基于科學探究能力培養的教學設計

田婷婷

摘要 以“噬菌體侵染細菌”的實驗為例，基于智慧課堂的探究式教學模式主要通過問題引導呈現實驗探究活動，實時展示學生小組合作，并利用教具模擬噬菌體侵染細菌的實驗探究過程。此外，教師通過引導學生對比分析實驗結果，總結實驗結論，歸納實驗成功的設計思路與方法，并加以運用，以提高學生的科學思維和科學探究能力。

關鍵詞? 智慧課堂科學探究模擬實驗遺傳物質

中圖分類號 G633.91????????????? 文獻標志碼 B

文件編號：1003-7586（2023）03-0055-03

1 教材分析及設計思路

“噬菌體侵染細菌”是人教版高中生物學教材《必修2·遺傳與進化》第三章第一節“DNA 是主要的遺傳物質”第2課時的內容，主要包括噬菌體侵染細菌的實驗、探究煙草花葉病毒遺傳物質的實驗等，該內容在學生學習肺炎鏈球菌的體內和體外轉化實驗的基礎上展開，對DNA是主要遺傳物質進行了深入的探究。

本節課的教學依照“設疑導入-問題引導呈現探究過程-小組合作使用教具模擬噬菌體侵染細菌的實驗過程-討論實驗結果-歸納總結-反饋運用”的教學程序，通過三個小組合作的探究活動，借助平板實現人機互動，創造輕松愉悅、積極主動的課堂氛圍。在本節課中，教師強調生物科學史和科學研究方法的學習，讓學生在獲取生物知識的同時，體驗科學探索的過程，領悟科學研究的方法，加深對DNA 是主要遺傳物質的理解，從而提升了學生的科學思維以及科學探究能力，有利于發展學生的生物學學科核心素養。

2 教學目標

（1）通過推送與噬菌體相關的視頻、圖片，學生了解噬菌體的結構特點、寄生方式、培養方法等，更好地理解結構與功能相適應的生命觀念，認識到生物學實驗探究過程中選材的重要性。

（2）利用自制教具模擬噬菌體侵染細菌的實驗過程，學生小組合作探討實驗過程中的相關問題，鍛煉交流合作討論和動手實踐能力，提升科學思維和實驗分析能力。

（3）通過一系列問題引導學生進行思考討論，學生總結并運用科學的實驗研究思路和方法設計實驗解決問題，逐步養成科學探究的態度、方法和思維，提升科學探究能力，意識到正確運用科學研究方法的重要性。

（4）通過重溫科學家的探索歷程，學習科學家堅持不懈的科研精神，學生意識到科學發展需要幾代科學家持續的探索，人類對遺傳物質的認識是不斷深化，不斷完善的過程，總結實驗中所運用的技術手段，了解實驗技術在探究 DNA 是主要遺傳物質過程中的重要作用。

3 教學過程

3.1溫故知新，設疑導入

教師引導學生回顧肺炎鏈球菌的轉化實驗以及相關問題，指出艾弗里的實驗結果不被認可的原因，激發學生思考：是否有更好的實驗方法和材料來證明 DNA是遺傳物質？

設計意圖：激發學生的疑問，引導學生認識到科學探究的過程中充滿各種挑戰，科學的發現需要勇于突破傳統。

3.2問題引導，呈現探究

3.2.1噬菌體侵染細菌的實驗

教師展示噬菌體與大腸桿菌的圖片，介紹噬菌體的結構特點、繁殖方式、侵染過程等，通過播放噬菌體侵染細菌的模擬動畫，引導學生思考赫爾希和蔡斯選擇噬菌體為實驗材料的原因，并使用平板隨機提問功能讓學生回答。

學生活動：結合教材內容自主學習，通過觀看視頻，了解噬菌體侵染細菌的過程，思考選材原因。

設計意圖：通過學生自主學習，觀看視頻，了解噬菌體的結構特點等，有利于學生形成結構與功能相適應的生命觀念，認識到生物實驗研究選材的重要性，也為后面的實驗探究打好知識基礎。

（1）探究活動一：如何標記噬菌體的蛋白質和DNA

教師指導學生閱讀教材相關內容并思考三個問題：①什么技術可以在不分離蛋白質和 DNA 兩種成分的前提下，跟蹤 DNA 和蛋白質？②分別選擇何種元素標記噬菌體的蛋白質和DNA？③如何獲得含有放射性標記的噬菌體？

學生通過回顧所學知識，小組合作交流討論并推選代表回答：①放射性同位素標記技術；②因為僅蛋白質分子中含有S，P 幾乎都存在于DNA分子中，所以可分別用32P和35S標記噬菌體的DNA 和蛋白質；③ T2噬菌體是一種專門寄生在大腸桿菌體內的病毒，不可以直接用培養基來培養T2噬菌體，必須先分別用含有32P 和35S 的培養基培養大腸桿菌，再用標記好的大腸桿菌培養噬菌體。

教師讓小組學生代表使用平板展示并講解分別用32P和35S標記噬菌體的實驗過程（圖1），并引導學生總結回答：用放射性同位素32P 和35S 分別標記噬菌體的DNA和蛋白質的目的是可直接地、單獨地觀察它們各自的作用。

設計意圖：通過設置層層遞進的問題引導學生回顧DNA和蛋白質的組成元素、同位素標記法以及病毒的生存方式，進而思考能夠區分DNA和蛋白質的標記元素以及具體的標記過程，考查學生必備的生物學知識，培養學生的邏輯思維和知識的理解應用能力。通過該環節，學生明白科學家們設計實驗的思路及原理，認同生物科學的研究和發展離不開技術的支持。

