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2019-2020學年高中生物下學期《減數分裂和受精作用》教學設計 課題名稱 2.1減數分裂和受精作用 科目 生物 年級 適用班級 必修II 2 單元（章） 1 課（節(jié)） 教學時間 3課時 一、教學目標 知識與技能： （1）闡明細胞的減數分裂。 （2）舉例說明配子的形成過程。 （3）舉例說明受精作用。 （4）使用高倍鏡觀察蝗蟲精母細胞減數分裂固定裝片。 （5）運用模型建構的方法，模擬減數分裂過程中染色體數目和行為的變化。 過程與方法： （1）借助電腦動畫，展示減數分裂的連續(xù)動態(tài)變化過程，將抽象的減數分裂過程直觀化，將大量冗長的文字圖像化。 （2）學生的自主觀察、歸納總結、討論分析、表解、鞏固、練習，使學生理解掌握減數分裂過程中染色體的主要行為變化，并從實質上認識了減數分裂實際上是一種特殊方式的有絲分裂。 （3）通過觀察蝗蟲精母細胞減數分裂固定裝片，識別減數分裂不同階段的染色體的形態(tài)、位置和數目，加深對減數分裂過程的理解。 （4）運用模型建構的方法，模擬減數分裂過程中染色體數目和行為的變化，體驗減數分裂中染色體的規(guī)律性變化，從而理解精子和卵細胞的形成。 情感、態(tài)度和價值觀：領會科學的研究方法，培養(yǎng)科學的探究精神和態(tài)度。 二、教學重難點 重點 1.減數分裂的概念。 2.精子的形成過程。 3.受精作用的過程。 難點 1.模擬減數分裂過程中染色體的變化。 2.比較精子和卵細胞形成過程的異同。 3.觀察蝗蟲精母細胞的減數分裂 三、教學過程 預設環(huán)節(jié)名稱 學習內容 教師活動形式 學生活動方式 教學設計意圖 教師反思 環(huán)節(jié)1 引入：教師出示人體的21三體和18三體等染色體的遺傳病圖像，學生立刻被這些圖像吸引住了，紛紛提出問題：這些病是怎么得的？自己會得這些病嗎？怎樣避免這種病？ 我們只有認真學好減數分裂這部分的知識，才可以解決這些問題。 環(huán)節(jié)2 減數分裂的概念 講述：減數分裂是怎樣進行的，染色體數目是如何減少的呢？下面，我們結合動物的精子和卵細胞的形成過程，講述減數分裂的基本過程。 學生閱讀教材，要求學生說出減數分裂的概念，并找出減數分裂的特點。強調：連續(xù)分裂兩次而染色體只復制一次，分裂的結果，染色體數目減半。 分工合作，自主探究，培養(yǎng)學生科學實驗的技能和實事求是的科學態(tài)度。 訓練歸納、表達能力。 環(huán)節(jié)3 精子的形成過程 （1）形成部位 高等動植物的減數分裂發(fā)生在生殖器官內。人和其他哺乳動物的精子是在睪丸中形成的。 教師顯示男性生殖系統正面圖、精子結構示意圖2）和睪丸內部結構圖。 教師：曲細精管有大量的精原細胞。精原細胞是原始的生殖細胞，每個精原細胞中的染色體數目都與體細胞的相同。 教師：一個成年健康男子，每天大約可產生2億個精子。也就是說，每天有很多個精原細胞進行減數分裂，那必然每天也有很多個精原細胞產生。那么，精原細胞是通過哪種方式產生的呢？如何判斷？ 教師指導學生觀察并回顧男性生殖系統的構成，讓學生對睪丸及曲細精管有直觀的認識與感知。 學生：有絲分裂。因為精原細胞所含的染色體數目與體細胞相同，相當于一種特殊的體細胞。 問題中隱含了細胞分化在生物個體發(fā)育中的重要地位。 材料閱讀，資料收集，訓練學生獲取信息的能力。 通過分析討論，加深對知識的理解，拓展學生的思維。 環(huán)節(jié)4 精子的形成過程 （2）形成過程 教師：當雄性動物性成熟后，睪丸里的一部分精原細胞就開始進行減數分裂，經過兩次連續(xù)的分裂，形成精細胞，再經過精細胞的變形，最后形成了精子。