“体内受精和早期胚胎发育”（第1 课时）的“倒叙”法教学设计*

邹振芳 （苏州工业园区星海实验中学 江苏苏州 215011）

人教版高中生物学教材选修3 中专题3“胚胎工程”共包括3 个小节，主要介绍了体外受精、胚胎移植、胚胎分割和胚胎干细胞培养等涉及动物早期胚胎或配子的显微操作和处理技术。胚胎工程的研究在畜牧业生产中具有广泛的应用，在人类的生殖、制药等领域也同样发挥重要作用。“体内受精和早期胚胎发育”是本专题的第1 节，也是学习本主题的基础，胚胎工程的许多技术，实际是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。

以往的教学模式，大多是通过回顾必修2《遗传与变异》中精子与卵细胞的形成过程开始，再按部就班地开始本节内容的教学。这种教学模式冲淡了胚胎工程的主题，变成对基础知识的回顾和拓展。

本教学设计采用“倒叙”法，通过设置真实情境，让学生为一对不孕的夫妇提出参考方案。教学过程中通过设置问题串、展示图片、播放视频、构建模型图等方式丰富了教材内容，先跳过“精子和卵细胞的发生过程”，从体外受精的情境出发，分析受精前精子和卵细胞各需要做哪些准备，引导学生通过对体内受精过程的分析，尝试说出体外受精需要的条件。本节的重、难点是受精前的准备和受精的具体过程。在真实情境下，学生始终带着问题探索，极大激发了学习兴趣，发展了学生的生物学学科核心素养。

1 教学目标

依据《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》的内容要求、学业要求和学业质量标准，并围绕生物学学科核心素养，制定以下教学目标[1]：

1）分析精子和卵细胞的形成过程，在理解生物学概念的基础上形成结构与功能相适应的生命观念。

2）分析受精过程和防止多精入卵的机制，构建体内受精的概念模型，培养科学思维。

3）通过对生命诞生的认识，帮助学生了解自我，树立珍爱生命的观念，并能主动向他人宣传。

2 教学过程

2.1 课前准备 在课前，设计课前导学案（图1），对于精子和卵细胞形成过程的基本知识，让学生提前回顾必修2 和自学选修3 中的部分知识。旨在利用学生的前知识，让学生预习，教师也可通过导学案的反馈情况，了解学生对相关知识的掌握情况，上课时能有的放矢。

图1 课前导学单

2.2 设置真实情境，导入新课 以世界首例试管婴儿路易斯·布朗的诞生为资料背景，设置问题情境：布朗夫妇结婚9 年未育，经检查布朗太太患有严重的输卵管阻塞，正常的精子和卵细胞根本无法相遇并彼此结合。提问：如果你是医生，你有什么方法帮助他们？整节课的教学设计都围绕此问题展开。学生初步讨论后，教师通过资料呈现1977 年布朗夫妇首次尝试“试管婴儿”的过程。

资料1：勇敢的布朗太太做了一个冒险的决定——向正研究人工辅助生育技术的医生帕特里克·斯特普托和生理学家罗伯特·爱德华兹求助。他们通过手术从布朗太太的卵巢内取出卵细胞，将其和她丈夫布朗先生的精液一起放入一个培养器内，使卵细胞在体外受精，然后，将受精卵重新移入布朗太太的子宫中。9 个多月后，路易丝诞生了。经检查证明小路易丝一切正常。出生10 个月后，路易丝开始学习走路。路易丝·布朗现今41 岁了，并已当上了妈妈。

通过真实情境，激发学生的学习兴趣，同时引入本专题“胚胎工程”，让学生认识胚胎工程与细胞工程在操作水平和所用生物技术上的差异。

2.3 资料分析：受精前的准备 提问：是否将体外获取的精子和从卵巢中获取的卵细胞放在适宜的培养液中就能完成受精？通过资料分析和对课前导学案的讨论，学生探讨在受精前精子和卵细胞分别要做什么准备。

2.3.1 资料分析：精子的准备

资料2：科学家张明觉曾用各种方法处理从附睾取出的精子或是射出的精子，都不能使之与卵细胞在体外受精。后来他发现，进入雌性生殖道的精子虽然运行的时间不长，但必须经过这一时段才能与排出的卵细胞受精。即精子必须在雌性生殖道内发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。这一现象被奥地利科学家奥斯汀将称之为精子获能。

学生通过资料分析，知道精子在受精前要经过“精子获能”，并理解精子获能的实质就是暴露精子表面与卵细胞识别的装置，解除抑制。

2.3.2 自主学习，探究卵细胞的发生过程和受精前的准备根据课前自主学习,要求学生再次阅读教材卵细胞的发生过程，并对课前导学案中卵细胞的发生过程概念图（图2）和相关问题进行修正，并设置以下问题串，作为学生自学的问题支架：①刚排出的卵是否为成熟的卵细胞？②它在什么部位与精子受精？③卵细胞发生过程中减数分裂是否连续进行？

