串聯(lián)情境模擬“胚胎工程的應(yīng)用和前景”的教學(xué)設(shè)計(jì)

張 優(yōu)

(安徽省合肥市第十中學(xué) 合肥 230011)

1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

人教版高中生物學(xué)教材選修3中專題3“胚胎工程的應(yīng)用和前景”這一節(jié)包括3個(gè)內(nèi)容： 胚胎移植、胚胎分割和胚胎干細(xì)胞的培養(yǎng)和應(yīng)用。在學(xué)習(xí)此節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生已經(jīng)具有相應(yīng)的基礎(chǔ)： 學(xué)過(guò)轉(zhuǎn)基因、體外受精、核移植技術(shù)和早期胚胎培養(yǎng)，知道試管動(dòng)物和克隆動(dòng)物的來(lái)源。此節(jié)課后還有補(bǔ)充內(nèi)容： 胚胎性別鑒定的方法。教學(xué)重點(diǎn)： 胚胎移植的流程，生理學(xué)基礎(chǔ)和意義，胚胎分割的意義，胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)的意義；教學(xué)難點(diǎn)： 胚胎工程的意義，胚胎移植和胚胎分割的操作。故將本節(jié)3個(gè)內(nèi)容和性別鑒定內(nèi)容整合，形成4個(gè)相應(yīng)的情境。讓學(xué)生以農(nóng)場(chǎng)主的身份思考： 如何得到多頭高產(chǎn)奶牛，如何確定是雌性胚胎，思考得到更多頭高產(chǎn)奶牛的方法，如何給生病的奶牛置換無(wú)免疫排斥的器官。該內(nèi)容設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)，學(xué)生不斷地思考；既注重理論聯(lián)系生活實(shí)際，又突出應(yīng)用和前景。

2 教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)并圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下的教學(xué)目標(biāo)：

(1) 通過(guò)同期發(fā)情、超數(shù)排卵處理、胚胎和受體子宮中建立生理和組織上的聯(lián)系，闡述胚胎移植的過(guò)程，樹立生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)觀念和科學(xué)物質(zhì)觀念。

(2) 通過(guò)給定的圖示、情境和模擬實(shí)驗(yàn)，理解胚胎發(fā)育的流程和胚胎分割的操作。

(3) 運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)，解決如何大量繁殖高產(chǎn)奶牛問(wèn)題；通過(guò)胚胎發(fā)育的流程，推測(cè)出其供體和受體相應(yīng)的生理學(xué)基礎(chǔ)。

(4) 學(xué)習(xí)胚胎移植技術(shù)，探討代孕等社會(huì)熱點(diǎn)。

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 教學(xué)環(huán)節(jié)： 胚胎移植的概念及意義 情境1： 假設(shè)你是一個(gè)農(nóng)場(chǎng)主，有肉牛100頭。現(xiàn)引進(jìn)一對(duì)雌雄高產(chǎn)奶牛。你想得到20頭高產(chǎn)雌奶牛，請(qǐng)問(wèn)可以用哪些方法？

*前文受合肥翰思科學(xué)儀器公司關(guān)注*

給學(xué)生定位為農(nóng)場(chǎng)主，思考自己的奶牛繁殖問(wèn)題。學(xué)生通過(guò)回憶已學(xué)過(guò)的知識(shí)給出了幾種方法： ①核移植；②轉(zhuǎn)基因；③體外受精。教師讓學(xué)生講出以上幾種技術(shù)的具體過(guò)程后，學(xué)生又補(bǔ)充： ④雜交育種。教師讓學(xué)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(xué)生理解胚胎移植是核移植、轉(zhuǎn)基因、體外受精等技術(shù)的最后一道工序。

設(shè)計(jì)意圖： 大膽創(chuàng)設(shè)貼近生活的情境，能解決實(shí)際問(wèn)題，學(xué)生會(huì)感興趣并積極思考。此情境設(shè)計(jì)既能引出胚胎移植，又能復(fù)習(xí)前面所學(xué)的細(xì)胞工程、基因工程、體外受精和雜交育種等知識(shí)，更能體現(xiàn)胚胎移植的實(shí)際應(yīng)用和意義。以實(shí)際情境為依托，將知識(shí)串聯(lián)成發(fā)散的網(wǎng)狀，也有利于提高學(xué)生總結(jié)和整合知識(shí)的能力。

3.2 教學(xué)環(huán)節(jié): 胚胎移植的基本程序和生理學(xué)基礎(chǔ) 教師總體把握講解胚胎移植的過(guò)程圖，介紹同期發(fā)情、超數(shù)排卵和胚胎移植等概念。再請(qǐng)學(xué)生自學(xué)胚胎移植的基本程序，回答以下問(wèn)題： ①選擇怎樣的母牛作供體母牛、受體母牛？②為什么對(duì)供、受體母牛進(jìn)行同期發(fā)情處理？采用什么激素？③超數(shù)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(shí)候？沖卵指的是沖出卵子嗎？⑥檢查的胚胎發(fā)育到什么時(shí)期？⑦胚胎移植有哪兩種方法？⑧為什么要對(duì)受體母牛進(jìn)行妊娠檢查？⑨產(chǎn)生的小牛與受體母牛有沒(méi)有遺傳上的聯(lián)系？