（2）探究活動二：模擬噬菌體侵染細菌的實驗

教師引導學生閱讀教材中科學家完成的噬菌體侵染細菌的實驗過程，結合圖解，引導學生回答探究活動二中的兩個問題：①實驗過程中攪拌、離心的目的是什么？②離心后上清液與沉淀物中各有什么成分？

教師利用平板推送小組合作的模擬實驗任務，安排學生分小組利用教具模擬噬菌體侵染細菌的實驗過程。學生拍照上傳模擬實驗的結果（圖2），并完成對實驗結果與結論的填寫（表1）。教師用平板實時展示學生模擬實驗的過程，并請小組代表對模擬實驗結果進行講解。教師進行點評及對比分析實驗結果得出實驗結論：DNA是遺傳物質。

教師引導學生將小組模擬實驗的結果與科學家完成的真實實驗結果進行比較分析，找出不同之處，并分小組思考討論以下兩個問題：①為什么科學家用35S 標記的噬菌體侵染大腸桿菌時，沉淀物中會檢測到含有很低的放射性？②為什么用32P 標記的噬菌體侵染大腸桿菌時，上清液中會檢測到含有很低的放射性？

根據學生的回答，教師歸納總結實驗結論，讓學生回顧總結實驗過程中使用了哪些技術手段并思考討論得出赫爾希和蔡斯實驗成功的關鍵設計思路。最后，教師使用平板發布隨堂檢測題，學生完成后通過平板提交答案，教師可以實時查看學生的答題情況并進行分析點評。

設計意圖：學生通過小組合作模擬實驗并思考討論相關的問題，重溫科學家的探索之路，學生通過親身體驗模擬實驗過程，并利用平板功能進行實時展示，鍛煉了學生的動手操作能力，幫助學生更加深入的了解實驗原理及過程。教師通過問題導向，任務驅動，讓學生自主學習，小組合作討論，增強學生分析問題和解決問題的能力。此外，小組合作利用教具模擬實驗并通過平板功能實時展示環節的設計，增加了學生對生物實驗的興趣，從研究方法和結論中理解實驗原理，有助于培養學生的科學思維，提高學生的科學探究和實驗實施能力。

3.2.2煙草花葉病毒侵染煙草的實驗

教師提出問題：DNA 是所有生物的遺傳物質嗎？接著，教師展示煙草花葉病毒的圖片并講述煙草花葉病毒的組成成分是RNA 與蛋白質，并不含有DNA，引導學生思考如何設計實驗探究煙草花葉病毒的遺傳物質。

教師用平板發布小組合作探究活動三：根據赫爾希和蔡斯實驗成功的關鍵設計思路，小組合作，設計實驗探究煙草花葉病毒的遺傳物質。

學生小組代表講述實驗設計思路（圖3），根據實驗現象得出實驗結論：煙草花葉病毒的遺傳物質是 RNA。教師進一步舉例并展示SARS病毒、HIV病毒、新型冠狀病毒等的遺傳物質也是RNA，并引導學生回顧科學家對遺傳物質的探究歷程。

設計意圖：教師引導學生回顧科學家對遺傳物質的探究歷程中涉及的四個經典實驗，不僅可以讓學生領悟科學家的探索精神，了解科學探究路途的艱辛，同時讓學生學會實驗成功的關鍵思路并加以應用，鍛煉了學生的實驗設計能力，增強學生對生物科學研究的興趣，培養學生的社會責任感。

3.3歸納總結，得出結論

教師提出問題：為什么說 DNA 是主要的遺傳物質？根據學生的回答，教師總結歸納：對于具有細胞結構的生物遺傳物質是 DNA，只有在 RNA 病毒中， RNA 才是遺傳物質，進而總結出 DNA 是主要的遺傳物質。教師通過平板推送隨堂檢測題，檢測學生對相關知識的掌握情況，加深學生對DNA是主要遺傳物質的理解，便于教師及時查缺補漏。

設計意圖：教師通過對生物進行簡單的分類，并分析其各自的遺傳物質，總結歸納出絕大多數生物的遺傳物質是 DNA，所以自然界中 DNA 是主要的遺傳物質，讓學生對遺傳物質的本質形成了完整的認識，真正理解DNA是主要的遺傳物質。

3.4總結方法，學以致用

教師講述自變量控制中的“加法原理”與“減法原理”，引導學生小組討論和交流，并舉出生活中運用“加法原理”和“減法原理”解決實際問題的實例，鍛煉學生應用所學科學方法解決實際問題的能力。

設計意圖：通過總結科學研究的方法并提出問題，學生思考嘗試運用科學方法解決生活中的實際問題，培養學生的實驗與探究能力，將生物學知識運用到日常生活中，學以致用，落實生物學教學的社會責任。

4 教學反思

本節課以問題探究為主要教學方法，借助于智慧課堂的教學模式，以科學家探索遺傳物質化學本質的科學史為主線，通過了解科學家提出問題、設計實驗、分析實驗結果、得出實驗結論的過程，讓學生初步形成探究的能力。同時，教師指導學生通過教具模擬噬菌體侵染細菌的實驗，引導學生學會邏輯推理，重溫科學家的探索之路，分析科學家的經典實驗，從研究過程和結論中理解科學原理，學習科學家的探索精神，體會科學探究的基本思路和方法并運用科學方法設計實驗，解決生活中的實際問題。在探究過程中，教師培養了學生的科學思維和科學探究能力，同時運用智慧課堂教學模式在資源推送、交流互動、評價反饋等方面及時性的優勢，激發學生學習生物的主動性和積極性，提升學生的生物學學科核心素養。