基于生物學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的“受精作用”一課的教學(xué)設(shè)計(jì)

李美英

(山東省單縣第一中學(xué) 菏澤 274300)

1 教材分析與設(shè)計(jì)思路

“受精作用”是人教版高中生物學(xué)教材必修2第2章第1節(jié)“減數(shù)分裂和受精作用”中第2小節(jié)的內(nèi)容，主要介紹配子中染色體組合的多樣性和受精作用的相關(guān)內(nèi)容。前期學(xué)生已學(xué)習(xí)了配子(精子和卵細(xì)胞)的形成過程，本節(jié)內(nèi)容是對(duì)減數(shù)分裂知識(shí)的延伸和擴(kuò)展，也是學(xué)習(xí)遺傳、變異和進(jìn)化的基礎(chǔ)。配子中染色體組合的多樣性和受精作用的概念、過程、實(shí)質(zhì)、意義是本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)，而基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)進(jìn)行歸納、推理與模型建構(gòu)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力是本節(jié)需重點(diǎn)落實(shí)的核心素養(yǎng)目標(biāo)。減數(shù)分裂過程是上節(jié)課學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)，因此學(xué)生構(gòu)建“含有兩對(duì)同源染色體的精原細(xì)胞”的減數(shù)分裂過程模型相對(duì)較簡(jiǎn)單。但構(gòu)建“含有三對(duì)同源染色體的精原細(xì)胞”的減數(shù)分裂過程模型就上升了難度。因此將“含有三對(duì)同源染色體的精原細(xì)胞”的減數(shù)分裂過程模型建構(gòu)作為本節(jié)課的難點(diǎn)。本節(jié)內(nèi)容對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)生物多樣性、形成生物進(jìn)化的觀點(diǎn)、樹立正確的自然觀有重要意義。筆者在“受精作用”教學(xué)實(shí)踐中，首先充分運(yùn)用創(chuàng)設(shè)的真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生利用假說—演繹法，通過觀察現(xiàn)象、提出問題、分析問題并作出假說，通過模型建構(gòu)引導(dǎo)學(xué)生驗(yàn)證假說、得出結(jié)論，同時(shí)借助歸納總結(jié)法得出配子中染色體組合多樣性的原因。假說—演繹法的探究過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

最后，結(jié)合學(xué)生自學(xué)的知識(shí)，觀看受精作用的視頻，通過問題的設(shè)置培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀和珍愛生命、為社會(huì)做貢獻(xiàn)的社會(huì)責(zé)任感。整個(gè)教學(xué)過程力求讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)探究、真正思考、訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。

2 教學(xué)目標(biāo)

基于課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下教學(xué)目標(biāo)：

(1) 能夠運(yùn)用配子多樣性的原因，解釋生物多樣性的現(xiàn)象；通過受精作用概念的分析，發(fā)展結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

(2) 通過模型建構(gòu)，闡明配子多樣性的原因；基于減數(shù)分裂的模型建構(gòu)，探究含三對(duì)同源染色體的精原細(xì)胞產(chǎn)生的配子染色體組成。

(3) 通過受精作用過程的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)“珍愛生命，做一位有社會(huì)責(zé)任感的公民”。

3 教學(xué)過程

3.1 情境創(chuàng)設(shè)，導(dǎo)入新課 問題情境導(dǎo)入： 展示教師的“全家福”照片，由兩個(gè)孩子長(zhǎng)相不同，與媽媽(教師本人)也不同，拋出問題： 孩子出生時(shí)是否抱錯(cuò)？

設(shè)計(jì)意圖： 應(yīng)用真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生的探究熱情。

3.2 通過問題引領(lǐng)，合作交流，形成科學(xué)的探究方法(假說—演繹法) 具體教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)如下：

3.2.1 觀察現(xiàn)象，提出問題 教師引導(dǎo)并設(shè)置問題： 老師沒有抱錯(cuò)孩子，那么長(zhǎng)相為什么不同呢？

3.2.2 分析問題，作出假設(shè) 學(xué)生會(huì)七嘴八舌地說出自己的觀點(diǎn)(假說)。此時(shí)，老師展示人類發(fā)育的起點(diǎn)是受精卵，它來自精子和卵細(xì)胞的融合。根據(jù)受精卵的來源，讓學(xué)生進(jìn)一步修正自己的假說——精子不同、卵細(xì)胞不同，形成的受精卵不同。

