“胚胎工程的應用及前景”一節的教學設計

王吉文

(江蘇省南京市人民中學 210005)

1 教材分析

“胚胎工程的應用及前景”是人教版高中生物學教材選修3《現代生物科技專題》專題3“胚胎工程”的內容，主要包括“胚胎移植”“胚胎分割”“胚胎干細胞”。其中教學重點是“胚胎移植和胚胎分割的操作過程、意義”，難點是“胚胎移植的生理學基礎”。教材在“胚胎移植”部分，按照“胚胎移植的概念、現狀和意義、生理學基礎和操作程序”為順序進行編寫；在“胚胎分割”部分，按照“胚胎分割的概念、儀器、操作注意事項、操作方法以及不足”為順序進行編寫。

筆者根據課時等實際教學需要，選取“胚胎移植”“胚胎分割”兩部分內容進行挖掘，并調整順序，再向學生提供一系列文本資料，引導學生基于文本資料，通過合作、探究的學習方式形成知識間的聯系，以建構概念，加深對所學知識的理解，提高分析、推理、歸納、概括、批判等能力。

2 教學目標

2.1 知識目標 簡述胚胎移植的程序、生理學基礎和意義；說出胚胎分割的應用意義。

2.2 能力目標 嘗試通過分析文字、曲線圖、表格、流程圖和視頻等形式的信息獲得結論。

2.3 情感態度與價值觀目標 認同胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用；關注胚胎工程的研究進展和應用價值。

3 教學過程

3.1 問題設疑，發散思維，激發學習興趣 教師設置問題情景：某農場有良種的公牛和高產的奶牛數頭，還有多頭低產的奶牛，有哪些方法能在短期內大量繁殖高產的良種奶牛？引導學生發散思維(得出：通過克隆、轉基因或體外受精培育良種奶牛)教師展示出這三種方法的操作過程，提出：這方法最后都需要進行什么操作？(學生容易得出：需要進行“胚胎移植”)引出本節課的學習重點。

3.2 分析資料，深入理解胚胎移植的操作程序和生理學基礎 將學生分為4人一組，將事先收集并經處理的資料展示給學生，引導學生在分析資料的基礎上，思考、探究教師設計的問題，自主歸納胚胎移植操作程序、生理學基礎等知識。同時，讓學生充分理解胚胎移植各項操作背后的原理，提高分析、推理和批判等理性思維的能力。

3.2.1 超數排卵及排卵后的配種或人工受精 教師展示奶牛卵巢在一個自然發情周期中生卵過程示意圖，提出：上述的三種方法能夠實施的前提條件是必須獲得充足的奶牛卵子，而奶牛卵巢中雖然有很多卵子同時發育，但是一般一次只有一個卵子能發育成熟并排出。如何充分挖掘奶牛的排卵潛力？(學生容易得出：要進行超數排卵)

教師接著提出：如何進行超數排卵呢？然后向學生展示資料1“奶牛排卵前后垂體相關激素變化示意圖”“下丘腦、垂體、卵巢軸工作示意圖”。教師設疑：根據垂體激素水平變化，你認為促使奶牛排卵的直接原因是什么？結合教材的知識，你認為奶牛一次只能排出一個成熟卵子的原因是什么？可以通過什么途徑增加奶牛排卵？(引導學生得出：促使排卵的直接原因是促性腺激素分泌增加，奶牛一次只排出一顆卵子的主要原因是雌性激素對下丘腦和垂體的負反饋作用，如果需要超數排卵則一般需要給奶牛注射促性腺激素)教師提出：超數排卵完成后，應進行什么操作？(引導學生說出：進行配種或人工授精，獲得優良性狀的胚胎)

3.2.2 沖卵和質檢 展示資料2“早期胚胎發育的過程圖”、資料3“囊胚侵入子宮內膜的過程”：早期胚胎發育在受精后第5～6 d開始，8 d完成在子宮內膜上的“著陸”，11～12 d完成；資料4”透明帶能防止免疫細胞攻擊和幫助胚胎穿過輸卵管”；資料5“沖卵和質檢過程”的示意圖和視頻。

教師引導學生分析資料，提出：一般情況下，配種和人工授精后不遲于7 d就要進行沖卵，你能結合資料說一說這樣做的原因是什么嗎？沖卵能夠順利進行的生理學基礎是什么？透明帶的作用對于受體接受外來的胚胎進入子宮有什么幫助？為什么質檢要求保留胚胎發育到桑椹胚或囊胚階段的胚胎？(引導學生總結得出：沖卵的生理學基礎是早期胚胎和子宮沒有建立聯系；透明帶能夠幫助外來胚胎抵抗受體的排斥和在受體子宮內順利著床；之所以選擇桑椹胚或囊胚是因為發育到此階段的胚胎才能更好地與子宮內膜建立聯系)

