李珊珊

摘要通過(guò)“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”引導(dǎo)學(xué)生合理質(zhì)疑，巧用比喻還原實(shí)驗(yàn)思路，分析現(xiàn)象并得出結(jié)論，結(jié)合模型建構(gòu)讓學(xué)生體驗(yàn)“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”過(guò)程，以問(wèn)題串的形式引領(lǐng)學(xué)生層層深入地進(jìn)行邏輯推理，充分挖掘思維素材發(fā)展學(xué)生各種思維能力，力求使學(xué)生在分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程中提高科學(xué)思維水平，同時(shí)體驗(yàn)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和不斷探究的科學(xué)精神。

關(guān)鍵詞 問(wèn)題串 科學(xué)思維 教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1教材分析與設(shè)計(jì)思路

“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”是高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)人教版實(shí)驗(yàn)教科書《必修2·遺傳與進(jìn)化》第三章第一節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容介紹了對(duì)遺傳物質(zhì)的早期推測(cè)、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的原理和過(guò)程是本節(jié)需要重點(diǎn)闡明的知識(shí)，難點(diǎn)是通過(guò)學(xué)習(xí)遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，體驗(yàn)科學(xué)家的探究思維。本節(jié)教學(xué)重在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究等生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，為此筆者通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生合理質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生的信息獲取和分析能力；巧用比喻結(jié)合角色扮演，領(lǐng)悟科學(xué)研究方法和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度；運(yùn)用假說(shuō)一演繹法，在培養(yǎng)學(xué)生理性思維的過(guò)程中突破教學(xué)的重難點(diǎn)，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

②19世紀(jì)末，科學(xué)家通過(guò)研究生物生殖過(guò)程中細(xì)胞的有絲分裂、減數(shù)分裂和受精過(guò)程，認(rèn)識(shí)到染色體在遺傳中的行為變化。據(jù)此，薩頓提出了什么假說(shuō)？

③20世紀(jì)初期，摩爾根通過(guò)果蠅雜交實(shí)驗(yàn)證明了基因位于什么結(jié)構(gòu)上？

④20世紀(jì)中葉，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)染色體主要由哪些物質(zhì)組成？

教師用問(wèn)題串帶領(lǐng)學(xué)生回顧對(duì)遺傳物質(zhì)認(rèn)識(shí)過(guò)程的科學(xué)史，并呈現(xiàn)早期科學(xué)界爭(zhēng)議了很長(zhǎng)時(shí)間的問(wèn)題：蛋白質(zhì)和DNA究竟誰(shuí)是遺傳物質(zhì)？教師指出：20世紀(jì)中葉，為什么大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)。那么，后來(lái)的科學(xué)家又是怎么證明DNA是遺傳物質(zhì)的呢？

設(shè)計(jì)意圖：教師以史導(dǎo)史，使學(xué)生初步認(rèn)同科學(xué)認(rèn)識(shí)是一個(gè)過(guò)程，并通過(guò)問(wèn)題串的形式層層深入。這樣既復(fù)習(xí)了舊知識(shí)，又引出新課，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，又激發(fā)了學(xué)生的探究興趣。

3.2格里菲斯的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

教師展示培養(yǎng)基中S型細(xì)菌和R型細(xì)菌培養(yǎng)的圖片，要求學(xué)生思考、確定培養(yǎng)基中的菌體類型的方法，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步比較兩種細(xì)菌的區(qū)別。教師播放格里菲斯的四組實(shí)驗(yàn)過(guò)程的視頻，提出以下問(wèn)題：

①比較分析第一、二組實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明了什么？比較分析第二、三組又說(shuō)明了什么？

②僅有第四組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，你能得出什么推論？其推論是唯一的嗎？（學(xué)生作出假設(shè)：假設(shè)一：可能R型細(xì)菌發(fā)生了突變；假設(shè)二：滅活的S型細(xì)菌“死而復(fù)活”了等）

③依據(jù)這四組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，你能得出什么結(jié)論？（學(xué)生分析第一組的現(xiàn)象，可知假設(shè)一不成立；分析第三組也可推翻該假設(shè)二）

學(xué)生做出假設(shè)，并分析格里菲斯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷自己所做的假設(shè)是否正確。教師提醒學(xué)生，注意結(jié)合學(xué)案中的資料一：蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的體現(xiàn)者；蛋白質(zhì)和DNA對(duì)熱的耐受性不一樣；實(shí)驗(yàn)中的高溫處理導(dǎo)致蛋白質(zhì)、莢膜結(jié)構(gòu)破壞后不可恢復(fù)，而DNA分子在此高溫處理變性后，隨溫度恢復(fù)，結(jié)構(gòu)亦可恢復(fù)（DNA可變性和復(fù)性）。

教師及時(shí)解答學(xué)生在分析過(guò)程中可能產(chǎn)生的疑問(wèn)，搭建支架，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、推理。學(xué)生得出結(jié)論：滅活的S型細(xì)菌中的某種活性物質(zhì)使R型菌轉(zhuǎn)變成了活的S型菌。

