摘 要：《探索遺傳物質的過程》是高中生物必修二第四章《遺傳的分子基礎》的第一節(jié)，學生在學習過程中大多數只停留在記住實驗基本過程上，并沒有真正領會科學家在不斷研究中所采用的技術以及設計思路，所以考試時對于出現的題目無從下手。如若我們在課堂教學實踐中，搭起良好的思維階梯，讓學生參與科學家探索的過程，不斷思考，那么對于這部分知識便可以輕松掌握。同時也能夠讓學生獲得成就感，對生命科學研究產生濃厚的興趣。本文筆者便以如何構架思維階梯，談一談自己在教學實踐中的一些思考。

關鍵詞：思維階梯;遺傳物質;高中生物學

一、 巧設鋪墊，填補教材思維斷層

本節(jié)課課題為《探索遺傳物質的過程》，所以重心在“遺傳物質”這個詞上。遺傳物質是什么？這個問題對于學生現有的知識水平來說，很容易便可以答出來——“DNA”，但本節(jié)課是探索遺傳物質到底是什么的過程，所以得讓學生跟隨科學家的腳步一步一步地去探索。在課堂開始之前，我采用了這樣的導入方式：生活中經常會遇到這樣一個場景——這孩子跟他爸爸長得真像。那么問題來了，“長得真像”是什么意思？用生物學知識怎么描述？那能不能說他爸爸跟他長得很像？這些問題雖然切入點很小，但卻揭示了遺傳物質的本質。接著我給出遺傳的概念與原因。

遺傳：子代與親代個體之間相似的現象稱為遺傳。

原因：親代通過遺傳物質把遺傳信息傳遞給子代，子代按照遺傳信息生長、發(fā)育，因此子代總有與親代相同或相似的性狀。

學生根據所給內容自由討論后，可以總結出一些遺傳物質的特點，如可遺傳、可控制生物性狀、攜帶大量遺傳信息等等。為什么這個地方我要設置這個環(huán)節(jié)呢？這是為了給后面格里菲思實驗結論的分析作理論基礎。

格里菲思用肺炎雙球菌做完體內轉化實驗后得出結論：加熱殺死的S型菌中必然存在某種“轉化因子”，可以將R型菌轉化為S型菌。當我們講解到格里菲思結論時，學生必然會有疑問，不是要探究遺傳物質是什么嗎？怎么又多了個“轉化因子”？“轉化因子”和遺傳物質是什么關系？那么這個地方便存在著思維斷層，教材中并沒有特別體現這一點。那么作為教師，我們需要思考“轉化因子”和遺傳物質的關系，當我們認真分析格里菲思做的第四組實驗，我們不難發(fā)現，這個“轉化因子”在行使遺傳物質的功能。分析如下：

事實1：“轉化因子”必然使R型菌出現了莢膜，使得轉化的R型菌能夠抵御小鼠體內免疫系統(tǒng)的傷害，表現出致死的能力，即轉化為了S型菌，發(fā)生遺傳性狀的改變。

結論1：“轉化因子”可控制生物性狀。

事實2：科學家在第四組死亡小鼠體內剝離出了R型菌和少部分發(fā)生轉化得到的S型菌，這些轉化后得到的S型菌后代仍然為S型菌。

結論2：“轉化因子”可遺傳。

事實3：“轉化因子”能夠使R型菌轉化為S型菌。

結論3：“轉化因子”可遺傳并且控制著生物的變異。

結合本節(jié)課開始前分析的遺傳物質的特點，我們很容易便可以分析出“轉化因子”便是遺傳物質的結論。這樣便可以解決學生內心的困惑，也可以讓課堂走向一直圍繞著“遺傳物質”展開。

在格里菲思做完實驗后，書上緊接著介紹了艾弗里實驗，那我們如何做好這一部分的鋪墊工作呢？書上積極思維中提到了一句話：“格里菲思的實驗還不能說明遺傳物質是什么。如果讓你接替格里菲思的研究工作，進一步證明什么是遺傳物質的話，你應該如何設計并實施實驗？”那么根據書上這句話的引導，我將這個問題分散成幾個小問題：

