胚胎工程-电子教案

专题3胚胎工程教材学情分析；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。本专题的主线是从胚胎工程的理论基础到技术基础，再到应用及发展，因此哺乳动物精子和卵子的发生、受精过程及胚胎发育、哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤、胚胎移植的生理学基础及基本程序和应用、胚胎分割的实践意义、胚胎干细胞研究的意义是教学的重点；哺乳动物受精过程中精子的获能与顶体反应及两道屏障的概念及特点、哺乳动物胚胎发育各阶段的主要特点、胚胎移植的生理学基础与基本程序、胚胎干细胞的培养方法与分离途径是教学的难点。尽管在必修部分学习了细胞器的结构与功能、减数分裂等内容，但是要对精卵发生中精子的变形、卵泡的形成及排卵、卵子成熟的两次减数分裂场所及时间等有关内容进行全面深入的介绍及拓展，还是有一定难度的，特别是有些内容与必修部分不一致，如卵细胞形成中的减数第二次分裂是在受精过程中完成的，并且有些哺乳动物减数分裂中极体的数量是两个而不是三个，因为有些哺乳动物的第一极体不进行减数第二次分裂形成两个第二极体，这些内容既是重点也是难点。学情分析；学生在必修二的学习中已经学到了相关减数分裂合生殖细胞的形成以及受精作用等内容，所以学生对于这个专题的学习有一定的基础。能从胚胎工程的整个格局来分析问题，也就是学习这一节的目的是为后面学习其它技术打基础，体外受精做好准备的，如自然受精——体外受精，受精卵发育及进入子宫——胚胎移植。就是有一个总体观，不象以往就是为了上课而上课，将其分开来。另外也能带着学生一同来分享整个过程。第一节体内受精和早期胚胎发育第一课时教学目标1．知识与技能：（1）简述哺乳动物的精子和卵子的发生过程2．过程与方法：（1）学生通过阅读、自学、质疑、讨论、训练和总结等环节，逐步提高独立获取知识的能力、逻辑思维能力、分析问题和解决问题的能力。（2）通过学习精卵形成和受精过程，使学生联系已有知识，培养学生的知识迁移能力，思维能力。3．情感态度与价值观：（1）初步培养学生勇于探索、不断创新的精神和合作精神。（2）通过向学生介绍动物精卵细胞的形成，使学生明确对生命奥秘的揭示愈加广泛和深入，形成终身学习的意识。教学重点、难点：1.教学重点（1）哺乳动物精子和卵子的发生。2.教学难点（1）哺乳动物精子合卵细胞的发生过程教学方法：以探究法、谈话法和讲授法相结合进行教学。教学课时：1课时教学过程：以提纲的方式引导学生学习“科技探索之路”并组织学生分组探讨，从中领悟科学的发展就是不断“发现问题——提出问题——设计实验——进行实验——得出结论”的探究过程。（1）胚胎工程的建立可大致分为几个阶段？在每一个阶段中，胚胎工程技术有什么重大突破？这些重大突破对推动生产力的发展有什么作用？（2）为什么说胚胎移植技术的成功和应用带动和加速了体外受精技术的研究？（3）美籍华人科学家张明觉在动物生殖生理学上有什么重大发现？这个发现对促进胚胎工程实现产业化有何意义？（4）通过胚胎工程的建立过程，你如何认识科学、技术、社会三者之间的关系？通过学生交流，教师总结，引出课题（展示课题：第一节体内受精和早期胚胎发育）。教学中，教师引导学生利用已有知识，指导学生根据提纲阅读资料。教学提纲：1．高等生物的个体发育的起点是什么？（参考：受精卵）2．一个受精卵是怎样发育成一个完整的生物个体？（参考：通过细胞分裂、细胞分化、组织器官的形成，最终成为一个完整的生物个体。）3．通常一只母羊只能生1~2只羊羔，远不能满足人们的生活需要。那么，有什么方法可以一般的繁殖方式，可使牛羊等动物快速繁殖呢？（参考：胚胎工程）从学生的交流、探讨中提出：什么是胚胎工程？动物的早期胚胎是怎样进行的？一．精子和卵子的发生：在教师指导学生阅读资料的基础上回答如下问题：1.家畜每次射精排出的精子数以亿计，但是通常只有一个精子能够与卵子结合，这能说是一种浪费吗？怎样理解这一现象？提示：不是。可以从两方面说明这一问题：其一，在自然繁殖的条件下，为了使母畜排出的1个或几个卵子完成受精，公畜一次射出几亿到几十亿的精子到发情母畜的生殖道内，可以说是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制；其二，在自然条件下，精子从射精部位运行到受精部位，在通过母畜生殖道的过程中，复杂的组织结构和生理环境将对精子进行筛选，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量损耗。