2019-2020学年高中生物下学期《减数分裂和受精作用》教学设计.doc

2019-2020学年高中生物下学期减数分裂和受精作用教学设计课题名称2.1减数分裂和受精作用科目生物年级适用班级必修II 2 单元（章） 1 课（节）教学时间3课时一、教学目标知识与技能： （1）阐明细胞的减数分裂。（2）举例说明配子的形成过程。（3）举例说明受精作用。（4）使用高倍镜观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片。（5）运用模型建构的方法，模拟减数分裂过程中染色体数目和行为的变化。过程与方法： （1）借助电脑动画，展示减数分裂的连续动态变化过程，将抽象的减数分裂过程直观化，将大量冗长的文字图像化。（2）学生的自主观察、归纳总结、讨论分析、表解、巩固、练习，使学生理解掌握减数分裂过程中染色体的主要行为变化，并从实质上认识了减数分裂实际上是一种特殊方式的有丝分裂。（3）通过观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片，识别减数分裂不同阶段的染色体的形态、位置和数目，加深对减数分裂过程的理解。（4）运用模型建构的方法，模拟减数分裂过程中染色体数目和行为的变化，体验减数分裂中染色体的规律性变化，从而理解精子和卵细胞的形成。情感、态度和价值观：领会科学的研究方法，培养科学的探究精神和态度。二、教学重难点重点1.减数分裂的概念。2.精子的形成过程。3.受精作用的过程。难点1.模拟减数分裂过程中染色体的变化。2.比较精子和卵细胞形成过程的异同。3.观察蝗虫精母细胞的减数分裂三、教学过程预设环节名称学习内容教师活动形式学生活动方式教学设计意图教师反思环节1引入：教师出示人体的21三体和18三体等染色体的遗传病图像，学生立刻被这些图像吸引住了，纷纷提出问题：这些病是怎么得的？自己会得这些病吗？怎样避免这种病？我们只有认真学好减数分裂这部分的知识，才可以解决这些问题。环节2减数分裂的概念讲述：减数分裂是怎样进行的，染色体数目是如何减少的呢？下面，我们结合动物的精子和卵细胞的形成过程，讲述减数分裂的基本过程。学生阅读教材，要求学生说出减数分裂的概念，并找出减数分裂的特点。强调：连续分裂两次而染色体只复制一次，分裂的结果，染色体数目减半。分工合作，自主探究，培养学生科学实验的技能和实事求是的科学态度。训练归纳、表达能力。环节3精子的形成过程（1）形成部位高等动植物的减数分裂发生在生殖器官内。人和其他哺乳动物的精子是在睾丸中形成的。教师显示男性生殖系统正面图、精子结构示意图2）和睾丸内部结构图。教师：曲细精管有大量的精原细胞。精原细胞是原始的生殖细胞，每个精原细胞中的染色体数目都与体细胞的相同。教师：一个成年健康男子，每天大约可产生2亿个精子。也就是说，每天有很多个精原细胞进行减数分裂，那必然每天也有很多个精原细胞产生。那么，精原细胞是通过哪种方式产生的呢？如何判断？教师指导学生观察并回顾男性生殖系统的构成，让学生对睾丸及曲细精管有直观的认识与感知。学生：有丝分裂。因为精原细胞所含的染色体数目与体细胞相同，相当于一种特殊的体细胞。问题中隐含了细胞分化在生物个体发育中的重要地位。材料阅读，资料收集，训练学生获取信息的能力。通过分析讨论，加深对知识的理解，拓展学生的思维。环节4精子的形成过程（2）形成过程教师：当雄性动物性成熟后，睾丸里的一部分精原细胞就开始进行减数分裂，经过两次连续的分裂，形成精细胞，再经过精细胞的变形，最后形成了精子。