“ＤＮＡ是主要的遗传物质”一节教学内容的延伸和拓展

张树虎

摘要在人教版高中生物必修二第三章第一节教材文本材料——遗传物质的早期预测、肺炎双球菌的转化实验、噬菌体侵染细菌的实验基础上，进行适当拓展和延伸，有利于学生理解教材知识、有利于情感目标达成、提高学生实验探究能力，同时教师也要注意防止片面追求拓展材料而冲淡主题。

关键词DNA遗传物质教学拓展生物学教学

中图分类号G633.91

“DNA是主要的遗传物质”一节是人教版高中《生物》必修二第三章第一节的内容，教材内容安排的顺序是：对遗传物质的早期预测；肺炎双球菌的转化实验；噬菌体侵染细菌的实验。这两个经典实验的原理和过程是本节重点，通过经典实验让学生掌握“探究科学发现过程来学习科学研究方法”是本节的难点，教材按照科学家的探索历程以问题的形式引领学生层层深入思考，让学生理解实验的关键思路。由于本节知识点较多，教材文本将主要内容进行概括说明，而多数知识点是学生第一次接触，教师需要延伸和拓展基础知识才能取得较好的教学效果。

3年来，我们对18个平行班级做对照实验(对照班级按照教材内容教学；实验班级对教材内容进行延伸和拓展)，每堂课后采用同一份测试卷，运用三种定量法(均分、Z分数、T分数)进行教学效果评估。结果表明，实验班当堂达标率很高，以均分为例：实验班级的均分比对照班级高10～12分。原因主要是实验班级运用延伸和拓展的素材进行教学符合学生认知特点，学生学得主动，学得轻松，教师的主导作用得到高度体现；同时有利于教师指导学生去合作探究或自主探究，学生听课的兴致明显提高，师生间的交流明显通畅。下面就将本节教学内容拓展和延伸的内容总结如下。

1“对遗传物质的早期预测”的延伸和拓展

1.1素材

中国古代对遗传的了解——朴素遗传概念的形成：早在公元前6世纪，范蠡与越王勾践对策时，总结当地农业生产的经验就说到“桂实生桂，桐实生桐”(据成书于东汉时期的《越绝书》记载)。

公元前329年的《吕氏春秋》一书中，则有了“夫种麦而得麦，种稷而得稷，人不怪也”的记载。这些朴素认识表明，当时人们已把物种性状的遗传看成是很正常的自然现象。

《吕语集粹》一书中指出：“种豆，其苗必豆；种瓜，其苗必瓜。”

《东周列国志》一书在评论春秋韩原之战，则写道：“种瓜得瓜，种豆得豆……”

这类一直流传于民间的谚语，其实就是古人对生物遗传现象的具体描述。

科学研究已经证实这些都是普遍的遗传现象，是由细胞中的遗传物质决定的。这其中到底是什么物质在发挥重要作用呢?有人认为是蛋白质，理由是蛋白质是生命活动的承担者和体现者，生命活动离不开蛋白质，而且蛋白质也是染色体的主要成分之一。

1.2理由

(1)利于情感目标达成。通过中国古代对遗传的了解，让学生明白我国古代劳动人民的聪明才智，激发学生不断探索的精神。通过科学探索史的教育，使学生认识到科学发现的艰难、科学研究的重要性，激发学生了解科学家当年的研究过程和方法的兴趣。

(2)符合学生认知特点。情境导学部分设计的前提要依据学生原有经验，立足学生实际情况——一初中生物教材中“细胞核是遗传信息库”一节中有关于遗传信息在细胞核中，DNA具有贮存遗传信息的功能相关知识。素材中“传宗接代”是生物特有的现象，教学中教师可以通过动画演示“羊的卵式生殖”，结合材料中的谚语，让学生思考生物亲子代之间为何表现相似，研究生物的遗传现象是从性状人手去进行研究的，并且从这个现象可以推出结论：“生物的性状在前后代表现出连续性。它的遗传物质必定能够进行自我复制。”再与学生经验(减数分裂和受精作用)相联系，使学生思考：染色体在亲子代之间保持稳定性和连续性，染色体的成分主要是DNA和蛋白质两种，究竟哪一种是遗传物质呢?这样学生会较容易理解和接受，启发学生思考如何对这一问题进行研究，借助问题激活学生思维，这样符合学生由已知到未知的认知特点，有利于学生探索未知领域，培养学生探究欲望。

