“DNA是主要的遺傳物質”一節的教學設計

李珊珊

摘要通過“肺炎雙球菌的轉化實驗”引導學生合理質疑，巧用比喻還原實驗思路，分析現象并得出結論，結合模型建構讓學生體驗“噬菌體侵染細菌的實驗”過程，以問題串的形式引領學生層層深入地進行邏輯推理，充分挖掘思維素材發展學生各種思維能力，力求使學生在分析問題、解決問題的過程中提高科學思維水平，同時體驗科學家嚴謹的科學態度和不斷探究的科學精神。

關鍵詞 問題串 科學思維 教學設計

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

1教材分析與設計思路

“DNA是主要的遺傳物質”是高中生物課程標準人教版實驗教科書《必修2·遺傳與進化》第三章第一節的內容。本節內容介紹了對遺傳物質的早期推測、肺炎雙球菌的轉化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗。肺炎雙球菌轉化實驗和噬菌體侵染細菌實驗的原理和過程是本節需要重點闡明的知識，難點是通過學習遺傳物質的發現過程，體驗科學家的探究思維。本節教學重在培養學生的科學思維、科學探究等生物學學科核心素養，為此筆者通過引導學生合理質疑，培養學生的信息獲取和分析能力；巧用比喻結合角色扮演，領悟科學研究方法和嚴謹的科學態度；運用假說一演繹法，在培養學生理性思維的過程中突破教學的重難點，達到教學目標。

②19世紀末，科學家通過研究生物生殖過程中細胞的有絲分裂、減數分裂和受精過程，認識到染色體在遺傳中的行為變化。據此，薩頓提出了什么假說？

③20世紀初期，摩爾根通過果蠅雜交實驗證明了基因位于什么結構上？

④20世紀中葉，科學家發現染色體主要由哪些物質組成？

教師用問題串帶領學生回顧對遺傳物質認識過程的科學史，并呈現早期科學界爭議了很長時間的問題：蛋白質和DNA究竟誰是遺傳物質？教師指出：20世紀中葉，為什么大多數科學家認為蛋白質是生物體的遺傳物質。那么，后來的科學家又是怎么證明DNA是遺傳物質的呢？

設計意圖：教師以史導史，使學生初步認同科學認識是一個過程，并通過問題串的形式層層深入。這樣既復習了舊知識，又引出新課，符合學生的認知規律，又激發了學生的探究興趣。

3.2格里菲斯的肺炎雙球菌轉化實驗

教師展示培養基中S型細菌和R型細菌培養的圖片，要求學生思考、確定培養基中的菌體類型的方法，并引導學生進一步比較兩種細菌的區別。教師播放格里菲斯的四組實驗過程的視頻，提出以下問題：

①比較分析第一、二組實驗，說明了什么？比較分析第二、三組又說明了什么？

②僅有第四組實驗的結果，你能得出什么推論？其推論是唯一的嗎？（學生作出假設：假設一：可能R型細菌發生了突變；假設二：滅活的S型細菌“死而復活”了等）

③依據這四組的實驗結果，你能得出什么結論？（學生分析第一組的現象，可知假設一不成立；分析第三組也可推翻該假設二）

學生做出假設，并分析格里菲斯的實驗結果，判斷自己所做的假設是否正確。教師提醒學生，注意結合學案中的資料一：蛋白質是生命活動的體現者；蛋白質和DNA對熱的耐受性不一樣；實驗中的高溫處理導致蛋白質、莢膜結構破壞后不可恢復，而DNA分子在此高溫處理變性后，隨溫度恢復，結構亦可恢復（DNA可變性和復性）。

教師及時解答學生在分析過程中可能產生的疑問，搭建支架，引導學生進行分析、推理。學生得出結論：滅活的S型細菌中的某種活性物質使R型菌轉變成了活的S型菌。

設計意圖：教師引導學生觀察經典的實驗過程及現象，培養學生分析和推理能力；依據“最近發展區”理論，建立恰當的支架，幫助學生對問題進行深入理解和思考，培養他們處理信息和歸納總結的能力。

3.3艾弗里肺炎雙球菌轉化實驗

教師提出問題：格里菲斯實驗有沒有證明轉化因子究竟是什么物質？如果你做轉化實驗，想繼續實驗證明S型菌中到底哪一種成分是轉化因子，應如何設計實驗？你的設計思路是什么？在教學中，問題引導為探索艾弗里等人進行的轉化實驗做好鋪墊。在實際教學過程中，教師針對學生的理解和聽課狀態，適時使用成語“濫竽充數”做比喻，要求學生說出可用哪種方法找到“濫竽充數”的人。這樣既能調動學生的積極性，同時運用比喻的方法，達到化難為易、化繁為簡的效果。有學生立刻回答“將S型細菌的DNA、蛋白質、多糖等物質提純，分別加入到培養了R型細菌的培養基中”。

接著，教師展示艾弗里前兩組實驗過程的圖片，即培養基中混合加入R型細菌和S型細菌的DNA以及培養基中混合加入R型細菌和S型細菌的蛋白質或莢膜多糖。學生分析實驗現象，得出結論：DNA才是使R型細菌產生穩定遺傳變化的物質。

分析前兩組實驗后，教師結合學案資料二，引導學生質疑實驗結論。（學案資料二：艾弗里等人發現只有加入了S型菌的DNA，R型細菌才能轉化為S型細菌，且DNA的純度越高，轉化就越有效。艾弗里的發現引起了很多科學家的重視，艾弗里也因此獲得了1946年諾貝爾獎的提名。但是，最終他錯過了諾貝爾獎）諾貝爾獎評委會認為，在科學研究中，嚴謹是至關重要的。教師提出問題假如你是諾貝爾獎評委會成員，你認為艾弗里的實驗有什么不夠嚴謹的地方？

