陳 云

(江蘇省溧水高級中學 211200)

1 教材分析

“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”是人教版高中生物學教材必修2《遺傳與進化》第3章第1節(jié)內(nèi)容，主要介紹和分析了肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化、噬菌體侵染大腸桿菌兩個探索遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗。學生學習過有絲分裂、減數(shù)分裂和受精作用等知識，知道染色體在遺傳中起著重要作用，具有一定的知識儲備。教材中蘊含著豐富的生物科學史素材，體現(xiàn)了人類對遺傳物質(zhì)本質(zhì)的認知過程和研究方法的推進過程，而這也是本節(jié)內(nèi)容的教學重難點。在教學中，筆者嘗試將生物科學史優(yōu)化為探究的素材，讓學生通過對經(jīng)典實驗過程的深入剖析，領(lǐng)悟?qū)嶒灥乃悸泛头椒?，體會科學家嚴謹?shù)目茖W探究態(tài)度，提高學生的自主探究能力，培養(yǎng)學生的生物科學素養(yǎng)。

2 教學目標

2.1 知識目標 總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程；分析證明DNA是主要遺傳物質(zhì)的實驗設(shè)計思路；完成DNA是主要遺傳物質(zhì)的知識構(gòu)建。

2.2 能力目標 通過對科學家探索遺傳物質(zhì)的相關(guān)實驗設(shè)計思路進行分析和討論，領(lǐng)悟科學研究的過程和方法；培養(yǎng)類比推理的能力、實驗探究的能力。

2.3 情感態(tài)度和價值觀目標 認同合作在科學研究中的重要性；認識實驗技術(shù)的進步在探索遺傳物質(zhì)奧秘中的重要作用；認同人類對遺傳物質(zhì)的認識是不斷深化的過程。

3 教學過程

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，激趣設(shè)疑，引入課題 展示某明星父子照片，請學生思考：父子間的相貌為何如此相像？由此引出“遺傳”這個概念，并進一步拓展到“遺傳物質(zhì)”是什么？

教師指出：20世紀中葉，科學家發(fā)現(xiàn)染色體與生物性狀的遺傳有著密切關(guān)系。染色體主要是由蛋白質(zhì)和DNA組成的。在這兩種物質(zhì)中，究竟哪一種是遺傳物質(zhì)呢？

設(shè)計意圖：借助學生感興趣的圖片和話題，引發(fā)思考，激發(fā)探究的興趣。

3.2 回顧對照實驗，分析“肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗” 學生閱讀“格里菲思肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗”的內(nèi)容，思考并討論：①第一、二組實驗說明了什么？②二、三組實驗說明了什么？③一、三、四組實驗又能說明什么？

學生在小組合作討論中很容易解決前兩個問題：第一、二組實驗說明R型菌沒有毒性，而S型菌則具有毒性；二、三組實驗說明加熱殺死的S型菌也不具有毒性。在此基礎(chǔ)上，分析得出：加熱殺死的S型菌中存在轉(zhuǎn)化因子，可將R型活菌轉(zhuǎn)變?yōu)镾型活菌。教師適時點出，轉(zhuǎn)化因子應(yīng)該就是遺傳物質(zhì)，并帶領(lǐng)學生對“對照試驗”的相關(guān)問題進行復習鞏固，如實驗方案的設(shè)計是否合理？自變量、因變量各是什么？由此提高學生實驗分析的能力。

設(shè)計意圖：在歷史經(jīng)典實驗相關(guān)問題的探討中，培養(yǎng)學生分析、推理的能力。

3.3 領(lǐng)悟?qū)嶒炈悸?，設(shè)計“肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實驗” S型菌中含有DNA、蛋白質(zhì)等多種大分子物質(zhì)，到底誰才是轉(zhuǎn)化因子(遺傳物質(zhì))呢？學生分組討論并設(shè)計實驗方案，在合作探究中，領(lǐng)悟到設(shè)計該實驗最關(guān)鍵的思路：將加熱殺死的S型菌的DNA、蛋白質(zhì)、多糖等大分子物質(zhì)分離提取出來，分別與R型活菌混合培養(yǎng)，單獨、直接地觀察它們的作用。

隨后，教師帶領(lǐng)學生了解艾弗里實驗的過程，并“潤物細無聲”地進行情感態(tài)度價值觀方面的教育：原來，科學家和我們的思路是一樣的！我們也可以像科學家那樣進行科學探索！教師及時作出肯定評價的同時，進一步提出問題：艾弗里為何還用S型菌的DNA與DNA酶混合后再與R型菌混合培養(yǎng)？學生各抒己見,討論后得出結(jié)論。

教師提出當時一些科學家所認為的“瑕疵”：由于實驗技術(shù)的限制，艾弗里提取的DNA分子中還含有0.02%的蛋白質(zhì)！

設(shè)計意圖：讓學生進行轉(zhuǎn)化因子的探索設(shè)計，領(lǐng)會實驗設(shè)計的關(guān)鍵思路，深刻體會到科學家縝密的科學思維和嚴謹?shù)目茖W探究態(tài)度。

3.4 討論相關(guān)資料，探究“噬菌體侵染細菌的實驗” 有沒有DNA與蛋白質(zhì)天然分離的生物呢？學生很快反應(yīng)過來：病毒。教師提供以下素材：