3.2.3 模型建構(gòu)，驗(yàn)證假說 展示模型建構(gòu)的注意事項(xiàng)和要求。步驟1： 建構(gòu)“一個(gè)精原細(xì)胞中標(biāo)有A和a一對(duì)同源染色體的行為和數(shù)目變化”模型，記錄配子的染色體組成(用A和a表示染色體)；步驟2： 建構(gòu)“一個(gè)精原細(xì)胞中標(biāo)有A和a、 B和b兩對(duì)同源染色體的行為和數(shù)目變化”模型，記錄配子的染色體組成(用A和a， B和b表示染色體)；步驟3： 以小組為單位，派代表在黑板上寫出兩次模擬結(jié)果；步驟4： 若一個(gè)精原細(xì)胞中含有A和a、 B和b、 C和c三對(duì)同源染色體，請(qǐng)通過模型構(gòu)建記錄配子的染色體組成。學(xué)生依據(jù)幻燈片上模型建構(gòu)的提示，遵循由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的模擬探究原則，通過小組內(nèi)分工合作，得到一個(gè)精原細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)分裂產(chǎn)生的四個(gè)精子的染色體組成。并寫到黑板上，讓學(xué)生觀察和思考： ①上述模型建構(gòu)的是一個(gè)雄性個(gè)體，在以上三種情況下可以分別得到幾種染色體組成的配子？②若是一個(gè)雌性個(gè)體，含有n對(duì)同源染色體可以得到幾種染色體組成的配子？若考慮交叉互換呢？③此外，同學(xué)們還可以思考自己體內(nèi)可以產(chǎn)生多少種染色體組成不同的精子或卵細(xì)胞呢？

針對(duì)問題①，學(xué)生很容易得到前兩種情況的2種、4種；但是第三種情況沒有把握，有的認(rèn)為是6種，有的說9種，有的說8種。為了突破難點(diǎn)，筆者采用“用分離的思想解決自由組合的問題”，借助畫棋盤論證含有三對(duì)同源染色體的精原細(xì)胞產(chǎn)生的精子種類會(huì)是8種。這樣，學(xué)生就能觀察總結(jié)出規(guī)律，一個(gè)含有n對(duì)同源染色體的雄性個(gè)體在不考慮交叉互換的情況下會(huì)產(chǎn)生2n種精子。同樣對(duì)于問題②的雌性個(gè)體也就迎刃而解了。此時(shí)，學(xué)生可以意識(shí)到我們?nèi)祟惸墚a(chǎn)生223種精子或卵細(xì)胞。

3.2.4 得出結(jié)論 將問題升華： 為什么會(huì)出現(xiàn)這么多染色體組成不同的配子呢？讓學(xué)生回憶自己的模型建構(gòu)過程，發(fā)現(xiàn)根源在于減數(shù)第一次分裂后期發(fā)生了同源染色體的分離和非同源染色體的自由組合。若發(fā)生交叉互換呢？配子種類更多。

設(shè)計(jì)意圖： 通過假說—演繹法的探索道路追尋，意在培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那髮?shí)態(tài)度，同時(shí)通過配子的種類多樣性的原因探索、觀察、分析和總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力。

3.3 借助受精作用的視頻，理解受精作用的概念、過程、實(shí)質(zhì)和意義 通過問題引領(lǐng)解決現(xiàn)實(shí)問題。

問題1： 配子種類多樣會(huì)導(dǎo)致同一物種遺傳多樣性的產(chǎn)生，有利于生物適應(yīng)不同的環(huán)境，還有什么原因會(huì)導(dǎo)致遺傳多樣性的產(chǎn)生嗎？問題2： 一般情況下，維持每種生物體前后代體細(xì)胞染色體數(shù)目的恒定，一個(gè)卵細(xì)胞只能和一個(gè)精子完成受精，那么同卵雙胞胎、同卵三胞胎形成的原因是什么？學(xué)生通過觀看受精作用的視頻會(huì)發(fā)現(xiàn)： 正常情況下，精子和卵細(xì)胞的隨機(jī)結(jié)合也會(huì)導(dǎo)致遺傳多樣性的產(chǎn)生；同卵雙胞胎和同卵三胞胎都是來自同一個(gè)受精卵，只是在受精卵進(jìn)行分裂分化的過程中形成了兩個(gè)或三個(gè)個(gè)體。