最后到达受精部位（输卵管）的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。2.精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？提示：细胞核和线粒体都是精子结构中的重要部分。其中，细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。而线粒体则是精子进行有氧呼吸分解营养物质产生运动能量的场所。精子的线粒体在精子形成过程中，集中于尾的基部形成线粒体鞘膜，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂”或“发动机”。1．精子的形成：（1）场所：睾丸的曲细精管（示图）（2）时期：从初性期到生殖机能衰退。（3）过程：（引导学生阅读资料，得出结论）见下图胎儿期卵原细胞有丝分裂2N初级卵母细胞初情期后或青春期初级卵母细胞生长透明带形成2N初级卵母细胞减Ⅰ分裂(MⅠ)N次级卵母细胞第一极体减Ⅱ分裂(MⅡ)N教师引导学生阅读相关的资料，进行分组讨论，最后归纳总结：1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？答：正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。2.排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？答：是指卵子从卵泡中排出。3.刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？答：刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到第二次减数分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。2．卵子的发生：（1）场所：卵巢（2）过程：3）时间：减数第一次分裂在雌性动物排卵前完成；减数第二次分裂是在精、卵结合过程中完成。引导学生回顾必修2有关受精作用的过程和阅读教材所给资料，讨论、分析归纳总结出1个2N、2V多个2N、2V精原细胞精原细胞有丝分裂初级精母细胞1个染色体复制2N、4V第一阶段2个次级精母细胞减数第一次分裂每个为N、2V4个精子细胞减数第二次分裂每个为N、V第二阶段4个精子变形第三阶段受精的知识要点。第二课时教学目标1．知识与技能：（1）简述哺乳动物的受精过程。（2）简述哺乳动物的胚胎发育过程及其主要特点。（3）认同胚胎工程建立及发展的意义。2．过程与方法：1.学生通过阅读、自学、质疑、讨论、训练和总结等环节，逐步提高独立获取知识的能力、逻辑思维能力、分析问题和解决问题的能力。2.通过学习精卵形成和受精过程，使学生联系已有知识，培养学生的知识迁移能力，思维能力。3．情感态度与价值观：（1）初步培养学生勇于探索、不断创新的精神和合作精神。（2）通过向学生介绍动物精卵细胞的形成和受精作用，使学生明确对生命奥秘的揭示愈加广泛和深入，形成终身学习的意识。教学重点、难点：1.教学重点（1）哺乳动物的受精过程。（2）哺乳动物的胚胎发育。2.教学难点（1）哺乳动物受精过程中精子的获能、顶体反应、透明带反应、卵黄膜封闭作用的概念和生理功能。（2）哺乳动物胚胎发育各阶段的主要特点。教学方法：以探究法、谈话法和讲授法相结合进行教学。教学课时：1课时教学过程：以复习方式导入新课二．受精：1．概念：指精子与卵子结合形成合子（即受精卵）的过程。2．场所：输卵管3．受精前的准备阶段：（1）精子获能：精子必须在雌性动物的生殖道中发生相应的生理变化后，才能获得受精能力。（2）卵子的准备：卵子在输卵管中发育到减数第二次分裂中期，才具备与精子受精的能力。4．受精阶段：（1）精子穿越放射冠和透明带；（2）精子进入卵黄膜；（3）雄、雌原核形成；（4）雄、雌原核的融合，产生受精卵。5．生理意义：（1）维持各种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定；（2）对于生物的遗传变异和生物进化是十分重要的。引导学生阅读教材中的资料分析、讨论，归纳总结出相关结论并引入课题。