問題1：格里菲思結論中的“轉化因子”具體是什么物質我們知不知道？你還在哪些地方聽過“因子”這個詞？

分析1：“轉化因子”具體是什么誰也不知道?！耙蜃印边@個詞在前面我們有接觸過“致癌因子”和“遺傳因子”。這些詞的共同點就是我們不知道它具體是什么物質，但它確實是存在的，命名方式就是“功能”+“因子”。

問題2：如果你是格里菲思，肯定會想知道“轉化因子”是什么物質，你有什么思路嗎？

分析2：將S型菌各種組分分離提純后，再分別研究他們的轉化作用。

問題3：那么格里菲思為什么沒有進一步展開相關研究呢？是他沒有想到這個思路嗎？

分析3：格里菲思時代不具備分離提純條件，科學發(fā)展離不開技術的支持。

問題4：你是如何認識科學與技術之間關系的，對你有什么啟示？

分析4：科學成果的取得必須有技術手段作保證，技術的發(fā)展需要以科學原理為基礎，因此，科學與技術是相互支持、相互促進的。

問題5：如果將S型菌各組分分離提純獲得純凈物后，你將如何設計這個實驗？

分析5：將S型菌各種組分分離提純后分別與R型菌混合，注射到小鼠體內，觀察小鼠死活，使小鼠致死的那一組便是加了“轉化因子”。另外，我們也可以直接將S型菌各組分分離提純后與R型菌混合，放入各組培養(yǎng)基中培養(yǎng)，如果菌落中出現光滑菌落，即表明出現了S型菌，這種組分便為“轉化因子”，也就是遺傳物質。

通過設置以上問題給小組討論，學生自己便能夠想出下一步的設計思路，并且他們的想法與接下來要介紹的艾弗里體外轉化實驗一致，在這個過程中，能夠讓學生獲得學習的成就感并對生命科學研究產生興趣。

二、 層層剝絲，突顯科學探索精神

本節(jié)課旨在學生以生命科學史線路和科技發(fā)展線路重溫科學家探索遺傳物質的過程。所以在整個課堂教學中，可以按照遺傳學時間發(fā)展順序展開教學。

如對遺傳物質的早期推測中：我們可以先從最初對遺傳物質探索的科學家孟德爾回憶起，19世紀中期，孟德爾在做完8年豌豆實驗后揭示了遺傳學上兩大定律，基因分離定律和基因自由組合定律。證明了生物的性狀是由遺傳因子控制的。后來丹麥科學家約翰遜將遺傳因子更名為基因。20世紀初期，摩爾根通過果蠅實驗證明了基因位于染色體上。當時科學家已經知道染色體主要由蛋白質和DNA組成，那么，這兩種物質中，究竟哪一種是遺傳物質呢？科學家大多認為遺傳物質為蛋白質，因為氨基酸的多種排列順序可能蘊含著遺傳信息。簡短幾分鐘的介紹，加深了學生對生命科學史的了解，并且讓學生身臨其境地思考問題，激發(fā)學生無窮的探索欲望。

在艾弗里體外轉化實驗中，書上給“S型菌DNA與R型菌混合”這一組實驗加了一組對照實驗：“S型菌DNA與DNA酶混合后與R型菌混合”。但設身處地地想一想，當時艾弗里的實驗肯定不是一次完成的。是先發(fā)現“S型菌DNA與R型菌混合”這一組實驗的培養(yǎng)基上出現了外表光滑的菌落，即S型菌的DNA為“轉化因子”，為了驗證結論的正確性，才設計了這一組實驗的對照組，即“S型菌DNA與DNA酶混合后與R型菌混合”。目的是進一步確定是S型菌的DNA為“轉化因子”。所以在課堂教學中，我們可以先了解下學生的探索思路，如果有不足的地方，可以加以補充，而不是直接將艾弗里實驗展示在學生面前，這樣做的目的是更好地還原探索過程中科學家的心路歷程。

