逆向教学设计在高中生物学复习课中的教学探索——以同课异构“减数分裂和受精作用”为例

以“目标导向、评价先行、闭环设计”的方法路径为切入口,构建高中生物学复习课开展逆向教学设计的基本框架。本文对逆向教学设计的“减数分裂和受精作用”3节复习课案例进行剖析,体现“为理解而教”的教学核心理念,构建“以终为始”的课程设计框架,遵循“循环往复”的系统设计过程,设计“多元融通”的单元评价体系。     

蛋白激酶在卵母细胞减数分裂和受精中的作用

脊椎动物卵母细胞的减数分裂和受精过程受到多种蛋白激酶的调节。近年来对于卵母细胞成熟、活化和受精的分子机制研究取得了长足进步 ,发现促成熟因子 (MPF)和促分裂原活化蛋白激酶 (MAPK)是调节卵母细胞细胞周期的关键分子 ,二者的激活和失活导致了减数分裂的恢复、阻滞和完成。许多蛋白激酶通过调节MPF和MAPK活性来影响减数分裂。Polo like激酶活化MPF ,Mos激活MAPK而启动成熟分裂并维持中期阻滞。CaMKII通过泛素途径灭活MPF使卵突破MII期阻滞。另外 ,p90 rsk作为MAPK的下游分子参与减数分裂调节 ,蛋白激酶C(PKC)诱导皮质颗粒排放并抑制MAPK激活 ,酪氨酸蛋白激酶家族成员介导受精诱发的Ca2 释放。这些蛋白激酶的协同作用推动了卵母细胞正常的成熟与受精     

泛素-蛋白水解酶复合体通路在卵母细胞减数分裂和受精中的作用

泛素—蛋白水解酶复合体通路(Ubiquitin-proteasome pathway,UPP)高效快速并高度选择性地降解特定的蛋白质,从而参与控制多种重要的细胞生物学过程。在卵母细胞减数分裂和受精过程中,该通路通过降解细胞周期中的关键因子,如细胞周期蛋白、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制图子等细胞周期调控因子,从而参与卵母细胞生发泡破裂、第一极体排放、MII阻滞的维持和克服等过程,使细胞通过特定的检验点。此外,UPP也与丝裂原活化蛋白激酶通路、Polo样激酶、成熟促进因子、蛋白激酶C、钙调蛋白依赖激酶Ⅱ等减数分裂关键调节因子相互作用来参与卵母细胞减数分裂成熟和受精。一些周期蛋白(如后期促进复合体的某些亚单位等)还充当泛素连接酶成分,直接参与泛素化过程。     

甜瓜花粉母细胞减数分裂及雄配子体的细胞学研究

以薄皮和厚皮类型甜瓜为试材,采用改良的染色体制片方法,系统观察了甜瓜花粉母细胞的减数分裂及雄配子体发育的过程,结果表明:(1)甜瓜细胞核减数分裂的同步性较高,细胞质是同时型分裂,在细胞核分裂的过程中,核仁在前期Ⅰ到中期Ⅰ逐渐消失,在前期Ⅱ再次出现,随后消失,染色体在前期Ⅰ到中期Ⅰ逐渐收缩,变得清晰,至末期Ⅰ变得模糊,在前期Ⅱ再次清晰;(2)2种类型甜瓜终变期的染色体构型都以环状二价体为主;(3)在后期Ⅱ,观察到染色体的垂直和平行2种分离方式;(4)在前期Ⅰ和前期Ⅱ,伽师瓜"形成了多个较小的核仁,呈现一定的特殊性;(5)雄配子体发育经历了单核期和双核期,最后形成了成熟的花粉粒.研究表明,薄皮和厚皮类型甜瓜减数分裂的染色体行为基本一致,没有明显差异;伽师瓜"的核仁数量表现特殊可能与其长期的生态适应性有关.     

小花盾叶薯蓣减数分裂与雄配子发育细胞学观察

运用压片法对小花盾叶薯蓣(Discorea parviflora C.T.Ting)小孢子减数分裂与雄配子体发育进行研究.结果表明:小花盾叶薯蓣细胞减数分裂中期Ⅱ染色体排列主要有4种类型:平行型、八字型、垂直(同面)、垂直(异面);四分体有3种类型:左右对称型、四面体型、交叉型;小花盾叶薯蓣雄配子发育可分为5个时期:单核居中期、单核靠边期、单核后期、双核初期和双核期.同时型胞质分裂和2.细胞型花粉证实了小花盾叶薯蓣所在薯蓣科是较原始的被子植物;小花盾叶薯蓣减数分裂中期Ⅱ染色体排列多样性与2n配子发生无关.     