1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？答：比较而言，马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为小鼠。2.将体外培养的马胚胎移植到母马子宫时，应选择什么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？答：马应选择囊胚阶段的胚胎。牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在8~16细胞阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎的发育率和妊娠率，在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。3.为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础？请结合本节内容举例说明。提示：胚胎工程的许多技术都是在了解哺乳动物自然条件下受精和早期胚胎发育的基础上实现的。本节涉及的哺乳动物体内受精和胚胎发育都是在自然条件下的特点和规律，人们正是在认识了这些自然规律的基础上，在体外进行有效的模拟，才使卵母细胞能在体外成熟；精子能在体外完成获能；获能精子和成熟卵母细胞能在试管内完成受精；体外受精卵能在人工培养条件下继续发育等，这些都有赖于体内自然条件下的基础研究成果。教师引导学生回顾青蛙个体发育的过程和放动画观察，引出新课题。三．胚胎发育：（见下图）小结：受精2细4细8细桑椹内细胞滋养层哺乳动物受精卵的发育囊胚原肠受精卵在输卵管内进行有丝分裂卵裂在透明带内进行有丝分裂，细胞数目增加，但总体积不变桑椹由具全能性的细胞构成；细胞数约32个，排列紧密。囊胚内细胞团：滋养层细胞：原肠出现原肠腔和三个胚层，细胞开始分化，形成组织、器官、系统胎儿形作业；板书第二节体外受精和早期胚胎培养教学目标：1．知识目标：（1）简述哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。（2）简述哺乳动物胚胎的早期培养方法。（3）认同体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义。2．态度观念目标：（1）初步培养学生勇于探索、不断创新的精神和合作精神。（2）通过向学生介绍试管动物的基本操作过程和早期胚胎的培养，使学生明确对生命的意义，树立正确的世界观和人生观。3．能力目标：（1）学生通过阅读、自学、质疑、讨论、训练和总结等环节，逐步提高独立获取知识的能力、逻辑思维能力、分析问题和解决问题的能力。（2）通过学习体外受精和早期胚胎培养及其基本操作方法，使学生联系已有知识，培养学生的知识迁移能力，思维能力。教学重难点：1.教学重点（1）体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义。（2）哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。2.教学难点（1）卵母细胞的采集和培养。（2）精子的采集和获能。教学方法：教师通过引导学生自学、讨论、分析和探究方法、谈话法等结合进行教学。教学课时：1课时教学过程：教师活动：提供相关材料材料一：我国目前每头奶牛年平均产奶量为3000kg左右，而国际上良种奶牛年平均产奶量达10000kg，而每头良种成年奶牛需要3万~5万元，如此高昂的价格使我们不能大量引进。根据上述材料，你有何办法既可提高牛卵母细胞的利用率，又可让引进的良种奶牛快速地大量繁殖呢？根据上述材料，让学生进行分析、探讨并引出教学课题。一．试管动物技术：概念（略）教师引导学生回顾上节课内容：（1）哺乳动物体内胚胎的形成需要经过哪些过程？（参考：精子和卵子的发生—受精—胚胎的发育）（2）哺乳动物体外胚胎的发育需要完成哪些环节？（参考：获得精子和卵子—体外受精—体外胚胎培养）。在学生讨论出结果的基础上，教师告诉学生，胚胎工程专家就是根据这几个环节来研究哺乳动物体外受精和胚胎早期培养方法的。今天请大家来扮演胚胎工程专家，共同模拟研究“试管牛”工厂化生产的技术流程。引导学生阅读教材资料和图片，让学生自己制作“试管牛”的操作流程和拟出关于操作流程的研究项目：（1）卵母细胞的采集和培养；（2）精子的采集和获能；（3）受精；（4）胚胎的早期培养；（5）画出“试管牛”工厂化