整個過程是如何進行的呢？ 教師演示精子形成的全過程的CAI課件兩遍。 教師：減數分裂是一個連續(xù)分裂的過程，但為了研究的方便，人們同樣將減數第一次分裂和減數第二次分裂劃分為不同的時期。 教師分步演示精子的形成過程，提高學生的識圖能力。首先顯示精原細胞圖（圖2－1－4）。 圖2－1－4 教師：如圖所示，某種含4條染色體的生物的精原細胞進行減數分裂。這里要清楚的是，在細胞分裂前，染色體呈細長的染色質狀態(tài)，用光學顯微鏡是看不到的。此時畫出4條染色體是為了便于我們觀察學習。 教師：在減數第一次分裂的間期，染色體進行復制。此時，細胞有什么樣的變化？ 教師：很好。這點與有絲分裂是相同的。復制后的細胞叫什么細胞？有幾個？ 教師：對啦。染色體復制后，每條染色體上的兩條姐妹染色單體各是一條長的細絲，在光學顯微鏡下還是看不到的。 教師分步顯示聯會的動態(tài)過程（圖2－1－5）。 圖2－1－5 教師：減數第一次分裂期開始不久，初級精母細胞中原來分散的染色體出現什么變化？ 教師：配對的染色體有什么特點？ 教師：沒錯。配對的兩條染色體，形狀和大小一般都相同，一條來自父方，一條來自母方，叫做同源染色體。為什么說同源染色體的形狀和大小一般相同，難道有不同的嗎？這個問題我們留在后面學習。另外，為什么用紅和藍兩種顏色來表示染色體？ 教師：是的。我們把同源染色體兩兩配對的現象叫做聯會，簡稱同源染色體聯會。對于這個概念有兩個關鍵詞：其一，同源是指來源于同一物種或同一種生物；其二，聯會是指染色體兩兩配對。同源染色體有以下三個特征：一是染色體大小相同；二是染色體形態(tài)相同；三是染色體來源相同（即同一物種或同種生物的父母雙方）。 教師：請同學觀察聯會時期的細胞圖，該細胞中染色體、染色單體和DNA的數目分別是多少？ 教師顯示四分體的形成過程（圖2－1－6）。 圖2－1－6 教師：聯會時染色體螺旋化程度低，染色體細，在光學顯微鏡下還看不清染色單體，因此，沒有在圖上表示出來。聯會后，染色體進一步螺旋化變粗，逐漸在光學顯微鏡下可見每條染色體都含有兩條姐妹染色單體，由一個著絲點相連，每對同源染色體則含有四條姐妹染色單體，叫四分體。圖中有幾個四分體？ 教師與學生共同分析以下的數量關系： 1個四分體=1對同源染色體=2條染色體=2個著絲點=4條染色單體=4個DNA分子。 教師：由此，我們可以推算，果蠅體細胞有4對8個染色體，減數分裂時，形成多少個四分體？ 教師：如果是人呢？ 教師顯示染色體交叉互換的照片和示意圖。 教師：在四分體中的非姐妹染色單體之間經常發(fā)生纏繞，并交換一部分片段。經過交換，姐妹染色單體有何不同？ 教師：非姐妹染色單體的交叉互換，可以增加配子的多樣性，此乃后話，我們暫時不提。人們把同源染色體的聯會與四分體階段歸為減數第一次分裂前期。 教師演示減數第一次分裂中期的變化（圖2－1－7）。 圖2－1－7 教師：同學們說減數第一次分裂中期染色體的主要行為變化是什么？ 教師：沒錯。染色體的行為與有絲分裂的中期相比有何不同？ 教師：很好。 教師演示減數第一次分裂后期的變化（圖2－1－8）。 圖2－1－8 教師：減數第一次分裂后期染色體的行為出現什么變化？ 教師：同學們觀察得非常仔細。這里要提醒的是同源染色體分開，具有一定的獨立性。這是由于兩條同源染色體在細胞中央的排列位置是隨機的，可以互相交換，因此，就決定了同源的兩條染色體各移向哪一極也是隨機的。也就是說，移向細胞兩極的染色體的組合既可以是每邊各有一條紅色和一條藍色的染色體，也可以是細胞的一極是兩條藍色染色體，而另一極是兩條紅色染色體的組合方式。