“DNA是主要的遗传物质”一节的教学设计

陈 云

(江苏省溧水高级中学 211200)

1 教材分析

“DNA是主要的遗传物质”是人教版高中生物学教材必修2《遗传与进化》第3章第1节内容，主要介绍和分析了肺炎双球菌转化、噬菌体侵染大肠杆菌两个探索遗传物质的经典实验。学生学习过有丝分裂、减数分裂和受精作用等知识，知道染色体在遗传中起着重要作用，具有一定的知识储备。教材中蕴含着丰富的生物科学史素材，体现了人类对遗传物质本质的认知过程和研究方法的推进过程，而这也是本节内容的教学重难点。在教学中，笔者尝试将生物科学史优化为探究的素材，让学生通过对经典实验过程的深入剖析，领悟实验的思路和方法，体会科学家严谨的科学探究态度，提高学生的自主探究能力，培养学生的生物科学素养。

2 教学目标

2.1 知识目标 总结人类对遗传物质的探索过程；分析证明DNA是主要遗传物质的实验设计思路；完成DNA是主要遗传物质的知识构建。

2.2 能力目标 通过对科学家探索遗传物质的相关实验设计思路进行分析和讨论，领悟科学研究的过程和方法；培养类比推理的能力、实验探究的能力。

2.3 情感态度和价值观目标 认同合作在科学研究中的重要性；认识实验技术的进步在探索遗传物质奥秘中的重要作用；认同人类对遗传物质的认识是不断深化的过程。

3 教学过程

3.1 创设情境，激趣设疑，引入课题 展示某明星父子照片，请学生思考：父子间的相貌为何如此相像？由此引出“遗传”这个概念，并进一步拓展到“遗传物质”是什么？

教师指出：20世纪中叶，科学家发现染色体与生物性状的遗传有着密切关系。染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。在这两种物质中，究竟哪一种是遗传物质呢？

设计意图：借助学生感兴趣的图片和话题，引发思考，激发探究的兴趣。

3.2 回顾对照实验，分析“肺炎双球菌体内转化实验” 学生阅读“格里菲思肺炎双球菌体内转化实验”的内容，思考并讨论：①第一、二组实验说明了什么？②二、三组实验说明了什么？③一、三、四组实验又能说明什么？

学生在小组合作讨论中很容易解决前两个问题：第一、二组实验说明R型菌没有毒性，而S型菌则具有毒性；二、三组实验说明加热杀死的S型菌也不具有毒性。在此基础上，分析得出：加热杀死的S型菌中存在转化因子，可将R型活菌转变为S型活菌。教师适时点出，转化因子应该就是遗传物质，并带领学生对“对照试验”的相关问题进行复习巩固，如实验方案的设计是否合理？自变量、因变量各是什么？由此提高学生实验分析的能力。

设计意图：在历史经典实验相关问题的探讨中，培养学生分析、推理的能力。

3.3 领悟实验思路，设计“肺炎双球菌体外转化实验” S型菌中含有DNA、蛋白质等多种大分子物质，到底谁才是转化因子(遗传物质)呢？学生分组讨论并设计实验方案，在合作探究中，领悟到设计该实验最关键的思路：将加热杀死的S型菌的DNA、蛋白质、多糖等大分子物质分离提取出来，分别与R型活菌混合培养，单独、直接地观察它们的作用。

随后，教师带领学生了解艾弗里实验的过程，并“润物细无声”地进行情感态度价值观方面的教育：原来，科学家和我们的思路是一样的！我们也可以像科学家那样进行科学探索！教师及时作出肯定评价的同时，进一步提出问题：艾弗里为何还用S型菌的DNA与DNA酶混合后再与R型菌混合培养？学生各抒己见,讨论后得出结论。

教师提出当时一些科学家所认为的“瑕疵”：由于实验技术的限制，艾弗里提取的DNA分子中还含有0.02%的蛋白质！

设计意图：让学生进行转化因子的探索设计，领会实验设计的关键思路，深刻体会到科学家缜密的科学思维和严谨的科学探究态度。

3.4 讨论相关资料，探究“噬菌体侵染细菌的实验” 有没有DNA与蛋白质天然分离的生物呢？学生很快反应过来：病毒。教师提供以下素材：

资料1：T2噬菌体的结构 噬菌体无细胞结构，头部和尾部的外壳由蛋白质构成，头部内含有DNA(图略)。噬菌体非常微小，一个细菌细胞的大小是噬菌体的几千甚至上万倍。

资料2 T2噬菌体的生活史 T2噬菌体，专门寄生于大肠杆菌。据1952年之前的文献推测，噬菌体的侵染，开始于噬菌体对细菌的吸附(图略)，然后自身的遗传物质进入细菌，在细菌内增殖产生子代噬菌体；结束于被侵染细菌的裂解和子代噬菌体的释放(图略)。T2噬菌体的侵染到裂解释放大约需15～30 min。

