基于生物學核心素養培養的“受精作用”一課的教學設計

李美英

(山東省單縣第一中學 菏澤 274300)

1 教材分析與設計思路

“受精作用”是人教版高中生物學教材必修2第2章第1節“減數分裂和受精作用”中第2小節的內容，主要介紹配子中染色體組合的多樣性和受精作用的相關內容。前期學生已學習了配子(精子和卵細胞)的形成過程，本節內容是對減數分裂知識的延伸和擴展，也是學習遺傳、變異和進化的基礎。配子中染色體組合的多樣性和受精作用的概念、過程、實質、意義是本節的教學重點，而基于生物學事實和證據進行歸納、推理與模型建構，進而培養學生的科學思維和科學探究能力是本節需重點落實的核心素養目標。減數分裂過程是上節課學習的重難點，因此學生構建“含有兩對同源染色體的精原細胞”的減數分裂過程模型相對較簡單。但構建“含有三對同源染色體的精原細胞”的減數分裂過程模型就上升了難度。因此將“含有三對同源染色體的精原細胞”的減數分裂過程模型建構作為本節課的難點。本節內容對學生認識生物多樣性、形成生物進化的觀點、樹立正確的自然觀有重要意義。筆者在“受精作用”教學實踐中，首先充分運用創設的真實情境，引導學生利用假說—演繹法，通過觀察現象、提出問題、分析問題并作出假說，通過模型建構引導學生驗證假說、得出結論，同時借助歸納總結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，培養學生的科學思維和科學探究能力。

最后，結合學生自學的知識，觀看受精作用的視頻，通過問題的設置培養學生的結構與功能觀和珍愛生命、為社會做貢獻的社會責任感。整個教學過程力求讓學生主動學習、主動探究、真正思考、訓練學生的科學思維。

2 教學目標

基于課程標準的內容要求、學業要求和學業質量標準，并圍繞培養學生核心素養的要求，制訂了如下教學目標：

(1) 能夠運用配子多樣性的原因，解釋生物多樣性的現象；通過受精作用概念的分析，發展結構與功能相適應的生命觀念。

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

(3) 通過受精作用過程的學習，學習“珍愛生命，做一位有社會責任感的公民”。

3 教學過程

3.1 情境創設，導入新課 問題情境導入： 展示教師的“全家?！闭掌?，由兩個孩子長相不同，與媽媽(教師本人)也不同，拋出問題： 孩子出生時是否抱錯？

設計意圖： 應用真實情境，激發學生的探究熱情。

3.2 通過問題引領，合作交流，形成科學的探究方法(假說—演繹法) 具體教學設計環節如下：

3.2.1 觀察現象，提出問題 教師引導并設置問題： 老師沒有抱錯孩子，那么長相為什么不同呢？

3.2.2 分析問題，作出假設 學生會七嘴八舌地說出自己的觀點(假說)。此時，老師展示人類發育的起點是受精卵，它來自精子和卵細胞的融合。根據受精卵的來源，讓學生進一步修正自己的假說——精子不同、卵細胞不同，形成的受精卵不同。

3.2.3 模型建構，驗證假說 展示模型建構的注意事項和要求。步驟1： 建構“一個精原細胞中標有A和a一對同源染色體的行為和數目變化”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“一個精原細胞中標有A和a、 B和b兩對同源染色體的行為和數目變化”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果；步驟4： 若一個精原細胞中含有A和a、 B和b、 C和c三對同源染色體，請通過模型構建記錄配子的染色體組成。學生依據幻燈片上模型建構的提示，遵循由簡單到復雜的模擬探究原則，通過小組內分工合作，得到一個精原細胞經過減數分裂產生的四個精子的染色體組成。并寫到黑板上，讓學生觀察和思考： ①上述模型建構的是一個雄性個體，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若是一個雌性個體，含有n對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，同學們還可以思考自己體內可以產生多少種染色體組成不同的精子或卵細胞呢？

針對問題①，學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，有的認為是6種，有的說9種，有的說8種。為了突破難點，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同源染色體的精原細胞產生的精子種類會是8種。這樣，學生就能觀察總結出規律，一個含有n對同源染色體的雄性個體在不考慮交叉互換的情況下會產生2n種精子。同樣對于問題②的雌性個體也就迎刃而解了。此時，學生可以意識到我們人類能產生223種精子或卵細胞。