整个过程是如何进行的呢？教师演示精子形成的全过程的CAI课件两遍。教师：减数分裂是一个连续分裂的过程，但为了研究的方便，人们同样将减数第一次分裂和减数第二次分裂划分为不同的时期。教师分步演示精子的形成过程，提高学生的识图能力。首先显示精原细胞图（图214）。图214教师：如图所示，某种含4条染色体的生物的精原细胞进行减数分裂。这里要清楚的是，在细胞分裂前，染色体呈细长的染色质状态，用光学显微镜是看不到的。此时画出4条染色体是为了便于我们观察学习。教师：在减数第一次分裂的间期，染色体进行复制。此时，细胞有什么样的变化？教师：很好。这点与有丝分裂是相同的。复制后的细胞叫什么细胞？有几个？教师：对啦。染色体复制后，每条染色体上的两条姐妹染色单体各是一条长的细丝，在光学显微镜下还是看不到的。教师分步显示联会的动态过程（图215）。图215教师：减数第一次分裂期开始不久，初级精母细胞中原来分散的染色体出现什么变化？教师：配对的染色体有什么特点？教师：没错。配对的两条染色体，形状和大小一般都相同，一条来自父方，一条来自母方，叫做同源染色体。为什么说同源染色体的形状和大小一般相同，难道有不同的吗？这个问题我们留在后面学习。另外，为什么用红和蓝两种颜色来表示染色体？教师：是的。我们把同源染色体两两配对的现象叫做联会，简称同源染色体联会。对于这个概念有两个关键词：其一，同源是指来源于同一物种或同一种生物；其二，联会是指染色体两两配对。同源染色体有以下三个特征：一是染色体大小相同；二是染色体形态相同；三是染色体来源相同（即同一物种或同种生物的父母双方）。教师：请同学观察联会时期的细胞图，该细胞中染色体、染色单体和DNA的数目分别是多少？教师显示四分体的形成过程（图216）。图216教师：联会时染色体螺旋化程度低，染色体细，在光学显微镜下还看不清染色单体，因此，没有在图上表示出来。联会后，染色体进一步螺旋化变粗，逐渐在光学显微镜下可见每条染色体都含有两条姐妹染色单体，由一个着丝点相连，每对同源染色体则含有四条姐妹染色单体，叫四分体。图中有几个四分体？教师与学生共同分析以下的数量关系：1个四分体=1对同源染色体=2条染色体=2个着丝点=4条染色单体=4个DNA分子。教师：由此，我们可以推算，果蝇体细胞有4对8个染色体，减数分裂时，形成多少个四分体？教师：如果是人呢？教师显示染色体交叉互换的照片和示意图。教师：在四分体中的非姐妹染色单体之间经常发生缠绕，并交换一部分片段。经过交换，姐妹染色单体有何不同？教师：非姐妹染色单体的交叉互换，可以增加配子的多样性，此乃后话，我们暂时不提。人们把同源染色体的联会与四分体阶段归为减数第一次分裂前期。教师演示减数第一次分裂中期的变化（图217）。图217教师：同学们说减数第一次分裂中期染色体的主要行为变化是什么？教师：没错。染色体的行为与有丝分裂的中期相比有何不同？教师：很好。教师演示减数第一次分裂后期的变化（图218）。图218教师：减数第一次分裂后期染色体的行为出现什么变化？教师：同学们观察得非常仔细。这里要提醒的是同源染色体分开，具有一定的独立性。这是由于两条同源染色体在细胞中央的排列位置是随机的，可以互相交换，因此，就决定了同源的两条染色体各移向哪一极也是随机的。也就是说，移向细胞两极的染色体的组合既可以是每边各有一条红色和一条蓝色的染色体，也可以是细胞的一极是两条蓝色染色体，而另一极是两条红色染色体的组合方式。