物理模型構建應用于高三一輪復習

常梅艷

摘要噬菌體侵染大腸桿菌實驗在高中生物中是一個教學難點，特別是其中對同位素示蹤法的應用、觀察到的現象、實驗中的誤差，學生很難理解到位。采用物理模型構建法與假說演繹法結合，實現對此難點的突破。

關鍵詞物理模型構建 教學設計 一輪復習

在“DNA是主要的遺傳物質”一節中，肺炎雙球菌轉化實驗和噬菌體侵染細菌實驗，是需要掌握的兩個重點內容。尤其是噬菌體侵染細菌實驗涉及到同位素標記法的運用，是學生理解的難點。2017年的全國新課標I卷第29題就聯系到該知識點。可是學生們的答題情況不太理想。為了突破這個難點，筆者嘗試運用物理模型構建的方法并結合假說一演繹法，開設了本節公開課，突破了教學的重難點，教學效果較好。

1教學目標

掌握噬菌體侵染細菌實驗的過程和原理，以及從實驗中得出結論（DNA是遺傳物質）。

通過重演科學家發現DNA是主要遺傳物質的過程，學會科學研究的方法和實驗設計的基本步驟。

認同科學認識是不斷深化、不斷完善的過程。

2教學重點

噬菌體侵染細菌實驗的原理和過程。

3教學難點

同位素示蹤法的應用，實驗的原理和過程，誤差分析。

4教學策略

講授：利用問題串引導學生思考討論；物理模型構建與假說一演繹法結合，引導學生進行探究實驗。

5教學過程

5.1鋪墊

教材要求學生思考實驗中選擇噬菌體作為實驗材料的優點，為后續探究DNA與蛋白質哪個是遺傳物質作鋪墊。

5.2同位素示蹤法的難點突破

此處是一個難點，建議采用多角度的問題串，引導學生進行思考討論：

（1）如何“追蹤”人們想觀察的生物大分子，如蛋白質、DNA、RNA、淀粉？

（2）在標記生物大分子的基本組成單位時應選擇什么元素？為什么？

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

（4）在給噬菌體作標記時，用C（或H、O等）元素分別標記脫氧核苷酸和氨基酸，明明是不同的物質，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）能否通過在培養基中加入含放射性的原料后，直接培養病毒來給病毒作標記？

從2017年全國新課標I卷第29題學生的答題情況可以看出，對于同位素示蹤法的應用的理解，學生存在很多缺漏。如為什么在分泌蛋白合成途徑中是強調標記氨基酸（一種物質），而在噬菌體侵染細菌中又特別強調標記的元素？由于學生理解不透徹，回答此題時很多學生都是回答用什么元素來標記，而沒有答出要標記什么物質。又因為問題（4）如何選擇元素，很多學生選擇用P和S去分別標記脫氧核苷酸與核糖核昔酸。而問題（4）是為了讓學生理解在同位素示蹤法中，元素與物質的區別。在“噬菌體侵染細菌實驗”中，其實是用放射性同位素去標記DNA和蛋白質的基本組成單位，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，是為了避免機體內的物質之間可能的相互轉化，導致實驗誤差。學生只有理解了這一點，才能正確答題。而在2017年全國新課標I卷第29題中，題干中“假設在宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換”的信息正是引導學生去標記堿基，而不去標記五碳糖的關鍵。

5.3物理模型構建應用于“噬菌體侵染大腸肝菌實驗”，實現難點突破

教師采用假說——演繹法讓學生重新感受實驗的推理過程，為多數教師認同并應用。為了讓學生更加直觀清晰地理解這個難點，教師可為這個過程建立物理模型（圖1）。

同時，教師組織學生分組討論，在學習演繹推理出放射性存在的主要部位（圖2）后，進行解說展示。

當學生推理分析出不同的結果所對應的假說后，教師再引導學生思考：如果用P和S元素標記同一組噬菌體，這三個假說又分別會推出什么結果。這樣，讓學生從不同角度來理解實驗中必須分兩組分別對噬菌體進行標記的原因。

5.4誤差分析

物理模型是一個理想簡化的過程，省略次要的內容，讓學生將注意力先放在最主要的問題上。待學生明確實驗思路后，教師可以利用模型與現實結果的差異再引導學生作進一步思考。如對照課本中描述的實際實驗現象：用P標記的實驗組，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，是否說明實驗失敗。如果不是實驗失敗？導致其產生的原因又是什么，同理思考另一組。

5.5實驗結論

在得出實驗結論的過程中，教師要讓學生將“噬菌體侵染細菌實驗”與“（體內和體外的）肺炎雙球菌轉化實驗”的結論作比較，思考此實驗能否證明蛋白質不是遺傳物質。

5.6噬菌體侵染大腸桿菌的步驟總結

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

6教學評價

公開課結束后，科組的同事們進行了簡短的評課，認為該課的優點有：（1）模型構建的方法抽象的問題變得直觀具體，使學生很快就理解了到底哪里存在放射性；（2）從始致終，教學的邏輯鏈非常緊湊，一環扣一環，特別是運用了假說——演繹法讓學生去推理各種不同的可能性，培養了學生的邏輯思維能力和實驗探究能力。（3）重難點突出，對于同位素示蹤法的應用、噬菌體侵染細菌實驗的誤差分析等多個難點都作了深度的挖掘。同時，也提出了一些有待改進的地方，比如沒有呈現出教材當中的原圖，可能有的學生會忽視了對教材原圖的理解。還有缺少系統的板書。有的教師提出疑問：究竟赫爾希和蔡斯是已經知道了噬菌體侵染大腸桿菌的過程后，才做的實驗（因為教材中的順序是這樣給的）。還是先做了實驗確認是DNA進入大腸桿菌之后才得出的噬菌體侵染大腸桿菌的過程。其他教師認為筆者的處理方式更有利于幫助學生理解這個實驗。

7教學反思

在講解同位素標記法的細節上，筆者一直用追問學生的方式，形式過于單調，語言也有點噦嗦。教師應采用更加簡練、更加巧妙的方式來突破這個難點。