高中生物学新课程标准教学研讨3

“胚胎工程”教学构思作者：毕诗秀文章来源：转载在普通高中《生物课程标准》的内容标准中，“胚胎工程”是选修3“现代生物技术专题”模块的第3个专题。该专题涉及胚胎工程的理论基础，胚胎工程的基本技术及原理。胚胎工程的应用与前景，以及胚胎干细胞的研究和应用对生命基础科学研究的重大作用等内容。笔者将从知识内容、学习目标、教学策略和教学建议等方面，谈谈对该专题的教学构思。1专题知识内容及其学习目标胚胎工程专题有下列4项具体内容标准及其活动建议：上述具体内容标准中列出的简述和举例说出等要求。均属于了解水平的认知目标。胚胎工程的研究对象主要限定于高等脊椎动物。特别是哺乳动物。胚胎发育是指受精卵发育成幼体的过程。精子与卵细胞融合是下一代新生命的开始。因此。“简述动物胚胎发育的基本过程”部分知识，理应包括哺乳动物的精子和卵细胞的发生、受精作用、早期胚胎发育的阶段等内容，这些内容共同构成胚胎工程的理论基础。胚胎工程通常是指各种胚胎操作技术。主要包括：诱发超数排卵、人工受精、胚胎体外培养、胚胎保存、胚胎移植、胚胎分割等。“简述胚胎工程的理论基础”部分知识，应主要阐明上述胚胎操作的基本技术及原理。胚胎干细胞的研究和应用。不仅是胚胎工程的前沿课题之一，也是当前生命科学研究的热门课题之一。胚胎干细胞的分离、培养、诱导分化和移植取得的成功，促使组织工程技术迅速发展。“举例说出胚胎干细胞的移植”部分知识，主要是概述胚胎干细胞在组织工程领域的应用及前景。胚胎工程在生产上应用较多的是体外受精、体外胚胎培养、胚胎分割和胚胎移植。人类生殖健康是20世纪90年代后形成的健康新概念，现行的人类辅助生殖技术实质上是胚胎工程在人类生殖健康领域的成功应用。所以，在“举例说出胚胎工程的应用”部分知识，不仅要列举胚胎工程在生产上应用的实例，而且应列举在人类辅助生殖技术上的成功实例。学生一旦习得上述专题内容。他们应该达到下列预期学习目标。1．1知识目标复述胚胎工程的建立和发展史，明确胚胎工程的研究对象和内容；说出哺乳动物的精子和卵细胞的发生过程及其激素调节，说出体内受精的过程。以及实现受精的必要条件，简述胚胎发育经历的桑葚胚、囊胚、原肠胚和胚层分化等阶段的主要特征；简述从哺乳动物的生殖腺中采集和培养卵母细胞和精子的操作技术及原理。以及人工受精技术的主要操作步骤；说出早期胚胎体外培养的基本条件；列出胚胎移植的基本程序。阐明胚胎移植的生理学基础；举例说出胚胎分割的操作方法，以及分割胚的培养和应用；说出胚胎干细胞的分离、培养和抑制的方法，列举胚胎干细胞在胚胎工程中的应用；列举胚胎工程在生产上应用的实例，以及人类辅助生殖技术上的成功实例。1．2能力目标能够解说体内受精和胚胎发育是胚胎工程的理论基础。懂得胚胎工程各项操作技术的原理，进一步增强理解能力；图解胚胎工程的基本流程。搜集和整理有关胚胎干细胞研究与进展的资料．增强获取新知识和信息处理的能力。1．3情感性目标关注哺乳动物胚胎学知识在胚胎工程上的应用。认同胚胎工程的各项技术手段在生命基础科学、畜牧学和生殖医学领域的重要作用。积极参与利用互联网搜集有关胚胎干细胞研究进展的资料，领悟胚胎干细胞的研究价值及其在组织工程领域的应用前景。2教学策略和课时安排高中生物学首次将“胚胎工程”专题内容纳人选修教材，这部分内容对师生来说比较陌生。但是胚胎工程技术在畜牧业生产中有着广泛的应用。而且与生殖医学、制药业发展的关系密切。因此，习得一些胚胎工程基础知识，有利于学生的继续学习、规划人生和走向社会。教师在组织胚胎工程的教学活动时，要结合具体教学内容和学生情况．充分地利用相关图片和视频资料，为学生提供丰富的感性材料，促使学生主动地参与探究学习。也可以向学生提出一些小型的研究性课题，让学生以小组为单位从报纸、杂志、广播、电视、互联网等媒体上收集有关胚胎工程研究成果和发展等方面的信息，加工整理后在课堂上进行小组交流和讨论，这样。