这样，不同对的染色体之间就可以自由组合。这是我们前面所学内容自由组合定律的细胞学基础。教师演示初级精母细胞分裂成两个次级精母细胞的过程（图219）。图219教师：接着发生细胞分裂，一个初级精母细胞分裂成两个次级精母细胞。同学们仔细比较一下每个次级精母细胞与初级精母细胞的染色体数是否相同？教师：是的。在减数第一次分裂过程中，由于同源染色体分离，并分别进入两个子细胞，使得每个次级精母细胞只得到初级精母细胞中染色体总数的一半。因此，减数分裂过程中染色体数目的减半发生在减数第一次分裂中。在次级精母细胞中有没有同源染色体？教师：减数第一次分裂与减数第二次分裂之间通常没有间期，或者间期很短，染色体不再复制。所以我们一般将初级精母细胞分裂形成两个次级精母后的时期称为减数第二次分裂的前期。减数第二次分裂过程中染色体的行为变化特点与有丝分裂十分相似。在减数第二次分裂的前期，染色体排列有何特点？教师演示减数第二次分裂中期染色体的变化（图2110）。图2110教师：减数第二次分裂中期染色体的变化是什么？教师：没错。教师：减数第二次分裂的细胞图与有丝分裂中期的细胞图如何区别？教师演示减数第二次分裂后期染色体的变化（图2111）。图2111教师：减数第二次分裂后期染色体的变化又是什么？教师：很好。同学们再算一下此时每个次级精母细胞中各有染色体几条？教师：对。在减数第二次分裂后期，由于着丝点分裂，姐妹染色单体分开形成染色体，所以染色体数目暂时加倍，恢复到原来精原细胞的数目水平。教师演示次级精母细胞各分裂成两个精细胞的过程（图2112）。图2112教师：细胞继续分裂，两个次级精母细胞分裂成4个精细胞，减数分裂完成。把精细胞的染色体数目和刚形成的次级精母细胞以及初级精母细胞相比，有何变化？教师：同学们说，4个精细胞共可以分为几种类型？教师：是的。在不考虑非姐妹染色单体交叉互换的情况下，一个精原细胞通过减数分裂最终可以形成4个共2种精细胞。至此，减数分裂完成。现在我们回头总结一下，减数第一次分裂与减数第二次分裂相比，它们各自的主要特征是什么？教师：精细胞再经过变形，形成精子，呈蝌蚪状。在这个过程中，丢掉了精子细胞的大部分细胞质，带上重要的物质细胞核内的染色体，轻装上阵，并形成了一个长长的尾，便于游动，为今后的受精作用作准备。（3）总结请一位同学根据挂图，来讲述精子的形成过程。（请一位学生讲述，教师根据其讲述情况，精彩处给予表扬，不足处给予补充，错误处给予纠正）最后教师强调减数第一次分裂与减数第二次分裂的主要特征。请同学们观察精子形成过程的动画。学生：细胞体积变大，且复制后每条染色体都由两条姐妹染色单体构成。学生：1个初级精母细胞。学生：染色体两两配对。学生：形状和大小相同，颜色不同。学生：代表一条来自父方，一条来自母方。学生：4条染色体，8条染色单体，8个DNA分子。学生：两个。学生：四个。学生：23个。学生：交换前，姐妹染色单体是相同的，经过交换后，两条姐妹染色单体不同。学生：同源染色体着丝点排列在赤道板的两侧。学生：有丝分裂中期染色体着丝点是排列在赤道板上的。学生：纺锤丝收缩，牵引染色体向两极移动，配对的同源染色体分开，移向细胞的两极。但此时着丝点并未分开，每一条染色体上仍有两条染色单体。学生：次级精母细胞各含2条染色体，染色体数目只有初级精母细胞的一半。学生：没有。学生：散乱分布。学生：染色体排列在赤道板上。学生：减数第二次分裂的细胞图中没有同源染色体。学生：着丝点分裂，姐妹染色单体分开变成染色体，移向细胞两极。