2.2.3动物体细胞核移植技术和克隆动物教学设计-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

教学设计 课程基本信息 学科 生物学 年级 高二 学期 春季 课题 动物体细胞核移植技术和克隆动物 教学目标 1. 通过对各类细胞全能性的分析，推论如何使奶牛乳腺细胞恢复全能性，理解动物细胞核移植技术的基本原理，并建构细胞核移植技术的概念。 2. 通过提供的科学史资料，能基于事实和证据，运用归纳的方法概括出核移植的过程，并了解科学史的进程。 3. 根据核移植技术的概念，针对“生产抗结核药——卡那霉素”等的人类需求，选取恰当的技术和方法，动手进行模拟实验，并尝试设计流程图、改进流程图，发展科学探究能力、技术操作能力、工程设计能力。 4.了解体细胞核移植的应用前景，理性辩证看待体细胞核移植技术存在的问题，增强社会责任感。 教学重难点 教学重点： 1. 体细胞核移植的流程。 教学难点： 1. 体细胞核移植的应用前景。 教学过程 （一）结合实例，创设情境，引领思考 情境创设：教师以生活中出现咳嗽、低热、咯血症状，引出肺结核这一病症以及一种抗结核药物——卡那霉素。现有一头经特殊处理的奶牛，由于其乳腺细胞核中存在卡那霉素基因 ，且该基因能表达。因此，其分泌的乳汁中含有卡那霉素。 活动1：学生从细胞全能性的角度进行小组讨论——能否借鉴植物组织培养技术，快速增加牧场中此类奶牛的数量？ 设计意图：结合生活中的实际案例，创设一个情境化的问题，引领学生快速进入思考。 （二）探究原理，构建概念，形成观念 学生提出思路：（1）植物细胞具有全能性的必要条件是植物细胞核具有全套遗传物质；（2）动物细胞核也具有全套遗传物质，但动物体细胞全能性下降；（3）动物体细胞分化程度高，全能性低。 教师提示：动物体细胞分化后，基因选择性表达，得到的部分蛋白质（存在于细胞质中）会抑制细胞核的全能性。 学生总结：动物体细胞全能性下降，主要是由于细胞质中调节蛋白的抑制作用。 教师设问：如何解决以上所述的问题，使体细胞的全能性增强至能发育成完整个体的水平？ 学生提出解决方案：更换受精卵或者卵母细胞的细胞质。 教师设问：小组讨论，为何一般选用去核卵母细胞作为受体细胞？ 学生提出思路：（1）细胞质内存在激发细胞全能性表达的蛋白质；（2）细胞体积大，便于操作；（3）卵黄多，营养物质丰富。 学生总结：将动物体细胞核移植到去核卵母细胞中，可以使体细胞的全能性增强至能发育成完整个体的水平。 教师提出任务：要求学生构建核移植概念。 学生根据关键词的提炼，最后完成核移植概念构建。 设计意图：通过对各类细胞全能性的分析，引导学生思考如何使奶牛乳腺细胞恢复全能性，在提升生命观念的基础上，建构出知识框架，进而让学生自主提出动物细胞核移植技术的基本原理，并自主建构细胞核移植技术的概念。 （三）以史为例，构建流程，提升思维 资料1：1958年，英国科学家戈登用非洲爪蟾幼体肠细胞的细胞核移植入去核的卵细胞，得到重组细胞，最后得到第一例成功的体细胞核移植动物（克隆动物），与日本科学家山中伸弥共同获得2012年诺贝尔生理学或医学奖。同一时期，我国宁波籍科学家童第周等开展了鱼类细胞核移植工作。 活动2-1：学生进行小组合作，使用小圆片、黑笔构建戈登获得克隆动物的流程图，并上讲台进行分享、交流。 设计意图：让学生基于提供的科学史资料之一，进行小组合作讨论，并运用归纳的方法概括出核移植的大致过程，并尝试设计流程图，提升小组合作能力和科学思维水平。 （四）体验技术，感受突破，加强探究 资料2-1：在完成鱼类、两栖类的核移植实验后，科学家探索的脚步并没有停下。他们将眼光转向了哺乳动物。但相对鱼类、两栖类，哺乳动物的卵细胞体积小，去核操作困难。 教师介绍技术：伴随着显微操作仪的问世与显微操作技术的发展，对哺乳动物细胞进行去核的问题迎刃而解了。教师介绍显微操作仪的部分结构，并组织学生观看“显微操作技术去核”的视频，直观了解操作过程。 活动3：简易的去核模拟实验。教师说明实验的材料、实验的目的，并提出实验注意事项。