【高中生物】人教版高中生物必修2示范教案:2-1-减数分裂和受精作用-第1课时.doc
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1、第2章 基因和染色体的关系章节规划本章主要介绍遗传的细胞基础知识,内容分3节:减数分裂和受精作用基因在染色体上伴性遗传。这3节内容的选取与安排,是在第1章引导学生认识孟德尔遗传规律的基础上,继续依照科学史的顺序,寻找孟德尔提出的遗传因子(即基因)在细胞中的位置。不仅从细胞学层面上阐述了生命的延续性,而且立足于整个生物界及其生物多样性,从宏观层面上阐述了生命的发展过程、原因和结果;选取减数分裂和受精作用等内容在于揭示生命延续的细胞学基础,显然,这部分内容必须以细胞周期及其细胞有丝分裂等知识为基础。观察减数分裂及识别细胞内染色体变化的实验操作,也必须以观察细胞有丝分裂的技能训练为前提。用现代遗传学
2、的研究成果,阐明杂合子体内等位基因之间的相互作用,以及配子生成时等位基因分离和非等位基因之间随机重组的细胞学基础。本章在模块2中起承上启下的作用:上接第1章遗传因子的发现,下接第3章基因的本质。本章有关减数分裂的内容,与分子与细胞模块中有关细胞增殖、有丝分裂的内容有联系。另外,选修模块涉及的避孕原理和方法、人工授精、试管婴儿等生殖技术,都是以减数分裂和受精作用为必要的知识基础。本章知识结构网:教学价值:1.知识方面(1)阐明细胞的减数分裂。(2)举例说明配子的形成过程。(3)举例说明受精过程。(4)说出基因位于染色体上的实验证据。(5)概述伴性遗传。2.情感态度与价值观方面(1)认同基因是物质
3、实体。(2)认同观察、提出假说、实验的方法在建立科学理论过程中所起的重要作用。(3)认同科学研究需要丰富的想象力,大胆质疑和勤奋实践的精神,以及对科学的热爱。3.能力方面(1)使用高倍镜,观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片。(2)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。(3)尝试类比推理的方法,解释基因位于染色体上。(4)运用资料分析的方法,总结人类红绿色盲症的遗传规律。本章以原始生殖细胞配子受精卵为知识链,以配子生成与融合为核心,主要讲述减数分裂和受精过程中细胞结构(主要是染色体)的动态变化。教学时,应以演示和观察为主,先通过展示图片或放映录像为学生提供必要的感性材料,学
4、生一旦明确减数分裂或受精过程中细胞结构变化的特征,要及时地引导他们将感性认识上升到理性认识,形成减数分裂或受精作用的概念。观察细胞的减数分裂,是要验证在配子生成过程中确实发生了染色体数目减半的变化。建立减数分裂中染色体变化的模型的模型建构则有利于学生理解同源染色体分离时非同源染色体的自由组合。以人为例讲述受精作用,不仅便于营造良好的教学情境,而且有利于引导学生认识配子在传种接代过程中的作用,从而达到本章教学的终极目标。第1节 减数分裂和受精作用从容说课本节内容分2个小节:减数分裂和受精作用。教学知识点主要包括减数分裂的概念、精子和卵细胞的形成过程、配子中染色体组合的多样性和受精作用,以及包括学
5、生实验观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片和模型建构建立减数分裂中染色体变化的模型等。本节内容与其他章节在知识上联系比较多,如通过精子和卵细胞形成过程中染色体的行为变化,是理解第1章孟德尔遗传规律的细胞学基础;运用类比推理的方法,推断基因位于染色体上,从现代遗传学的角度对杂合子体内等位基因之间的相互作用、基因的分离定律和基因自由组合定律的实质作出阐明;伴性遗传的学习主要以人们所熟悉的红绿色盲和抗维生素D佝偻病等遗传病知识为载体,可为后面第5章内容中的第3节人类遗传病的学习打下一定的基础。另外,选修模块涉及的避孕原理和方法、人工授精、试管婴儿等生殖技术,都是以减数分裂和受精作用为必要的知识基础的。减
6、数分裂是有丝分裂的延续,学生对有丝分裂中染色体行为和数目的变化已有一定知识基础,以此作为新旧知识的桥梁。精子的形成过程是本节的教学重点和教学难点,教师在教学中应特别重视利用直观教具。利用电脑动画,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;利用师生共同做手势,帮助学生更好理解同源染色体的联会过程,理解染色体行为的特点;通过学生的自主观察、归纳总结、讨论分析、表解、巩固、复习,使学生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;通过学生的动脑、动口、动手等活动,教师的指导点拨,调动学生学习积极性,培养学生的思维能力,充分发挥教师的主导地位和学生的主
7、体作用。卵细胞的形成过程,教师可以组织学生分组讨论,比较卵细胞与精子形成过程的异同。通过讨论和小结,使学生巩固精子形成过程的知识,理解卵细胞的形成过程。利用表格和坐标轴的方法比较减数分裂过程中染色体和DNA数目的变化,加深学生对减数分裂过程的理解和掌握。最后,将减数分裂与有丝分裂加以比较,通过做适当的练习加以巩固。关于受精作用,组织学生做好建立减数分裂中染色体变化的模型建构,让学生理解由于同源染色体分离时非同源染色体的自由组合而导致配子的多样性的原理。结合受精作用的录像,可以帮助学生理解卵细胞与精子的融合过程。关于减数分裂与受精作用的意义,教师可以组织学生讨论,让学生积极思考和参与教学过程,这
8、样可以使学生加深对知识的理解。三维目标1.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。2.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
9、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。3.情感态度与价值观(1)认同基因是物质实体。(2)认同观察、提出假说、实验的方法在建立科学理论过程中所起的重要作用。(3)认同科学研究需要丰富的想象力,大胆质疑和勤奋实践的精神,以及对科学的热爱。(4)增强动手操作能力,认同物质的规律性,树立辩证唯物主义世界观。教学重点1.减数分裂的概念。2.精子的形成过程。3.受精作用的过程。教学难点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
