“DNA是主要的遗传物质”一节的教学设计

李珊珊

摘要通过“肺炎双球菌的转化实验”引导学生合理质疑，巧用比喻还原实验思路，分析现象并得出结论，结合模型建构让学生体验“噬菌体侵染细菌的实验”过程，以问题串的形式引领学生层层深入地进行逻辑推理，充分挖掘思维素材发展学生各种思维能力，力求使学生在分析问题、解决问题的过程中提高科學思维水平，同时体验科学家严谨的科学态度和不断探究的科学精神。

关键词 问题串 科学思维 教学设计

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

1教材分析与设计思路

“DNA是主要的遗传物质”是高中生物课程标准人教版实验教科书《必修2·遗传与进化》第三章第一节的内容。本节内容介绍了对遗传物质的早期推测、肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验。肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的原理和过程是本节需要重点阐明的知识，难点是通过学习遗传物质的发现过程，体验科学家的探究思维。本节教学重在培养学生的科学思维、科学探究等生物学学科核心素养，为此笔者通过引导学生合理质疑，培养学生的信息获取和分析能力；巧用比喻结合角色扮演，领悟科学研究方法和严谨的科学态度；运用假说一演绎法，在培养学生理性思维的过程中突破教学的重难点，达到教学目标。

②19世纪末，科学家通过研究生物生殖过程中细胞的有丝分裂、减数分裂和受精过程，认识到染色体在遗传中的行为变化。据此，萨顿提出了什么假说？

③20世纪初期，摩尔根通过果蝇杂交实验证明了基因位于什么结构上？

④20世纪中叶，科学家发现染色体主要由哪些物质组成？

教师用问题串带领学生回顾对遗传物质认识过程的科学史，并呈现早期科学界争议了很长时间的问题：蛋白质和DNA究竟谁是遗传物质？教师指出：20世纪中叶，为什么大多数科学家认为蛋白质是生物体的遗传物质。那么，后来的科学家又是怎么证明DNA是遗传物质的呢？

设计意图：教师以史导史，使学生初步认同科学认识是一个过程，并通过问题串的形式层层深入。这样既复习了旧知识，又引出新课，符合学生的认知规律，又激发了学生的探究兴趣。

3.2格里菲斯的肺炎双球菌转化实验

教师展示培养基中S型细菌和R型细菌培养的图片，要求学生思考、确定培养基中的菌体类型的方法，并引导学生进一步比较两种细菌的区别。教师播放格里菲斯的四组实验过程的视频，提出以下问题：

①比较分析第一、二组实验，说明了什么？比较分析第二、三组又说明了什么？

②仅有第四组实验的结果，你能得出什么推论？其推论是唯一的吗？（学生作出假设：假设一：可能R型细菌发生了突变；假设二：灭活的S型细菌“死而复活”了等）

③依据这四组的实验结果，你能得出什么结论？（学生分析第一组的现象，可知假设一不成立；分析第三组也可推翻该假设二）

学生做出假设，并分析格里菲斯的实验结果，判断自己所做的假设是否正确。教师提醒学生，注意结合学案中的资料一：蛋白质是生命活动的体现者；蛋白质和DNA对热的耐受性不一样；实验中的高温处理导致蛋白质、荚膜结构破坏后不可恢复，而DNA分子在此高温处理变性后，随温度恢复，结构亦可恢复（DNA可变性和复性）。

教师及时解答学生在分析过程中可能产生的疑问，搭建支架，引导学生进行分析、推理。学生得出结论：灭活的S型细菌中的某种活性物质使R型菌转变成了活的S型菌。

设计意图：教师引导学生观察经典的实验过程及现象，培养学生分析和推理能力；依据“最近发展区”理论，建立恰当的支架，帮助学生对问题进行深入理解和思考，培养他们处理信息和归纳总结的能力。

3.3艾弗里肺炎双球菌转化实验

教师提出问题：格里菲斯实验有没有证明转化因子究竟是什么物质？如果你做转化实验，想继续实验证明S型菌中到底哪一种成分是转化因子，应如何设计实验？你的设计思路是什么？在教学中，问题引导为探索艾弗里等人进行的转化实验做好铺垫。在实际教学过程中，教师针对学生的理解和听课状态，适时使用成语“滥竽充数”做比喻，要求学生说出可用哪种方法找到“滥竽充数”的人。这样既能调动学生的积极性，同时运用比喻的方法，达到化难为易、化繁为简的效果。有学生立刻回答“将S型细菌的DNA、蛋白质、多糖等物质提纯，分别加入到培养了R型细菌的培养基中”。

接着，教师展示艾弗里前两组实验过程的图片，即培养基中混合加入R型细菌和S型细菌的DNA以及培养基中混合加入R型细菌和S型细菌的蛋白质或荚膜多糖。学生分析实验现象，得出结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。

分析前两组实验后，教师结合学案资料二，引导学生质疑实验结论。（学案资料二：艾弗里等人发现只有加入了S型菌的DNA，R型细菌才能转化为S型细菌，且DNA的纯度越高，转化就越有效。艾弗里的发现引起了很多科学家的重视，艾弗里也因此获得了1946年诺贝尔奖的提名。但是，最终他错过了诺贝尔奖）诺贝尔奖评委会认为，在科学研究中，严谨是至关重要的。教师提出问题假如你是诺贝尔奖评委会成员，你认为艾弗里的实验有什么不够严谨的地方？

