呼歡歡

【摘要】本節(jié)以“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”為載體，利用圖片素材和問題設(shè)計(jì)引領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過程，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)訓(xùn)練提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)設(shè)計(jì)；DNA；遺傳物質(zhì)

【中圖分類號】G633.91 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）17-0277-02

一、教材分析

“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”是人教版生物學(xué)教材《遺傳與進(jìn)化》第三章的第一節(jié)，主要內(nèi)容是介紹和分析肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化、噬菌體侵染細(xì)菌兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生重走探索之路。教材中科學(xué)史的內(nèi)容多于基本概念和原理的表述，旨在以科學(xué)史分析為載體，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識和更好地掌握概念原理，因此本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)是兩個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的原理和方法，而不是科學(xué)史本身。本章從分子水平上進(jìn)一步詳盡地闡述遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)和作用原理，有著承上啟下的作用，本節(jié)通過講述DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，為后面學(xué)習(xí)DNA的分子結(jié)構(gòu)及復(fù)制功能作好鋪墊，同時(shí)讓學(xué)生認(rèn)識到人類對科學(xué)的認(rèn)識是不斷深化和不斷完善的過程。

二、教學(xué)目標(biāo)

（一）知識目標(biāo)：

說明肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的探索過程和主要的原理、方法和結(jié)論。

（二）能力目標(biāo)：

通過分析圖文資料，培養(yǎng)學(xué)生的識圖和語言表達(dá)能力；通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)領(lǐng)悟科學(xué)研究的過程和方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。

（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀：

體驗(yàn)科學(xué)探究的艱辛歷程，認(rèn)同人類對遺傳物質(zhì)的認(rèn)識是不斷深化、完善的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)家的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和合作精神。

三、教學(xué)重點(diǎn)

肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的原理和過程

四、教學(xué)過程

（一）復(fù)習(xí)導(dǎo)入新課

教師提問：通過前面對生殖發(fā)育過程中減數(shù)分裂，受精作用和有絲分裂等的學(xué)習(xí)，請問細(xì)胞中哪一結(jié)構(gòu)在前后代保持連續(xù)性和穩(wěn)定性上起著重要作用？（染色體）

那也就是說染色體在我們生物的遺傳當(dāng)中扮演著重要的角色，染色體主要是由什么組成的？（蛋白質(zhì)和DNA）

這兩種物質(zhì)中究竟誰才是遺傳物質(zhì)呢，負(fù)責(zé)將我們父母的遺傳信息傳遞給我們？

這個(gè)問題曾引起了生物學(xué)界激烈的爭論，也經(jīng)歷了一段相當(dāng)艱辛的探索過程。

（二）對遺傳物質(zhì)的早期推測

讓學(xué)生閱讀課本42頁

教師提出問題：

1）20世紀(jì)20年代，大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為生物體的遺傳物質(zhì)是什么？為什么會有這樣的觀點(diǎn)？

2）20世紀(jì)30年代，人們對DNA有哪些認(rèn)識？

學(xué)生閱讀后回答：1、20世紀(jì)20年代，大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為生物體的遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)，因?yàn)槿藗円呀?jīng)認(rèn)識到蛋白質(zhì)是由多種氨基酸連接而成的生物大分子，各種氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的蛋白質(zhì)。這就使人們很自然地想到氨基酸多種多樣的排列順序可能蘊(yùn)含著豐富的遺傳信息。

3）DNA是由許多脫氧核苷酸聚合而形成的生物大分子，組成DNA的有四種脫氧核苷酸。四種脫氧核苷酸在形成DNA時(shí)可能也會有不同的排列順序。

點(diǎn)評學(xué)生的回答。

但是由于當(dāng)時(shí)對DNA分子的結(jié)構(gòu)沒有清晰的了解，蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點(diǎn)依然占主導(dǎo)地位。

那想要知道遺傳物質(zhì)到底是什么，必須有確鑿的證據(jù)，而獲得這一證據(jù)最有利的方法就是用實(shí)驗(yàn)說話。

首先利用實(shí)驗(yàn)證據(jù)向遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)的觀點(diǎn)提出挑戰(zhàn)的，是美國科學(xué)家艾弗里，而艾弗里的實(shí)驗(yàn)又是在英國科學(xué)家格里菲思的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

（三）肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（體內(nèi)轉(zhuǎn)化及體外轉(zhuǎn)化）