学生使用明胶和绿豆制作的细胞模型、特制的胶头滴管进行去核实验。并与其他同学交流实验后的感受、注意事项及经验总结。 资料2-2：相对鱼类、蛙类，哺乳动物的胚胎需要在体内发育，因此除了胚胎体外培养技术外，还需要胚胎移植技术。在以上的几个相关技术的突破下，1996年，克隆羊多莉的诞生标志着以哺乳动物成熟体细胞为核供体的动物克隆成功。 学生总结：哺乳动物的核移植技术，需要在原来的基础上进行新的突破，需要像显微操作技术、胚胎移植技术这样的技术支持。 设计意图：通过科学史资料，学生能了解核移植研究的进程，科学家如何基于对鱼类、两栖类的研究，向哺乳类研究推进，科学家如何通过关键技术的突破，解决哺乳动物体细胞核移植的关键问题，从而发展学生的科学探究能力，并增加对科学技术的好奇心和认同感。通过设置“去核模拟实验”，让学生亲身体验了去核的过程，发展了学生的技术操作能力和科学探究能力，也让学生体会到科研的不易。 （五）解决问题，改进流程，素养形成 活动2-2：根据资料2，学生进行小组合作，解决情境问题。在原来构建的流程图的基础上，完成克隆奶牛（乳汁中含有卡那霉素）的流程图，并注意在流程图中加入相关技术，最后上讲台进行分享、交流。 资料3：（1）在重组细胞形成后，如果重组细胞中混入了乳腺细胞的调节蛋白，经过重组细胞的几次分裂后，最终能使乳腺细胞的调节蛋白全部被卵母细胞细胞质中的蛋白因子替换，细胞的全能性得以恢复。（2）细胞膜具有流动性，通过聚乙二醇诱导或电融合等方式，能够促使细胞融合。 活动2-3：根据资料3，学生进行小组合作，在原来构建的流程图的基础上，完善克隆奶牛（乳汁中含有卡那霉素）的流程图，并举手发言分析资料，提出改进意见。 设计意图：学生根据提供的科学史资料与课堂生成的新知，针对“生产抗结核药——卡那霉素”这一人类需求，选取恰当的技术和方法，尝试设计流程图、改进流程图，综合发展科学思维水平、科学探究能力、工程设计能力，形成生物学学科核心素养； （六）以点论面，辩证探讨，塑造责任 资料4：2017年，我国科学家孙强和刘真等经过多年努力，利用长尾猕猴胎儿皮肤成纤维细胞核移植，成功地获得了2只健康的克隆猴，命名为“中中”和“华华”，这是第一次获得的体细胞克隆灵长类动物。 活动4：讨论克隆“中中”和“华华”有什么意义？对社会将产生怎样的影响？ 学生进行小组讨论，提出自己的思考：（1）为探索建立更接近人类的医学动物模型提供了新途径，比如为检验卡那霉素的药性和副作用，使用与人类亲缘关系更近的克隆猴；（2）标志着我国在克隆技术领域已经处于世界领先水平；（3）证明了“克隆人”的理论可行性，要重视科技伦理风险，建立法案法规，防止技术被滥用、恶用； 教师引导学生思考：除了“中中、华华”以外，核移植还有其他领域的应用吗？能否举例说明？ 学生提出在医药卫生、科研、畜牧业、濒危物种保护等领域的核移植应用案例。 最后，教师带领学生总结体细胞核移植技术存在的问题。 设计意图：以“中中、华华”一个案例，引导学生全面探讨体细胞核移植的应用前景，并能够辩证、理性地看待核移植技术存在的问题，增强社会责任感。 （七）课时总结，单元总结，拓展启发 教师带领学生总结本课时的主要内容：（1）核移植技术的原理与概念；（2）核移植技术的流程与改进；（3）核移植技术的应用与问题。 教师带领学生总结本单元的主要内容：（1）运用动物细胞培养、干细胞培养，解决了因肺结核引起的T细胞耗竭问题；（2）运用动物细胞融合、单克隆抗体制备的方法，诊断肺结核；（3）运用核移植的方法，大量生产治疗肺结核的药物——卡那霉素。 教师提出章节拓展问题：使用核移植技术，能否解决前几节课提出的旧问题，能否设计出具体的解决方案。 设计意图：带领学生回顾本课时内容，使学生形成良好的知识结构，养成及时总结的学习习惯；以一个大情境串联本单元的内容进行回顾，充分调动学生的旧知与新知进行关联，再提出新知与旧知关联的章节拓展问题，以便学生对已形成的知识结构进行应用，融会贯通。 备注：教学设计应至少含教学目标、教学内容、教学过程等三个部分，如有其它内容，可自行补充增加。 学科网（北京）股份有限公司 $$