不仅使学生主动获取有关胚胎工程的专题内容，开拓视野和深刻理解生命科学在社会发展中的重要地位，而且有利于增强学生收集、处理信息的能力及小组合作学习的意识。本专题内容的教学活动约需7课时。大体安排如下3教学建议和教学方法3．1胚胎工程的建立和发展有关胚胎工程的发展史料。不仅对激发学生的学习兴趣具有重要的作用，而且有助于学生体验胚胎工程概念的形成过程。1890年。W．Heape在英国剑桥大学首次报道的安哥拉兔早期胚胎移植(比利时兔为代孕母兔)获得成功，拉开了胚胎工程的序幕。从20世纪30～70年代，胚胎移植技术日渐成熟，1975年1月在美国召开首届国际胚胎移植大会；20世纪60～80年代。多种试管动物和试管婴儿相继问世。标志着胚胎移植进入成熟发展阶段。20世纪80年代以来，胚胎分割、性别鉴定、体细胞克隆、转基因胚胎和胚胎干细胞等技术相继诞生，使胚胎工程技术得到充实和迅速发展。这部分教学内容丰富而生动．教学时。可以按照时间顺序介绍胚胎工程技术的发展历程。但对教学内容的选择和组织既要注重国际上胚胎工程的研究与进展，也要关注我国胚胎工程研究的迅速发展和成果。既要突出胚胎工程对畜牧业发展产生的巨大影响。也要重视辅助生殖技术为那些不能生育的夫妇带来的福音。3．2胚胎工程的理论基础3．2．1配子发生和融合在必修Ⅱ“遗传的细胞基础”单元的教学过程中，学生已经初步习得有关配子发生和融合的基础知识。因此。本专题教学时应先启发学生回忆精子和卵细胞的发生过程，师生共同用思维导图(图l和图2)将配子发生经历的阶段加以概括，然后重点阐述精细胞变形过程中细胞结构的动态变化，以及卵泡形成和卵子成熟的时间及场所等。最后，启发学生回忆精子和卵细胞发生的激素调节方式，并协助他们用表格形式加以归纳。关于哺乳动物的受精作用，教学要突出阐述受精的场所、准备和过程。包括：精子的获能和卵子的准备，以及受精过程中的顶体反应、卵子透明带反应、卵黄膜的封闭作用及雌雄原核的形成等生殖生理变化。这部分知识的教学可选择小组合作与探究学习模式．教师组织学生按小组选择有关受精作用的某个探究问题。设计系列问题。小组成员利用课余时间搜集和整理相关资料，然后利用上课时间进行小组交流。在充分交流的基础上引导学生总结哺乳动物的受精过程(图3)。3．2．2胚胎发育的过程哺乳动物胚胎发育的过程大体概括如下(图4)：早期胚胎发育包括：桑葚胚、囊胚和原肠胚发育3个阶段，教学时可以先播放蛙或其他动物胚胎发育过程的视频或动画片，当学生获得一定的感性认识后，让他们复述胚胎发育的大体过程。然后，教师结合相关教学媒体重点讲述桑葚胚和囊胚细胞特征，从而为继续学习胚胎移植和胚胎分割等技术奠定必要的理论基础。此外，要结合囊胚继续发育中细胞的一系列有序运动和原肠胚的胚层细胞分化的教学活动，向学生介绍W·Vogt创立的活体组织化学染色法及后来的放射性同位素标记法在动物胚胎学研究中的应用。3．3胚胎工程的操作技术及原理3．3．1人工受精和早期胚胎培养本部分内容重点讲述哺乳动物人工受精和早期胚胎培养的操作技术及原理人工受精包括：精液的采集与培养、卵母细胞的获取与培养、体外受精等操作技术。精液的采集和培养的内容比较浅显，可以组织学生阅读。卵母细胞的获取与培养的操作技术比较复杂，教学时可以提出一些启发性问题，例如，哺乳动物每次发情时通常只能排出1～2个次级卵母细胞，怎样促使母畜超数排卵呢?卵泡在卵巢内发育成熟，我们能否准确判断卵泡是否成熟并将其取出来?怎样将排人输卵管的次级卵母细胞收集起来呢?进人子宫的次级卵母细胞是否可以利用?获取的卵母细胞为什么需要体外培养?等等，让学生带着问题阅读课文和展开讨论，然后师生共同进行总结归纳(如图5)。体外受精有试管受精和显微受精2种方法。教学时，前者注重引导学生弄清试管受精的过程，后者注重引导学生明确显微受精过程的优点。胚胎体外培养是胚胎工程的核心技术，这项技术比组织培养和动物细胞培养困难得多，目前仅对少数物种的早期胚胎培养取得显著成就并有重大应用价值，因此，这部分内容的教学活动，要注重引导学生讨论人工创造一个适宜胚胎发育的体外培养环境应该解决的主要问题。