資料1：T2噬菌體的結(jié)構(gòu) 噬菌體無細胞結(jié)構(gòu)，頭部和尾部的外殼由蛋白質(zhì)構(gòu)成，頭部內(nèi)含有DNA(圖略)。噬菌體非常微小，一個細菌細胞的大小是噬菌體的幾千甚至上萬倍。

資料2 T2噬菌體的生活史 T2噬菌體，專門寄生于大腸桿菌。據(jù)1952年之前的文獻推測，噬菌體的侵染，開始于噬菌體對細菌的吸附(圖略)，然后自身的遺傳物質(zhì)進入細菌，在細菌內(nèi)增殖產(chǎn)生子代噬菌體；結(jié)束于被侵染細菌的裂解和子代噬菌體的釋放(圖略)。T2噬菌體的侵染到裂解釋放大約需15～30 min。

資料3：T2噬菌體的化學成分 科學研究表明：T2噬菌體的化學組成中，60%是蛋白質(zhì)，40%是DNA，且僅蛋白質(zhì)分子中含硫，磷幾乎只存在于DNA分子中。

學生閱讀資料后，教師提出疑問：噬菌體是將什么物質(zhì)注入大腸桿菌中的？你認為有幾種可能的情況？小組代表匯報后，歸納出三種可能情況：DNA注入，蛋白質(zhì)在細胞外；蛋白質(zhì)注入，DNA在細胞外；DNA和蛋白質(zhì)都注入。

教師緊接著出示小組需要討論的問題：①如何“追蹤”蛋白質(zhì)分子和DNA分子，看它們是否注入大腸桿菌？②選用何種元素對蛋白質(zhì)分子和DNA分子進行標記？能否同時標記？③多長時間后進行放射性檢測較為適宜？④怎樣使大腸桿菌和其他結(jié)構(gòu)分開，以便于檢測？

學生在合作探究時，教師要注意巡視并及時給予適當點撥。而后，學生對該實驗可能的情況進行分析、合理預(yù)測，并完成表格(表1)。

表1 T2噬菌體侵染大腸桿菌的可能方式及放射性檢測結(jié)果預(yù)測

學生匯報討論結(jié)果后，困惑于實際實驗結(jié)果到底是哪一種。此時，教師不失時機地介紹赫爾希和蔡斯的實驗，師生共同將“我們”預(yù)測的結(jié)果與“科學家”真實的實驗結(jié)果對比，得出結(jié)論：噬菌體侵染大腸桿菌時，將DNA注入細菌，將蛋白質(zhì)外殼留在了細胞外。所以，DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。

為使學生進一步直觀體驗噬菌體侵染的具體過程，教師可播放“噬菌體侵染細菌”的動畫，并引導學生進一步分析細節(jié)：科學家的實驗中放射性不是簡單的“有無”而是“強弱”之分，這是怎么回事呢？師生共同分析玻璃棒攪拌是否充分、培養(yǎng)時間長短對實驗結(jié)果的影響，認同實驗現(xiàn)象的理想情況與實驗的真實情況有時會存在細微的差別。

設(shè)計意圖：將科學史料作為探究素材，在問題串引領(lǐng)下，學生學會閱讀、分析并從中提取有用的信息。利用這些信息進行推理、判斷，進而得出結(jié)論，由此培養(yǎng)學生的探究精神和科學思維品質(zhì)。

3.5 同化順應(yīng)，總結(jié)本課，形成概念 教師展示正常煙草和感染煙草花葉病毒的煙草圖片，并告知學生：煙草花葉病毒中不含DNA，它的化學成分只有RNA和蛋白質(zhì)。鼓勵學生大膽猜想其遺傳物質(zhì)是什么，并嘗試自主設(shè)計實驗證明自己的猜想。學生能簡要說明實驗設(shè)計思路即可。最后，師生共同對科學家們所做的探究實驗進行歸納、整理(表2)：

表2 探索遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗

師生共同總結(jié)：絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA；少數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是RNA；DNA是主要的遺傳物質(zhì)。

設(shè)計意圖：教師適時拋出新的發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)有結(jié)論之間的矛盾，激發(fā)學生進一步探究的欲望，并再次讓學生認識到科學嚴謹?shù)膶嶒炘O(shè)計思路的重要性。

4 教學反思

本節(jié)課以遺傳物質(zhì)的探索歷程為線索，將生物科學史料轉(zhuǎn)化為探究素材，采用問題串的形式，引領(lǐng)學生層層深入地進行思考，使學生領(lǐng)悟到科學探究的方法和過程，認同科學結(jié)論的獲得必須基于實證。同時，使學生理解艾弗里與赫爾希等科學家的實驗方法不同，但最關(guān)鍵的實驗設(shè)計思路是一致的，即把DNA與蛋白質(zhì)區(qū)分開，分別觀察DNA或蛋白質(zhì)的作用。

尤其是在“噬菌體侵染大腸桿菌”實驗的教學中，筆者打破以往的教學常規(guī)，通過相關(guān)科學史料的適當補充，引導學生閱讀材料并從中提取關(guān)鍵信息。再以問題為學習的“腳手架”，鼓勵學生一步步推理出實驗的大致過程以及合理的實驗預(yù)期，并與科學家的實驗進行對比，最終得出實驗結(jié)論。在此過程中，學生體會了科學探究的艱辛與快樂，他們的科學探究能力得到了提高，科學思維品質(zhì)得到了培養(yǎng)。