“體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育”（第1 課時(shí)）的“倒敘”法教學(xué)設(shè)計(jì)*

鄒振芳 （蘇州工業(yè)園區(qū)星海實(shí)驗(yàn)中學(xué) 江蘇蘇州 215011）

人教版高中生物學(xué)教材選修3 中專題3“胚胎工程”共包括3 個(gè)小節(jié)，主要介紹了體外受精、胚胎移植、胚胎分割和胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)等涉及動(dòng)物早期胚胎或配子的顯微操作和處理技術(shù)。胚胎工程的研究在畜牧業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用，在人類的生殖、制藥等領(lǐng)域也同樣發(fā)揮重要作用。“體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育”是本專題的第1 節(jié)，也是學(xué)習(xí)本主題的基礎(chǔ)，胚胎工程的許多技術(shù)，實(shí)際是在體外條件下，對(duì)動(dòng)物自然受精和早期胚胎發(fā)育條件進(jìn)行的模擬操作。

以往的教學(xué)模式，大多是通過(guò)回顧必修2《遺傳與變異》中精子與卵細(xì)胞的形成過(guò)程開始，再按部就班地開始本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)。這種教學(xué)模式?jīng)_淡了胚胎工程的主題，變成對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的回顧和拓展。

本教學(xué)設(shè)計(jì)采用“倒敘”法，通過(guò)設(shè)置真實(shí)情境，讓學(xué)生為一對(duì)不孕的夫婦提出參考方案。教學(xué)過(guò)程中通過(guò)設(shè)置問(wèn)題串、展示圖片、播放視頻、構(gòu)建模型圖等方式豐富了教材內(nèi)容，先跳過(guò)“精子和卵細(xì)胞的發(fā)生過(guò)程”，從體外受精的情境出發(fā)，分析受精前精子和卵細(xì)胞各需要做哪些準(zhǔn)備，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)體內(nèi)受精過(guò)程的分析，嘗試說(shuō)出體外受精需要的條件。本節(jié)的重、難點(diǎn)是受精前的準(zhǔn)備和受精的具體過(guò)程。在真實(shí)情境下，學(xué)生始終帶著問(wèn)題探索，極大激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展了學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并圍繞生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，制定以下教學(xué)目標(biāo)[1]：

1）分析精子和卵細(xì)胞的形成過(guò)程，在理解生物學(xué)概念的基礎(chǔ)上形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

2）分析受精過(guò)程和防止多精入卵的機(jī)制，構(gòu)建體內(nèi)受精的概念模型，培養(yǎng)科學(xué)思維。

3）通過(guò)對(duì)生命誕生的認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生了解自我，樹立珍愛生命的觀念，并能主動(dòng)向他人宣傳。

2 教學(xué)過(guò)程

2.1 課前準(zhǔn)備 在課前，設(shè)計(jì)課前導(dǎo)學(xué)案（圖1），對(duì)于精子和卵細(xì)胞形成過(guò)程的基本知識(shí)，讓學(xué)生提前回顧必修2 和自學(xué)選修3 中的部分知識(shí)。旨在利用學(xué)生的前知識(shí)，讓學(xué)生預(yù)習(xí)，教師也可通過(guò)導(dǎo)學(xué)案的反饋情況，了解學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握情況，上課時(shí)能有的放矢。

圖1 課前導(dǎo)學(xué)單

2.2 設(shè)置真實(shí)情境，導(dǎo)入新課 以世界首例試管嬰兒路易斯·布朗的誕生為資料背景，設(shè)置問(wèn)題情境：布朗夫婦結(jié)婚9 年未育，經(jīng)檢查布朗太太患有嚴(yán)重的輸卵管阻塞，正常的精子和卵細(xì)胞根本無(wú)法相遇并彼此結(jié)合。提問(wèn)：如果你是醫(yī)生，你有什么方法幫助他們？整節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)都圍繞此問(wèn)題展開。學(xué)生初步討論后，教師通過(guò)資料呈現(xiàn)1977 年布朗夫婦首次嘗試“試管嬰兒”的過(guò)程。

資料1：勇敢的布朗太太做了一個(gè)冒險(xiǎn)的決定——向正研究人工輔助生育技術(shù)的醫(yī)生帕特里克·斯特普托和生理學(xué)家羅伯特·愛德華茲求助。他們通過(guò)手術(shù)從布朗太太的卵巢內(nèi)取出卵細(xì)胞，將其和她丈夫布朗先生的精液一起放入一個(gè)培養(yǎng)器內(nèi)，使卵細(xì)胞在體外受精，然后，將受精卵重新移入布朗太太的子宮中。9 個(gè)多月后，路易絲誕生了。經(jīng)檢查證明小路易絲一切正常。出生10 個(gè)月后，路易絲開始學(xué)習(xí)走路。路易絲·布朗現(xiàn)今41 歲了，并已當(dāng)上了媽媽。

通過(guò)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)引入本專題“胚胎工程”，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)胚胎工程與細(xì)胞工程在操作水平和所用生物技術(shù)上的差異。

