黃巍

摘 要 以“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”一課為例，對生物科學(xué)史與課堂探究學(xué)習(xí)的有效整合進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 生物科學(xué)史 探究學(xué)習(xí) 教學(xué)設(shè)計

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B

1 教材分析

“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”是人教版高中生物必修2第3章第1節(jié)的內(nèi)容，主要講述科學(xué)家證明DNA是遺傳物質(zhì)的兩個經(jīng)典實驗。教材中蘊(yùn)含著豐富的生物科學(xué)史材料，闡述了科學(xué)家的研究思路和過程，體現(xiàn)了豐富的科學(xué)精神，是進(jìn)行課堂探究學(xué)習(xí)的好素材。鑒于學(xué)生對科學(xué)史中涉及到的一些背景和技術(shù)手段存在知識缺陷，在教學(xué)中教師要充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙，創(chuàng)設(shè)有效的問題情景，讓學(xué)生在探究活動中體驗科學(xué)研究的方法和科學(xué)家的創(chuàng)新精神，從而達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識目標(biāo)

總結(jié)科學(xué)家對“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的科學(xué)探索過程；設(shè)計“證明轉(zhuǎn)化因子是什么”和“RNA是遺傳物質(zhì)”的實驗方案。

2.2 能力目標(biāo)

對科學(xué)家證明“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的實驗設(shè)計思路進(jìn)行分析和討論，領(lǐng)悟科學(xué)研究的過程和方法；在嘗試自主設(shè)計實驗的過程中，提高創(chuàng)新意識和設(shè)計實驗的能力。

2.3 情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo)

通過對RNA也是遺傳物質(zhì)的學(xué)習(xí)，認(rèn)同人類對遺傳物質(zhì)的認(rèn)識是不斷深化和完善的過程。

3 教學(xué)重點和難點

3.1 教學(xué)重點

肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的原理和過程；噬菌體侵染細(xì)菌實驗的原理和過程。

3.2 教學(xué)難點

探究肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗。

4 教學(xué)過程設(shè)計

4.1 創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣

展示成龍和房祖名、老布什和小布什兩對父子的照片，請學(xué)生思考：父親的性狀是如何傳遞給兒子的？

設(shè)計意圖：通過創(chuàng)設(shè)與學(xué)生現(xiàn)實生活緊密聯(lián)系的教學(xué)情景，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，產(chǎn)生探究的欲望。

4.2 回顧舊知，啟動探究

請學(xué)生回顧之前所學(xué)知識，回答以下問題：① 孟德爾提出生物性狀的遺傳是由什么傳遞的？② 在研究生物減數(shù)分裂和受精作用過程中，科學(xué)家認(rèn)識到對生物遺傳具有關(guān)鍵作用的物質(zhì)是什么？③ 摩爾根證明了基因在什么物質(zhì)上？④ 染色體的主要組成成分是什么？

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在問題情境中回顧人類早期對遺傳物質(zhì)的探索歷程，同時產(chǎn)生疑問：基因在染色體的蛋白質(zhì)還是DNA上？這兩種物質(zhì)究竟哪一種是遺傳物質(zhì)？由此引入課題，讓學(xué)生帶著問題走進(jìn)課堂。

4.3 引導(dǎo)探究，建構(gòu)新知

（1） 肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗。通過多媒體演示格里菲思的肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗，引導(dǎo)學(xué)生分析實驗現(xiàn)象，并提出疑問：為什么將R型活菌和加熱殺死的S型菌混合后，會產(chǎn)生導(dǎo)致小鼠死亡的S型活菌？讓學(xué)生進(jìn)行思維探究,提出可能的原因，如：① S型菌未全部加熱殺死；② R型活菌基因突變后轉(zhuǎn)化為S型活菌；③ 加熱殺死的S型菌復(fù)活；④ 加熱殺死的S型菌中具有某種使R型活菌轉(zhuǎn)化為S型活菌的物質(zhì)。教師引導(dǎo)學(xué)生通過設(shè)計實驗對上述推測進(jìn)行驗證，在排除前三種推測后得出結(jié)論：加熱殺死的S型菌中存在將R型活菌轉(zhuǎn)化為S型活菌的轉(zhuǎn)化因子。

要弄清什么是轉(zhuǎn)化因子,最關(guān)鍵的設(shè)計思路是什么？請學(xué)生分組進(jìn)行合作探究，并設(shè)計一個實驗方案。師生共同探討和交流后，總結(jié)出實驗方案：將加熱殺死的S型菌中的DNA、蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì)提取出來，分別加入到培養(yǎng)了R型菌的培養(yǎng)基中，單獨、直接地觀察它們的作用，能使R型菌轉(zhuǎn)化成S型菌的物質(zhì)就是轉(zhuǎn)化因子。