問題3： 不同生物的精子和卵細(xì)胞能相互融合嗎？精子和卵細(xì)胞的識(shí)別和融合過程，依賴了生物膜結(jié)構(gòu)的哪些物質(zhì)和特點(diǎn)？學(xué)生在教師的引導(dǎo)下運(yùn)用細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的相關(guān)知識(shí)，通過討論得出： 不同生物的精子和卵細(xì)胞一般是不相融合的，因?yàn)榫釉诤吐鸭?xì)胞結(jié)合的時(shí)候要相互識(shí)別。識(shí)別要依賴于生物膜上的糖蛋白，融合要依靠生物膜的流動(dòng)性。

問題4： 受精卵中的染色體一半來自父方，一半來自母方，對(duì)嗎？受精卵中的DNA一半來自父方，一半來自母方，對(duì)嗎？請(qǐng)解釋原因。學(xué)生通過思考認(rèn)識(shí)到：受精作用的過程中，精子的頭部進(jìn)入了卵細(xì)胞，只融合了細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)，受精卵的細(xì)胞質(zhì)中的DNA(即線粒體DNA)只來自卵細(xì)胞，因此前者是對(duì)的，而后者來自母方的DNA多于父方。

問題5： 進(jìn)行有性生殖的生物，哪些過程保證了前后代體細(xì)胞中染色體數(shù)目的恒定？減數(shù)分裂和受精作用的意義是什么？學(xué)生可以較容易地得到： 是減數(shù)分裂和受精作用共同保證了后代染色體數(shù)目的恒定，兩者不僅有利于生物多樣性的形成和生物的進(jìn)化，而且對(duì)于維持每種生物前后代體細(xì)胞中染色體數(shù)目的恒定及對(duì)于生物的遺傳和變異，都是十分重要的。

問題6： 通過受精作用過程的分析，由于父親提供了他的那顆最優(yōu)秀的精子給卵細(xì)胞，因此，你是父母愛情的結(jié)晶，也是他們心中最優(yōu)秀的孩子。我們更應(yīng)該珍惜我們的生命，要真正實(shí)現(xiàn)自己的人生價(jià)值，你該怎么做呢？

設(shè)計(jì)意圖： 通過問題引領(lǐng)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生的探究欲望。在問題的引領(lǐng)下，讓學(xué)生在思考中獲得知識(shí)，真正理解受精作用的概念、過程、實(shí)質(zhì)和意義。同時(shí)，通過問題3，使學(xué)生體會(huì)到“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念；通過問題6激勵(lì)學(xué)生思考人生的價(jià)值，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

3.4 與導(dǎo)入呼應(yīng)，讓學(xué)生能夠闡明生物多樣性的原因 再次播放“全家福”的照片，讓學(xué)生分析兩個(gè)孩子長(zhǎng)相不同的原因。同時(shí)，讓學(xué)生思考自己的家庭，解釋自己和父母、兄弟姐妹有長(zhǎng)相區(qū)別的原因。

設(shè)計(jì)意圖： 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，能讓學(xué)生學(xué)有所獲，能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解釋現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問題。對(duì)于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)就是改變傳統(tǒng)的知識(shí)傳授，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中提高能力，以期達(dá)到真正落實(shí)立德樹人的根本目標(biāo)。

3.5 構(gòu)建思維導(dǎo)思，使學(xué)生整體把握相關(guān)概念 最后，師生共同構(gòu)建生殖過程配子中染色體組合和受精作用的思維導(dǎo)圖(圖1)，教師將其板書在黑板上。

圖1 思維導(dǎo)圖

設(shè)計(jì)意圖： 在思維導(dǎo)圖構(gòu)建的過程中，教會(huì)學(xué)生構(gòu)建思維導(dǎo)圖的方法。思維導(dǎo)圖是一種可視化工具，可以幫助學(xué)生整體把握學(xué)科的核心概念體系，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

4 教學(xué)反思

課堂教學(xué)以知識(shí)為“骨架”、以素養(yǎng)為“靈魂”，首尾銜接自然，不僅讓學(xué)生學(xué)到了知識(shí)，培養(yǎng)了自學(xué)、合作、思維、探究能力，而且讓學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識(shí)。教學(xué)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，在師生互動(dòng)、生生互動(dòng)的過程中培養(yǎng)學(xué)生正確的價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。通過對(duì)本節(jié)課的打磨過程，筆者深刻地體會(huì)到“備課無止境”，通過精心琢磨、打造，如何更好地使“立德樹人”落地，是我們教育工作者重要的追夢(mèng)目標(biāo)。