核心素養(yǎng)下的“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗”教學(xué)設(shè)計

楊葉

【摘 要】本課以學(xué)生為中心進行教學(xué)，教師組織學(xué)生進行探究式學(xué)習(xí)，旨在培養(yǎng)學(xué)生觀察、提問、交流討論等科學(xué)探究能力及科學(xué)探究的基本思路;并以已學(xué)的生物科學(xué)史為基礎(chǔ)，幫助和引導(dǎo)學(xué)生在原有知識基礎(chǔ)上，主動對新信息進行分析、加工和處理，建構(gòu)與完善相關(guān)的知識網(wǎng)絡(luò)體系。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)探究;科學(xué)史;科學(xué)方法

1.教材分析

“核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù)”是浙教版高中生物必修二《遺傳與進化》第三章“遺傳的分子基礎(chǔ)”第1節(jié)的內(nèi)容，學(xué)生已在該模塊前兩章學(xué)習(xí)了相關(guān)科學(xué)史、基因的遺傳規(guī)律及其與生物性狀的關(guān)系等內(nèi)容，并將從第三章開始繼續(xù)學(xué)習(xí)基因的化學(xué)本質(zhì)和基因控制性狀的分子機理。“核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù)”以三個經(jīng)典實驗為主線，進一步闡述基因的化學(xué)本質(zhì)，其中“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗”和“噬菌體侵染細菌實驗”是DNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)，筆者將其安排為本節(jié)內(nèi)容的第1課時;“煙草花葉病毒的感染和重建實驗”是RNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)，筆者將其與本課內(nèi)容最后的實例與小結(jié)安排為本節(jié)內(nèi)容的第2課時。本文為“核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù)”第1課時教學(xué)設(shè)計的主要內(nèi)容。

2.學(xué)情分析

本節(jié)課的教學(xué)對象為高二生物選考班學(xué)生，他們已具備一定的閱讀能力，有一定獨立思考與分析問題的能力。此外，在知識基礎(chǔ)方面，學(xué)生已在該模塊前兩章學(xué)習(xí)了相關(guān)科學(xué)史基礎(chǔ)、基因與生物性狀的關(guān)系、基因的遺傳規(guī)律及其基因在染色體上等內(nèi)容，為本節(jié)課的教學(xué)奠定了知識基礎(chǔ)與學(xué)習(xí)背景。

3.教學(xué)目標

學(xué)生通過回顧前兩章介紹的生物科學(xué)史背景，明確與生物遺傳相關(guān)的核心概念、基礎(chǔ)知識與生物學(xué)史背景，并能在給定的問題情境中，以生命觀念為指導(dǎo)，利用相關(guān)遺傳學(xué)知識和方法分析、解釋生命現(xiàn)象，探究生命活動規(guī)律。

學(xué)生通過格里菲斯等人的“肺炎雙球菌活體轉(zhuǎn)化實驗”與艾弗里等人的“肺炎雙球菌離體轉(zhuǎn)化實驗”的探究性學(xué)習(xí)，能在特定生物學(xué)事實背景下，采用比較與分析、演繹與推理等方法，以文字、圖示的形式針對相關(guān)問題展開探討、交流和討論，運用科學(xué)術(shù)語精確闡述實驗結(jié)果與結(jié)論;在感悟科學(xué)家不懈的探究精神與愛國熱情的同時，形成求真務(wù)實的科學(xué)精神，培養(yǎng)溝通與合作能力，樹立科技興國的社會責(zé)任感與使命感。

學(xué)生通過赫爾希、蔡斯等人的“T2噬菌體侵染細菌實驗”的探究性學(xué)習(xí)，能在特定生物學(xué)事實背景下，采用歸納與概括、對比與分析等方法，以文字、圖示的形式針對相關(guān)問題展開探討、交流和討論，運用科學(xué)術(shù)語精確闡述實驗結(jié)果與結(jié)論;同時形成批判性思維，樹立辯證唯物主義觀念。

4.教學(xué)重點與難點

噬菌體侵染細菌的實驗分析;肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的原理與過程。

5.教學(xué)策略

教師以實驗探究式教學(xué)策略為主，結(jié)合問題驅(qū)動式教學(xué)策略與啟發(fā)式教學(xué)策略，利用PPT和板書等教學(xué)手段展開教學(xué)過程。

6.教學(xué)過程

【回顧相關(guān)遺傳學(xué)史】

1865年，“遺傳學(xué)之父”孟德爾通過豌豆實驗證明了生物的性狀由“? ?”控制;

1903年，薩頓發(fā)現(xiàn)了? ?行為與遺傳因子行為一致，于是提出它是遺傳因子載體的學(xué)說;

1909年，丹麥遺傳學(xué)家約翰遜提出了用“? ?”一詞代替了孟德爾的“? ? ”;

1910年左右，美國遺傳學(xué)家? ?及其同事根據(jù)對果蠅的研究，確定了? ?在染色體上呈? ?排列，發(fā)現(xiàn)并提出了伴性遺傳。

【學(xué)生活動】交流、討論、組織、回答。

【設(shè)計意圖】

回顧相關(guān)遺傳學(xué)史內(nèi)容，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)奠定知識基礎(chǔ)與生物學(xué)史背景。

【過渡】

至此，科學(xué)界基本弄清了遺傳物質(zhì)的作用及其在細胞中的位置。但遺傳物質(zhì)到底是什么仍是個謎。1928年，格里菲斯為接下來這場偉大研究拉開了序幕。