2.3 資料分析：受精前的準(zhǔn)備 提問(wèn)：是否將體外獲取的精子和從卵巢中獲取的卵細(xì)胞放在適宜的培養(yǎng)液中就能完成受精？通過(guò)資料分析和對(duì)課前導(dǎo)學(xué)案的討論，學(xué)生探討在受精前精子和卵細(xì)胞分別要做什么準(zhǔn)備。

2.3.1 資料分析：精子的準(zhǔn)備

資料2：科學(xué)家張明覺(jué)曾用各種方法處理從附睪取出的精子或是射出的精子，都不能使之與卵細(xì)胞在體外受精。后來(lái)他發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入雌性生殖道的精子雖然運(yùn)行的時(shí)間不長(zhǎng)，但必須經(jīng)過(guò)這一時(shí)段才能與排出的卵細(xì)胞受精。即精子必須在雌性生殖道內(nèi)發(fā)生相應(yīng)的生理變化后，才能獲得受精能力。這一現(xiàn)象被奧地利科學(xué)家奧斯汀將稱之為精子獲能。

學(xué)生通過(guò)資料分析，知道精子在受精前要經(jīng)過(guò)“精子獲能”，并理解精子獲能的實(shí)質(zhì)就是暴露精子表面與卵細(xì)胞識(shí)別的裝置，解除抑制。

2.3.2 自主學(xué)習(xí)，探究卵細(xì)胞的發(fā)生過(guò)程和受精前的準(zhǔn)備根據(jù)課前自主學(xué)習(xí),要求學(xué)生再次閱讀教材卵細(xì)胞的發(fā)生過(guò)程，并對(duì)課前導(dǎo)學(xué)案中卵細(xì)胞的發(fā)生過(guò)程概念圖（圖2）和相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行修正，并設(shè)置以下問(wèn)題串，作為學(xué)生自學(xué)的問(wèn)題支架：①剛排出的卵是否為成熟的卵細(xì)胞？②它在什么部位與精子受精？③卵細(xì)胞發(fā)生過(guò)程中減數(shù)分裂是否連續(xù)進(jìn)行？

圖2 卵細(xì)胞發(fā)生概念圖

根據(jù)學(xué)生課前導(dǎo)學(xué)案的完成情況，教師提前了解學(xué)情，學(xué)生對(duì)精子發(fā)生過(guò)程和精子變形特點(diǎn)等相對(duì)簡(jiǎn)單的知識(shí)掌握較好，因此，這部分知識(shí)在課堂上沒(méi)有展開討論。而卵細(xì)胞的形成過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，與之前所學(xué)必修2 的知識(shí)有出入，學(xué)生容易按慣性思維回答。在課前導(dǎo)學(xué)案中暴露出一部分學(xué)生認(rèn)為卵細(xì)胞發(fā)生過(guò)程的減數(shù)分裂也是連續(xù)進(jìn)行的，概念圖中最后填寫的是卵細(xì)胞和第二極體。為了能糾正這一錯(cuò)誤認(rèn)知，在課堂上給予學(xué)生充足的時(shí)間重讀教材相關(guān)內(nèi)容，并設(shè)置問(wèn)題作為學(xué)生思考的支架。學(xué)生帶著問(wèn)題閱讀，目的性更強(qiáng)，能糾正錯(cuò)誤認(rèn)知，形成科學(xué)的生物學(xué)概念。

2.4 探究精子和卵細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 提問(wèn)：人的精子以數(shù)億計(jì)，為什么通常只有一個(gè)精子能進(jìn)入卵細(xì)胞內(nèi)部并與之結(jié)合形成受精卵？引導(dǎo)學(xué)生思考，根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)基本觀念，此現(xiàn)象應(yīng)與精子和卵細(xì)胞的結(jié)構(gòu)相關(guān)。教師用課件分別展示精子和卵細(xì)胞的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)問(wèn)：①在精細(xì)胞變形成精子過(guò)程中，很多結(jié)構(gòu)都消失了，為什么細(xì)胞核和線粒體被保存?②為什么精子中的線粒體集中在尾的基部？③當(dāng)卵細(xì)胞從卵泡中排出后，卵細(xì)胞膜外圍還有什么結(jié)構(gòu)？

為了分析受精過(guò)程中的防止多精入卵的機(jī)制，先要了解精子和卵細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。這部分內(nèi)容在教材中屬于本節(jié)的第1 部分，而筆者在這里嘗試采用“倒敘”法，主要目的就是使本節(jié)課圍繞“試管嬰兒”這個(gè)真實(shí)情境，學(xué)生帶著問(wèn)題思考，學(xué)習(xí)興趣濃厚，在用中學(xué)，不僅掌握了基本的生物學(xué)知識(shí)，還培養(yǎng)了科學(xué)思維能力。

