“探索遺傳物質的過程”教學案例

張曉輝

1 案例背景

“探索遺傳物質的過程”是蘇教版教科書必修2第四章第一節內容。該節的學習課時為兩課時：第一課時是“DNA是主要的遺傳物質”；第二課時是“提取DNA”。學生通過第一課時的學習，可以進一步加深對有絲分裂、減數分裂和受精作用實質的認識。學生在初中階段已經學習了遺傳物質為DNA，此時教師可以引導學生通過實驗的方法證明DNA是遺傳物質，再通過介紹煙草花葉病毒等少數生物只有RNA而沒有DNA的事實，得出“DNA是主要的遺傳物質”的結論。在學生對經典實驗的學習、討論與探索的過程中，教師要求學生用辯證唯物的方法來認識遺傳物質的本質，同時進一步培養學生分析、比較、推理、歸納等科學思維能力和解決實際問題的能力，符合新課程的理念。

2 教學思路

教師圍繞“設法將DNA與蛋白質分開，單獨地、直接地觀察DNA與蛋白質作用”這一主線，引導學生主動參與證明DNA是遺傳物質的實驗設計，展開分析、推理等一系列探究活動。

教師由學生已學過的與染色體有關的遺傳變異現象導入，通過學生對染色體主要成分的回顧，讓學生猜測：DNA和蛋白質哪種是遺傳物質，為什么？如何證明？從而引出相關實驗。

通過活動一“對格里菲斯的肺炎雙球菌體內轉化實驗的分析”得出已加熱殺死的S型菌中含有某種引起轉化的活性物質──轉化因子。

在學生思考得出“找出S型菌中轉化因子的關鍵思路”的基礎上，通過對活動二“對艾弗里的肺炎雙球菌的體外轉化實驗的設計分析”和活動三“對噬菌體侵染大腸桿菌的實驗的分析”得出DNA是遺傳物質。

教師通過讓學生閱讀相關內容，使他們了解有些病毒以RNA為遺傳物質，并給予相關背景知識，使學生認同DNA是生物的主要遺傳物質。

3 片段重現

噬菌體侵染細菌這一實驗的教學存在一定的難度，學生對于噬菌體了解不足，不知道噬菌體如何侵染細菌，也因此難以理解為何能通過噬菌體侵染細菌實驗來探究遺傳物質到底是DNA還是蛋白質。 下面針對“噬菌體侵染細菌”這一知識點的學習過程中出現的問題進行簡單闡述。

問題一：噬菌體的結構是什么？

雖然在前期教學中教師提到過病毒，但并未對病毒的結構及生命活動等進行詳細的介紹，因此當提出噬菌體這種生物為病毒，結構為蛋白質外殼和包含在其中的核酸（DNA）時，有學生提出：“這樣的生物如何進行生命活動？”教師回答病毒只能寄生。學生又詢問病毒寄生在哪里。教師反問學生：生命活動的基本單位是什么？學生中有人脫口而出說是細胞。教師又問為什么是細胞。學生進行思考后，說出細胞具有進行生命活動所需的場所、物質和能量。教師肯定了學生的回答，并反問學生：病毒寄生在何處，為什么？學生回答在細胞中，因為細胞能提供病毒生命活動所需的場所、物質和能量。教師在肯定了學生的回答后，又介紹了病毒按寄生細胞類型不同而進行的分類，噬菌體是專門寄生在細菌細胞中的病毒。

這時又有學生詢問：噬菌體是如何侵染細菌的，是整個個體都進入細菌嗎？這個問題的提出打亂了教師原來的教學設計。原本應該在噬菌體的結構的學習之后轉入放射性同位素標記內容的，而噬菌體侵染細菌的方式過程安排在這之后。但學生這時已提出了這個問題，面對這種情況，教師一方面不能回避這個問題，要保持學生的興趣，一方面又要讓學生通過實驗探究去體會科學研究的方法和科學實驗設計的基本步驟，培養學生分析、比較、推理、歸納等科學思維能力和解決實際問題的能力。所以在短暫的思考后，教師提出問題：如何研究噬菌體侵染細菌的方式？以此作為過渡引出下一部分內容。

問題二：噬菌體侵染細菌實驗的結果如何分析？

學生討論后，確定用32P標記DNA、35S標記蛋白質后，教師用多媒體演示噬菌體侵染細菌的實驗過程，指導學生觀察，提問：

（1） 在第一組實驗中放射性物質存在于上清液中，說明什么？

（2） 在第二組實驗中放射性物質主要存在于沉淀物中，說明什么？

原以為這個問題學生并不難解決，而結果卻不理想，學生普遍感到迷惑，并不清楚沉淀中是什么。因此教師給學生補充離心知識，讓學生認識到沉淀中應為細菌。在這一知識背景下，學生比較順利地分析出DNA進入了細菌細胞內，而蛋白質未進入細菌細胞中。教師繼續提問：實驗結果說明DNA與蛋白質哪種物質在親子代噬菌體中具有連續性？學生能準確得出答案，并認識到噬菌體的遺傳物質為DNA。

這時卻有學生提出問題：在第二組實驗中放射性物質主要存在于沉淀，為什么要用“主要”一詞來形容？這一問題有一定的難度，并不在授課計劃之中，但對于學生提出這一問題，筆者感到很高興，于是針對這一問題設計教學流程，嘗試引導學生通過探討解決。

教師首先介紹了噬菌體侵染細菌的具體步驟，包括吸附、注入、合成、組裝、釋放。接著告訴學生該實驗中這種噬菌體在適宜條件下的繁殖周期為5～20 min，請學生圍繞實驗中有關步驟分小組討論分析用“主要”一詞的原因。

學生結合教師所提供的背景進行討論，并逐步把焦點放在噬菌體侵染細菌實驗的培養時間上，并提出可能性的解釋。有學生提出第二組實驗中上清液中的放射性可能來自已完成侵染過程并釋放出的子代噬菌體。教師對此給予肯定，并順勢補充介紹了噬菌體侵染細菌的過程，以期促成學生獲得更清晰的認識。

4 教學反思

由于學生對于噬菌體侵染細菌的實驗這部分內容學習感到較為困難，不可避免會有各種疑問產生。教師遵循學生的認知規律，以學生為主體，使學生在已有知識與新問題的沖突中思考，自行建構新的知識體系。

在第一個問題中，教師適時地反問學生生命活動的基本單位，讓學生通過回憶之后，認同細胞是生命活動的基本單位，也明確病毒的活動特點，有助于學生形成正確的認識，同時也為之后噬菌體產生子代噬菌體的物質、能量等來源的學習作鋪墊，充分發揮學生的主動性。

之后學生提出的噬菌體是如何侵染細菌的問題，雖然不在原本的授課流程中，但這問題的提出恰好可以承接其他問題，激發學生的探究欲，針對性的處理不但不會顯得突兀，反而會更流暢。

在第二個問題中，第二組實驗中放射性物質主要存在于沉淀，學生所提出的為什么在上清液中存在放射性，這一問題的解釋也不再原先的教學設計之中，但通過學生對這一問題的思考分析卻可以提升學生的探究能力，培養學生的科學思維。在學生解答問題的同時增加了興趣和自信，對科學素養的發展是有益的。

在面對學生“突然”提出的問題，教師沒有回避，而是針對有價值的提問設置情景，引導學生主動參與，通過討論等方式去分析，自行得出結論。這樣既維持了學生的興趣，又培養學生分析、比較、推理、歸納等科學思維能力和解決實際問題的能力，使學生真正在學習中提升自身的能力，同時體現了生物這門自然科學的學習應有的作用和價值。