物理模型構(gòu)建應(yīng)用于高三一輪復(fù)習(xí)

常梅艷

摘要噬菌體侵染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)在高中生物中是一個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，特別是其中對同位素示蹤法的應(yīng)用、觀察到的現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)中的誤差，學(xué)生很難理解到位。采用物理模型構(gòu)建法與假說演繹法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對此難點(diǎn)的突破。

關(guān)鍵詞物理模型構(gòu)建 教學(xué)設(shè)計(jì) 一輪復(fù)習(xí)

在“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”一節(jié)中，肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)，是需要掌握的兩個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容。尤其是噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)涉及到同位素標(biāo)記法的運(yùn)用，是學(xué)生理解的難點(diǎn)。2017年的全國新課標(biāo)I卷第29題就聯(lián)系到該知識(shí)點(diǎn)。可是學(xué)生們的答題情況不太理想。為了突破這個(gè)難點(diǎn)，筆者嘗試運(yùn)用物理模型構(gòu)建的方法并結(jié)合假說一演繹法，開設(shè)了本節(jié)公開課，突破了教學(xué)的重難點(diǎn)，教學(xué)效果較好。

1教學(xué)目標(biāo)

掌握噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的過程和原理，以及從實(shí)驗(yàn)中得出結(jié)論（DNA是遺傳物質(zhì)）。

通過重演科學(xué)家發(fā)現(xiàn)DNA是主要遺傳物質(zhì)的過程，學(xué)會(huì)科學(xué)研究的方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟。

認(rèn)同科學(xué)認(rèn)識(shí)是不斷深化、不斷完善的過程。

2教學(xué)重點(diǎn)

噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的原理和過程。

3教學(xué)難點(diǎn)

同位素示蹤法的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)的原理和過程，誤差分析。

4教學(xué)策略

講授：利用問題串引導(dǎo)學(xué)生思考討論；物理模型構(gòu)建與假說一演繹法結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。

5教學(xué)過程

5.1鋪墊

教材要求學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)中選擇噬菌體作為實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)，為后續(xù)探究DNA與蛋白質(zhì)哪個(gè)是遺傳物質(zhì)作鋪墊。

5.2同位素示蹤法的難點(diǎn)突破

此處是一個(gè)難點(diǎn)，建議采用多角度的問題串，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考討論：

（1）如何“追蹤”人們想觀察的生物大分子，如蛋白質(zhì)、DNA、RNA、淀粉？

（2）在標(biāo)記生物大分子的基本組成單位時(shí)應(yīng)選擇什么元素？為什么？

（3）所有的同位素都具有放射性嗎？在高中應(yīng)用了同位素示蹤法的實(shí)驗(yàn)中，哪些實(shí)驗(yàn)是觀察放射性，哪些不是？除了觀察放射性外，還有什么方法可以區(qū)分同位素？

（4）在給噬菌體作標(biāo)記時(shí)，用C（或H、O等）元素分別標(biāo)記脫氧核苷酸和氨基酸，明明是不同的物質(zhì)，分別參與不同生物大分子的合成，為什么不可以選擇它們，卻分別用P和S元素？

（5）能否通過在培養(yǎng)基中加入含放射性的原料后，直接培養(yǎng)病毒來給病毒作標(biāo)記？

從2017年全國新課標(biāo)I卷第29題學(xué)生的答題情況可以看出，對于同位素示蹤法的應(yīng)用的理解，學(xué)生存在很多缺漏。如為什么在分泌蛋白合成途徑中是強(qiáng)調(diào)標(biāo)記氨基酸（一種物質(zhì)），而在噬菌體侵染細(xì)菌中又特別強(qiáng)調(diào)標(biāo)記的元素？由于學(xué)生理解不透徹，回答此題時(shí)很多學(xué)生都是回答用什么元素來標(biāo)記，而沒有答出要標(biāo)記什么物質(zhì)。又因?yàn)閱栴}（4）如何選擇元素，很多學(xué)生選擇用P和S去分別標(biāo)記脫氧核苷酸與核糖核昔酸。而問題（4）是為了讓學(xué)生理解在同位素示蹤法中，元素與物質(zhì)的區(qū)別。在“噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)”中，其實(shí)是用放射性同位素去標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)的基本組成單位，即脫氧核苷酸和氨基酸，所以不用C、H、O等兩者的共有元素，是為了避免機(jī)體內(nèi)的物質(zhì)之間可能的相互轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。學(xué)生只有理解了這一點(diǎn)，才能正確答題。而在2017年全國新課標(biāo)I卷第29題中，題干中“假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換”的信息正是引導(dǎo)學(xué)生去標(biāo)記堿基，而不去標(biāo)記五碳糖的關(guān)鍵。

