，我国科研团队依靠成熟细胞培养技术成功培育灵长类克隆猴，突破国际科研壁垒；无血清标准化培养基推动生物医药精准研发，降低实验误差；体外细胞培养替代大量活体动物解剖实验，减少实验动物使用、践行动物保护理念；实验室细胞培养废液、废弃组织严格灭菌处理，杜绝生物污染，树立生物医药科研严谨规范、保护实验动物、生态安全的社会责任。 四、教学重难点 重点 1. 动物细胞培养完整标准化流程，原代培养、传代培养概念区分； 2. 动物细胞体外培养四大必需环境条件：无菌无毒、适宜温度、稳定 pH、空气与二氧化碳混合气体； 3. 胰蛋白酶分散动物组织细胞的原理，血清培养基与无血清培养基对比； 4. 动物细胞培养是全部动物细胞工程技术的基础。 难点 1. 二氧化碳维持培养液 pH 稳态的缓冲原理； 2. 完整对比动植物离体细胞培养的全方位差异； 3. 原代培养、传代培养细胞生理特征变化规律。 五、教学方法  前沿科研成果情境导入法：依托国产克隆猴 “中中”“华华” 顶尖科研成果创设生物医药科研情境；  流程图文分层讲授法：利用动物细胞培养流程示意图、无血清培养基广角文本分层拆解细胞培养完整理论；  横向对比归纳教学法：设计空白对比表格，引导学生分组对比动植物离体培养、两类培养基核心差异；  实验分步拆解教学法：逐段拆解组织取材、酶解、原代接种、传代细分操作，标注温度、无菌、气体关键控制变量；  递进问题链驱动法：设置阶梯式科研思考问题，由浅入深引导学生推导细胞体内稳态与体外培养调控的内在逻辑。 六、教学资源 教材配套图文素材：体细胞克隆猴培育过程示意图、动物细胞培养流程示意图；配套文本：“中中”“华华” 两道思考讨论题、无血清培养基广角拓展阅读文本、动物组织培养科学史文本。 七、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 国产克隆猴前沿科研情境导入，梳理课时学习主线（6 分钟）  前沿科研案例导入：2018 年我国中科院团队在国际顶尖期刊发表克隆猴 “中中”“华华” 培育成果，这是全球首例灵长类体细胞克隆后代，这项重大突破全部建立在成熟动物细胞体外培养技术之上。本节课我们先学习动物细胞工程整体四大技术板块，再深入拆解所有动物细胞工程的基础 —— 动物细胞培养，掌握离体动物细胞存活所需的全部人工稳态条件、完整培养流程。  出示体细胞克隆猴培育过程示意图 完整展示体外体细胞培养、去核卵母细胞、核融合激活、胚胎移植、克隆后代五步完整工艺，同步读出教材页面两道思考讨论题： （1）培育 “中中” 和 “华华” 的过程是无性生殖还是有性生殖，为什么？这一过程选用了哪些关键技术？ （2）图中体细胞取自胚胎猴 A 的成纤维细胞，卵母细胞取自 B 猴，胚胎发育场所是 C 猴，推测 “中中” 和 “华华” 的性状最像谁？为什么？  在黑板清晰板书本节课三大学习板块：第一，动物细胞工程四大核心技术整体框架；第二，动物细胞培养科学史、原代与传代培养完整流程；第三，体外细胞培养环境条件、血清与无血清培养基对比。  主动回忆植物组织培养、细胞全能性旧知识，带着克隆猴性状遗传规律、动物细胞离体培养环境要求两类核心疑问进入新课学习。  观看克隆猴培育流程示意图，四人小组自由交流两道课堂讨论题，结合细胞核携带全套遗传物质知识点，初步猜想克隆猴性状与供体细胞来源个体一致，记录本课时三大学习板块框架。 环节二 模块 1 动物细胞工程整体框架 + 细胞培养科学史（10 分钟）  整体介绍动物细胞工程定义与四大核心技术：动物细胞工程以体外动物细胞、组织为操作对象，人为遗传改造获得医用生物产品、培育改良动物品种；包含四大核心技术，分别是动物细胞与组织培养、动物细胞融合、细胞核移植、干细胞与胚胎工程，其中细胞培养是另外三项技术的底层基础，无成熟细胞培养体系无法开展融合、核移植、干细胞培育实验。  