教師利用角色扮演，較好地調動學生的學習熱情，培養他們的批判性思維，同時使學生體驗科學家嚴謹的科學態度和不斷探究的科學精神。學生也較容易接受艾弗里等人的第三組實驗即培養基中混合加入R型細菌、S型細菌的DNA和DNA酶，是為了驗證前面得出的結論。教師總結：艾弗里向世人展示了一個科學家面對質疑的勇氣和嚴謹的科學態度，有力地回擊了質疑。

設計意圖：教師在教學中運用比喻的方法，可以促進學生對難點的理解，同時培養學生的理性思維能力，達成描述設計思路的知識目標。教師精心選擇和組織素材，通過合理質疑、邏輯推理及分析，使學生具備一定的批判性思維能力，提升學生的思維品質，使學生養成良好的情感、態度與價值觀。

3.4噬菌體侵染細菌的實驗

學習完肺炎雙球菌的轉化實驗，教師引導學生思考：有沒有比細菌更簡單的實驗材料呢？補充展示T2噬菌體的組成成分及侵染細菌的流程及圖片，吸附一注入自身物質一復制子代的噬菌體DNA和合成子代噬菌體的蛋白質一組裝子代噬菌體一釋放，其中“注入自身物質”暫不提供圖示。

教師引導學生思考：圖中噬菌體注入大腸桿菌體內的物質可能是什么呢？學生嘗試通過推理和想象，提出解釋問題的假說：

①DNA進入了大腸桿菌，蛋白質沒有進去；

②蛋白質進入了大腸桿菌，DNA沒有進去；

③蛋白質和DNA都進入了大腸桿菌。

師生總結T2噬菌體作為實驗材料的兩點原因：

①結構和組成成分比較簡單，只有蛋白質和DNA；

②噬菌體侵染大腸桿菌的過程中，蛋白質和DNA可能會分開。

教師引導學生思考標記和追蹤物質轉移途徑的常用方法——同位素標記法。教師結合學案資料三，提出問題：實驗中，為什么選擇³²P和³⁵S這兩種同位素分別對DNA和蛋白質標記？設計一組實驗，同時標記噬菌體的DNA和蛋白質行嗎？用¹⁴C和¹⁸O同位素標記可行嗎？（學案資料三：放射性核探測儀器可以追蹤放射性存在的位置和強弱，但不能確定由哪個元素發出來的）教師啟發學生通過逆向思維分析問題得出正確的標記方法：設計兩組實驗，分別用³²P和³⁵S標記噬菌體的DNA和蛋白質。

教學中，教師可用素描紙、顏料或蠟筆、剪刀準備相關自制教具，如剪取形狀大小適宜的錐形瓶（代表制備的培養基），大腸桿菌和噬菌體等，再用不同顏色（如紅色和藍色）的顏料或蠟筆對其進行涂色，分別代表不同放射性標記的組別，而不涂色的噬菌體和大腸桿菌代表沒有作過標記，并借助磁性吸鐵石將教具在黑板展示。教師設置以下問題：

①如何標記噬菌體？

②被³²P或³⁵S標記的噬菌體分別侵染什么樣的大腸桿菌？

③將噬菌體與其吸附的大腸桿菌分離時攪拌的目的是什么？離心的目的是什么？離心后上清液與沉淀液中各是什么物質成分？

④赫爾希和蔡斯的實驗中上清液和沉淀物中放射性分布情況怎么樣？這表明哪種假設是正確的？

⑤該實驗的設計思路是什么？

教師引導學生演繹推理各種假設中上清液和沉淀物的放射性分布并完成表1。教師再引導學生觀察子代釋放的噬菌體放射性情況，從連續性和穩定性方面說出DNA是遺傳物質的結論。

這樣，學生帶著問題在自主、合作的探究過程中互動交流，學會與同伴共同探討問題，協作解決問題，最后實現共同提高、達到解決問題的目的。例如，學生在演示正確標記噬菌體的過程時，有的用培養基直接培養標記噬菌體。教師則抓住機會，讓學生去思考、去發現、去質疑：T2噬菌體是專門寄生在大腸桿菌體內，該如何正確標記T2噬菌體呢？

最后，教師提供給學生煙草花葉病毒的相關知識，引導學生設計實驗證明RNA也是遺傳物質，并說出實驗設計思路。最終，學生得出結論：DNA是主要的遺傳物質。

設計意圖：教師通過引導學生模擬科學發現，促進學生運用假說一演繹法，進行科學探究；通過小組合作探究培養學生的合作精神；使學生認同科學認識是一個不斷深化、不斷完善的過程。教師引導學生充分利用已經掌握的知識，在遷移中應用，不僅培養學生良好的科學思維，也促進了學生對知識的深層學習，使學生構建出“DNA是主要的遺傳物質”的核心概念。

4教學反思

在本課教學中，教師通過創設問題情景，激趣設疑，活躍氣氛導入新課。三組實驗的學習側重點各有不同，格里菲斯肺炎雙球菌轉化實驗輕實驗過程，重分析現象推理得出結論；研究了格里菲斯的小鼠實驗后，引導學生發現問題，思考并描述實驗設計思路，通過角色扮演體驗科學家嚴謹的科學態度和不斷探究的科學精神；最后，使學生在活動中體驗噬菌體侵染細菌的實驗過程，思考并分析實驗現象，得出結論，領悟科學研究方法，培養學生的科學思維。實際教學中，為了使課堂更加完整，導致本節課的節奏有點快，教師在課前讓興趣小組先熟悉噬菌體侵染細菌實驗模型建構中的各種模擬結構，教學效果可能會更好。