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生觀察經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生分析和推理能力；依據(jù)“最近發(fā)展區(qū)”理論，建立恰當(dāng)?shù)闹Ъ?，幫助學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入理解和思考，培養(yǎng)他們處理信息和歸納總結(jié)的能力。

3.3艾弗里肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

教師提出問(wèn)題：格里菲斯實(shí)驗(yàn)有沒(méi)有證明轉(zhuǎn)化因子究竟是什么物質(zhì)？如果你做轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，想繼續(xù)實(shí)驗(yàn)證明S型菌中到底哪一種成分是轉(zhuǎn)化因子，應(yīng)如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？你的設(shè)計(jì)思路是什么？在教學(xué)中，問(wèn)題引導(dǎo)為探索艾弗里等人進(jìn)行的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教師針對(duì)學(xué)生的理解和聽課狀態(tài)，適時(shí)使用成語(yǔ)“濫竽充數(shù)”做比喻，要求學(xué)生說(shuō)出可用哪種方法找到“濫竽充數(shù)”的人。這樣既能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，同時(shí)運(yùn)用比喻的方法，達(dá)到化難為易、化繁為簡(jiǎn)的效果。有學(xué)生立刻回答“將S型細(xì)菌的DNA、蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)提純，分別加入到培養(yǎng)了R型細(xì)菌的培養(yǎng)基中”。

接著，教師展示艾弗里前兩組實(shí)驗(yàn)過(guò)程的圖片，即培養(yǎng)基中混合加入R型細(xì)菌和S型細(xì)菌的DNA以及培養(yǎng)基中混合加入R型細(xì)菌和S型細(xì)菌的蛋白質(zhì)或莢膜多糖。學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論：DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。

分析前兩組實(shí)驗(yàn)后，教師結(jié)合學(xué)案資料二，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)結(jié)論。（學(xué)案資料二：艾弗里等人發(fā)現(xiàn)只有加入了S型菌的DNA，R型細(xì)菌才能轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌，且DNA的純度越高，轉(zhuǎn)化就越有效。艾弗里的發(fā)現(xiàn)引起了很多科學(xué)家的重視，艾弗里也因此獲得了1946年諾貝爾獎(jiǎng)的提名。但是，最終他錯(cuò)過(guò)了諾貝爾獎(jiǎng)）諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)認(rèn)為，在科學(xué)研究中，嚴(yán)謹(jǐn)是至關(guān)重要的。教師提出問(wèn)題假如你是諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)成員，你認(rèn)為艾弗里的實(shí)驗(yàn)有什么不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤剑?/p>

教師利用角色扮演，較好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)他們的批判性思維，同時(shí)使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和不斷探究的科學(xué)精神。學(xué)生也較容易接受艾弗里等人的第三組實(shí)驗(yàn)即培養(yǎng)基中混合加入R型細(xì)菌、S型細(xì)菌的DNA和DNA酶，是為了驗(yàn)證前面得出的結(jié)論。教師總結(jié)：艾弗里向世人展示了一個(gè)科學(xué)家面對(duì)質(zhì)疑的勇氣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，有力地回?fù)袅速|(zhì)疑。

設(shè)計(jì)意圖：教師在教學(xué)中運(yùn)用比喻的方法，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)難點(diǎn)的理解，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的理性思維能力，達(dá)成描述設(shè)計(jì)思路的知識(shí)目標(biāo)。教師精心選擇和組織素材，通過(guò)合理質(zhì)疑、邏輯推理及分析，使學(xué)生具備一定的批判性思維能力，提升學(xué)生的思維品質(zhì)，使學(xué)生養(yǎng)成良好的情感、態(tài)度與價(jià)值觀。

3.4噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)

學(xué)習(xí)完肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：有沒(méi)有比細(xì)菌更簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)材料呢？補(bǔ)充展示T2噬菌體的組成成分及侵染細(xì)菌的流程及圖片，吸附一注入自身物質(zhì)一復(fù)制子代的噬菌體DNA和合成子代噬菌體的蛋白質(zhì)一組裝子代噬菌體一釋放，其中“注入自身物質(zhì)”暫不提供圖示。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：圖中噬菌體注入大腸桿菌體內(nèi)的物質(zhì)可能是什么呢？學(xué)生嘗試通過(guò)推理和想象，提出解釋問(wèn)題的假說(shuō)：

