“體內受精和早期胚胎發育”（第1 課時）的“倒敘”法教學設計*

鄒振芳 （蘇州工業園區星海實驗中學 江蘇蘇州 215011）

人教版高中生物學教材選修3 中專題3“胚胎工程”共包括3 個小節，主要介紹了體外受精、胚胎移植、胚胎分割和胚胎干細胞培養等涉及動物早期胚胎或配子的顯微操作和處理技術。胚胎工程的研究在畜牧業生產中具有廣泛的應用，在人類的生殖、制藥等領域也同樣發揮重要作用。“體內受精和早期胚胎發育”是本專題的第1 節，也是學習本主題的基礎，胚胎工程的許多技術，實際是在體外條件下，對動物自然受精和早期胚胎發育條件進行的模擬操作。

以往的教學模式，大多是通過回顧必修2《遺傳與變異》中精子與卵細胞的形成過程開始，再按部就班地開始本節內容的教學。這種教學模式沖淡了胚胎工程的主題，變成對基礎知識的回顧和拓展。

本教學設計采用“倒敘”法，通過設置真實情境，讓學生為一對不孕的夫婦提出參考方案。教學過程中通過設置問題串、展示圖片、播放視頻、構建模型圖等方式豐富了教材內容，先跳過“精子和卵細胞的發生過程”，從體外受精的情境出發，分析受精前精子和卵細胞各需要做哪些準備，引導學生通過對體內受精過程的分析，嘗試說出體外受精需要的條件。本節的重、難點是受精前的準備和受精的具體過程。在真實情境下，學生始終帶著問題探索，極大激發了學習興趣，發展了學生的生物學學科核心素養。

1 教學目標

依據《普通高中生物學課程標準（2017 年版）》的內容要求、學業要求和學業質量標準，并圍繞生物學學科核心素養，制定以下教學目標[1]：

1）分析精子和卵細胞的形成過程，在理解生物學概念的基礎上形成結構與功能相適應的生命觀念。

2）分析受精過程和防止多精入卵的機制，構建體內受精的概念模型，培養科學思維。

3）通過對生命誕生的認識，幫助學生了解自我，樹立珍愛生命的觀念，并能主動向他人宣傳。

2 教學過程

2.1 課前準備 在課前，設計課前導學案（圖1），對于精子和卵細胞形成過程的基本知識，讓學生提前回顧必修2 和自學選修3 中的部分知識。旨在利用學生的前知識，讓學生預習，教師也可通過導學案的反饋情況，了解學生對相關知識的掌握情況，上課時能有的放矢。

圖1 課前導學單

2.2 設置真實情境，導入新課 以世界首例試管嬰兒路易斯·布朗的誕生為資料背景，設置問題情境：布朗夫婦結婚9 年未育，經檢查布朗太太患有嚴重的輸卵管阻塞，正常的精子和卵細胞根本無法相遇并彼此結合。提問：如果你是醫生，你有什么方法幫助他們？整節課的教學設計都圍繞此問題展開。學生初步討論后，教師通過資料呈現1977 年布朗夫婦首次嘗試“試管嬰兒”的過程。

資料1：勇敢的布朗太太做了一個冒險的決定——向正研究人工輔助生育技術的醫生帕特里克·斯特普托和生理學家羅伯特·愛德華茲求助。他們通過手術從布朗太太的卵巢內取出卵細胞，將其和她丈夫布朗先生的精液一起放入一個培養器內，使卵細胞在體外受精，然后，將受精卵重新移入布朗太太的子宮中。9 個多月后，路易絲誕生了。經檢查證明小路易絲一切正常。出生10 個月后，路易絲開始學習走路。路易絲·布朗現今41 歲了，并已當上了媽媽。

通過真實情境，激發學生的學習興趣，同時引入本專題“胚胎工程”，讓學生認識胚胎工程與細胞工程在操作水平和所用生物技術上的差異。

2.3 資料分析：受精前的準備 提問：是否將體外獲取的精子和從卵巢中獲取的卵細胞放在適宜的培養液中就能完成受精？通過資料分析和對課前導學案的討論，學生探討在受精前精子和卵細胞分別要做什么準備。

2.3.1 資料分析：精子的準備

資料2：科學家張明覺曾用各種方法處理從附睪取出的精子或是射出的精子，都不能使之與卵細胞在體外受精。后來他發現，進入雌性生殖道的精子雖然運行的時間不長，但必須經過這一時段才能與排出的卵細胞受精。即精子必須在雌性生殖道內發生相應的生理變化后，才能獲得受精能力。這一現象被奧地利科學家奧斯汀將稱之為精子獲能。

學生通過資料分析，知道精子在受精前要經過“精子獲能”，并理解精子獲能的實質就是暴露精子表面與卵細胞識別的裝置，解除抑制。

2.3.2 自主學習，探究卵細胞的發生過程和受精前的準備根據課前自主學習,要求學生再次閱讀教材卵細胞的發生過程，并對課前導學案中卵細胞的發生過程概念圖（圖2）和相關問題進行修正，并設置以下問題串，作為學生自學的問題支架：①剛排出的卵是否為成熟的卵細胞？②它在什么部位與精子受精？③卵細胞發生過程中減數分裂是否連續進行？