3．3．2胚胎移植和胚胎分割简单地说，胚胎移植就是“借腹怀胎”，这项技术是目前的胚胎工程获得后代的唯一方法。教学时首先以“借腹怀胎”为出发点，启发学生意识到这项技术涉及提供胚胎的动物(供体)和接受胚胎的动物(受体)。胚胎移植能否成功的关键取决于供体和受体的生理状况。进而提出一些问题诱导学生思考、讨论并得出结论。例如，供体与受体之间进行胚胎移植时是否会发生免疫排斥反应?确定理想的供体动物应该考虑哪些生理指标?从供体动物的哪个部位采集胚胎呢?选择怎样的代孕母作为受体呢?将获取的胚胎移植到受体动物的哪个部位呢?然后，以家畜的胚胎移植为例，向学生阐述胚胎移植技术的基本程序及原理，包括供体和受体动物的准备、胚胎的采集和保存、胚胎移植和妊娠检查等。胚胎分割是20世纪80年代发展起来的一种快速繁殖种畜法，我国的胚胎工程专家对胚胎分割移植的试验研究成果突出，课前可以布置学生查阅有关胚胎分割的资料。教学时，先围绕着胚胎分割工具的准备、胚胎的预处理、胚胎分割的方法、分割胚的培养和移植技术，以及胚胎分割的理论和实践意义，组织学生开展讨论。然后，结合师生搜集的典型实例的视频或图片资料，向学生展示胚胎分割的大体操作方法。3．4胚胎干细胞胚胎干细胞的分离和培养是胚胎工程的研究前沿，也是当前动物生物工程的重要领域之一上课前可以组织学生利用图书馆或互联网搜集有关胚胎干细胞研究进展的资料，每个学生在搜集、阅读、筛选资料的基础上，围绕着胚胎干细胞的结构与功能特征，分离、培养及应用等课题，整理出核心观点、要点和证据，完成一份读书报告，并与同学交流。在学生充分交流的基础上，教师提出一些具有导向作用的问题，例如，胚胎干细胞来源于胚胎发育的哪个时期，这个时期胚胎细胞的形态结构与功能具有哪些特征?怎样从胚胎材料中分离胚胎干细胞，体外培养时如何使胚胎干细胞保持增殖而不分化?目前科学家怎样将胚胎干细胞应用于胚胎工程呢?通过学生的进一步思考与讨论，达到预期的教学目标。3．5胚胎工程的应用3．5．1动物繁殖控制技术的应用胚胎工程技术内容丰富，目前在生产上应用较多的是动物繁殖控制技术，包括人工受精技术、试管家畜技术、胚胎分割技术等。在前面的教学活动中，学生已经习得这些胚胎操作技术及原理，本部分教学主要是突出我国对动物繁殖控制技术的广泛应用，因此，教学时要注重列举国内的研究实例3．5．2试管婴儿技术试管婴儿技术是胚胎移植技术在人类生殖医学上的应用，这项技术解决了人类某些夫妻的不育不孕问题在优生学上也有重要意义。这部分内容的教学目标在于使学生认同胚胎工程技术造福于人类的价值．教学时重视为学生提供相应的阅读资料。自学这些资料不仅能够激发学习兴趣。而且能够领悟到试管婴儿技术为那些不能生育的夫妇带来的福音。有关试管婴儿技术的阅读资料如下：资料1：1978年7月25日。世界上第1个试管婴儿路易斯一布朗诞生于英国伦敦奥德海姆中心医院。布朗夫人的输卵管有缺陷而不能怀孕。妇产科专家帕特里克·斯特普托和胚胎学家罗伯特·埃德华兹将布朗夫妇的精子和卵细胞在体外受精，然后将胚胎植人布朗夫人的子宫内。试管婴儿无疑成为人类生殖医学史上划时代的里程碑，被认为是继心脏移植成功后又一医学上的奇迹。2006年，28岁的路易丝·布朗成功生下一名婴儿，但没有借助试管受精技术，从而打消医学界某些人对试管婴儿能否正常生育的担心。资料2：1988年3月，中国大陆第1例试管婴儿诞生于北京大学附属第三医院，其父母为了感谢中国第1例试管婴儿的制造者——产科专家张丽珠教授，给孩子起名为郑萌珠。这是我国生殖医学和生殖工程一个突破性成果，为更好地开展计划生育和优生学工作创造了条件。资料3：试管婴儿技术的发展第1代试管婴儿技术：即体外受精一胚胎移植，通过促排卵治疗，使卵巢产生多个成熟卵泡，将获得的卵子、精子混合培养观察受精结果，48h后将发育至4～8细胞的胚胎植入官腔。主要针对女性输卵管堵塞、排卵障碍等因素而导致的不孕症。第2代试管婴儿技术：即卵子内单精子直接注射