2“肺炎双球菌转化实验”的延伸和拓展

2.1素材

(1)肺炎双球菌的基础知识。，肺炎双球菌是一种可以引起人类肺炎和小鼠败血症的病原微生物。已知的肺炎双球菌包括很多不同类型的菌株，但只有光滑型(s型)菌株能致病，其致病性是由细胞表面的一层多糖类物质所引起的，多糖类物质通常不能被宿主的正常防护机构所破坏，因而导致宿主感染。这层多糖类的胶状荚膜使它在固体培养基表面形成的菌落表面明亮光滑，称为光滑型(S型)菌株。

(2)肺炎双球菌转化实验的实质。遗传转化是指同源或异源的游离的DNA分子被细菌细胞摄取，并得以表达的基因转移过程。遗传转化可以分为自然转化和人工转化。自然转化现象首先是在肺炎双球菌中发现的，在肺炎双球菌中，自然转化的第一步是R型受体细胞处于感受态，即能从周围环境中摄取DNA的一种生理状态，然后是DNA在细胞表面的结合和进入。进入细胞的DNA分子一般以单链形式整合进宿主的染色体DNA，并获得遗传特性表达。

(3)增加肺炎双球菌体外转化实验重要环节。在教材格里菲思的第四组实验基础上增加第五组实验：将从第四组实验死亡的小鼠体内分离出的s型活细菌注入到健康的小鼠体内，观察小鼠的生活状况(小鼠死亡)。

2.2理由

(1)有利于学生理解教材文本。教材P43有这样一段文字：“S型细菌可以使人患肺炎或使小鼠患败血症，因此是有毒性的……”如果不延伸教材文本知识，学生无法理解小鼠患败血症的原因。教材文本对于肺炎双球菌转化实验(包括体外转化、体内转化)的实质未介绍，学生能掌握S型中的DNA使R型转化为s型，但不清楚转入原理，仅仅是知其然而不知其所以然。

(2)可以帮助学生完善知识体系。教师增加第五组实验，有利于学生理解经典实验的基本思想，把从死亡小鼠体内分离出的S型活细菌注入到健康的小鼠体内，小鼠死亡，说明S型活细菌在不断繁殖。在训练学生设计探究实验能力方面，培养学生思维思维方面，完善生物学知识网络方面具有非常重要的作用。

3“噬菌体侵染细菌的实验”的延伸和拓展

3.1素材

(1)关于噬菌体的基础知识。噬菌体是一类病毒的统称，是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。噬菌体具有病毒的一些特性：个体微小，可以通过细菌滤过器；没有完整的细胞结构；主要由蛋白质构成的衣壳和包含于其中的核酸组成；只能在活的微生物细胞内复制增殖，是一种专性细胞内寄生的微生物。

(2)噬菌体侵染细菌的过程。

①感染阶段：包括吸附和注入。吸附是噬菌体的尾部附着在细菌的细胞壁上，然后进行“侵入”。噬菌体首先释放溶菌酶，在细菌细胞壁上打开一个缺口，尾鞘收缩，露出尾轴，伸入细胞壁内，紧接着像注射器一

样把头部的DNA注入细菌细胞，其蛋白质外壳留在壁外，不参与增殖过程。

②增殖阶段：包括合成和组装。噬菌体的DNA进入细胞后，会引起一系列变化：细菌的DNA合成停止，酶的合成也受到阻抑，噬菌体逐渐控制了细胞的代谢。子代噬菌体的形成借助于细菌细胞的代谢机制，由噬菌体的DNA巧妙利用宿主细胞的“机器”，大量复制产生子代噬菌体的DNA和蛋白质，并形成完整的噬菌体颗粒。

③成熟阶段：成熟的噬菌体从细菌细胞中释放出来。在潜伏后期，噬菌体增加溶菌酶的释放，用以溶解宿主细胞壁，促使细胞裂解，从而释放出成熟的子代噬菌体。

3.2理由

(1)有利于理解“赫尔希和蔡斯的噬菌体同位素标记的实验”。噬菌体侵染细菌的实验是教学中的一个难点。虽然教材采用了图文并举的编写方法，但是，过于“简练”的文字和图解使学生的学习产生了一定的困难。这对于学生理解课本中实验原理、过程和结论，特别是读懂教材中的图6—4是有较大难度的。学生虽然了解噬菌体的化学成分，但是对于噬菌体侵染细菌的过程，即噬菌体侵染细菌实验阿原理，学生难以理解。为了解决这一困难，教师在讲解完噬菌体的基本内容之后，在介绍课本实验和图解之前，可利用1990年版的人教版高中生物课本，包括文字和图解内容，补充讲解噬菌体侵染细菌的过程。这对理解实验和读懂图解是非常重要的，这样才能理解赫尔希和蔡斯在1952年进行的噬菌体感染研究。当人们为艾弗里的实验而激烈争论时，赫尔希等人在思考能否将蛋白质和DNA完全分开，单独观察DNA的作用呢?关于噬菌体的研究证实，进入细菌细胞的噬菌体是核酸；进而说明，携带遗传信息的是核酸，而不是蛋白质。噬菌体的DNA不但包括噬菌体自我复制的信息，而且包括合成噬菌体蛋白质所需要的全部信息。此后，再也无人怀疑DNA是遗传物质了。