由于當(dāng)時技術(shù)水平的限制，物質(zhì)的提純是十分復(fù)雜和困難的，請學(xué)生繼續(xù)思考，是否有辦法可以不用對各成分進(jìn)行提純，也能單獨觀察它們的作用？引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用逆向思維進(jìn)行探究，并提出設(shè)計思路：分別去除S型菌中的DNA、蛋白質(zhì)和多糖后，加入到培養(yǎng)了R型菌的培養(yǎng)基中，不能產(chǎn)生S型菌的即為轉(zhuǎn)化因子。

用多媒體演示艾弗里的肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實驗,請學(xué)生思考以下問題：① 從該實驗可以得出什么結(jié)論？② 為什么要設(shè)置一組同時加入S型菌的DNA和DNA酶的實驗？③ 艾弗里提取出的DNA，純度最高時也還有0.02%的蛋白質(zhì)。因此，仍有科學(xué)家對實驗結(jié)論表示懷疑，他們懷疑什么？

設(shè)計意圖：通過不斷設(shè)置問題情境，讓學(xué)生追隨科學(xué)家探索的腳步，逐步深入地開展思維探究學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和縝密的思維的同時，訓(xùn)練了學(xué)生的科學(xué)思維方式。

（2） 噬菌體侵染細(xì)菌實驗。實驗材料的選擇是科學(xué)研究成敗的關(guān)鍵，結(jié)合T2噬菌體的模式圖，引導(dǎo)學(xué)生討論選擇T2噬菌體作為實驗材料的優(yōu)點，并思考以下問題：① 回顧所學(xué)知識，可以用什么方法將T2噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)區(qū)分開來？② 應(yīng)該分別標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)的哪個元素？③ 如何用同位素標(biāo)記噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)？

播放T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗的Flash動畫，請學(xué)生認(rèn)真觀察，并引導(dǎo)學(xué)生嘗試針對實驗過程及結(jié)果中存在疑惑的地方提出問題，如：實驗中為什么要攪拌和離心？用35S標(biāo)記的噬菌體侵染細(xì)菌的實驗中，為何沉淀物也有少量放射性？能否說明蛋白質(zhì)也作為遺傳物質(zhì)進(jìn)入到大腸桿菌內(nèi)？教師引導(dǎo)學(xué)生對問題進(jìn)行自主探究，并得出結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)。

設(shè)計意圖：通過引導(dǎo)學(xué)生主動去發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，打破傳統(tǒng)教學(xué)中教師對知識的單向傳承，發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，實現(xiàn)了師生和生生間的多邊互動，最終完成對教材知識的建構(gòu)。

4.4 深入探究，反饋運(yùn)用

教師展示煙草花葉病毒的圖片，介紹相關(guān)的背景知識，并點出煙草花葉病毒的組成成分是蛋白質(zhì)和RNA，讓學(xué)生大膽猜想其遺傳物質(zhì)是什么。這樣引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合前面所學(xué)的知識，嘗試設(shè)計實驗來證明自己的猜想。師生共同討論和分析后得出：煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，DNA并不是生物體唯一的遺傳物質(zhì)，使學(xué)生感悟到科學(xué)研究是一個不斷深化、不斷完善的過程。

設(shè)計意圖：通過讓學(xué)生自主設(shè)計實驗，初步領(lǐng)悟科學(xué)研究的過程和方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識以及設(shè)計實驗的能力。

5 點評

5.1 必要的知識鋪墊是進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)

由于知識積累的不足，學(xué)生經(jīng)常會對科學(xué)史中用到的材料、技術(shù)手段等感到陌生和難以理解，導(dǎo)致無法順利進(jìn)行探究學(xué)習(xí)。教師可以利用教材插圖、掛圖以及多媒體課件等為學(xué)生提供必要的知識鋪墊。如本案例中，設(shè)計者在講噬菌體侵染細(xì)菌的實驗前，先用多媒體展示T2噬菌體的模式圖，并引導(dǎo)學(xué)生討論選擇T2噬菌體作為實驗材料的優(yōu)點，從而為后面的探究學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

5.2 創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生探究欲望

“問”是所有科學(xué)探究的源頭，有效地創(chuàng)設(shè)問題情境，可以充分激發(fā)學(xué)生探究的欲望，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造力，讓學(xué)生主動地獲取知識。在本案例中，設(shè)計者對科學(xué)史資料進(jìn)行了充分的挖掘，并有針對性地設(shè)置問題情境，讓學(xué)生通過思考、討論、交流、設(shè)計實驗方案等方式進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和分析問題、解決問題的能力。

5.3 引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題，形成自主探究的意識

除了為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問題情境外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)史中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，使學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生形成自主探究的意識。如本案例中，設(shè)計者先請學(xué)生觀察T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗的Flash動畫，然后在寬松、自由的學(xué)習(xí)氛圍中，引導(dǎo)學(xué)生對實驗中存在的疑問大膽提出問題、發(fā)表見解，最終達(dá)到提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的。