1.格里菲思體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

1）實(shí)驗(yàn)材料：第一個(gè)就是為科學(xué)多次獻(xiàn)身的小白鼠，另外一個(gè)是肺炎雙球菌，一種細(xì)菌，有兩種類型，一種類型細(xì)菌的菌體有多糖類的莢膜，選擇這種細(xì)菌的一個(gè)或者幾個(gè)在固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)，之后它們就會大量繁殖形成肉眼可見的細(xì)菌群體，這些細(xì)菌群體我們就叫它菌落。單個(gè)的細(xì)菌我們是看不見的，但是我們可以根據(jù)看得見的菌落的形態(tài)特征來判斷是哪種細(xì)菌。有莢膜的肺炎雙球菌形成的菌落表面光滑，叫做S型細(xì)菌，它可以使人患肺炎，使小鼠患敗血癥，故有毒性。另外一種類型沒有莢膜，培養(yǎng)以后形成的菌落表面粗糙，叫做R型細(xì)菌，但沒有毒性。推測S型菌有毒和它的哪個(gè)結(jié)構(gòu)有關(guān)？（多糖莢膜）

2）教師介紹格里菲思的實(shí)驗(yàn)過程并提問：

第1組：給小鼠注射R型活細(xì)菌，小鼠存活；這說明什么？

學(xué)生回答：說明R型細(xì)菌沒有毒性，不具有致死性。

第2組：給小鼠注射S型活細(xì)菌，小鼠死亡；這說明什么？

學(xué)生回答：說明S型細(xì)菌有毒性，具有致死性。

第3組：給小鼠注射加熱后殺死的S型細(xì)菌，小鼠存活；這又說明什么呢？

學(xué)生回答：說明加熱殺死后的S型細(xì)菌不再具有毒性。

教師小結(jié)：前面三個(gè)實(shí)驗(yàn)說明只有S型活細(xì)菌才有毒性。接下來格里菲思走了最具有創(chuàng)造性的一步。

第4組：將R型活細(xì)菌與加熱后殺死的S型細(xì)菌混合后注射，小鼠死亡。

第四組的小鼠為什么會死？R型活細(xì)菌和S型死細(xì)菌單獨(dú)注射都不能使小鼠死亡，但混合一塊怎么就死了呢？

格里菲思之后從第四組實(shí)驗(yàn)的小鼠尸體中分離出了有毒性的S型活細(xì)菌，而且這些S型活細(xì)菌的后代也是有毒性的S型細(xì)菌。說明這種性狀的轉(zhuǎn)化是可以穩(wěn)定遺傳的。

那么這S型細(xì)菌是怎么來的呢？（嘗試著讓學(xué)生來說，并由他們自己來初步判斷）

學(xué)生思考后回答：

已死的S型細(xì)菌“復(fù)活”？或者由R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化而來？從第三組中可以看出已死的S型細(xì)菌不會“復(fù)活”，故小鼠不死亡。

教師進(jìn)一步追問：R型活細(xì)菌為什么會轉(zhuǎn)化成有毒的S型細(xì)菌呢？是誰促使這一轉(zhuǎn)化完成的呢？由此，能得出什么樣的結(jié)論呢？endprint

學(xué)生回答：是S型死細(xì)菌促使這一轉(zhuǎn)化完成的。加熱殺死的S型細(xì)菌中，含有某種促成這一轉(zhuǎn)化的活性物質(zhì)——“轉(zhuǎn)化因子”，這種轉(zhuǎn)化因子將無毒性的R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為有毒性的S型活細(xì)菌。

2.艾弗里體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

這種轉(zhuǎn)化因子究竟是什么物質(zhì)？

1）尋找轉(zhuǎn)化因子：

既然轉(zhuǎn)化因子是S型細(xì)菌所含有的成分，S型細(xì)菌有哪些組成成分呢？（細(xì)菌細(xì)胞的組成成分）

教師和學(xué)生共同回憶細(xì)胞中含有的化合物有：水、無機(jī)鹽、糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸。

水和無機(jī)鹽是無機(jī)物就不考慮，故加熱殺死的S型細(xì)菌當(dāng)中會有多糖、脂類、蛋白質(zhì)、RNA和DNA，但究竟哪一個(gè)才是轉(zhuǎn)化因子，怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？

2）小組討論：

課件展示：

（1）設(shè)計(jì)一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)：

探究S型細(xì)菌中的哪種物質(zhì)才是轉(zhuǎn)化因子

（2）要求：從所給材料中選擇適當(dāng)實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的主要步驟

R型活細(xì)菌，R型死細(xì)菌，S型活細(xì)菌細(xì)菌的培養(yǎng)基小鼠

提示：

（1）當(dāng)時(shí)已經(jīng)具有：將細(xì)胞中的各種化合物分離提純的技術(shù)，在人工配制的培養(yǎng)基上培養(yǎng)細(xì)菌的技術(shù)。