圖2 卵細胞發生概念圖

根據學生課前導學案的完成情況，教師提前了解學情，學生對精子發生過程和精子變形特點等相對簡單的知識掌握較好，因此，這部分知識在課堂上沒有展開討論。而卵細胞的形成過程相對復雜，與之前所學必修2 的知識有出入，學生容易按慣性思維回答。在課前導學案中暴露出一部分學生認為卵細胞發生過程的減數分裂也是連續進行的，概念圖中最后填寫的是卵細胞和第二極體。為了能糾正這一錯誤認知，在課堂上給予學生充足的時間重讀教材相關內容，并設置問題作為學生思考的支架。學生帶著問題閱讀，目的性更強，能糾正錯誤認知，形成科學的生物學概念。

2.4 探究精子和卵細胞的結構特點 提問：人的精子以數億計，為什么通常只有一個精子能進入卵細胞內部并與之結合形成受精卵？引導學生思考，根據結構與功能相適應的生物學基本觀念，此現象應與精子和卵細胞的結構相關。教師用課件分別展示精子和卵細胞的詳細結構圖，設問：①在精細胞變形成精子過程中，很多結構都消失了，為什么細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當卵細胞從卵泡中排出后，卵細胞膜外圍還有什么結構？

為了分析受精過程中的防止多精入卵的機制，先要了解精子和卵細胞的結構特點。這部分內容在教材中屬于本節的第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課圍繞“試管嬰兒”這個真實情境，學生帶著問題思考，學習興趣濃厚，在用中學，不僅掌握了基本的生物學知識，還培養了科學思維能力。

2.5 分析受精過程和防止多精入卵機制 為了能詳細而生動地介紹受精過程，筆者經大量搜索，最終找到了來自Youtube 網站的一個視頻，詳細展示了受精過程的細節，包括頂體反應、透明帶反應和卵細胞膜反應的細節展示，非常貼合教材。除了動態展示外，筆者還通過英文關鍵字檢索，在“必應”網站的國際版中搜索到了受精過程的詳細圖解。

筆者先將視頻進行編輯后分成了2 個部分，讓學生帶著問題觀看“受精過程1”的視頻并思考問題：①精子要穿越哪些結構才能與卵細胞真正相遇？②在穿越過程中精子發生了什么變化，卵細胞又發生了什么變化？筆者將全英文的圖解配合人教版教材進行了逐步分解，并加上相應的中文標注（圖3）。

圖3 受精過程詳細圖解1

學生通過觀看視頻，并結合圖解分析，對受精過程中3 個重要反應：頂體反應、透明帶反應和卵細胞膜反應的過程有了直觀了解，也對自然界中防止多精入卵的嚴格機制有了詳細的認知。筆者還通過分析蘇教版教材，為學生整理這3 個反應的具體過程作為拓展資料[2]。

知識鏈接：

1）頂體反應：精子的頂體外膜與頭部的細胞膜首先融合，繼而破裂，形成許多小孔，釋放出頂體酶（包含多種蛋白質水解酶），溶解卵細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：在一個精子穿越透明帶后，精子與卵細胞膜接觸，激發卵細胞發生反應，卵細胞釋放相關的酶，作用于透明帶，使透明帶變得堅硬，從而使其他精子難以再穿越透明帶進入卵細胞內。這是防止多精子入卵受精的第一道屏障。

3）卵細胞膜反應：當一個精子進入卵細胞膜后，會立即引起卵細胞膜的緊縮、增厚，阻止其他精子進入卵內。這是防止多精子入卵受精的第二道屏障。

學生觀看“受精過程2”視頻和分析圖解（圖4），了解精子入卵后還會發生哪些生理變化？認識受精完成的標志是雌、雄原核的融合形成合子。

圖4 受精過程詳細圖解2

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

圖5 受精過程概念圖模型

通過視頻和圖片相結合，對學生形成多感官刺激。最后，通過構建體內受精的概念模型圖，學生掌握了本節的重、難點，通過對生命誕生的認識，了解自我，樹立珍愛生命的觀念。2.6 首尾呼應，探究體外受精條件 再次展示“試管嬰兒”圖片，提問：通過對體內受精的分析，對如何進行體外受精有哪些啟示？讓學生充分討論并分享。

讓“試管嬰兒”這一真實情境貫穿整節課，學生能體驗到學以致用的成就感，增強學生學習生物學的信心與興趣。

3 反思

在本節教學中，筆者采用“倒敘”法，將這節內容通過“試管嬰兒”這一真實情境串聯，靈活運用了多媒體技術，使抽象的知識具象化，并設計構建概念模型幫助學生歸納總結，使本節重、難點問題被逐一化解。本節教學明顯提高了學生的學習熱情，發展了學生的科學思維，培養了生命觀念和社會責任等生物學學科核心素養。