串联情境模拟“胚胎工程的应用和前景”的教学设计

张 优

(安徽省合肥市第十中学 合肥 230011)

1 教材分析及设计思路

人教版高中生物学教材选修3中专题3“胚胎工程的应用和前景”这一节包括3个内容： 胚胎移植、胚胎分割和胚胎干细胞的培养和应用。在学习此节内容之前，学生已经具有相应的基础： 学过转基因、体外受精、核移植技术和早期胚胎培养，知道试管动物和克隆动物的来源。此节课后还有补充内容： 胚胎性别鉴定的方法。教学重点： 胚胎移植的流程，生理学基础和意义，胚胎分割的意义，胚胎干细胞培养的意义；教学难点： 胚胎工程的意义，胚胎移植和胚胎分割的操作。故将本节3个内容和性别鉴定内容整合，形成4个相应的情境。让学生以农场主的身份思考： 如何得到多头高产奶牛，如何确定是雌性胚胎，思考得到更多头高产奶牛的方法，如何给生病的奶牛置换无免疫排斥的器官。该内容设计层层递进，学生不断地思考；既注重理论联系生活实际，又突出应用和前景。

2 教学目标

依据课程标准并围绕培养学生核心素养的要求，制订了如下的教学目标：

(1) 通过同期发情、超数排卵处理、胚胎和受体子宫中建立生理和组织上的联系，阐述胚胎移植的过程，树立生命活动的调节观念和科学物质观念。

(2) 通过给定的图示、情境和模拟实验，理解胚胎发育的流程和胚胎分割的操作。

(3) 运用已经学过的知识，解决如何大量繁殖高产奶牛问题；通过胚胎发育的流程，推测出其供体和受体相应的生理学基础。

(4) 学习胚胎移植技术，探讨代孕等社会热点。

3 教学过程

3.1 教学环节： 胚胎移植的概念及意义 情境1： 假设你是一个农场主，有肉牛100头。现引进一对雌雄高产奶牛。你想得到20头高产雌奶牛，请问可以用哪些方法？

*前文受合肥翰思科学仪器公司关注*

给学生定位为农场主，思考自己的奶牛繁殖问题。学生通过回忆已学过的知识给出了几种方法： ①核移植；②转基因；③体外受精。教师让学生讲出以上几种技术的具体过程后，学生又补充： ④杂交育种。教师让学生整理思路，前3种方法得到的均为胚胎，引出胚胎移植。让学生理解胚胎移植是核移植、转基因、体外受精等技术的最后一道工序。

设计意图： 大胆创设贴近生活的情境，能解决实际问题，学生会感兴趣并积极思考。此情境设计既能引出胚胎移植，又能复习前面所学的细胞工程、基因工程、体外受精和杂交育种等知识，更能体现胚胎移植的实际应用和意义。以实际情境为依托，将知识串联成发散的网状，也有利于提高学生总结和整合知识的能力。

3.2 教学环节: 胚胎移植的基本程序和生理学基础 教师总体把握讲解胚胎移植的过程图，介绍同期发情、超数排卵和胚胎移植等概念。再请学生自学胚胎移植的基本程序，回答以下问题： ①选择怎样的母牛作供体母牛、受体母牛？②为什么对供、受体母牛进行同期发情处理？采用什么激素？③超数排卵采用什么激素？④选择配种公牛有何要求？⑤冲卵在什么时候？冲卵指的是冲出卵子吗？⑥检查的胚胎发育到什么时期？⑦胚胎移植有哪两种方法？⑧为什么要对受体母牛进行妊娠检查？⑨产生的小牛与受体母牛有没有遗传上的联系？

