基于生物学核心素养培养的“受精作用”一课的教学设计

李美英

(山东省单县第一中学 菏泽 274300)

1 教材分析与设计思路

“受精作用”是人教版高中生物学教材必修2第2章第1节“减数分裂和受精作用”中第2小节的内容，主要介绍配子中染色体组合的多样性和受精作用的相关内容。前期学生已学习了配子(精子和卵细胞)的形成过程，本节内容是对减数分裂知识的延伸和扩展，也是学习遗传、变异和进化的基础。配子中染色体组合的多样性和受精作用的概念、过程、实质、意义是本节的教学重点，而基于生物学事实和证据进行归纳、推理与模型建构，进而培养学生的科学思维和科学探究能力是本节需重点落实的核心素养目标。减数分裂过程是上节课学习的重难点，因此学生构建“含有两对同源染色体的精原细胞”的减数分裂过程模型相对较简单。但构建“含有三对同源染色体的精原细胞”的减数分裂过程模型就上升了难度。因此将“含有三对同源染色体的精原细胞”的减数分裂过程模型建构作为本节课的难点。本节内容对学生认识生物多样性、形成生物进化的观点、树立正确的自然观有重要意义。笔者在“受精作用”教学实践中，首先充分运用创设的真实情境，引导学生利用假说—演绎法，通过观察现象、提出问题、分析问题并作出假说，通过模型建构引导学生验证假说、得出结论，同时借助归纳总结法得出配子中染色体组合多样性的原因。假说—演绎法的探究过程，培养学生的科学思维和科学探究能力。

最后，结合学生自学的知识，观看受精作用的视频，通过问题的设置培养学生的结构与功能观和珍爱生命、为社会做贡献的社会责任感。整个教学过程力求让学生主动学习、主动探究、真正思考、训练学生的科学思维。

2 教学目标

基于课程标准的内容要求、学业要求和学业质量标准，并围绕培养学生核心素养的要求，制订了如下教学目标：

(1) 能够运用配子多样性的原因，解释生物多样性的现象；通过受精作用概念的分析，发展结构与功能相适应的生命观念。

(2) 通过模型建构，阐明配子多样性的原因；基于减数分裂的模型建构，探究含三对同源染色体的精原细胞产生的配子染色体组成。

(3) 通过受精作用过程的学习，学习“珍爱生命，做一位有社会责任感的公民”。

3 教学过程

3.1 情境创设，导入新课 问题情境导入： 展示教师的“全家福”照片，由两个孩子长相不同，与妈妈(教师本人)也不同，抛出问题： 孩子出生时是否抱错？

设计意图： 应用真实情境，激发学生的探究热情。

3.2 通过问题引领，合作交流，形成科学的探究方法(假说—演绎法) 具体教学设计环节如下：

3.2.1 观察现象，提出问题 教师引导并设置问题： 老师没有抱错孩子，那么长相为什么不同呢？

3.2.2 分析问题，作出假设 学生会七嘴八舌地说出自己的观点(假说)。此时，老师展示人类发育的起点是受精卵，它来自精子和卵细胞的融合。根据受精卵的来源，让学生进一步修正自己的假说——精子不同、卵细胞不同，形成的受精卵不同。

3.2.3 模型建构，验证假说 展示模型建构的注意事项和要求。步骤1： 建构“一个精原细胞中标有A和a一对同源染色体的行为和数目变化”模型，记录配子的染色体组成(用A和a表示染色体)；步骤2： 建构“一个精原细胞中标有A和a、 B和b两对同源染色体的行为和数目变化”模型，记录配子的染色体组成(用A和a， B和b表示染色体)；步骤3： 以小组为单位，派代表在黑板上写出两次模拟结果；步骤4： 若一个精原细胞中含有A和a、 B和b、 C和c三对同源染色体，请通过模型构建记录配子的染色体组成。学生依据幻灯片上模型建构的提示，遵循由简单到复杂的模拟探究原则，通过小组内分工合作，得到一个精原细胞经过减数分裂产生的四个精子的染色体组成。并写到黑板上，让学生观察和思考： ①上述模型建构的是一个雄性个体，在以上三种情况下可以分别得到几种染色体组成的配子？②若是一个雌性个体，含有n对同源染色体可以得到几种染色体组成的配子？若考虑交叉互换呢？③此外，同学们还可以思考自己体内可以产生多少种染色体组成不同的精子或卵细胞呢？

针对问题①，学生很容易得到前两种情况的2种、4种；但是第三种情况没有把握，有的认为是6种，有的说9种，有的说8种。为了突破难点，笔者采用“用分离的思想解决自由组合的问题”，借助画棋盘论证含有三对同源染色体的精原细胞产生的精子种类会是8种。这样，学生就能观察总结出规律，一个含有n对同源染色体的雄性个体在不考虑交叉互换的情况下会产生2n种精子。同样对于问题②的雌性个体也就迎刃而解了。此时，学生可以意识到我们人类能产生223种精子或卵细胞。