5.3物理模型構(gòu)建應(yīng)用于“噬菌體侵染大腸肝菌實(shí)驗(yàn)”，實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)突破

教師采用假說——演繹法讓學(xué)生重新感受實(shí)驗(yàn)的推理過程，為多數(shù)教師認(rèn)同并應(yīng)用。為了讓學(xué)生更加直觀清晰地理解這個(gè)難點(diǎn)，教師可為這個(gè)過程建立物理模型（圖1）。

同時(shí)，教師組織學(xué)生分組討論，在學(xué)習(xí)演繹推理出放射性存在的主要部位（圖2）后，進(jìn)行解說展示。

當(dāng)學(xué)生推理分析出不同的結(jié)果所對應(yīng)的假說后，教師再引導(dǎo)學(xué)生思考：如果用P和S元素標(biāo)記同一組噬菌體，這三個(gè)假說又分別會(huì)推出什么結(jié)果。這樣，讓學(xué)生從不同角度來理解實(shí)驗(yàn)中必須分兩組分別對噬菌體進(jìn)行標(biāo)記的原因。

5.4誤差分析

物理模型是一個(gè)理想簡化的過程，省略次要的內(nèi)容，讓學(xué)生將注意力先放在最主要的問題上。待學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)思路后，教師可以利用模型與現(xiàn)實(shí)結(jié)果的差異再引導(dǎo)學(xué)生作進(jìn)一步思考。如對照課本中描述的實(shí)際實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：用P標(biāo)記的實(shí)驗(yàn)組，并非放射性只存在于沉淀，而是沉淀有大量放射性，上清液有少量放射性，是否說明實(shí)驗(yàn)失敗。如果不是實(shí)驗(yàn)失敗？導(dǎo)致其產(chǎn)生的原因又是什么，同理思考另一組。

5.5實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的過程中，教師要讓學(xué)生將“噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)”與“（體內(nèi)和體外的）肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”的結(jié)論作比較，思考此實(shí)驗(yàn)?zāi)芊褡C明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。

5.6噬菌體侵染大腸桿菌的步驟總結(jié)

人教版教材中是先呈現(xiàn)噬菌體侵染大腸桿菌的過程，然后才講述噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的探究過程。如果要讓學(xué)生親身體驗(yàn)假說演繹的過程，教師不能直接告訴學(xué)生噬菌體侵染細(xì)菌的過程，需要學(xué)生自己作最后的總結(jié)與梳理。值得注意的是，教師可以用問題來啟發(fā)他們思考。如，為什么噬菌體只將DNA注入了細(xì)菌，可是細(xì)菌裂解后釋放的是完整的噬菌體呢？說明噬菌體的DNA進(jìn)入了細(xì)菌之后，啟動(dòng)了哪些過程？在此過程中，噬菌體和細(xì)菌分別提供了哪些物質(zhì)或結(jié)構(gòu)？由此，師生共同完成流程圖的構(gòu)建。

6教學(xué)評價(jià)

公開課結(jié)束后，科組的同事們進(jìn)行了簡短的評課，認(rèn)為該課的優(yōu)點(diǎn)有：（1）模型構(gòu)建的方法抽象的問題變得直觀具體，使學(xué)生很快就理解了到底哪里存在放射性；（2）從始致終，教學(xué)的邏輯鏈非常緊湊，一環(huán)扣一環(huán)，特別是運(yùn)用了假說——演繹法讓學(xué)生去推理各種不同的可能性，培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維能力和實(shí)驗(yàn)探究能力。（3）重難點(diǎn)突出，對于同位素示蹤法的應(yīng)用、噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的誤差分析等多個(gè)難點(diǎn)都作了深度的挖掘。同時(shí)，也提出了一些有待改進(jìn)的地方，比如沒有呈現(xiàn)出教材當(dāng)中的原圖，可能有的學(xué)生會(huì)忽視了對教材原圖的理解。還有缺少系統(tǒng)的板書。有的教師提出疑問：究竟赫爾希和蔡斯是已經(jīng)知道了噬菌體侵染大腸桿菌的過程后，才做的實(shí)驗(yàn)（因?yàn)榻滩闹械捻樞蚴沁@樣給的）。還是先做了實(shí)驗(yàn)確認(rèn)是DNA進(jìn)入大腸桿菌之后才得出的噬菌體侵染大腸桿菌的過程。其他教師認(rèn)為筆者的處理方式更有利于幫助學(xué)生理解這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

7教學(xué)反思

在講解同位素標(biāo)記法的細(xì)節(jié)上，筆者一直用追問學(xué)生的方式，形式過于單調(diào)，語言也有點(diǎn)噦嗦。教師應(yīng)采用更加簡練、更加巧妙的方式來突破這個(gè)難點(diǎn)。