学生：4条。学生：精子细胞的染色体数目与次级精母细胞相同，比初级精母细胞减少一半。学生：2种。学生：减数第一次分裂的主要特征是有同源染色体的联会、四分体中的非姐妹染色单体发生交叉互换、同源染色体分离并分别移向细胞两极；减数第二次分裂的主要特征是染色体不再复制、每条染色体的着丝点分裂、姐妹染色单体分开并分别移向细胞两极。第一遍让学生了解精子形成的全过程，并引导学生注意观察减数分裂过程中细胞的名称及数目变化；第二遍指导学生主要观察染色体的行为变化特点。为帮助学生对同源染色体联会的理解，可以用手势辅助教学，过程如下：先伸出两手，两手掌心向下，手背向上。中指、无名指、小指弯曲紧靠掌心，拇指向下伸出、食指伸出向上，正对学生，左右手慢慢靠近，表示染色体的运动及配对（联会）。然后安排学生跟老师把手势做一遍。环节5卵细胞形成的部位教师显示“女性内生殖系统示意图”（图2116），引导学生，分析女性内生殖系统的组成，指出卵细胞是在卵巢内形成的。卵巢有两个，位于腹腔的两侧。让学生对女性内生殖系统及卵巢所在的部位有较清晰的认识。环节6卵细胞的形成过程教师：卵细胞的形成过程与精子的基本相同，也有不同。那么，哪些是相同的，又有什么不同呢？请同学们仔细阅读课本P19的最后一段内容和观察课本P20图25“哺乳动物卵细胞的形成过程图解”，然后请同学为我们介绍卵细胞的形成过程。学生自学、讨论、分析。环节7精子和卵细胞形成比较教师：学习完了精子和卵细胞的形成过程，同学们能否总结出两者有哪些相同点？教师：同学们总结得很好。那两者又有什么不同？教师：非常好。现在请同学们完成以下表格，比较精子和卵细胞形成的异同点。学生：相同点是染色体复制一次，都有联会和四分体时期，经过第一次分裂，同源染色体分开，染色体数目减少一半；在第二次分裂过程中，有着丝点的分裂，最后形成的精子或卵细胞，它们的染色体数目也比卵原细胞或精原细胞减少了一半。学生：不同点是卵细胞形成过程中每次分裂都形成一大一小两个细胞，小的叫极体，极体以后都要退化，只剩下一个卵细胞，而一个精原细胞是形成4个精子；卵细胞形成后，不需要经过变形，而精子要经过变形才能形成。环节8配子中染色体组合的多样性教师：同学们已经知道，减数分裂形成的精子和卵细胞，必须相互结合形成受精卵，才能发育成新个体。那么高等动物个体发育的起点是什么？教师：很好。我们已经知道，父亲体内所有的精原细胞，染色体组成并无差别；母亲体内的卵原细胞也是如此。但为什么会出现萨达姆与其儿子乌代和库赛的情况？ 教师：这猜想有道理。究竟是不是这样，我们可以通过模型建构“建立减数分裂中染色体变化的模型”来寻找答案。教师：在我们进行模型建构之前，让我们一起来复习减数分裂过程中染色体的数目与主要行为变化。教师投影显示“哺乳动物精子的形成过程图解”，师生共同回顾减数分裂过程中染色体的数目与主要行为变化。教师：下面让我们进行“建立减数分裂中染色体变化的模型”的模型建构。教师组织学生按下表的“活动准备”“模拟减数分裂中染色体数目及主要行为的变化”，和“模拟减数分裂过程中非同源染色体的自由组合”的顺序进行模型建构，教师则巡视检查学生在模型建构过程中存在的问题，并提醒学生在动手建构的过程中思考相应的问题。“表达与交流”一项采用两组学生分别演示，一方面起示范作用，另一方面也有利于发现学生在模型建构中存在的问题。由于本活动项目由两人合作完成，为更好地培养学生的合作精神，提高实验效率，所以教师可建议学生在活动准备和染色体的行为变化等方面进行分工合作。