钙调蛋白依赖的蛋白激酶Ⅱ在卵母细胞减数分裂和受精中的作用

钙调蛋白依赖的蛋白激酶 (CaMK)是一类分布广泛的丝 /苏氨酸蛋白激酶家族 ,在钙离子和钙调蛋白存在的条件下发生自磷酸化而被激活 ,在细胞内对于钙信号的传递具有重要的介导作用 .近年来的研究表明CaMKⅡ是参与调节卵母细胞减数分裂的重要分子 ,在卵母细胞成熟、极体排放、受精和活化等过程中发挥作用 .CaMKⅡ作为Ca2 的下游信号分子 ,在受精后促进成熟促进因子 (MPF)和细胞静止因子 (CSF)的失活 ,并调节纺锤体微管的组装和中心体的复制过程 .虽然CaMKⅡ在减数分裂中的作用广泛而关键 ,但目前的研究主要集中于低等动物和小鼠 ,今后有待进一步阐明该蛋白激酶在其他哺乳动物中的作用和调节机制     

关于"减数分裂"教学上的一点建议

现行普通高中生物学教材中,“减数分裂”一课所涉及的内容相对较为复杂、抽象,一直是教学过程中的一个难点,为了能使这节课的内容更便于学生理解掌握,我们结合自己的教学实践,在这里提供一个利用扑克牌进行类比实验的教学思路。     

“遗传信息的传递与表达”的教学组织

遗传信息的传递与表达是DNA分子的2项基本功能,也是决定遗传和变异现象的本质事件。要从分子水平上阐明基因型与表现型、基因与性状之间的关系,必须搞清遗传信息的传递与表达过程。为此,《课程标准》对该部分的要求是：概述DNA分子的复制;概述遗传信息的转录和翻译。     

钙调蛋白依赖的蛋白激酶Ⅱ在卵母细胞减数分裂和受精中的作用(英)

钙调蛋白依赖的蛋白激酶（CaMK）是一类分布广泛的丝/苏氨酸蛋白激酶家族,在钙离子和钙调蛋白存在的条件下发生自磷酸化而被激活,在细胞内对于钙信号的传递具有重要的介导作用.近年来的研究表明CaMKⅡ是参与调节卵母细胞减数分裂的重要分子,在卵母细胞成熟、极体排放、受精和活化等过程中发挥作用.CaMKⅡ作为Ca²⁺的下游信号分子,在受精后促进成熟促进因子（MPF）和细胞静止因子（CSF）的失活,并调节纺锤体微管的组装和中心体的复制过程.虽然CaMKⅡ在减数分裂中的作用广泛而关键,但目前的研究主要集中于低等动物和小鼠,今后有待进一步阐明该蛋白激酶在其他哺乳动物中的作用和调节机制.     

“生物的变异”的教学组织

在普通高中生物学课程标准中,“生物的变异”是必修2“遗传与进化”模块的组成部分之一。本文主要探讨新课程中“生物的变异”部分的教学组织。     

“细胞的结构与功能-Ⅱ”的教学组织

现代生命科学主要是在分子水平、细胞水平、个体水平和群体水平上研究生命活动规律。细胞水平的研究之所以是不可缺少的基本环节,是因为有规律的生命活动必须以细胞作为基本单位才能实现和完成,正如美国著名生物学家E．B．Wil．son所言“一切生物学的关键问题必须在细胞中寻找。”为此,《生物课程标准》对该部分的具体要求是：阐述细胞膜系统的结构与功能：举例说出几种细胞器的结构和功能：阐明细胞核的结构与功能：尝试建立真核细胞的模型。活动建议：观察线粒体和叶绿体。     

GC1代换系与小麦杂交减数分裂行为的研究

用来自拟斯卑尔脱山羊草（Ae.speltoides）的杀配子染色体2S(GC基因),诱导普通小麦（Triticum aestivum L.）“宁农”、普通小麦—黑麦（Secale cereale L.）二体代换系（5R/5A）的染色体断裂,观察杂种F₁的减数分裂行为,在减数分裂中期I和中期II均出现较高频率的单价体、多价体,后期I和后期II出现大量的落后染色体、染色体断片和桥等异常现象,在二分孢子和四分孢子中出现较多的微核。在本实验中,GC1代换系与5R/5A代换系杂交F₁代减数分裂行为比GC1代换系与普通小麦“宁农”杂交F₁代减数分裂行为复杂,经统计学分析,含杀配子染色体的代换系间杂交比单一的杀配子染色体作用对单价体、多价体、微核的产生具有显著差异。因此,利用带有杀配子染色体的代换系间杂交来诱导染色体易位是一条有效的途径。     

大叶杨的受精作用和胚胎发育

用细胞化学方法研究了大叶杨(Populus lasiocarpa Oliv.)的受精作用和胚胎发育。结果表明:柱头在授粉期有蛋白质和多糖性质的分泌物。花粉在授粉后6小时大量萌发。授粉后6天开始出现双受精作用。次生核受精完成较卵核受精完成为早,精卵融合为有丝分裂前型。受精作用消耗大量淀粉粒。核型胚乳于授粉后开始细胞化。胚乳主要成分为蛋白质,游离核形成后不出现淀粉粒。胚乳在胚的发育中被吸收。休眠期的合子经历液泡消失、合子皱缩、液泡再出现、合子伸长等极性化过程。胚胎发生类型为茄型。授粉后44天,胚相继发育成熟。成熟胚直立,具2枚相互包裹的子叶。根冠原中具类根冠柱结构。     