3.2.4 得出结论 将问题升华： 为什么会出现这么多染色体组成不同的配子呢？让学生回忆自己的模型建构过程，发现根源在于减数第一次分裂后期发生了同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合。若发生交叉互换呢？配子种类更多。

设计意图： 通过假说—演绎法的探索道路追寻，意在培养学生养成科学严谨的求实态度，同时通过配子的种类多样性的原因探索、观察、分析和总结，培养学生的科学思维能力和科学探究能力。

3.3 借助受精作用的视频，理解受精作用的概念、过程、实质和意义 通过问题引领解决现实问题。

问题1： 配子种类多样会导致同一物种遗传多样性的产生，有利于生物适应不同的环境，还有什么原因会导致遗传多样性的产生吗？问题2： 一般情况下，维持每种生物体前后代体细胞染色体数目的恒定，一个卵细胞只能和一个精子完成受精，那么同卵双胞胎、同卵三胞胎形成的原因是什么？学生通过观看受精作用的视频会发现： 正常情况下，精子和卵细胞的随机结合也会导致遗传多样性的产生；同卵双胞胎和同卵三胞胎都是来自同一个受精卵，只是在受精卵进行分裂分化的过程中形成了两个或三个个体。

问题3： 不同生物的精子和卵细胞能相互融合吗？精子和卵细胞的识别和融合过程，依赖了生物膜结构的哪些物质和特点？学生在教师的引导下运用细胞膜结构与功能的相关知识，通过讨论得出： 不同生物的精子和卵细胞一般是不相融合的，因为精子在和卵细胞结合的时候要相互识别。识别要依赖于生物膜上的糖蛋白，融合要依靠生物膜的流动性。

问题4： 受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方，对吗？受精卵中的DNA一半来自父方，一半来自母方，对吗？请解释原因。学生通过思考认识到：受精作用的过程中，精子的头部进入了卵细胞，只融合了细胞核中的遗传物质，受精卵的细胞质中的DNA(即线粒体DNA)只来自卵细胞，因此前者是对的，而后者来自母方的DNA多于父方。

问题5： 进行有性生殖的生物，哪些过程保证了前后代体细胞中染色体数目的恒定？减数分裂和受精作用的意义是什么？学生可以较容易地得到： 是减数分裂和受精作用共同保证了后代染色体数目的恒定，两者不仅有利于生物多样性的形成和生物的进化，而且对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定及对于生物的遗传和变异，都是十分重要的。

问题6： 通过受精作用过程的分析，由于父亲提供了他的那颗最优秀的精子给卵细胞，因此，你是父母爱情的结晶，也是他们心中最优秀的孩子。我们更应该珍惜我们的生命，要真正实现自己的人生价值，你该怎么做呢？

设计意图： 通过问题引领，驱动学生的探究欲望。在问题的引领下，让学生在思考中获得知识，真正理解受精作用的概念、过程、实质和意义。同时，通过问题3，使学生体会到“结构与功能相适应”，进而培养学生的生命观念；通过问题6激励学生思考人生的价值，增强社会责任感。

3.4 与导入呼应，让学生能够阐明生物多样性的原因 再次播放“全家福”的照片，让学生分析两个孩子长相不同的原因。同时，让学生思考自己的家庭，解释自己和父母、兄弟姐妹有长相区别的原因。

设计意图： 通过本节课的学习，能让学生学有所获，能够运用所学知识解释现实生活中的实际问题。对于学生核心素养的培养就是改变传统的知识传授，让学生在学习过程中提高能力，以期达到真正落实立德树人的根本目标。

3.5 构建思维导思，使学生整体把握相关概念 最后，师生共同构建生殖过程配子中染色体组合和受精作用的思维导图(图1)，教师将其板书在黑板上。

图1 思维导图

设计意图： 在思维导图构建的过程中，教会学生构建思维导图的方法。思维导图是一种可视化工具，可以帮助学生整体把握学科的核心概念体系，提升学生的核心素养。

4 教学反思

课堂教学以知识为“骨架”、以素养为“灵魂”，首尾衔接自然，不仅让学生学到了知识，培养了自学、合作、思维、探究能力，而且让学生能够运用所学知识解决现实生活中的问题，同时培养了学生的社会责任担当意识。教学设计的各个环节充分调动了学生学习的主动性、积极性，在师生互动、生生互动的过程中培养学生正确的价值观念、必备品格和关键能力。通过对本节课的打磨过程，笔者深刻地体会到“备课无止境”，通过精心琢磨、打造，如何更好地使“立德树人”落地，是我们教育工作者重要的追梦目标。