串聯情境模擬“胚胎工程的應用和前景”的教學設計

張 優

(安徽省合肥市第十中學 合肥 230011)

1 教材分析及設計思路

人教版高中生物學教材選修3中專題3“胚胎工程的應用和前景”這一節包括3個內容： 胚胎移植、胚胎分割和胚胎干細胞的培養和應用。在學習此節內容之前，學生已經具有相應的基礎： 學過轉基因、體外受精、核移植技術和早期胚胎培養，知道試管動物和克隆動物的來源。此節課后還有補充內容： 胚胎性別鑒定的方法。教學重點： 胚胎移植的流程，生理學基礎和意義，胚胎分割的意義，胚胎干細胞培養的意義；教學難點： 胚胎工程的意義，胚胎移植和胚胎分割的操作。故將本節3個內容和性別鑒定內容整合，形成4個相應的情境。讓學生以農場主的身份思考： 如何得到多頭高產奶牛，如何確定是雌性胚胎，思考得到更多頭高產奶牛的方法，如何給生病的奶牛置換無免疫排斥的器官。該內容設計層層遞進，學生不斷地思考；既注重理論聯系生活實際，又突出應用和前景。

2 教學目標

依據課程標準并圍繞培養學生核心素養的要求，制訂了如下的教學目標：

(1) 通過同期發情、超數排卵處理、胚胎和受體子宮中建立生理和組織上的聯系，闡述胚胎移植的過程，樹立生命活動的調節觀念和科學物質觀念。

(2) 通過給定的圖示、情境和模擬實驗，理解胚胎發育的流程和胚胎分割的操作。

(3) 運用已經學過的知識，解決如何大量繁殖高產奶牛問題；通過胚胎發育的流程，推測出其供體和受體相應的生理學基礎。

(4) 學習胚胎移植技術，探討代孕等社會熱點。

3 教學過程

3.1 教學環節： 胚胎移植的概念及意義 情境1： 假設你是一個農場主，有肉牛100頭。現引進一對雌雄高產奶牛。你想得到20頭高產雌奶牛，請問可以用哪些方法？

*前文受合肥翰思科學儀器公司關注*

給學生定位為農場主，思考自己的奶牛繁殖問題。學生通過回憶已學過的知識給出了幾種方法： ①核移植；②轉基因；③體外受精。教師讓學生講出以上幾種技術的具體過程后，學生又補充： ④雜交育種。教師讓學生整理思路，前3種方法得到的均為胚胎，引出胚胎移植。讓學生理解胚胎移植是核移植、轉基因、體外受精等技術的最后一道工序。

設計意圖： 大膽創設貼近生活的情境，能解決實際問題，學生會感興趣并積極思考。此情境設計既能引出胚胎移植，又能復習前面所學的細胞工程、基因工程、體外受精和雜交育種等知識，更能體現胚胎移植的實際應用和意義。以實際情境為依托，將知識串聯成發散的網狀，也有利于提高學生總結和整合知識的能力。

3.2 教學環節: 胚胎移植的基本程序和生理學基礎 教師總體把握講解胚胎移植的過程圖，介紹同期發情、超數排卵和胚胎移植等概念。再請學生自學胚胎移植的基本程序，回答以下問題： ①選擇怎樣的母牛作供體母牛、受體母牛？②為什么對供、受體母牛進行同期發情處理？采用什么激素？③超數排卵采用什么激素？④選擇配種公牛有何要求？⑤沖卵在什么時候？沖卵指的是沖出卵子嗎？⑥檢查的胚胎發育到什么時期？⑦胚胎移植有哪兩種方法？⑧為什么要對受體母牛進行妊娠檢查？⑨產生的小牛與受體母牛有沒有遺傳上的聯系？