“研究性课题”的教学组织

许多学生和教师都在报怨我们的生物学教科书形式呆板枯燥 ,内容陈旧过时。这是由于我们今天的这种基于课本的生物学课程 ,限制了学生与现实生活中的科学及科学文献的接触。长期以来 ,生物学教学的重点就是让学生记概念、背知识点。这种教育显然有悖于素质教育的宗旨。在教育部 2 0 0 0年制定的《全日制普通高级中学生物教学大纲 (试验修订版 )》中安排了一些研究性课题 ,会对解决这一问题有所帮助。例如第 1个研究性课题是 :“调查近期报刊杂志等媒体对生物科学技术发展的报道 ,并做交流报告”。这样一个课题的安排 ,会大大丰富课堂信息的来…     

穗花杉传粉和受精作用的研究

穗花杉于5月25日至6月15日(1980—1982)传粉,成熟花粉包括2个细胞。7月20日至29日受精。两者相隔约2个月。在花粉管和卵细胞中,分别具有许多特殊的核仁状颗粒,它是穗花杉属的明显特点之一。从传粉、受精和胚胎发育的特点来看,穗花杉和澳洲红豆杉属在红豆杉科中可能占居比较原始的位置,它们的演化顺序是:穗花杉属、澳洲红豆杉属、红豆杉属、白豆杉属和榧树属。而且,三尖杉科可能通过穗花杉属过渡到红豆杉科。     

科学思维导向的“减数分裂过程”概念教学

介绍利用逻辑推理的科学思维由“粗”到“细”逐步构建并完善减数分裂过程模型,辅以科学事实对其去伪求真,确定科学合理的减数分裂过程模型,使学生在模型的完善中,构建有关“减数分裂过程”的概念,理解减数分裂中染色体的变化和意义,训练科学思维,从而落实“核心素养为宗旨”“教学过程重实践”等课程基本理念,发展学生的学科核心素养。     

蕨受精作用的细胞学观察

为了阐明进化蕨类受精作用的特点和细胞学机制,该文采用透射电镜观察了蕨(Pteridium aquilinum var.latiusculum)受精作用的主要过程,观察结果显示:(1)蕨精子通过受精孔进入卵细胞,多数情况下,该精子的螺旋运动先在受精孔的下方产生一个受精腔,然后精子再与卵细胞质融合。(2)第一个精子的这种延迟的螺旋运动和因精子的钻入而引起的卵细胞固缩反应可能是阻止多精受精的重要因素。(3)卵发育时期产生的核外突在受精后仍能持续12 h,然后与核本体分离,逐渐在细胞质中消解。(4)合子通过其后方细胞质的液泡化而建立了水平极性,此后再进行细胞分裂。该研究观察到了进化蕨类受精作用过程中的一些新现象,包括产生受精腔、卵细胞固缩反应、核外突的命运以及合子极性建立等,这有助于理解蕨类植物的受精作用机制及有性生殖的演化。     

番茄受精作用及其间隔期的研究

利用常规石蜡切片法研究了番茄受精作用的全过程,具体研究结果为:(1)授粉后2 h,花粉粒在柱头上萌发;约2~4 h,花粉管长入柱头,且末端膨大;约8 h后,生殖细胞进入分裂期;并于约两小时后,分裂为两个精细胞。(2)约14 h,花粉管进入子房腔;约18~24 h,花粉管进入胚囊,破坏一个助细胞,并在其珠孔端释放两个精子;随后被释放的精子移到卵细胞与次生核附近。(3)授粉后约30 h精核进入卵细胞;约34 h,精核与卵核融合,并在卵核内出现分散的雄性染色质,进而出现雄性核仁;44~50 h,雌、雄性核仁融合,形成合子;合子的休眠期为10 h左右。60 h之后,合子分裂形成二细胞原胚。(4)约26 h,另一个精子的精核与次生核核膜相贴伏,随后与之融合;约30~34 h,次生核内出现分散的雄性染色质,随之出现雄性核仁;约38~42 h,雌、雄性核仁融合,形成初生胚乳核。约44 h后,初生胚乳核进行有丝分裂,形成两个胚乳细胞。番茄胚乳发育属于细胞型。初生胚乳核无休眠期。(5)精子与次生核的融合比与卵核的融合快。(6)番茄的受精作用属于有丝分裂前配子融合类型。     

“细胞呼吸”的教学组织

细胞作为一个微观层面上的生命系统,必须时刻与外界进行着物质、能量、信息的交流才能维持自身有序状态,这些过程表现出生命特有的自主性、有序性和稳态等特征。能量是细胞一切生命活动的动力．细胞呼吸是细胞产能代谢的主要方式。高中生物学课本将“细胞呼吸”作为“细胞代谢”部分的重要内容之一,