探究模型建構在“噬菌體侵染細菌的實驗”教學中的應用

倪付花 胡家會

（1.山東省聊城第一中學，山東 聊城252000；2.聊城大學生命科學院，山東 聊城252000）

2017年版生物學課程標準明確提出，要加強科學史教學，培養學生的科學探究與科學思維等核心素養。“噬菌體侵染細菌的實驗”既是人教版高中生物學教材中的一個重點內容，又是學生學習的難點。受實驗條件的限制，沒有辦法真正完成實驗操作；學生又缺少對噬菌體的感性認識，對于實驗結論的推理，學生只能停留在表層認識上。筆者用實物自制噬菌體、大腸桿菌物理模型；制作模擬噬菌體侵染大腸桿菌實驗的保溫、攪拌、離心過程的平面圖模型。學生通過模型構建與合作，探究噬菌體侵染細菌時注入的是DNA還是蛋白質，獲得了豐富的感性認知，學生動手能力得到地提高，還能夠感受科學家的探究過程和更好地把握實驗的本質。

1 自制教具的過程

1.1 制作噬菌體吸附大腸桿菌的模型

把六根書釘的一端翻折，插入中性筆芯筆尖的帽子中，制作噬菌體模型（圖1）。用獼猴桃作為大腸桿菌的物理模型（圖2），把噬菌體模型的書釘一端放在獼猴桃表面，模擬噬菌體的吸附過程（圖3）。模擬所用的材料常見，模型形象生動，可比性強。

圖2 大腸桿菌模型

圖3 噬菌體吸附模型

1.2 建構探究過程的模式圖

根據噬菌體、大腸桿菌的結構特點及保溫、攪拌和離心的過程，打印其平面圖模型（圖4、圖5、圖6）。

圖4 噬菌體平面

圖5 大腸桿菌平面圖

圖6 保溫、攪拌和離心過程平面圖

2 教學過程的探究

2.1 分組合作

根據實驗條件和設備，把學生分成4人一組，利用提供的噬菌體、大腸桿菌模型和模擬保溫、攪拌、離心過程的平面圖形，小組內合作，構建模型，探究問題。

2.2 實驗探究

2.2.1 探究噬菌體注入DNA的實驗結果

兩名同學用紅色記號筆標記噬菌體的蛋白質。假設注入的是DNA，學生利用模型，在紙板上演示噬菌體與大腸桿菌混合后經保溫、攪拌、離心后各階段發生的現象，推測結果應是上清液中有紅色標記物（圖7）。

圖7 標記蛋白質，注入DNA

兩名同學用紅色記號筆標記噬菌體的DNA。假設注入的是DNA，學生利用模型重復上述過程，推測結果應該是沉淀物中有紅色標記物（圖8）。

圖8 標記DNA，注入DNA

小組同學把兩種假設結果進行對比，一致認為：分別標記噬菌體的DNA和蛋白質，看沉淀物是否有標記，則可判定噬菌體注入大腸桿菌的是DNA還是蛋白質，即是噬菌體的遺傳物質。

2.2.2 構建概念模型

學生經過探究前兩個問題，迫切想知道實際的實驗結果是哪一種。教師通過展示赫爾希和蔡斯的實驗結果，對比探究模型，使學生很容易得出結論：噬菌體侵染大腸桿菌時，DNA進入宿主的細胞中，而蛋白質外殼留在外面。因此，子代噬菌體的各種性狀，是通過親代的DNA遺傳的。DNA才是真正的遺傳物質。

教師播放T2噬菌體侵染大腸桿菌的動畫，學生構建侵染過程的概念模型：吸附—注入DNA—復制子代的DNA和合成子代噬菌體的蛋白質—組裝子代噬菌體—釋放。

2.2.3 探究實驗問題

教師提問實驗過程中攪拌和離心的目的是什么，學生在回答的基礎上再去重溫2.2.1構建的模型，很容易認識到，如果攪拌不充分，吸附在大腸桿菌上的噬菌體蛋白質外殼就會有少量不分離（圖9）；如果保溫時間過長，大腸桿菌破裂后就會釋放子代噬菌體，其會進入上清液（圖10）。

圖9 攪拌不充分的實驗結果

圖10 保溫時間過長的實驗結果

2.3 組間交流

通過小組間對比構建的模型，通過交流，強化了學生對噬菌體的遺傳物質是DNA的認識，也激發了其學習DNA分子的結構和復制的興趣，并為其“基因指導蛋白質的合成”的學習打下了基礎。

3 總結與反思

對于“噬菌體侵染大腸桿菌的實驗”的教學探究，筆者構建了噬菌體和大腸桿菌的物理模型，噬菌體、大腸桿菌及容器等平面圖模型，不僅找到了解決實驗問題的“腳手架”，激發了學生學習的興趣，也讓學生一步一步參與探究實驗和分析實驗結果，最終得出科學結論。在此探究過程中，學生體驗了探究的快樂，學生的動手能力和科學思維品質得到了培養。