3.2.4 得出結論 將問題升華： 為什么會出現這么多染色體組成不同的配子呢？讓學生回憶自己的模型建構過程，發現根源在于減數第一次分裂后期發生了同源染色體的分離和非同源染色體的自由組合。若發生交叉互換呢？配子種類更多。

設計意圖： 通過假說—演繹法的探索道路追尋，意在培養學生養成科學嚴謹的求實態度，同時通過配子的種類多樣性的原因探索、觀察、分析和總結，培養學生的科學思維能力和科學探究能力。

3.3 借助受精作用的視頻，理解受精作用的概念、過程、實質和意義 通過問題引領解決現實問題。

問題1： 配子種類多樣會導致同一物種遺傳多樣性的產生，有利于生物適應不同的環境，還有什么原因會導致遺傳多樣性的產生嗎？問題2： 一般情況下，維持每種生物體前后代體細胞染色體數目的恒定，一個卵細胞只能和一個精子完成受精，那么同卵雙胞胎、同卵三胞胎形成的原因是什么？學生通過觀看受精作用的視頻會發現： 正常情況下，精子和卵細胞的隨機結合也會導致遺傳多樣性的產生；同卵雙胞胎和同卵三胞胎都是來自同一個受精卵，只是在受精卵進行分裂分化的過程中形成了兩個或三個個體。

問題3： 不同生物的精子和卵細胞能相互融合嗎？精子和卵細胞的識別和融合過程，依賴了生物膜結構的哪些物質和特點？學生在教師的引導下運用細胞膜結構與功能的相關知識，通過討論得出： 不同生物的精子和卵細胞一般是不相融合的，因為精子在和卵細胞結合的時候要相互識別。識別要依賴于生物膜上的糖蛋白，融合要依靠生物膜的流動性。

問題4： 受精卵中的染色體一半來自父方，一半來自母方，對嗎？受精卵中的DNA一半來自父方，一半來自母方，對嗎？請解釋原因。學生通過思考認識到：受精作用的過程中，精子的頭部進入了卵細胞，只融合了細胞核中的遺傳物質，受精卵的細胞質中的DNA(即線粒體DNA)只來自卵細胞，因此前者是對的，而后者來自母方的DNA多于父方。

問題5： 進行有性生殖的生物，哪些過程保證了前后代體細胞中染色體數目的恒定？減數分裂和受精作用的意義是什么？學生可以較容易地得到： 是減數分裂和受精作用共同保證了后代染色體數目的恒定，兩者不僅有利于生物多樣性的形成和生物的進化，而且對于維持每種生物前后代體細胞中染色體數目的恒定及對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秀的精子給卵細胞，因此，你是父母愛情的結晶，也是他們心中最優秀的孩子。我們更應該珍惜我們的生命，要真正實現自己的人生價值，你該怎么做呢？

設計意圖： 通過問題引領，驅動學生的探究欲望。在問題的引領下，讓學生在思考中獲得知識，真正理解受精作用的概念、過程、實質和意義。同時，通過問題3，使學生體會到“結構與功能相適應”，進而培養學生的生命觀念；通過問題6激勵學生思考人生的價值，增強社會責任感。

3.4 與導入呼應，讓學生能夠闡明生物多樣性的原因 再次播放“全家?！钡恼掌?，讓學生分析兩個孩子長相不同的原因。同時，讓學生思考自己的家庭，解釋自己和父母、兄弟姐妹有長相區別的原因。

設計意圖： 通過本節課的學習，能讓學生學有所獲，能夠運用所學知識解釋現實生活中的實際問題。對于學生核心素養的培養就是改變傳統的知識傳授，讓學生在學習過程中提高能力，以期達到真正落實立德樹人的根本目標。

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

圖1 思維導圖

設計意圖： 在思維導圖構建的過程中，教會學生構建思維導圖的方法。思維導圖是一種可視化工具，可以幫助學生整體把握學科的核心概念體系，提升學生的核心素養。

4 教學反思

課堂教學以知識為“骨架”、以素養為“靈魂”，首尾銜接自然，不僅讓學生學到了知識，培養了自學、合作、思維、探究能力，而且讓學生能夠運用所學知識解決現實生活中的問題，同時培養了學生的社會責任擔當意識。教學設計的各個環節充分調動了學生學習的主動性、積極性，在師生互動、生生互動的過程中培養學生正確的價值觀念、必備品格和關鍵能力。通過對本節課的打磨過程，筆者深刻地體會到“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目標。