3.2.3 早期胚胎移植入受體子宮 展示資料6“奶牛在一個自然發情周期的21 d內，子宮生理狀態的變化”。如果在發情周期10 d排卵，隨著雌激素增加到一定程度，子宮大約在17 d進入能接受胚胎的最佳生理狀態；如果沒有胚胎著床，在21 d左右，隨著雌激素水平下降，子宮重新進入不能孕育胚胎的狀態。教師提出：供體胚胎能夠隨時植入受體的子宮嗎？如果受體子宮能夠順利接受胚胎，還應該具備什么生理學基礎？(引導學生得出：需要供體和受體子宮達到同一生理狀態即需要進行同期發情)

繼續展示資料7：如果21 d后，性激素含量不降低，則子宮處于孕育子代的生理狀態的時間會延長；一定條件下，延長的時間和含量成正相關；前列腺素可以促進黃體退化，而黃體分泌維持子宮維持能孕育胚胎的雌激素。教師提出：假設目前是4月1日，現在有1頭供體奶牛、3頭受體奶牛，其排卵時間分別是4月10日、12日、16日和19日，根據資料，如果想讓所有奶牛下次排卵在4月25日左右，對供受體應該如何處理？(引導學生得出：對于前3頭在排卵后進行注射雌激素延長其發情周期，對于最后1頭在排卵后注射前列腺素，縮短其發情周期)讓學生理解為什么以及如何對供受體奶牛進行同期發情的方法。

然后教師提出：是否所有條件下都需要對供受體同期發情？(引導學生得出：如果利用冷凍儲存的胚胎進行移植，則不需要如此處理)讓學生通過批判思維，理解同期發情的本質。

繼續提供資料8“胚胎移植操作的視頻”，引導學生觀看視頻并總結胚胎移植具體的操作方式：手術法和非手術法以及妊娠檢查的必要性和過程，讓學生對胚胎移植的過程建立直觀的印象。

3.2.4 歸納總結移植的過程 在上述活動基礎上，教師通過圖1引導學生自主建立、歸納胚胎移植操作程序、生理學基礎等知識結構。

教師接著提出：你能給胚胎移植下一個定義嗎？胚胎移植有什么意義？引導學生根據所建立的知識聯系，結合教材自主建構胚胎移植的概念，思考并說出其意義。

3.3 分析資料，合作學習，自主總結胚胎分割的操作和意義 教師提出：一般1頭奶牛一年可提供20枚優良性狀的胚胎。但是，受體奶牛數量遠超20頭，如何利用這些胚胎提高家畜產量，提高優良品種的推廣速度？如何利用多個同卵多胞胎動物，降低因個體差異而造成的誤差？(引導學生得出：可以通過胚胎分割的方式達到此目的)

圖1 胚胎移植操作程序及生理學基礎的知識歸納

教師展示資料9：科學家發現，處于四細胞時期的老鼠一半卵裂球(2個細胞)已被破壞，但是剩下的小鼠2細胞胚仍可發育并生出小鼠。后來科學家成功分離小鼠2細胞胚卵裂球，裝入空透明帶中，體外培養至桑椹胚或囊胚，經胚胎移植后發育為正常個體，產生同卵孿生鼠。科學家對牛的囊胚進行二分和四分割，其二分胚和四分胚的成活率分別為89%和70%，移植后未得到同卵四生牛犢。

資料10：透明帶使胚胎細胞保持良好的接觸，保護胚胎細胞免受免疫細胞的攻擊，幫助胚胎穿過輸卵管。內細胞團中細胞已經初步分化和位置固定時，如果出現分割不均等，則細胞數量少的胚胎發育中畸形率大大增加。

資料11：科學家發現，隨著分割次數的增加，細胞凋亡比和畸胎率逐漸增加、妊娠率逐漸下降；胚胎分割產生的個體初生重普遍比單胎輕。

教師引導學生結合教材分析資料，提出：什么叫胚胎分割？為什么能進行胚胎分割？胚胎分割時應該注意什么問題？胚胎分割有什么不足之處？胚胎分割有什么意義？由學生討論并回答問題，自主總結相關知識，培養學生分析、歸納、概括等能力。

3.4 嘗試撰寫綜述，進行多角度評價 在常規紙筆測試評價的基礎上，引導學生就自己感興趣的內容，利用網絡、圖書館等資源，收集、整理胚胎工程相關研究的最新進展，撰寫綜述。教師進行評比，將優秀的綜述進行校園專題展示。

4 教學反思

本節課通過對教材內容進行挖掘，調整了知識呈現順序，輔以提供多種資料，引導學生結合教材分析資料，進行小組合作和探究，自主建立、歸納知識結構，促進學生對重點難點知識的理解，并提高分析、推理、歸納、概括能力。在評價方面，進行了學生撰寫綜述的探索。實踐證明，學生在查找資料和撰寫綜述的過程中，產生了課堂上不曾想到的疑問，這些問題能進一步激發學生的學習興趣，促進學生對教材知識的深入理解。