模擬實驗1： 模擬實驗材料為供體紙盒(供體母牛)、受體紙盒(受體母牛)、小紙盒(高產小牛)、藥丸(胚胎)。模擬實驗過程： 實驗開始前將藥丸放在供體母牛盒內，小紙盒放在受體牛盒內，不要讓學生看到，兩盒均開口。操作平板電腦點擊“實物展臺”模式，將平板電腦支撐著放在桌面，攝像頭對準材料，學生能同步在前面大屏幕上看到攝像頭所示內容： ①展示供體和受體母牛，用筆模擬注射孕激素做同期發情處理，給受體母牛注射促性腺激素做超數排卵處理。移開受體母牛到旁邊，暫時不用，防止干擾；②將供體母牛移開視線，解釋為與配種公牛完成配種，一段時間后移回，模擬配種完成，搖晃供體母牛盒子，藥丸發出聲響，解釋為體內有胚胎；③將藥丸倒出，解釋為沖卵；④取1粒藥丸，放入受體母牛盒內，解釋為非手術法進行胚胎移植；⑤從受體母牛盒內倒出小盒，說明產下小的高產奶牛。

設計意圖： 該模擬實驗借助投影技術，放大了整個操作畫面，每一位學生均能清楚地看到整個過程。本實驗中用盒子代替牛，簡單易操作，直觀明了。藥丸搖晃的聲音對學生更有刺激，明白了胚胎已產生，對胚胎早期在受體細胞子宮內處于游離狀態有深入的理解。學生可以自己總結出供體和受體的生理學基礎。

3.3 教學環節： 性別鑒定和胚胎分割 情境2： 假設高產奶牛沖卵得到早期胚胎，將如何鑒定它們是不是雌性胚胎呢？給出資料： SRY基因是Y染色體特有的基因。學生從染色體基因和檢測目的基因的方法中受到啟發。從早期胚胎中取滋養層細胞DNA，進行PCR擴增。用SRY探針檢測，陽性胚胎即為雄性，反之為雌性。

設計意圖： 從生活實際需要出發，設置此情境。將“雌”紅字標出。該內容雖為課后拓展，但仍需要有相應的了解。教師的提問和資料的提供，學生聯系所學知識又一次解決問題，提升了自信心。同時，也培養學生解決問題的能力和思維遷移的能力。

情境3： 沖卵得到20個雌性胚胎，但想得到40頭高產雌奶牛(或更多)，請問能用什么方法？

設計意圖： 學生聯想到雙胞胎，一個胚胎若變成兩個胚胎就解決了問題。在預習的基礎上，學生可以回答出胚胎分割，學生體會到生物學知識能給實際生活帶來的巨大改變。

模擬實驗2： 準備分割刀、蘋果(胚胎)和保護套(透明帶)模擬實驗材料。平板電腦操作，攝像頭對準材料： ①展示一個蘋果，外面套著保護套，解釋為胚胎外面有透明帶；②拿刀削點皮，解釋為取滋養層細胞做性別鑒定；③將蘋果均等分為兩半，解釋為胚胎分割，注意內細胞團均等分割；④取一半蘋果放入另一個空的保護套，解釋為取另一半胚胎放入新的透明帶中。告訴學生最后一步可以沒有，不用新透明帶也可以直接胚胎移植。

3.4 教學環節： 胚胎干細胞的培養與意義 情境4： 若高產奶牛肝臟細胞壞死，如果要換肝，如何得到無免疫排斥的新肝臟？

設計意圖： 該部分仍從意義角度來設置情境。教師從抗原及遺傳物質相同角度提醒，學生想到用動物細胞培養。教師繼續引導，學生用自己的細胞培養成器官——核移植。教師補充核移植的胚胎取內細胞團細胞培養，可培養成器官，治療疾病。引出胚胎干細胞的來源和意義。學生在教師的引導下，逐步探索出方法，學生體會到科學研究帶來的成就感。

3.5 教學環節： 總結與討論 討論： ①胚胎工程有哪些實際應用？②試管動物與克隆動物的最大區別是什么？③對于“代孕”的看法是什么？④對于服用“多子丸”生多胞胎的看法是什么？

4 教學反思

在情境設置中，牛的品種具體化可更真實些。情境1中的方法，是否全部能在現實中操作，其可行性值得思考。在模擬實驗1中，還應再準備一個公牛盒子，多準備幾個受體母牛盒子，供體與受體盒子不要一模一樣。胚胎藥丸是否可換成桑椹，這樣可顯示沖卵后胚胎所處的階段。在模擬實驗2中，蘋果不能體現滋養層，內細胞團均等分割也看不出來。若果換成蜜瓜，至少能體現滋養層，里面的種子可充當做內細胞團。核心概念仍需不斷地強調。