這樣，不同對的染色體之間就可以自由組合。這是我們前面所學內容——自由組合定律的細胞學基礎。 教師演示初級精母細胞分裂成兩個次級精母細胞的過程（圖2－1－9）。 圖2－1－9 教師：接著發(fā)生細胞分裂，一個初級精母細胞分裂成兩個次級精母細胞。同學們仔細比較一下每個次級精母細胞與初級精母細胞的染色體數是否相同？ 教師：是的。在減數第一次分裂過程中，由于同源染色體分離，并分別進入兩個子細胞，使得每個次級精母細胞只得到初級精母細胞中染色體總數的一半。因此，減數分裂過程中染色體數目的減半發(fā)生在減數第一次分裂中。在次級精母細胞中有沒有同源染色體？ 教師：減數第一次分裂與減數第二次分裂之間通常沒有間期，或者間期很短，染色體不再復制。所以我們一般將初級精母細胞分裂形成兩個次級精母后的時期稱為減數第二次分裂的前期。減數第二次分裂過程中染色體的行為變化特點與有絲分裂十分相似。在減數第二次分裂的前期，染色體排列有何特點？ 教師演示減數第二次分裂中期染色體的變化（圖2－1－10）。 圖2－1－10 教師：減數第二次分裂中期染色體的變化是什么？ 教師：沒錯。 教師：減數第二次分裂的細胞圖與有絲分裂中期的細胞圖如何區(qū)別？ 教師演示減數第二次分裂后期染色體的變化（圖2－1－11）。 圖2－1－11 教師：減數第二次分裂后期染色體的變化又是什么？ 教師：很好。同學們再算一下此時每個次級精母細胞中各有染色體幾條？ 教師：對。在減數第二次分裂后期，由于著絲點分裂，姐妹染色單體分開形成染色體，所以染色體數目暫時加倍，恢復到原來精原細胞的數目水平。 教師演示次級精母細胞各分裂成兩個精細胞的過程（圖2－1－12）。 圖2－1－12 教師：細胞繼續(xù)分裂，兩個次級精母細胞分裂成4個精細胞，減數分裂完成。把精細胞的染色體數目和剛形成的次級精母細胞以及初級精母細胞相比，有何變化？ 教師：同學們說，4個精細胞共可以分為幾種類型？ 教師：是的。在不考慮非姐妹染色單體交叉互換的情況下，一個精原細胞通過減數分裂最終可以形成4個共2種精細胞。至此，減數分裂完成?，F在我們回頭總結一下，減數第一次分裂與減數第二次分裂相比，它們各自的主要特征是什么？ 教師：精細胞再經過變形，形成精子，呈蝌蚪狀。在這個過程中，丟掉了精子細胞的大部分細胞質，帶上重要的物質——細胞核內的染色體，輕裝上陣，并形成了一個長長的尾，便于游動，為今后的受精作用作準備。 （3）總結 請一位同學根據掛圖，來講述精子的形成過程。（請一位學生講述，教師根據其講述情況，精彩處給予表揚，不足處給予補充，錯誤處給予糾正）最后教師強調減數第一次分裂與減數第二次分裂的主要特征。 請同學們觀察精子形成過程的動畫。 學生：細胞體積變大，且復制后每條染色體都由兩條姐妹染色單體構成。 學生：1個初級精母細胞。 學生：染色體兩兩配對。 學生：形狀和大小相同，顏色不同。 學生：代表一條來自父方，一條來自母方。 學生：4條染色體，8條染色單體，8個DNA分子。 學生：兩個。 學生：四個。 學生：23個。 學生：交換前，姐妹染色單體是相同的，經過交換后，兩條姐妹染色單體不同。 學生：同源染色體著絲點排列在赤道板的兩側。 學生：有絲分裂中期染色體著絲點是排列在赤道板上的。 學生：紡錘絲收縮，牽引染色體向兩極移動，配對的同源染色體分開，移向細胞的兩極。但此時著絲點并未分開，每一條染色體上仍有兩條染色單體。 學生：次級精母細胞各含2條染色體，染色體數目只有初級精母細胞的一半。 學生：沒有。 學生：散亂分布。 學生：染色體排列在赤道板上。 學生：減數第二次分裂的細胞圖中沒有同源染色體。 學生：著絲點分裂，姐妹染色單體分開變成染色體，移向細胞兩極。 學生：4條。 