模擬實(shí)驗(yàn)1： 模擬實(shí)驗(yàn)材料為供體紙盒(供體母牛)、受體紙盒(受體母牛)、小紙盒(高產(chǎn)小牛)、藥丸(胚胎)。模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程： 實(shí)驗(yàn)開始前將藥丸放在供體母牛盒內(nèi)，小紙盒放在受體牛盒內(nèi)，不要讓學(xué)生看到，兩盒均開口。操作平板電腦點(diǎn)擊“實(shí)物展臺(tái)”模式，將平板電腦支撐著放在桌面，攝像頭對(duì)準(zhǔn)材料，學(xué)生能同步在前面大屏幕上看到攝像頭所示內(nèi)容： ①展示供體和受體母牛，用筆模擬注射孕激素做同期發(fā)情處理，給受體母牛注射促性腺激素做超數(shù)排卵處理。移開受體母牛到旁邊，暫時(shí)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(shí)間后移回，模擬配種完成，搖晃供體母牛盒子，藥丸發(fā)出聲響，解釋為體內(nèi)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(nèi)，解釋為非手術(shù)法進(jìn)行胚胎移植；⑤從受體母牛盒內(nèi)倒出小盒，說(shuō)明產(chǎn)下小的高產(chǎn)奶牛。

設(shè)計(jì)意圖： 該模擬實(shí)驗(yàn)借助投影技術(shù)，放大了整個(gè)操作畫面，每一位學(xué)生均能清楚地看到整個(gè)過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)中用盒子代替牛，簡(jiǎn)單易操作，直觀明了。藥丸搖晃的聲音對(duì)學(xué)生更有刺激，明白了胚胎已產(chǎn)生，對(duì)胚胎早期在受體細(xì)胞子宮內(nèi)處于游離狀態(tài)有深入的理解。學(xué)生可以自己總結(jié)出供體和受體的生理學(xué)基礎(chǔ)。

3.3 教學(xué)環(huán)節(jié)： 性別鑒定和胚胎分割 情境2： 假設(shè)高產(chǎn)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(xué)生從染色體基因和檢測(cè)目的基因的方法中受到啟發(fā)。從早期胚胎中取滋養(yǎng)層細(xì)胞DNA，進(jìn)行PCR擴(kuò)增。用SRY探針檢測(cè)，陽(yáng)性胚胎即為雄性，反之為雌性。

設(shè)計(jì)意圖： 從生活實(shí)際需要出發(fā)，設(shè)置此情境。將“雌”紅字標(biāo)出。該內(nèi)容雖為課后拓展，但仍需要有相應(yīng)的了解。教師的提問(wèn)和資料的提供，學(xué)生聯(lián)系所學(xué)知識(shí)又一次解決問(wèn)題，提升了自信心。同時(shí)，也培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力和思維遷移的能力。

情境3： 沖卵得到20個(gè)雌性胚胎，但想得到40頭高產(chǎn)雌奶牛(或更多)，請(qǐng)問(wèn)能用什么方法？

設(shè)計(jì)意圖： 學(xué)生聯(lián)想到雙胞胎，一個(gè)胚胎若變成兩個(gè)胚胎就解決了問(wèn)題。在預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生可以回答出胚胎分割，學(xué)生體會(huì)到生物學(xué)知識(shí)能給實(shí)際生活帶來(lái)的巨大改變。

模擬實(shí)驗(yàn)2： 準(zhǔn)備分割刀、蘋果(胚胎)和保護(hù)套(透明帶)模擬實(shí)驗(yàn)材料。平板電腦操作，攝像頭對(duì)準(zhǔn)材料： ①展示一個(gè)蘋果，外面套著保護(hù)套，解釋為胚胎外面有透明帶；②拿刀削點(diǎn)皮，解釋為取滋養(yǎng)層細(xì)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(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割；④取一半蘋果放入另一個(gè)空的保護(hù)套，解釋為取另一半胚胎放入新的透明帶中。告訴學(xué)生最后一步可以沒(méi)有，不用新透明帶也可以直接胚胎移植。

3.4 教學(xué)環(huán)節(jié)： 胚胎干細(xì)胞的培養(yǎng)與意義 情境4： 若高產(chǎn)奶牛肝臟細(xì)胞壞死，如果要換肝，如何得到無(wú)免疫排斥的新肝臟？

設(shè)計(jì)意圖： 該部分仍從意義角度來(lái)設(shè)置情境。教師從抗原及遺傳物質(zhì)相同角度提醒，學(xué)生想到用動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)。教師繼續(xù)引導(dǎo)，學(xué)生用自己的細(xì)胞培養(yǎng)成器官——核移植。教師補(bǔ)充核移植的胚胎取內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞培養(yǎng)，可培養(yǎng)成器官，治療疾病。引出胚胎干細(xì)胞的來(lái)源和意義。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，逐步探索出方法，學(xué)生體會(huì)到科學(xué)研究帶來(lái)的成就感。

3.5 教學(xué)環(huán)節(jié)： 總結(jié)與討論 討論： ①胚胎工程有哪些實(shí)際應(yīng)用？②試管動(dòng)物與克隆動(dòng)物的最大區(qū)別是什么？③對(duì)于“代孕”的看法是什么？④對(duì)于服用“多子丸”生多胞胎的看法是什么？

4 教學(xué)反思

在情境設(shè)置中，牛的品種具體化可更真實(shí)些。情境1中的方法，是否全部能在現(xiàn)實(shí)中操作，其可行性值得思考。在模擬實(shí)驗(yàn)1中，還應(yīng)再準(zhǔn)備一個(gè)公牛盒子，多準(zhǔn)備幾個(gè)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(shí)驗(yàn)2中，蘋果不能體現(xiàn)滋養(yǎng)層，內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割也看不出來(lái)。若果換成蜜瓜，至少能體現(xiàn)滋養(yǎng)層，里面的種子可充當(dāng)做內(nèi)細(xì)胞團(tuán)。核心概念仍需不斷地強(qiáng)調(diào)。