资料3：T2噬菌体的化学成分 科学研究表明：T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA，且仅蛋白质分子中含硫，磷几乎只存在于DNA分子中。

学生阅读资料后，教师提出疑问：噬菌体是将什么物质注入大肠杆菌中的？你认为有几种可能的情况？小组代表汇报后，归纳出三种可能情况：DNA注入，蛋白质在细胞外；蛋白质注入，DNA在细胞外；DNA和蛋白质都注入。

教师紧接着出示小组需要讨论的问题：①如何“追踪”蛋白质分子和DNA分子，看它们是否注入大肠杆菌？②选用何种元素对蛋白质分子和DNA分子进行标记？能否同时标记？③多长时间后进行放射性检测较为适宜？④怎样使大肠杆菌和其他结构分开，以便于检测？

学生在合作探究时，教师要注意巡视并及时给予适当点拨。而后，学生对该实验可能的情况进行分析、合理预测，并完成表格(表1)。

表1 T2噬菌体侵染大肠杆菌的可能方式及放射性检测结果预测

学生汇报讨论结果后，困惑于实际实验结果到底是哪一种。此时，教师不失时机地介绍赫尔希和蔡斯的实验，师生共同将“我们”预测的结果与“科学家”真实的实验结果对比，得出结论：噬菌体侵染大肠杆菌时，将DNA注入细菌，将蛋白质外壳留在了细胞外。所以，DNA是噬菌体的遗传物质。

为使学生进一步直观体验噬菌体侵染的具体过程，教师可播放“噬菌体侵染细菌”的动画，并引导学生进一步分析细节：科学家的实验中放射性不是简单的“有无”而是“强弱”之分，这是怎么回事呢？师生共同分析玻璃棒搅拌是否充分、培养时间长短对实验结果的影响，认同实验现象的理想情况与实验的真实情况有时会存在细微的差别。

设计意图：将科学史料作为探究素材，在问题串引领下，学生学会阅读、分析并从中提取有用的信息。利用这些信息进行推理、判断，进而得出结论，由此培养学生的探究精神和科学思维品质。

3.5 同化顺应，总结本课，形成概念 教师展示正常烟草和感染烟草花叶病毒的烟草图片，并告知学生：烟草花叶病毒中不含DNA，它的化学成分只有RNA和蛋白质。鼓励学生大胆猜想其遗传物质是什么，并尝试自主设计实验证明自己的猜想。学生能简要说明实验设计思路即可。最后，师生共同对科学家们所做的探究实验进行归纳、整理(表2)：

表2 探索遗传物质的经典实验

师生共同总结：绝大多数生物的遗传物质是DNA；少数生物的遗传物质是RNA；DNA是主要的遗传物质。

设计意图：教师适时抛出新的发现与现有结论之间的矛盾，激发学生进一步探究的欲望，并再次让学生认识到科学严谨的实验设计思路的重要性。

4 教学反思

本节课以遗传物质的探索历程为线索，将生物科学史料转化为探究素材，采用问题串的形式，引领学生层层深入地进行思考，使学生领悟到科学探究的方法和过程，认同科学结论的获得必须基于实证。同时，使学生理解艾弗里与赫尔希等科学家的实验方法不同，但最关键的实验设计思路是一致的，即把DNA与蛋白质区分开，分别观察DNA或蛋白质的作用。

尤其是在“噬菌体侵染大肠杆菌”实验的教学中，笔者打破以往的教学常规，通过相关科学史料的适当补充，引导学生阅读材料并从中提取关键信息。再以问题为学习的“脚手架”，鼓励学生一步步推理出实验的大致过程以及合理的实验预期，并与科学家的实验进行对比，最终得出实验结论。在此过程中，学生体会了科学探究的艰辛与快乐，他们的科学探究能力得到了提高，科学思维品质得到了培养。