2.5 分析受精過(guò)程和防止多精入卵機(jī)制 為了能詳細(xì)而生動(dòng)地介紹受精過(guò)程，筆者經(jīng)大量搜索，最終找到了來(lái)自Youtube 網(wǎng)站的一個(gè)視頻，詳細(xì)展示了受精過(guò)程的細(xì)節(jié)，包括頂體反應(yīng)、透明帶反應(yīng)和卵細(xì)胞膜反應(yīng)的細(xì)節(jié)展示，非常貼合教材。除了動(dòng)態(tài)展示外，筆者還通過(guò)英文關(guān)鍵字檢索，在“必應(yīng)”網(wǎng)站的國(guó)際版中搜索到了受精過(guò)程的詳細(xì)圖解。

筆者先將視頻進(jìn)行編輯后分成了2 個(gè)部分，讓學(xué)生帶著問(wèn)題觀看“受精過(guò)程1”的視頻并思考問(wèn)題：①精子要穿越哪些結(jié)構(gòu)才能與卵細(xì)胞真正相遇？②在穿越過(guò)程中精子發(fā)生了什么變化，卵細(xì)胞又發(fā)生了什么變化？筆者將全英文的圖解配合人教版教材進(jìn)行了逐步分解，并加上相應(yīng)的中文標(biāo)注（圖3）。

圖3 受精過(guò)程詳細(xì)圖解1

學(xué)生通過(guò)觀看視頻，并結(jié)合圖解分析，對(duì)受精過(guò)程中3 個(gè)重要反應(yīng)：頂體反應(yīng)、透明帶反應(yīng)和卵細(xì)胞膜反應(yīng)的過(guò)程有了直觀了解，也對(duì)自然界中防止多精入卵的嚴(yán)格機(jī)制有了詳細(xì)的認(rèn)知。筆者還通過(guò)分析蘇教版教材，為學(xué)生整理這3 個(gè)反應(yīng)的具體過(guò)程作為拓展資料[2]。

知識(shí)鏈接：

1）頂體反應(yīng)：精子的頂體外膜與頭部的細(xì)胞膜首先融合，繼而破裂，形成許多小孔，釋放出頂體酶（包含多種蛋白質(zhì)水解酶），溶解卵細(xì)胞外圍的放射冠及透明帶（主要成分是糖蛋白）。

2）透明帶反應(yīng)：在一個(gè)精子穿越透明帶后，精子與卵細(xì)胞膜接觸，激發(fā)卵細(xì)胞發(fā)生反應(yīng)，卵細(xì)胞釋放相關(guān)的酶，作用于透明帶，使透明帶變得堅(jiān)硬，從而使其他精子難以再穿越透明帶進(jìn)入卵細(xì)胞內(nèi)。這是防止多精子入卵受精的第一道屏障。

3）卵細(xì)胞膜反應(yīng)：當(dāng)一個(gè)精子進(jìn)入卵細(xì)胞膜后，會(huì)立即引起卵細(xì)胞膜的緊縮、增厚，阻止其他精子進(jìn)入卵內(nèi)。這是防止多精子入卵受精的第二道屏障。

學(xué)生觀看“受精過(guò)程2”視頻和分析圖解（圖4），了解精子入卵后還會(huì)發(fā)生哪些生理變化？認(rèn)識(shí)受精完成的標(biāo)志是雌、雄原核的融合形成合子。

圖4 受精過(guò)程詳細(xì)圖解2

最后，利用磁性貼讓學(xué)生代表在黑板上完成體內(nèi)受精過(guò)程的概念圖模型（圖5），并將寫有“頂體反應(yīng)”“透明帶反應(yīng)”和“卵細(xì)胞膜反應(yīng)”的磁性貼粘貼在合適的位置。其他學(xué)生則在學(xué)案上完成相應(yīng)概念圖模型的填寫。

圖5 受精過(guò)程概念圖模型

通過(guò)視頻和圖片相結(jié)合，對(duì)學(xué)生形成多感官刺激。最后，通過(guò)構(gòu)建體內(nèi)受精的概念模型圖，學(xué)生掌握了本節(jié)的重、難點(diǎn)，通過(guò)對(duì)生命誕生的認(rèn)識(shí)，了解自我，樹立珍愛生命的觀念。2.6 首尾呼應(yīng)，探究體外受精條件 再次展示“試管嬰兒”圖片，提問(wèn)：通過(guò)對(duì)體內(nèi)受精的分析，對(duì)如何進(jìn)行體外受精有哪些啟示？讓學(xué)生充分討論并分享。

讓“試管嬰兒”這一真實(shí)情境貫穿整節(jié)課，學(xué)生能體驗(yàn)到學(xué)以致用的成就感，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的信心與興趣。

3 反思

在本節(jié)教學(xué)中，筆者采用“倒敘”法，將這節(jié)內(nèi)容通過(guò)“試管嬰兒”這一真實(shí)情境串聯(lián)，靈活運(yùn)用了多媒體技術(shù)，使抽象的知識(shí)具象化，并設(shè)計(jì)構(gòu)建概念模型幫助學(xué)生歸納總結(jié)，使本節(jié)重、難點(diǎn)問(wèn)題被逐一化解。本節(jié)教學(xué)明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)了生命觀念和社會(huì)責(zé)任等生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。