艾弗里體外轉化實驗能夠得出結論：DNA是遺傳物質，而蛋白質等其他物質不是遺傳物質。我們回顧格里菲思體內轉化實驗中，S型菌的DNA為轉化因子。但為什么已經被加熱殺死的S型菌的DNA還能使R型菌轉化呢？我們可以給出一段材料：聚合酶鏈式反應（PCR）原理，讓學生在閱讀材料過程中思考問題。通過思考，學生能夠得知：當溫度升高到90～95℃時，DNA雙鏈自然解開;當溫度回落到60～65℃時，DNA兩條鏈之間的氫鍵自然恢復，即恢復活性。故而加熱殺死的S型菌中的DNA仍然具有轉化活性。

格里菲思與艾弗里開展的實驗都是肺炎雙球菌轉化實驗。那肺炎雙球菌到底如何發(fā)生轉化的呢？轉化的實質又是什么？如圖所示：

通過展示上圖，學生可以清楚地知道肺炎雙球菌是如何發(fā)生轉化的。肺炎雙球菌轉化的實質便是基因重組?！稗D化”一詞在生物必修課本中并不常見，選修中涉及農桿菌轉化技術。在本節(jié)課教材中，“轉化”一詞出現頻繁，所以我覺得有必要在這個地方給學生普及一下“轉化”的知識，為后面學習基因重組和選修內容打下基礎。

我們知道艾弗里實驗設計思路非常好，但由于當時技術條件的不足，艾弗里提取出的DNA，純度最高時，仍然混有0.02%的蛋白質，所以學術界對艾弗里的實驗結論還是很質疑。艾弗里提取出的DNA純度不足違背了他一開始的實驗設計思路：將S型菌各組分分離提純后與R型菌混合培養(yǎng)，單獨直接地觀察它們的作用。正是因為艾弗里實驗存在不足，才會引入到T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗。但本著鍛煉學生探索精神的目的，我們可以讓學生對艾弗里提取的DNA純度不夠做出解決措施。學生可能會有以下兩種方案：

方案1：將從S型菌中分離并提純出的DNA進行加熱處理，在高溫條件下，DNA和蛋白質都會變性，當溫度回落后，DNA復性，蛋白質活性不恢復，能夠起到除雜的作用。

方案2：在從S型菌中分離并提純出的DNA中加入蛋白酶處理，蛋白酶可以水解蛋白質。

以上兩種方案是我們學生通過前面所學知識能夠想到的，這些方案的提出我們需要給予表揚，接著我們讓學生思考并討論這些方案的可行性。方案2中蛋白酶可以除去蛋白質，但在除雜的過程中蛋白酶自身就是雜質，所以這種方案不可行。方案1的操作具有可行性，就是學生剛剛接觸的格里菲思體內轉化實驗中的第四組實驗。所以學生能夠想到這個方法說明學生已經學以致用了。學生思考到這個地方求知欲已經上升到高潮，此時我們再來一句過渡語：到底如何將蛋白質和DNA徹底分開單獨研究呢？這一問題將在下面一個實驗：T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗中得以解決，勾起學生無限的好奇欲。

三、 結語

以上便是我在《探索遺傳物質的過程》這節(jié)課中的一些教學感想，總的下來便是一句話：授人以魚不如授人以漁。在教學過程中注重培養(yǎng)學生的思維品質，這便是我們應該努力的方向。當然，在實際教學實踐中肯定還存在著諸多不足，但我相信，不斷思考，注意傾聽學生的聲音，一定可以讓生物課堂開出美麗而嬌艷的花。

參考文獻：

[1]周東美，曲桂玲.《DNA是主要的遺傳物質》一課中生物學核心素養(yǎng)的培養(yǎng)[J].黑龍江教育學院學報，2017（7）：74-75.

[2]李珊珊.“DNA是主要的遺傳物質”一節(jié)的教學設計[J].中學生物學，2018，34（9）：7-9.

[3]鐘慧娟.“DNA是主要的遺傳物質”一課學生的思維斷層[J].中學生物學，2018（8）：26-27.

作者簡介：

江蘇云，江蘇省南京市，南京市棲霞中學。