學生：精子細胞的染色體數目與次級精母細胞相同，比初級精母細胞減少一半。 學生：2種。 學生：減數第一次分裂的主要特征是有同源染色體的聯會、四分體中的非姐妹染色單體發(fā)生交叉互換、同源染色體分離并分別移向細胞兩極；減數第二次分裂的主要特征是染色體不再復制、每條染色體的著絲點分裂、姐妹染色單體分開并分別移向細胞兩極。 第一遍讓學生了解精子形成的全過程，并引導學生注意觀察減數分裂過程中細胞的名稱及數目變化；第二遍指導學生主要觀察染色體的行為變化特點。 為幫助學生對同源染色體聯會的理解，可以用手勢輔助教學，過程如下：先伸出兩手，兩手掌心向下，手背向上。中指、無名指、小指彎曲緊靠掌心，拇指向下伸出、食指伸出向上，正對學生，左右手慢慢靠近，表示染色體的運動及配對（聯會）。然后安排學生跟老師把手勢做一遍。 環(huán)節(jié)5 卵細胞形成的部位 教師顯示“女性內生殖系統示意圖”（圖2－1－16），引導學生，分析女性內生殖系統的組成，指出卵細胞是在卵巢內形成的。卵巢有兩個，位于腹腔的兩側。讓學生對女性內生殖系統及卵巢所在的部位有較清晰的認識。 環(huán)節(jié)6 卵細胞的形成過程 教師：卵細胞的形成過程與精子的基本相同，也有不同。那么，哪些是相同的，又有什么不同呢？請同學們仔細閱讀課本P19的最后一段內容和觀察課本P20圖2－5“哺乳動物卵細胞的形成過程圖解”，然后請同學為我們介紹卵細胞的形成過程。 學生自學、討論、分析。 環(huán)節(jié)7 精子和卵細胞形成比較 教師：學習完了精子和卵細胞的形成過程，同學們能否總結出兩者有哪些相同點？ 教師：同學們總結得很好。那兩者又有什么不同？ 教師：非常好?，F在請同學們完成以下表格，比較精子和卵細胞形成的異同點。 學生：相同點是染色體復制一次，都有聯會和四分體時期，經過第一次分裂，同源染色體分開，染色體數目減少一半；在第二次分裂過程中，有著絲點的分裂，最后形成的精子或卵細胞，它們的染色體數目也比卵原細胞或精原細胞減少了一半。 學生：不同點是卵細胞形成過程中每次分裂都形成一大一小兩個細胞，小的叫極體，極體以后都要退化，只剩下一個卵細胞，而一個精原細胞是形成4個精子；卵細胞形成后，不需要經過變形，而精子要經過變形才能形成。 環(huán)節(jié)8 配子中染色體組合的多樣性 教師：同學們已經知道，減數分裂形成的精子和卵細胞，必須相互結合形成受精卵，才能發(fā)育成新個體。那么高等動物個體發(fā)育的起點是什么？ 教師：很好。我們已經知道，父親體內所有的精原細胞，染色體組成并無差別；母親體內的卵原細胞也是如此。但為什么會出現薩達姆與其兒子烏代和庫賽的情況？ 教師：這猜想有道理。究竟是不是這樣，我們可以通過模型建構“建立減數分裂中染色體變化的模型”來尋找答案。 教師：在我們進行模型建構之前，讓我們一起來復習減數分裂過程中染色體的數目與主要行為變化。 教師投影顯示“哺乳動物精子的形成過程圖解”，師生共同回顧減數分裂過程中染色體的數目與主要行為變化。 教師：下面讓我們進行“建立減數分裂中染色體變化的模型”的模型建構。 教師組織學生按下表的“活動準備”“模擬減數分裂中染色體數目及主要行為的變化”，和“模擬減數分裂過程中非同源染色體的自由組合”的順序進行模型建構，教師則巡視檢查學生在模型建構過程中存在的問題，并提醒學生在動手建構的過程中思考相應的問題?！氨磉_與交流”一項采用兩組學生分別演示，一方面起示范作用，另一方面也有利于發(fā)現學生在模型建構中存在的問題。 由于本活動項目由兩人合作完成，為更好地培養(yǎng)學生的合作精神，提高實驗效率，所以教師可建議學生在活動準備和染色體的行為變化等方面進行分工合作。 學生：受精卵。 