物理模型构建应用于高三一轮复习

常梅艳

摘要噬菌体侵染大肠杆菌实验在高中生物中是一个教学难点，特别是其中对同位素示踪法的应用、观察到的现象、实验中的误差，学生很难理解到位。采用物理模型构建法与假说演绎法结合，实现对此难点的突破。

关键词物理模型构建 教学设计 一轮复习

在“DNA是主要的遗传物质”一节中，肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验，是需要掌握的两个重点内容。尤其是噬菌体侵染细菌实验涉及到同位素标记法的运用，是学生理解的难点。2017年的全国新课标I卷第29题就联系到该知识点。可是学生们的答题情况不太理想。为了突破这个难点，笔者尝试运用物理模型构建的方法并结合假说一演绎法，开设了本节公开课，突破了教学的重难点，教学效果较好。

1教学目标

掌握噬菌体侵染细菌实验的过程和原理，以及从实验中得出结论（DNA是遗传物质）。

通过重演科学家发现DNA是主要遗传物质的过程，学会科学研究的方法和实验设计的基本步骤。

认同科学认识是不断深化、不断完善的过程。

2教学重点

噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。

3教学难点

同位素示踪法的应用，实验的原理和过程，误差分析。

4教学策略

讲授：利用问题串引导学生思考讨论；物理模型构建与假说一演绎法结合，引导学生进行探究实验。

5教学过程

5.1铺垫

教材要求学生思考实验中选择噬菌体作为实验材料的优点，为后续探究DNA与蛋白质哪个是遗传物质作铺垫。

5.2同位素示踪法的难点突破

此处是一个难点，建议采用多角度的问题串，引导学生进行思考讨论：

（1）如何“追踪”人们想观察的生物大分子，如蛋白质、DNA、RNA、淀粉？

（2）在标记生物大分子的基本组成单位时应选择什么元素？为什么？

（3）所有的同位素都具有放射性吗？在高中应用了同位素示踪法的实验中，哪些实验是观察放射性，哪些不是？除了观察放射性外，还有什么方法可以区分同位素？

（4）在给噬菌体作标记时，用C（或H、O等）元素分别标记脱氧核苷酸和氨基酸，明明是不同的物质，分别参与不同生物大分子的合成，为什么不可以选择它们，却分别用P和S元素？

（5）能否通过在培养基中加入含放射性的原料后，直接培养病毒来给病毒作标记？

从2017年全国新课标I卷第29题学生的答题情况可以看出，对于同位素示踪法的应用的理解，学生存在很多缺漏。如为什么在分泌蛋白合成途径中是强调标记氨基酸（一种物质），而在噬菌体侵染细菌中又特别强调标记的元素？由于学生理解不透彻，回答此题时很多学生都是回答用什么元素来标记，而没有答出要标记什么物质。又因为问题（4）如何选择元素，很多学生选择用P和S去分别标记脱氧核苷酸与核糖核昔酸。而问题（4）是为了让学生理解在同位素示踪法中，元素与物质的区别。在“噬菌体侵染细菌实验”中，其实是用放射性同位素去标记DNA和蛋白质的基本组成单位，即脱氧核苷酸和氨基酸，所以不用C、H、O等两者的共有元素，是为了避免机体内的物质之间可能的相互转化，导致实验误差。学生只有理解了这一点，才能正确答题。而在2017年全国新课标I卷第29题中，题干中“假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换”的信息正是引导学生去标记碱基，而不去标记五碳糖的关键。

5.3物理模型构建应用于“噬菌体侵染大肠肝菌实验”，实现难点突破

教师采用假说——演绎法让学生重新感受实验的推理过程，为多数教师认同并应用。为了让学生更加直观清晰地理解这个难点，教师可为这个过程建立物理模型（图1）。

同时，教师组织学生分组讨论，在学习演绎推理出放射性存在的主要部位（图2）后，进行解说展示。

当学生推理分析出不同的结果所对应的假说后，教师再引导学生思考：如果用P和S元素标记同一组噬菌体，这三个假说又分别会推出什么结果。这样，让学生从不同角度来理解實验中必须分两组分别对噬菌体进行标记的原因。

5.4误差分析

物理模型是一个理想简化的过程，省略次要的内容，让学生将注意力先放在最主要的问题上。待学生明确实验思路后，教师可以利用模型与现实结果的差异再引导学生作进一步思考。如对照课本中描述的实际实验现象：用P标记的实验组，并非放射性只存在于沉淀，而是沉淀有大量放射性，上清液有少量放射性，是否说明实验失败。如果不是实验失败？导致其产生的原因又是什么，同理思考另一组。

5.5实验结论

在得出实验结论的过程中，教师要让学生将“噬菌体侵染细菌实验”与“（体内和体外的）肺炎双球菌转化实验”的结论作比较，思考此实验能否证明蛋白质不是遗传物质。

5.6噬菌体侵染大肠杆菌的步骤总结

人教版教材中是先呈现噬菌体侵染大肠杆菌的过程，然后才讲述噬菌体侵染细菌实验的探究过程。如果要让学生亲身体验假说演绎的过程，教师不能直接告诉学生噬菌体侵染细菌的过程，需要学生自己作最后的总结与梳理。值得注意的是，教师可以用问题来启发他们思考。如，为什么噬菌体只将DNA注入了细菌，可是细菌裂解后释放的是完整的噬菌体呢？说明噬菌体的DNA进入了细菌之后，启动了哪些过程？在此过程中，噬菌体和细菌分别提供了哪些物质或结构？由此，师生共同完成流程图的构建。

6教学评价

公开课结束后，科组的同事们进行了简短的评课，认为该课的优点有：（1）模型构建的方法抽象的问题变得直观具体，使学生很快就理解了到底哪里存在放射性；（2）从始致终，教学的逻辑链非常紧凑，一环扣一环，特别是运用了假说——演绎法让学生去推理各种不同的可能性，培养了学生的逻辑思维能力和实验探究能力。（3）重难点突出，对于同位素示踪法的应用、噬菌体侵染细菌实验的误差分析等多个难点都作了深度的挖掘。同时，也提出了一些有待改进的地方，比如没有呈现出教材当中的原图，可能有的学生会忽视了对教材原图的理解。还有缺少系统的板书。有的教师提出疑问：究竟赫尔希和蔡斯是已经知道了噬菌体侵染大肠杆菌的过程后，才做的实验（因为教材中的顺序是这样给的）。还是先做了实验确认是DNA进入大肠杆菌之后才得出的噬菌体侵染大肠杆菌的过程。其他教师认为笔者的处理方式更有利于帮助学生理解这个实验。

7教学反思

在讲解同位素标记法的细节上，笔者一直用追问学生的方式，形式过于单调，语言也有点哕嗦。教师应采用更加简练、更加巧妙的方式来突破这个难点。