（2）R型肺炎雙球菌和S型肺炎雙球菌可以通過觀察它們在培養(yǎng)基上形成的菌落來區(qū)分。

學(xué)生經(jīng)討論后可能提出如下方案：

方案一：R型細(xì)菌+S型細(xì)菌的DNA→注射進(jìn)小鼠體內(nèi)

R型細(xì)菌+S型細(xì)菌的多糖/脂類/蛋白質(zhì)→注射進(jìn)小鼠體內(nèi)

R型細(xì)菌+S型細(xì)菌RNA→注射進(jìn)小鼠體內(nèi)

方案二：

R型細(xì)菌+S型細(xì)菌的DNA→在培養(yǎng)基上培養(yǎng)

R型細(xì)菌+S型細(xì)菌的多糖/脂類/蛋白質(zhì)→在培養(yǎng)基上培養(yǎng)

R型細(xì)菌+S型細(xì)菌RNA→在培養(yǎng)基上培養(yǎng)

教師點(diǎn)評，并可以復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中涉及到的方法：控制變量法。

3、學(xué)習(xí)艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：

A組：R型細(xì)菌的培養(yǎng)基中加入：R型細(xì)菌+S型細(xì)菌的DNA→長出了R型菌和S型菌

B組：R型細(xì)菌的培養(yǎng)基中加入：R型細(xì)菌+S型細(xì)菌的蛋白質(zhì)或者莢膜多糖→只長出了R型菌

這兩組實(shí)驗(yàn)?zāi)隳艿贸鍪裁唇Y(jié)論？

學(xué)生回答：DNA是促使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌的轉(zhuǎn)化因子

若要從進(jìn)一步佐證這個(gè)觀點(diǎn)，你覺得還可以怎么做？

學(xué)生思考后較易得出：將DNA去掉，看是否還可以長出S型菌。

教師展示艾弗里的C組實(shí)驗(yàn)：R型細(xì)菌的培養(yǎng)基中加入：R型細(xì)菌+S型細(xì)菌的DNA和DNA酶→只長出了R型菌

這也說明轉(zhuǎn)化因子確實(shí)就是DNA。

至此艾弗里的實(shí)驗(yàn)結(jié)束，他發(fā)現(xiàn)加入的DNA的純度越高，轉(zhuǎn)化就越有效，由此他得出DNA是轉(zhuǎn)化因子，是使R型菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。

也就是說真正的遺傳物質(zhì)是什么？（DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)）

但是由于艾弗里實(shí)驗(yàn)中提取出來的DNA，純度最高時(shí)也還有0.02%的蛋白質(zhì)，因此，仍有人對此表示懷疑。而且這個(gè)實(shí)驗(yàn)并沒有直接證明作為遺傳物質(zhì)必須具備的親子代間的傳遞性。

（四）引入“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”

能否找到更好的實(shí)驗(yàn)材料，不需要人為地提純、分離就能將其中的物質(zhì)分離開呢？而且最好這種材料是只有蛋白質(zhì)和DNA。你會想到什么？（病毒）

事實(shí)上赫爾希和蔡斯就是利用病毒這種獨(dú)特的生物找到了更具說服力的證據(jù)。展示T2噬菌體的結(jié)構(gòu)模式圖，噬菌體是寄生在動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞還是細(xì)菌內(nèi)的呢？（細(xì)菌）

給學(xué)生布置課后任務(wù)：怎樣證明DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)呢？請寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。

五、教學(xué)反思

本節(jié)課的重點(diǎn)是肺炎雙球菌的體內(nèi)和體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，在格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)之中提出了“轉(zhuǎn)化因子”，尋找轉(zhuǎn)化因子不是直接給出艾弗里的實(shí)驗(yàn)，而是以一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)展開，這里是以小組討論的方式設(shè)計(jì)探究方案，為艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)做好鋪墊，所以后面艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)就呼之欲出了。整節(jié)課是由問題驅(qū)使學(xué)生思考，逐步理解兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生的積極思考，并學(xué)會設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)。但是在課堂組織方面顯得生硬，小組討論部分有的小組參與度低，而且整節(jié)課課堂氛圍不是很輕松，可能是語言方面注重了嚴(yán)謹(jǐn)性而缺乏了一些活躍因素。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部制訂.普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）[S].北京：人民教育出版社，2003：2518.

[2]人民教育出版社課程教材研究所生物課程教材研究開發(fā)中心編著.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書生物2遺傳與變異[M].人民教育出版社，2007.

[3]王廣祥等，新新學(xué)案.高中生物.1：必修.陜西人民教育出版社，2013.83endprint