学生：受精卵。学生：是不是参加受精作用的精子和卵细胞的染色体组成是不一样的呢？环节9受精作用教师播放精子与卵细胞结合受精的录像，引导学生观察、思考。教师：什么是受精作用？教师：那卵细胞和精子依靠什么物质进行相互识别？教师：很好。现在同学们能否把刚才所看到的受精作用过程的录像介绍一下？教师：通过受精作用，染色体数目出现什么变化？教师：现在我们回头看看同源染色体的概念，同学们现在是否明白了同源染色体一条来自父方、一条来自母方的意思呢？教师：总结得很好。接下来我们来看看卵细胞在受精前后的变化。未受精时，卵细胞好像睡着了，细胞呼吸和物质合成进行得比较缓慢。受精过程使卵细胞变得十分活跃。教师显示以下胚胎分裂分化系列图片（如图2126）。图2126教师：受精作用发生后，受精卵将迅速进行细胞分裂、分化，最终发育成新生命。新生命诞生以后由此开始了遗传物质与环境相互作用的发育过程。这里要注意的是，受精卵以什么方式进行分裂？教师：同学们，当我们看这些图片的时候，不知你是否也感觉到生命的神奇和来之不易：一个成熟的男子每次释放的精子约为2亿3亿个，但能到达卵细胞周围的只剩下几十至数百个，而最终完成受精作用的只有一个精子。受精卵发育成新生儿要经过“十月怀胎”，在母亲怀孕和我们成长的过程中，只要有任何的意外，都会让我们提早离开这美好的世界。所以，我们有理由不爱惜自己的生命吗？学生：卵细胞和精子相互识别、融合成为受精卵的过程。学生：细胞膜外面的糖蛋白。学生：在受精作用进行时，通常是精子的头部进入卵细胞，尾部留在外面。与此同时，卵细胞的细胞膜会发生复杂的生理反应，以阻止其他精子再进入。精子的头部进入卵细胞后不久，精子的细胞核与卵细胞的细胞核相融合，使彼此的染色体会合在一起。学生：受精卵中染色体数目又恢复到原来体细胞中的数目，其中一半来自精子（父方），一半来自卵细胞（母方）。学生：明白。精子和卵细胞中的同源染色体都是成单存在，精子带有其中的一条，卵细胞带有其中的另一条，受精后，这两条同源染色体到了一个细胞中，它们就成对存在了。学生：有丝分裂。学生：没有。我们要珍惜生命，爱护自己。环节10减数分裂和受精作用的意义教师：现在大家是否明白我们课前所提的问题“乌代与库赛均为萨达姆与其妻子所生，但为什么他们三个人会长得不一样”的原因啦？教师：进行有性生殖的后代由于具有双亲的遗传物质而在性状表现上具有多样性，这有何意义？教师：这种多样性使生物具有更强的适应力，有利于生物在自然选择中进化，体现了有性生殖的优越性。教师从成体开始边讲边逐步展示减数分裂、受精作用图解（图2127）。图2127教师：从图2127中可以看出，减数分裂使染色体数目减半，受精作用使染色体数目又恢复到原来的数目，从而使生物前后代染色体数目保持恒定，因此，减数分裂和受精作用对于生物前后代染色体数目的恒定性，对于生物的遗传和变异，都是十分重要的，由此也可看出，生物的各种变化无论有多复杂，都是有规律可循的。学生：主要是因为减数分裂形成配子的过程中，染色体组成具有多样性，非姐妹染色单体的交叉互换，导致不同配子遗传物质的差异，加上受精过程中卵细胞和精子结合的随机性，同一双亲的后代必然呈现多样性。四、教学反思将复杂的过程通过动态渐变的方式呈现，使学生的认知更为清晰。通过分析讨论，加深对知识的理解，拓展学生的思维。分工合作，自主探究，培养学生科学实验的技能和实事求是的科学态度。直观演示，帮助学生形成概念。创设问题情景激发探求欲望。