模拟实验1： 模拟实验材料为供体纸盒(供体母牛)、受体纸盒(受体母牛)、小纸盒(高产小牛)、药丸(胚胎)。模拟实验过程： 实验开始前将药丸放在供体母牛盒内，小纸盒放在受体牛盒内，不要让学生看到，两盒均开口。操作平板电脑点击“实物展台”模式，将平板电脑支撑着放在桌面，摄像头对准材料，学生能同步在前面大屏幕上看到摄像头所示内容： ①展示供体和受体母牛，用笔模拟注射孕激素做同期发情处理，给受体母牛注射促性腺激素做超数排卵处理。移开受体母牛到旁边，暂时不用，防止干扰；②将供体母牛移开视线，解释为与配种公牛完成配种，一段时间后移回，模拟配种完成，摇晃供体母牛盒子，药丸发出声响，解释为体内有胚胎；③将药丸倒出，解释为冲卵；④取1粒药丸，放入受体母牛盒内，解释为非手术法进行胚胎移植；⑤从受体母牛盒内倒出小盒，说明产下小的高产奶牛。

设计意图： 该模拟实验借助投影技术，放大了整个操作画面，每一位学生均能清楚地看到整个过程。本实验中用盒子代替牛，简单易操作，直观明了。药丸摇晃的声音对学生更有刺激，明白了胚胎已产生，对胚胎早期在受体细胞子宫内处于游离状态有深入的理解。学生可以自己总结出供体和受体的生理学基础。

3.3 教学环节： 性别鉴定和胚胎分割 情境2： 假设高产奶牛冲卵得到早期胚胎，将如何鉴定它们是不是雌性胚胎呢？给出资料： SRY基因是Y染色体特有的基因。学生从染色体基因和检测目的基因的方法中受到启发。从早期胚胎中取滋养层细胞DNA，进行PCR扩增。用SRY探针检测，阳性胚胎即为雄性，反之为雌性。

设计意图： 从生活实际需要出发，设置此情境。将“雌”红字标出。该内容虽为课后拓展，但仍需要有相应的了解。教师的提问和资料的提供，学生联系所学知识又一次解决问题，提升了自信心。同时，也培养学生解决问题的能力和思维迁移的能力。

情境3： 冲卵得到20个雌性胚胎，但想得到40头高产雌奶牛(或更多)，请问能用什么方法？

设计意图： 学生联想到双胞胎，一个胚胎若变成两个胚胎就解决了问题。在预习的基础上，学生可以回答出胚胎分割，学生体会到生物学知识能给实际生活带来的巨大改变。

模拟实验2： 准备分割刀、苹果(胚胎)和保护套(透明带)模拟实验材料。平板电脑操作，摄像头对准材料： ①展示一个苹果，外面套着保护套，解释为胚胎外面有透明带；②拿刀削点皮，解释为取滋养层细胞做性别鉴定；③将苹果均等分为两半，解释为胚胎分割，注意内细胞团均等分割；④取一半苹果放入另一个空的保护套，解释为取另一半胚胎放入新的透明带中。告诉学生最后一步可以没有，不用新透明带也可以直接胚胎移植。

3.4 教学环节： 胚胎干细胞的培养与意义 情境4： 若高产奶牛肝脏细胞坏死，如果要换肝，如何得到无免疫排斥的新肝脏？

设计意图： 该部分仍从意义角度来设置情境。教师从抗原及遗传物质相同角度提醒，学生想到用动物细胞培养。教师继续引导，学生用自己的细胞培养成器官——核移植。教师补充核移植的胚胎取内细胞团细胞培养，可培养成器官，治疗疾病。引出胚胎干细胞的来源和意义。学生在教师的引导下，逐步探索出方法，学生体会到科学研究带来的成就感。

3.5 教学环节： 总结与讨论 讨论： ①胚胎工程有哪些实际应用？②试管动物与克隆动物的最大区别是什么？③对于“代孕”的看法是什么？④对于服用“多子丸”生多胞胎的看法是什么？

4 教学反思

在情境设置中，牛的品种具体化可更真实些。情境1中的方法，是否全部能在现实中操作，其可行性值得思考。在模拟实验1中，还应再准备一个公牛盒子，多准备几个受体母牛盒子，供体与受体盒子不要一模一样。胚胎药丸是否可换成桑椹，这样可显示冲卵后胚胎所处的阶段。在模拟实验2中，苹果不能体现滋养层，内细胞团均等分割也看不出来。若果换成蜜瓜，至少能体现滋养层，里面的种子可充当做内细胞团。核心概念仍需不断地强调。