倪付花 胡家會(huì)
(1.山東省聊城第一中學(xué),山東 聊城252000;2.聊城大學(xué)生命科學(xué)院,山東 聊城252000)
2017年版生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出,要加強(qiáng)科學(xué)史教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與科學(xué)思維等核心素養(yǎng)?!笆删w侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”既是人教版高中生物學(xué)教材中的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容,又是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。受實(shí)驗(yàn)條件的限制,沒有辦法真正完成實(shí)驗(yàn)操作;學(xué)生又缺少對噬菌體的感性認(rèn)識(shí),對于實(shí)驗(yàn)結(jié)論的推理,學(xué)生只能停留在表層認(rèn)識(shí)上。筆者用實(shí)物自制噬菌體、大腸桿菌物理模型;制作模擬噬菌體侵染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)的保溫、攪拌、離心過程的平面圖模型。學(xué)生通過模型構(gòu)建與合作,探究噬菌體侵染細(xì)菌時(shí)注入的是DNA還是蛋白質(zhì),獲得了豐富的感性認(rèn)知,學(xué)生動(dòng)手能力得到地提高,還能夠感受科學(xué)家的探究過程和更好地把握實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)。
把六根書釘?shù)囊欢朔郏迦胫行怨P芯筆尖的帽子中,制作噬菌體模型(圖1)。用獼猴桃作為大腸桿菌的物理模型(圖2),把噬菌體模型的書釘一端放在獼猴桃表面,模擬噬菌體的吸附過程(圖3)。模擬所用的材料常見,模型形象生動(dòng),可比性強(qiáng)。
圖2 大腸桿菌模型
圖3 噬菌體吸附模型
根據(jù)噬菌體、大腸桿菌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及保溫、攪拌和離心的過程,打印其平面圖模型(圖4、圖5、圖6)。
圖4 噬菌體平面
圖5 大腸桿菌平面圖
圖6 保溫、攪拌和離心過程平面圖
根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)備,把學(xué)生分成4人一組,利用提供的噬菌體、大腸桿菌模型和模擬保溫、攪拌、離心過程的平面圖形,小組內(nèi)合作,構(gòu)建模型,探究問題。
2.2.1 探究噬菌體注入DNA的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
兩名同學(xué)用紅色記號(hào)筆標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)。假設(shè)注入的是DNA,學(xué)生利用模型,在紙板上演示噬菌體與大腸桿菌混合后經(jīng)保溫、攪拌、離心后各階段發(fā)生的現(xiàn)象,推測結(jié)果應(yīng)是上清液中有紅色標(biāo)記物(圖7)。
圖7 標(biāo)記蛋白質(zhì),注入DNA
兩名同學(xué)用紅色記號(hào)筆標(biāo)記噬菌體的DNA。假設(shè)注入的是DNA,學(xué)生利用模型重復(fù)上述過程,推測結(jié)果應(yīng)該是沉淀物中有紅色標(biāo)記物(圖8)。
圖8 標(biāo)記DNA,注入DNA
小組同學(xué)把兩種假設(shè)結(jié)果進(jìn)行對比,一致認(rèn)為:分別標(biāo)記噬菌體的DNA和蛋白質(zhì),看沉淀物是否有標(biāo)記,則可判定噬菌體注入大腸桿菌的是DNA還是蛋白質(zhì),即是噬菌體的遺傳物質(zhì)。
2.2.2 構(gòu)建概念模型
學(xué)生經(jīng)過探究前兩個(gè)問題,迫切想知道實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是哪一種。教師通過展示赫爾希和蔡斯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對比探究模型,使學(xué)生很容易得出結(jié)論:噬菌體侵染大腸桿菌時(shí),DNA進(jìn)入宿主的細(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。DNA才是真正的遺傳物質(zhì)。
教師播放T2噬菌體侵染大腸桿菌的動(dòng)畫,學(xué)生構(gòu)建侵染過程的概念模型:吸附—注入DNA—復(fù)制子代的DNA和合成子代噬菌體的蛋白質(zhì)—組裝子代噬菌體—釋放。
2.2.3 探究實(shí)驗(yàn)問題
教師提問實(shí)驗(yàn)過程中攪拌和離心的目的是什么,學(xué)生在回答的基礎(chǔ)上再去重溫2.2.1構(gòu)建的模型,很容易認(rèn)識(shí)到,如果攪拌不充分,吸附在大腸桿菌上的噬菌體蛋白質(zhì)外殼就會(huì)有少量不分離(圖9);如果保溫時(shí)間過長,大腸桿菌破裂后就會(huì)釋放子代噬菌體,其會(huì)進(jìn)入上清液(圖10)。
圖9 攪拌不充分的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖10 保溫時(shí)間過長的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
通過小組間對比構(gòu)建的模型,通過交流,強(qiáng)化了學(xué)生對噬菌體的遺傳物質(zhì)是DNA的認(rèn)識(shí),也激發(fā)了其學(xué)習(xí)DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制的興趣,并為其“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。
對于“噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)探究,筆者構(gòu)建了噬菌體和大腸桿菌的物理模型,噬菌體、大腸桿菌及容器等平面圖模型,不僅找到了解決實(shí)驗(yàn)問題的“腳手架”,激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,也讓學(xué)生一步一步參與探究實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,最終得出科學(xué)結(jié)論。在此探究過程中,學(xué)生體驗(yàn)了探究的快樂,學(xué)生的動(dòng)手能力和科學(xué)思維品質(zhì)得到了培養(yǎng)。