學生：是不是參加受精作用的精子和卵細胞的染色體組成是不一樣的呢？ 環(huán)節(jié)9 受精作用 教師播放精子與卵細胞結合受精的錄像，引導學生觀察、思考。 教師：什么是受精作用？ 教師：那卵細胞和精子依靠什么物質進行相互識別？ 教師：很好?，F在同學們能否把剛才所看到的受精作用過程的錄像介紹一下？ 教師：通過受精作用，染色體數目出現什么變化？ 教師：現在我們回頭看看同源染色體的概念，同學們現在是否明白了同源染色體一條來自父方、一條來自母方的意思呢？ 教師：總結得很好。接下來我們來看看卵細胞在受精前后的變化。未受精時，卵細胞好像睡著了，細胞呼吸和物質合成進行得比較緩慢。受精過程使卵細胞變得十分活躍。 教師顯示以下胚胎分裂分化系列圖片（如圖2－1－26）。 圖2－1－26 教師：受精作用發(fā)生后，受精卵將迅速進行細胞分裂、分化，最終發(fā)育成新生命。新生命誕生以后由此開始了遺傳物質與環(huán)境相互作用的發(fā)育過程。這里要注意的是，受精卵以什么方式進行分裂？ 教師：同學們，當我們看這些圖片的時候，不知你是否也感覺到生命的神奇和來之不易：一個成熟的男子每次釋放的精子約為2億～3億個，但能到達卵細胞周圍的只剩下幾十至數百個，而最終完成受精作用的只有一個精子。受精卵發(fā)育成新生兒要經過“十月懷胎”，在母親懷孕和我們成長的過程中，只要有任何的意外，都會讓我們提早離開這美好的世界。所以，我們有理由不愛惜自己的生命嗎？ 學生：卵細胞和精子相互識別、融合成為受精卵的過程。 學生：細胞膜外面的糖蛋白。 學生：在受精作用進行時，通常是精子的頭部進入卵細胞，尾部留在外面。與此同時，卵細胞的細胞膜會發(fā)生復雜的生理反應，以阻止其他精子再進入。精子的頭部進入卵細胞后不久，精子的細胞核與卵細胞的細胞核相融合，使彼此的染色體會合在一起。 學生：受精卵中染色體數目又恢復到原來體細胞中的數目，其中一半來自精子（父方），一半來自卵細胞（母方）。 學生：明白。精子和卵細胞中的同源染色體都是成單存在，精子帶有其中的一條，卵細胞帶有其中的另一條，受精后，這兩條同源染色體到了一個細胞中，它們就成對存在了。 學生：有絲分裂。 學生：沒有。我們要珍惜生命，愛護自己。 環(huán)節(jié)10 減數分裂和受精作用的意義 教師：現在大家是否明白我們課前所提的問題“烏代與庫賽均為薩達姆與其妻子所生，但為什么他們三個人會長得不一樣”的原因啦？ 教師：進行有性生殖的后代由于具有雙親的遺傳物質而在性狀表現上具有多樣性，這有何意義？ 教師：這種多樣性使生物具有更強的適應力，有利于生物在自然選擇中進化，體現了有性生殖的優(yōu)越性。 教師從成體開始邊講邊逐步展示減數分裂、受精作用圖解（圖2－1－27）。 圖2－1－27 教師：從圖2－1－27中可以看出，減數分裂使染色體數目減半，受精作用使染色體數目又恢復到原來的數目，從而使生物前后代染色體數目保持恒定，因此，減數分裂和受精作用對于生物前后代染色體數目的恒定性，對于生物的遺傳和變異，都是十分重要的，由此也可看出，生物的各種變化無論有多復雜，都是有規(guī)律可循的。 學生：主要是因為減數分裂形成配子的過程中，染色體組成具有多樣性，非姐妹染色單體的交叉互換，導致不同配子遺傳物質的差異，加上受精過程中卵細胞和精子結合的隨機性，同一雙親的后代必然呈現多樣性。 四、教學反思 將復雜的過程通過動態(tài)漸變的方式呈現，使學生的認知更為清晰。通過分析討論，加深對知識的理解，拓展學生的思維。分工合作，自主探究，培養(yǎng)學生科學實驗的技能和實事求是的科學態(tài)度。直觀演示，幫助學生形成概念。創(chuàng)設問題情景激發(fā)探求欲望。