10、察蝗虫精母细胞的减数分裂。教具准备CAI软件:哺乳动物睾丸示意图;哺乳动物精子形成过程图解;同源染色体和四分体形成图解。课时安排3课时第1课时教学过程课前准备1.哺乳动物精细胞形成过程的CAI动态课件。2.男性内生殖系统示意图、睾丸的横切面示意图。3.哺乳动物精子形成过程图解;同源染色体和四分体形成图解。情境创设教师:我们以前学过,真核细胞的分裂方式有三种,是哪三种?学生:有丝分裂,无丝分裂,减数分裂。教师:以前学过了有丝分裂和无丝分裂,现在学习减数分裂。为什么要学习减数分裂呢?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
11、己会得这些病吗?怎样避免这种病?教师: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。师生互动1.减数分裂的概念学生阅读教材,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。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。2.精子的形成过程(1)形成部位教师: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(图211)正面图、精子结构示意图(图212)和睾丸内部结构图(图213)。图211 图2
12、12 图213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。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?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。(2)形成过程教师:很好。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
13、后形成了精子。整个过程是如何进行的呢?请同学们观察精子形成过程的动画。教师演示精子形成的全过程的CAI课件两遍。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。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
14、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?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。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?学生:1个初级精母细胞。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?学生:染色体两两配对。教师:配对的染色体有什么特点?学生:形状和大小相同,颜色不同。教师:没错。配对的两条染色体,形状
15、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?学生:代表一条来自父方,一条来自母方。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)。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
16、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。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?学生:4条染色体,8条染色单体,8个DNA分子。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
17、有几个四分体?学生:两个。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?学生:四个。教师:如果是人呢?学生:23个。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?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。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
18、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?学生:同源染色体着丝点排列在赤道板的两侧。教师:没错。染色体的行为与有丝分裂的中期相比有何不同?学生:有丝分裂中期染色体着丝点是排列在赤道板上的。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?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。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
19、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?学生:次级精母细胞各含2条染色体,染色体数
20、目只有初级精母细胞的一半。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?学生:没有。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?学生:散乱分布。教师演示减数第二次分裂中期染色体的变化(图211
21、0)。图2110教师:减数第二次分裂中期染色体的变化是什么?学生:染色体排列在赤道板上。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?学生:减数第二次分裂的细胞图中没有同源染色体。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?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。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?学生:4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
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