理艷霞

摘要：通過對在噬菌體侵染細(xì)菌實驗的教學(xué)過程中所遇到的難點進(jìn)行思考，我設(shè)計制作了模擬磁吸教具，同時通過創(chuàng)設(shè)假說一演繹的情境，在課堂教學(xué)中創(chuàng)新應(yīng)用模擬教具，有效突破噬茵體侵染細(xì)菌實驗的教學(xué)難點，促使學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)得到提升。

關(guān)鍵詞：模擬教具;假說一演繹;科學(xué)探究;情境

一、研究背景

噬菌體侵染細(xì)菌實驗歷來是高中生物教學(xué)中的難點，原因在于實驗過程不能在課堂上實際操作，如果僅僅采用傳統(tǒng)的講授教學(xué)法則會使學(xué)生的學(xué)習(xí)較為枯燥、學(xué)習(xí)的效率不高。因此，筆者采用教具模擬將實驗過程直觀化，并通過設(shè)置假說演繹的情境，使學(xué)生在輕松的自主探究過程中更好領(lǐng)悟科學(xué)家的實驗設(shè)計思路和研究方法等。

二、教具的創(chuàng)新應(yīng)用思路

在以往出現(xiàn)過的教師自制磁吸教具，并沒有用來演示實驗步驟，而是用來演示噬菌體侵染細(xì)菌的過程，之后教師再講解實驗步驟。然而，我認(rèn)為這樣就違背了科學(xué)認(rèn)知規(guī)律，因為噬菌體如何侵染細(xì)菌的過程是實驗探究的結(jié)果，不應(yīng)該將其視為研究背景在一開始就展示。而應(yīng)該在最后播放研究成果T2噬菌體侵染細(xì)菌的過程動畫。同時，已有的模擬教具只有關(guān)于噬菌體和大腸桿菌的結(jié)構(gòu)模擬圖，沒有試管背景做輔助，具有一定的局限性，不能拿來演示實驗的完整步驟。

三、模擬教具示意圖：

圖1模擬教具結(jié)構(gòu)示意圖

注：灰色為無放射性標(biāo)記，黑色為有放射性標(biāo)記，組件可以移動。

四、使用模擬教具的教學(xué)設(shè)計

1.研究思路和研究方法：

教師展示T2噬菌體的結(jié)構(gòu)動畫并引導(dǎo)學(xué)生分析噬菌體作為研究材料的優(yōu)點是：①噬菌體僅由DNA和蛋白質(zhì)兩種物質(zhì)組成，這就使實驗設(shè)計變得更加簡單;②T2噬菌體是一種寄生在大腸桿菌體內(nèi)的病毒，侵染大腸桿菌后，就會在自身遺傳物質(zhì)的作用下，利用宿主大腸桿菌體內(nèi)的物質(zhì)，來合成自身的組成成分，進(jìn)行大量繁殖。這就意味著我們只要分別追蹤噬菌體蛋白質(zhì)和DNA觀察噬菌體到底將誰送入大腸桿菌體內(nèi)，誰就是遺傳物質(zhì)。之后順利引入研究方法：放射性同位素示蹤技術(shù)。

2.實驗步驟：

教師引導(dǎo)學(xué)生分析每個實驗步驟的設(shè)置目的。

（1）標(biāo)記：只有用蛋白質(zhì)外殼和DNA的特征元素35S和32P分別進(jìn)行標(biāo)記才能設(shè)法將DNA和蛋白質(zhì)分開，使實驗結(jié)果更有說服力。利用35S標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼需要分兩步進(jìn)行的原因是：噬菌體屬于病毒，無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，必須依賴宿主才能繁殖下一代，所以第一步先利用含35S的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌得到含35S的大腸桿菌，第二步利用普通噬菌體侵染含35S的大腸桿菌得到含35S的子代噬菌體。

（2）侵染：經(jīng)過短時間的保溫，噬菌體侵染細(xì)菌，將遺傳物質(zhì)送入大腸桿菌。

（3）攪拌和離心：教師展示動畫以幫助學(xué)生更好理解攪拌和離心的目的。

（4）檢測：檢測上清液和沉淀物的放射性。

3.假說演繹情境設(shè)置

在理解研究思路、研究方法和研究步驟的前提下，教師設(shè)置假說演繹情境，學(xué)生以小組形式合作完成：提出問題→做出假設(shè)→演繹推理→實驗驗證→得出結(jié)論的過程（如圖3）：

若假設(shè)①DNA是遺傳物質(zhì)，則噬菌體侵染大腸桿菌后會將DNA注入大腸桿菌，蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)菌體外，經(jīng)過攪拌離心后，重量較輕的未進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)的噬菌體顆粒會分布在上清液，而進(jìn)入大腸桿菌體內(nèi)的噬菌體DNA會隨著較重的大腸桿菌留在沉淀物中。預(yù)期實驗結(jié)果①為.35S標(biāo)記蛋白質(zhì)紅放射性同位素主要分布在上清液中，32P標(biāo)記DNA組：放射性同位素主要分布在沉淀物中。

若假設(shè)②：蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)，則預(yù)期實驗結(jié)果②為：35S標(biāo)記蛋白質(zhì)組：放射性同位素主要分布在沉淀物中，32P標(biāo)記DNA組：放射性同位素主要分布在上清液中。

若假設(shè)③：蛋白質(zhì)和DNA都是遺傳物質(zhì)，則預(yù)期實驗結(jié)果③為：35S標(biāo)記蛋白質(zhì)組：放射性同位素主要分布在沉淀物中，32P標(biāo)記DNA組：放射性同位素主要分布在沉淀物中。

最后，將預(yù)期實驗結(jié)果①②③與實際實驗結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)實際結(jié)果與預(yù)期結(jié)果①一致，證明假設(shè)①正確，即噬菌體侵染細(xì)菌時，DNA進(jìn)入到細(xì)菌的細(xì)胞中，而蛋白質(zhì)外殼留在外面。因此，子代噬菌體的各種性狀，是通過親代的DNA遺傳的。因此DNA才是真正的遺傳物質(zhì)。最后教師再展示該實驗的研究成果噬菌體侵染細(xì)菌的模擬動畫。

五、創(chuàng)新應(yīng)用的關(guān)鍵點：

1.添加試管背景模擬上清液和沉淀物的位置;

2.在假說演繹的情境下進(jìn)行不同假設(shè)下的實驗結(jié)果預(yù)期，再將預(yù)期結(jié)果與實際結(jié)果進(jìn)行比較分析，得出實驗結(jié)論，以提升學(xué)生科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。

3.學(xué)生在使用這一模擬教具時，操作簡便。

4.該教具還可以用于演示攪拌不充分會導(dǎo)致什么結(jié)果？侵染時間過長會導(dǎo)致什么結(jié)果？