教师利用角色扮演，较好地调动学生的学习热情，培养他们的批判性思维，同时使学生体验科学家严谨的科学态度和不断探究的科学精神。学生也较容易接受艾弗里等人的第三组实验即培养基中混合加入R型细菌、S型细菌的DNA和DNA酶，是为了验证前面得出的结论。教师总结：艾弗里向世人展示了一个科学家面对质疑的勇气和严谨的科学态度，有力地回击了质疑。

设计意图：教师在教学中运用比喻的方法，可以促进学生对难点的理解，同时培养学生的理性思维能力，达成描述设计思路的知识目标。教师精心选择和组织素材，通过合理质疑、逻辑推理及分析，使学生具备一定的批判性思维能力，提升学生的思维品质，使学生养成良好的情感、态度与价值观。

3.4噬菌体侵染细菌的实验

学习完肺炎双球菌的转化实验，教师引导学生思考：有没有比细菌更简单的实验材料呢？补充展示T2噬菌体的组成成分及侵染细菌的流程及图片，吸附一注入自身物质一复制子代的噬菌体DNA和合成子代噬菌体的蛋白质一组装子代噬菌体一释放，其中“注入自身物质”暂不提供图示。

教师引导学生思考：图中噬菌体注入大肠杆菌体内的物质可能是什么呢？学生尝试通过推理和想象，提出解释问题的假说：

①DNA进入了大肠杆菌，蛋白质没有进去；

②蛋白质进入了大肠杆菌，DNA没有进去；

③蛋白质和DNA都进入了大肠杆菌。

师生总结T2噬菌体作为实验材料的两点原因：

①结构和组成成分比较简单，只有蛋白质和DNA；

②噬菌体侵染大肠杆菌的过程中，蛋白质和DNA可能会分开。

教师引导学生思考标记和追踪物质转移途径的常用方法——同位素标记法。教师结合学案资料三，提出问题：实验中，为什么选择³²P和³⁵S这两种同位素分别对DNA和蛋白质标记？设计一组实验，同时标记噬菌体的DNA和蛋白质行吗？用¹⁴C和¹⁸O同位素标记可行吗？（学案资料三：放射性核探测仪器可以追踪放射性存在的位置和强弱，但不能确定由哪个元素发出来的）教师启发学生通过逆向思维分析问题得出正确的标记方法：设计两组实验，分别用³²P和³⁵S标记噬菌体的DNA和蛋白质。

教学中，教师可用素描纸、颜料或蜡笔、剪刀准备相关自制教具，如剪取形状大小适宜的锥形瓶（代表制备的培养基），大肠杆菌和噬菌体等，再用不同颜色（如红色和蓝色）的颜料或蜡笔对其进行涂色，分别代表不同放射性标记的组别，而不涂色的噬菌体和大肠杆菌代表没有作过标记，并借助磁性吸铁石将教具在黑板展示。教师设置以下问题：

①如何标记噬菌体？

②被³²P或³⁵S标记的噬菌体分别侵染什么样的大肠杆菌？

③将噬菌体与其吸附的大肠杆菌分离时搅拌的目的是什么？离心的目的是什么？离心后上清液与沉淀液中各是什么物质成分？

④赫尔希和蔡斯的实验中上清液和沉淀物中放射性分布情况怎么样？这表明哪种假设是正确的？

⑤该实验的设计思路是什么？

教师引导学生演绎推理各种假设中上清液和沉淀物的放射性分布并完成表1。教师再引导学生观察子代释放的噬菌体放射性情况，从连续性和稳定性方面说出DNA是遗传物质的结论。

这样，学生带着问题在自主、合作的探究过程中互动交流，学会与同伴共同探讨问题，协作解决问题，最后实现共同提高、达到解决问题的目的。例如，学生在演示正确标记噬菌体的过程时，有的用培养基直接培养标记噬菌体。教师则抓住机会，让学生去思考、去发现、去质疑：T2噬菌体是专门寄生在大肠杆菌体内，该如何正确标记T2噬菌体呢？

最后，教师提供给学生烟草花叶病毒的相关知识，引导学生设计实验证明RNA也是遗传物质，并说出实验设计思路。最终，学生得出结论：DNA是主要的遗传物质。

设计意图：教师通过引导学生模拟科学发现，促进学生运用假说一演绎法，进行科学探究；通过小组合作探究培养学生的合作精神；使学生认同科学认识是一个不断深化、不断完善的过程。教师引导学生充分利用已经掌握的知识，在迁移中应用，不仅培养学生良好的科学思维，也促进了学生对知识的深层学习，使学生构建出“DNA是主要的遗传物质”的核心概念。

4教学反思

在本课教学中，教师通过创设问题情景，激趣设疑，活跃气氛导入新课。三组实验的学习侧重点各有不同，格里菲斯肺炎双球菌转化实验轻实验过程，重分析现象推理得出結论；研究了格里菲斯的小鼠实验后，引导学生发现问题，思考并描述实验设计思路，通过角色扮演体验科学家严谨的科学态度和不断探究的科学精神；最后，使学生在活动中体验噬菌体侵染细菌的实验过程，思考并分析实验现象，得出结论，领悟科学研究方法，培养学生的科学思维。实际教学中，为了使课堂更加完整，导致本节课的节奏有点快，教师在课前让兴趣小组先熟悉噬菌体侵染细菌实验模型建构中的各种模拟结构，教学效果可能会更好。