完整梳理动物组织体外培养科学发展史：1885 年科学家首次开展动物组织离体培养尝试，证实离体动物组织可短期存活；现代标准化动物细胞培养始于哈里森、卡瑞尔，哈里森使用淋巴液培养基培育蛙神经组织，卡瑞尔发现无菌操作、鸡胚抽提液可长期维持细胞增殖；后续科研逐步添加动物血清促细胞生长，进而研发成分明确的人工无血清培养基，配套自动化生物反应器实现规模化细胞培育。  递进提问引导学生思辨：为什么动物细胞工程所有实验都必须先掌握细胞培养技术？早期离体细胞只能短期存活，哈里森、卡瑞尔分别做出了哪些关键突破？  组织小组合作梳理细胞培养技术发展的关键节点，总结无菌环境、营养添加两大核心改良方向。  观看克隆猴流程示意图，完整抄写动物细胞工程四大核心技术名称、科学史关键科学家与成就，分组作答两道思辨提问，理解细胞培养是全部动物细胞工程的基础。  小组合作绘制科学史简易时间轴，标记无菌操作、血清培养基两大技术突破点。  在课本对应位置标记核心考点：动物细胞培养是细胞融合、核移植、干细胞技术的基础。 环节三 模块 2 动物细胞培养完整流程，原代、传代培养概念（12 分钟）  讲解动物组织取材预处理原理：动物体内组织细胞依靠蛋白多糖相互粘连，完整组织块内部细胞无法充分接触培养基营养，必须使用胰蛋白酶、胶原蛋白酶温和消化，分解细胞间粘连蛋白，分散为单个游离细胞，才能实现均匀增殖培养。  出示动物细胞培养流程示意图 分步拆解标准化完整流程：动物活体取材→机械剪碎 + 酶解分散单细胞→接种培养基初次培养（原代培养）→细胞长满瓶底后分离转移至新培养瓶（传代培养）→多次传代获得单一稳定细胞株。  清晰区分两大核心概念：原代培养指从动物体内取出组织分散后，第一次接种开展的初代细胞培养，细胞遗传性状、生理活性与原始组织高度接近；传代培养指原代细胞增殖铺满培养容器后，消化分离，转移至全新培养基继续扩增培养，多次传代后细胞生理特征、遗传稳定性发生改变。  即时辨析提问：初次剪碎酶解接种的细胞培养属于原代还是传代？传代培养过程为什么需要定期更换全新培养基？如果不使用胰蛋白酶直接培养组织块会出现什么问题？  观看动物细胞培养流程示意图，完整抄写原代培养、传代培养定义，同桌互相复述组织酶解、初代接种、传代扩增完整五步流程。  分组口头回答三道辨析提问，绘制简易箭头流程图区分原代、传代培养边界。  标记易错点：胰蛋白酶分解细胞间粘连蛋白，不破坏细胞膜结构；原代培养仅指第一次离体接种培养。 环节四 模块 3 体外细胞培养环境条件、两类培养基对比（13 分钟） · 系统讲解动物细胞体外培养四大强制环境条件：第一，全程严格无菌无毒，培养液添加抗生素抑制杂菌，定期更换培养液清除细胞代谢有毒废物；第二，适配温度，哺乳动物细胞恒定 36.5 摄氏度，禽类细胞略有调整，贴合动物体内恒温；第三，稳定酸碱度 pH 七点二至七点四；第四，气体混合体系，百分之九十五空气供给细胞有氧呼吸，百分之五二氧化碳与培养液缓冲物质配合，维持 pH 稳定。 · 推导二氧化碳缓冲稳态逻辑：培养液内存在弱酸 / 弱酸盐缓冲对，二氧化碳溶于水生成弱酸，可动态中和细胞代谢产生的碱性废物，防止 pH 持续升高偏离细胞适宜区间，恒定百分之五二氧化碳浓度才能长期维持培养液酸碱稳态。 · 此处配套稳态平衡推导（公式）： · 二氧化碳浓度升高，平衡右移氢离子增多，中和细胞代谢碱性产物；二氧化碳浓度降低，平衡左移，碱性累积 pH 上升，因此固定百分之五二氧化碳实现动态 pH 平衡。 · 拓展讲解两类培养基：传统血清培养基添加动物血清，内含未知生长因子、激素，可高效促进细胞增殖，但血清批次成分差异大、实验重复性差；无血清培养基人工配比无机盐、氨基酸、维生素、生长因子，成分完全清晰，实验误差小，成为精准生物医药科研首选。同步出示无血清培养基广角拓展文本，梳理无血清培养基研发背景、组分、应用优势。 · 递进提问：为什么植物组织培养不需要百分之五二氧化碳气体环境？无血清培养基相比血清培养基，在药物筛选实验中有什么独特优势？哺乳动物细胞培养温度为什么设定 36.5 摄氏度？  完整记录四大培养环境条件、二氧化碳缓冲平衡反应，分组作答三道递进提问，横向对比动植物离体培养温度、气体、培养基差异。  小组合作绘制血清培养基、无血清培养基对比表格，记录各自优势与局限。  记录本课时课后巩固任务，梳理动植物细胞离体培养全方位差异。 环节五 课堂三层小结 + 分层课后任务（4 分钟）  分层梳理本课时完整知识：第一层，动物细胞工程四大核心技术，细胞培养是基础；第二层，细胞培养完整流程，原代、传代培养概念，胰蛋白酶分散细胞原理；第三层，无菌、温度、pH、二氧化碳四大体外培养条件，血清与无血清培养基对比，二氧化碳缓冲 pH 平衡反应。  分层布置课后巩固任务：基础任务绘制细胞培养完整流程、动植物离体培养对比表格；提升任务完整推导二氧化碳维持 pH 稳态的平衡反应，描述反应调控逻辑；拓展任务查阅体外细胞培养替代活体动物实验的生物医药应用资料。  跟随教师梳理三层知识主线，同桌互相抽查原代 / 传代概念、四大培养条件、缓冲反应核心知识点，完善课堂笔记。  记录本三层分层课后任务，小组内简单交流无血清培养基在精准科研中的价值。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托我国克隆猴 “中中”“华华” 全球顶尖科研成果，让学生认识我国动物细胞培养、体细胞核移植科研实力跻身世界前列，树立民族科研自信；体外细胞培养技术大量替代活体动物解剖实验，减少实验动物伤害，培养尊重生命、爱护实验动物的人文素养；无血清标准化培养基推动生物医药精准研发，助力抗癌药物、临床治疗试剂开发，守护全民医疗健康；细胞培养全程无菌规范操作要求严谨细致，培养学生一丝不苟、规范严谨的生物实验职业操守；废弃细胞、培养液灭菌后处理，杜绝生物实验室污染，树立生态安全、绿色科研的社会责任。 十、教学反思与修改措施 1 教学反思 本节课依托克隆猴示意图、细胞培养流程图、无血清配套文本完成 45 分钟授课，多数学生能够记住原代、传代基础概念、四大培养环境条件，但课堂短板明显：第一，学生无法完整书写二氧化碳缓冲 pH 的可逆平衡反应，不能清晰描述平衡移动调控酸碱度的逻辑；第二，极易混淆动植物离体培养气体、温度、全能性差异，答题时常遗漏百分之五二氧化碳专属条件；第三，分析胰蛋白酶作用时，容易误答分解细胞膜，忽略仅分解细胞间粘连蛋白；第四，区分两类培养基时，只能零散说出单一优势，无法兼顾血清促增殖、无血清实验稳定双重对比；第五，课堂分配给小组对比动植物培养、推导缓冲反应的讨论时间不足，学生自主变量逻辑推理能力薄弱。 2 修改措施 课前发放细胞培养条件、两类培养基填空预习单，提前铺垫基础概念；课堂压缩教师读图讲授时长，增加 10 分钟小组平衡反应推演、动植物培养对比讨论环节；配套二氧化碳缓冲反应专项书写练习题当堂巩固；课后配套细胞培养流程、动植物离体对比、缓冲反应简答三类专项习题，夯实学生稳态平衡逻辑、完整流程梳理、跨技术对比综合分析能力。 学科网（北京）股份有限公司 $