图2 卵细胞发生概念图

根据学生课前导学案的完成情况，教师提前了解学情，学生对精子发生过程和精子变形特点等相对简单的知识掌握较好，因此，这部分知识在课堂上没有展开讨论。而卵细胞的形成过程相对复杂，与之前所学必修2 的知识有出入，学生容易按惯性思维回答。在课前导学案中暴露出一部分学生认为卵细胞发生过程的减数分裂也是连续进行的，概念图中最后填写的是卵细胞和第二极体。为了能纠正这一错误认知，在课堂上给予学生充足的时间重读教材相关内容，并设置问题作为学生思考的支架。学生带着问题阅读，目的性更强，能纠正错误认知，形成科学的生物学概念。

2.4 探究精子和卵细胞的结构特点 提问：人的精子以数亿计，为什么通常只有一个精子能进入卵细胞内部并与之结合形成受精卵？引导学生思考，根据结构与功能相适应的生物学基本观念，此现象应与精子和卵细胞的结构相关。教师用课件分别展示精子和卵细胞的详细结构图，设问：①在精细胞变形成精子过程中，很多结构都消失了，为什么细胞核和线粒体被保存?②为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？③当卵细胞从卵泡中排出后，卵细胞膜外围还有什么结构？

为了分析受精过程中的防止多精入卵的机制，先要了解精子和卵细胞的结构特点。这部分内容在教材中属于本节的第1 部分，而笔者在这里尝试采用“倒叙”法，主要目的就是使本节课围绕“试管婴儿”这个真实情境，学生带着问题思考，学习兴趣浓厚，在用中学，不仅掌握了基本的生物学知识，还培养了科学思维能力。

2.5 分析受精过程和防止多精入卵机制 为了能详细而生动地介绍受精过程，笔者经大量搜索，最终找到了来自Youtube 网站的一个视频，详细展示了受精过程的细节，包括顶体反应、透明带反应和卵细胞膜反应的细节展示，非常贴合教材。除了动态展示外，笔者还通过英文关键字检索，在“必应”网站的国际版中搜索到了受精过程的详细图解。

笔者先将视频进行编辑后分成了2 个部分，让学生带着问题观看“受精过程1”的视频并思考问题：①精子要穿越哪些结构才能与卵细胞真正相遇？②在穿越过程中精子发生了什么变化，卵细胞又发生了什么变化？笔者将全英文的图解配合人教版教材进行了逐步分解，并加上相应的中文标注（图3）。

图3 受精过程详细图解1

学生通过观看视频，并结合图解分析，对受精过程中3 个重要反应：顶体反应、透明带反应和卵细胞膜反应的过程有了直观了解，也对自然界中防止多精入卵的严格机制有了详细的认知。笔者还通过分析苏教版教材，为学生整理这3 个反应的具体过程作为拓展资料[2]。

知识链接：

1）顶体反应：精子的顶体外膜与头部的细胞膜首先融合，继而破裂，形成许多小孔，释放出顶体酶（包含多种蛋白质水解酶），溶解卵细胞外围的放射冠及透明带（主要成分是糖蛋白）。

2）透明带反应：在一个精子穿越透明带后，精子与卵细胞膜接触，激发卵细胞发生反应，卵细胞释放相关的酶，作用于透明带，使透明带变得坚硬，从而使其他精子难以再穿越透明带进入卵细胞内。这是防止多精子入卵受精的第一道屏障。

3）卵细胞膜反应：当一个精子进入卵细胞膜后，会立即引起卵细胞膜的紧缩、增厚，阻止其他精子进入卵内。这是防止多精子入卵受精的第二道屏障。

学生观看“受精过程2”视频和分析图解（图4），了解精子入卵后还会发生哪些生理变化？认识受精完成的标志是雌、雄原核的融合形成合子。

图4 受精过程详细图解2

最后，利用磁性贴让学生代表在黑板上完成体内受精过程的概念图模型（图5），并将写有“顶体反应”“透明带反应”和“卵细胞膜反应”的磁性贴粘贴在合适的位置。其他学生则在学案上完成相应概念图模型的填写。

图5 受精过程概念图模型

通过视频和图片相结合，对学生形成多感官刺激。最后，通过构建体内受精的概念模型图，学生掌握了本节的重、难点，通过对生命诞生的认识，了解自我，树立珍爱生命的观念。2.6 首尾呼应，探究体外受精条件 再次展示“试管婴儿”图片，提问：通过对体内受精的分析，对如何进行体外受精有哪些启示？让学生充分讨论并分享。

让“试管婴儿”这一真实情境贯穿整节课，学生能体验到学以致用的成就感，增强学生学习生物学的信心与兴趣。

3 反思

在本节教学中，笔者采用“倒叙”法，将这节内容通过“试管婴儿”这一真实情境串联，灵活运用了多媒体技术，使抽象的知识具象化，并设计构建概念模型帮助学生归纳总结，使本节重、难点问题被逐一化解。本节教学明显提高了学生的学习热情，发展了学生的科学思维，培养了生命观念和社会责任等生物学学科核心素养。