①DNA進(jìn)入了大腸桿菌，蛋白質(zhì)沒(méi)有進(jìn)去；

②蛋白質(zhì)進(jìn)入了大腸桿菌，DNA沒(méi)有進(jìn)去；

③蛋白質(zhì)和DNA都進(jìn)入了大腸桿菌。

師生總結(jié)T2噬菌體作為實(shí)驗(yàn)材料的兩點(diǎn)原因：

①結(jié)構(gòu)和組成成分比較簡(jiǎn)單，只有蛋白質(zhì)和DNA；

②噬菌體侵染大腸桿菌的過(guò)程中，蛋白質(zhì)和DNA可能會(huì)分開。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考標(biāo)記和追蹤物質(zhì)轉(zhuǎn)移途徑的常用方法——同位素標(biāo)記法。教師結(jié)合學(xué)案資料三，提出問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)中，為什么選擇³²P和³⁵S這兩種同位素分別對(duì)DNA和蛋白質(zhì)標(biāo)記？設(shè)計(jì)一組實(shí)驗(yàn)，同時(shí)標(biāo)記噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)行嗎？用¹⁴C和¹⁸O同位素標(biāo)記可行嗎？（學(xué)案資料三：放射性核探測(cè)儀器可以追蹤放射性存在的位置和強(qiáng)弱，但不能確定由哪個(gè)元素發(fā)出來(lái)的）教師啟發(fā)學(xué)生通過(guò)逆向思維分析問(wèn)題得出正確的標(biāo)記方法：設(shè)計(jì)兩組實(shí)驗(yàn)，分別用³²P和³⁵S標(biāo)記噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)。

教學(xué)中，教師可用素描紙、顏料或蠟筆、剪刀準(zhǔn)備相關(guān)自制教具，如剪取形狀大小適宜的錐形瓶（代表制備的培養(yǎng)基），大腸桿菌和噬菌體等，再用不同顏色（如紅色和藍(lán)色）的顏料或蠟筆對(duì)其進(jìn)行涂色，分別代表不同放射性標(biāo)記的組別，而不涂色的噬菌體和大腸桿菌代表沒(méi)有作過(guò)標(biāo)記，并借助磁性吸鐵石將教具在黑板展示。教師設(shè)置以下問(wèn)題：

①如何標(biāo)記噬菌體？

②被³²P或³⁵S標(biāo)記的噬菌體分別侵染什么樣的大腸桿菌？

③將噬菌體與其吸附的大腸桿菌分離時(shí)攪拌的目的是什么？離心的目的是什么？離心后上清液與沉淀液中各是什么物質(zhì)成分？

④赫爾希和蔡斯的實(shí)驗(yàn)中上清液和沉淀物中放射性分布情況怎么樣？這表明哪種假設(shè)是正確的？

⑤該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路是什么？

教師引導(dǎo)學(xué)生演繹推理各種假設(shè)中上清液和沉淀物的放射性分布并完成表1。教師再引導(dǎo)學(xué)生觀察子代釋放的噬菌體放射性情況，從連續(xù)性和穩(wěn)定性方面說(shuō)出DNA是遺傳物質(zhì)的結(jié)論。

這樣，學(xué)生帶著問(wèn)題在自主、合作的探究過(guò)程中互動(dòng)交流，學(xué)會(huì)與同伴共同探討問(wèn)題，協(xié)作解決問(wèn)題，最后實(shí)現(xiàn)共同提高、達(dá)到解決問(wèn)題的目的。例如，學(xué)生在演示正確標(biāo)記噬菌體的過(guò)程時(shí)，有的用培養(yǎng)基直接培養(yǎng)標(biāo)記噬菌體。教師則抓住機(jī)會(huì)，讓學(xué)生去思考、去發(fā)現(xiàn)、去質(zhì)疑：T2噬菌體是專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)，該如何正確標(biāo)記T2噬菌體呢？

最后，教師提供給學(xué)生煙草花葉病毒的相關(guān)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明RNA也是遺傳物質(zhì)，并說(shuō)出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。最終，學(xué)生得出結(jié)論：DNA是主要的遺傳物質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生模擬科學(xué)發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用假說(shuō)一演繹法，進(jìn)行科學(xué)探究；通過(guò)小組合作探究培養(yǎng)學(xué)生的合作精神；使學(xué)生認(rèn)同科學(xué)認(rèn)識(shí)是一個(gè)不斷深化、不斷完善的過(guò)程。教師引導(dǎo)學(xué)生充分利用已經(jīng)掌握的知識(shí)，在遷移中應(yīng)用，不僅培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)思維，也促進(jìn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的深層學(xué)習(xí)，使學(xué)生構(gòu)建出“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的核心概念。

4教學(xué)反思

在本課教學(xué)中，教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，激趣設(shè)疑，活躍氣氛導(dǎo)入新課。三組實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)側(cè)重點(diǎn)各有不同，格里菲斯肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)輕實(shí)驗(yàn)過(guò)程，重分析現(xiàn)象推理得出結(jié)論；研究了格里菲斯的小鼠實(shí)驗(yàn)后，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，思考并描述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，通過(guò)角色扮演體驗(yàn)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和不斷探究的科學(xué)精神；最后，使學(xué)生在活動(dòng)中體驗(yàn)噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，思考并分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論，領(lǐng)悟科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。實(shí)際教學(xué)中，為了使課堂更加完整，導(dǎo)致本節(jié)課的節(jié)奏有點(diǎn)快，教師在課前讓興趣小組先熟悉噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?gòu)中的各種模擬結(jié)構(gòu)，教學(xué)效果可能會(huì)更好。