【背景知識一】

當(dāng)時的英國正籠罩在肺炎與二戰(zhàn)的陰影下，而作為細菌學(xué)家的格里菲斯義無反顧地投身到了肺炎致病菌研究中。一天，他將肺炎病人的痰嘗試注入健康小鼠體內(nèi)，結(jié)果小鼠24h內(nèi)一命嗚呼。然后，他將死亡小鼠進行解剖，取其血液在顯微鏡下觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一些“不速之客”。那么，這些“不速之客”是? ? ？

【學(xué)生活動】交流、討論、組織、回答。

肺炎雙球菌，他觀察發(fā)現(xiàn)這些菌的菌體表面有一層膠狀莢膜，經(jīng)培養(yǎng)后菌落表面光滑（smooth），因此將其命名S型肺炎雙球菌。在后來的實驗培養(yǎng)中，他又發(fā)現(xiàn)了另一種肺炎雙球菌，他們的菌體表面無莢膜，培養(yǎng)得到的菌落表面粗糙（rough），于是他又將其命名為R型肺炎雙球菌。

【設(shè)計意圖】

本課以遺傳物質(zhì)研究科學(xué)史為暗線，利用背景知識牽出該段歷史，引出研究對象“肺炎雙球菌”及其相關(guān)情況。

學(xué)生感悟科學(xué)家熱愛祖國與拯救人類的使命感與責(zé)任感。

利用一定信息量啟發(fā)學(xué)生如何去分析問題、解決問題。

【過渡】

那么，這兩種菌還有哪些不同呢？格里菲斯開展了一系列深入研究。其中，他帶領(lǐng)實驗室設(shè)計了一個“肺炎雙球菌的活體轉(zhuǎn)化實驗”，分析第四組小鼠死亡的原因可能是什么？如何驗證？

當(dāng)時實驗結(jié)果：D組的死亡小鼠進行血液分析顯示——血液中存在R型活菌、S型死菌、S型活菌。

那么接下來面臨的問題是什么？如何設(shè)計實驗分析？討論并將猜測寫入表格。

【學(xué)生活動】交流、討論、組織、回答。

用“重復(fù)實驗”排除等方法對學(xué)生的不同猜測進行判斷分析，得出最合理的猜測——加熱殺死的S菌中的某種物質(zhì)使某些R菌轉(zhuǎn)化成了S菌。

確定進一步研究的課題——加熱殺死的S菌中的哪種物質(zhì)使某些R菌轉(zhuǎn)化成了S菌。

【設(shè)計意圖】

引導(dǎo)學(xué)生通過對比、概括與歸納等方法分析實驗現(xiàn)象，并恰當(dāng)表述實驗結(jié)論。

利用一系列遞進的問題串設(shè)計，啟發(fā)學(xué)生進行探究式學(xué)習(xí)。

培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

【背景知識二】

研究表明，組成肺炎雙球菌的化學(xué)物質(zhì)有多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA、RNA等。學(xué)生分組討論，每組用文字或圖示寫出上述課題的研究思路。

【學(xué)生活動】交流、討論、組織、回答。

【設(shè)計意圖】

通過提供一定信息量的方式，促使學(xué)生主動參與到學(xué)習(xí)中;培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)的習(xí)慣，促進生生互動、師生互動。

問題似乎解決了，但科學(xué)研究中總是磨難重重。由于當(dāng)時分離提純技術(shù)水平的限制，提取的DNA純度最高時也還有0.02%的蛋白質(zhì)。很多人質(zhì)疑：難道不可能是DNA上仍存有的0.02%的蛋白質(zhì)是轉(zhuǎn)化因子嗎？如何解決這一問題？

【學(xué)生活動】交流、討論、組織、回答。

【設(shè)計意圖】

學(xué)生感悟科學(xué)研究任重道遠，樹立堅持不懈的科學(xué)精神與嚴密的邏輯思維。

及時點評，培養(yǎng)學(xué)生運用圖文的形式恰當(dāng)表述實驗思路與實驗結(jié)果等。

【小結(jié)】

這就是艾弗里等人的“肺炎雙球菌離體轉(zhuǎn)化實驗”。至此，得出實驗結(jié)論——肺炎雙球菌的遺傳物質(zhì)是DNA，而不是其他成分。

為什么不是格里菲斯的實驗團隊做的這個實驗？主要原因是格里菲斯與他的實驗室儀器在一次戰(zhàn)火中不幸喪生了，所以沒能繼續(xù)研究。但是，這并不影響他們對人類作出的貢獻，都是值得敬重的。

【設(shè)計意圖】

引導(dǎo)學(xué)生準確表述實驗結(jié)論，感悟科學(xué)家的奉獻精神，樹立正確的世界觀與愛國興國的責(zé)任感與使命感。

7.教學(xué)反思

總體來說，本節(jié)課一定程度地發(fā)展了學(xué)生在生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究與社會責(zé)任4個方面的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。實際課堂開展中，在進行肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的現(xiàn)象分析探究時，全面引導(dǎo)學(xué)生采用比較與分析、演繹與推理等方法，以文字、圖示的形式針對相關(guān)問題展開探討、交流和討論，運用科學(xué)術(shù)語精確闡述實驗結(jié)果與結(jié)論，讓學(xué)生的主體性得到了較好的發(fā)揮。

【參考文獻】

[1]教育部.普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）[S].人民教育出版社

（余姚市第二中學(xué)，浙江 寧波 315400）