(2)培养学生科学探究能力。延伸和拓展的素材帮助学生分析噬菌体同位素标记实验，‘既有助于培养学生分析问题的能力，又有助于帮助学生理解从这个实验得出的结论，有助于培养学生实事求是的科学态度。但由于教材是将噬菌体侵染细菌的实验以两组实验合并在一起介绍的，并没有侧重于介绍实验过程、原理以及科学结论是如何得出的详细过程，因此很容易造成学生知其然不知其所以然，而成为学生掌握有关知识和对学生进行科学素质教育和能力培养的难点。

4证明RNA、蛋白质是遗传物质的知识拓展和延伸

4.1素材

(1)证明RNA是遗传物质的经典实验——病毒的重新构建和侵染的实验，即1957年格勒和施拉姆的实验。烟草花叶病毒的基本成分就是蛋白质和RNA。格勒和施拉姆做了如下实验：①用石炭酸处理这种病毒，把蛋白质去掉，只留下RNA，再将RNA接种到正常的烟草上，结果发生了花叶病；②如果用蛋白质部分侵染正常烟草，则不发生花叶病。此实验的结论是什么?此实验的结论是RNA起着遗传物质的作用，而蛋白质不是遗传物质。以后有人将车前草病毒(HRV)与烟草花叶病毒(TMV)的RNA、蛋白质分离、组合，分别进行实验，进一步明确RNA也是遗传物质。实验步骤如图1所示。

(2)证明蛋白质是遗传物质的经典实验。1982年，美国科学家Prusiner从感染了瘙痒病的叙利亚老鼠脑中分离出具有传染性的蛋白质因子，并首先提出了朊病毒这一名词。由于它不含有DNA和RNA，只能是蛋白质。无独有偶，与之相似的还有引起山羊和绵羊瘙痒病、疯牛病及人的Kuru病和Crentzfeld-Ja—cob(q病，它们只含有蛋白质，脱髓鞘病变)等疾病也由朊病毒引起。

4.2理由

(1)有利于概念的生成。教材P46中，对于RNA是遗传物质作了如下描述：“后来的研究证明，遗传物质除了DNA以外，还有RNA。有些病毒不含有DNA，只含有蛋白质和RNA，如烟草花叶病毒……”仅仅是文字叙述，不如以拓展材料中的文字与图解更能让学生理解结论，让学生在充分理解知识基础上很自然得出——DNA是主要的遗传物质。

(2)有利于训练学生的思维，提高学生解题能力。素材以试题形式呈现给学生，既提供知识，又考查学生应用图形转化的能力。因此，让学生通过比较、观察、分析、处理、判断图形提供的信息，结合所学知识，加以推理、分析，获得其所包含的生物学知识，培养获取信息能力，从而培养学生解题能力。

5教学体会

本节课将教材文本进行拓展和延伸，突破教材的限制，，促进学生对于知识的理解与掌握。实验班学生的学习主动性得到了较大程度调动，课堂始终处于一种主动学习的良好氛围之中，学生真正把学习的过程演绎成一个主动探究、自动求知的过程。虽然增加的素材与原教材教学对比后表明教学上花费时间多一点，但有利于教学目的、教学效果的达成。增加的素材充分发挥了教材中蕴含的创新、探究的素材，把教材中的“现成结论”，通过多处“设障”、“布惑”，将教材进行活化和优化处理，使之真正成为学生的“学材”，潜移默化地用科学家的思维过程、教师的思维过程来感染学生的思维过程。通过对实验选材、实验设计思路及实验结果的假设、预测、分析与综合，使学生感受到了科学研究的方法以及科学研究的一丝不苟的精神，更让他们在与科学家的思维比较中树立了自信心：原来自己的思维与科学家竟这样的相似，自己也能成为科学家。

需注意的是本节延伸和拓展的素材较多，教师应如何应用呢?要立足于学生的实际——学生的接受能力与生活经历。特别提醒的是不能让拓展和延伸的素材冲淡主题，否则教学目标则被冲淡，整个教学就会落空。