立足经典实验 深挖课程思政元素——以“肺炎双球菌转化实验”为例

邓霏，马伟超，赵雷

（天水师范学院生物工程与技术学院，甘肃天水 741000）

关键字：分子生物学；课程思政；肺炎双球菌转化实验

“肺炎双球菌转化实验”是证明DNA是遗传物质的经典实验之一。本科教材中，该实验是《分子生物学》教材“绪论”部分的内容，是生物科学专业本科生学习分子生物学课程的入门知识。在以往的课程教学中，该部分内容仅仅作为高中知识的延伸，教师只是很简单地介绍实验过程，并阐明科学家是如何通过一系列实验证明DNA是遗传物质的。实际上，该实验中蕴藏着丰富的思想政治元素，教师可以深入挖掘实验过程中的思政元素，达到课程思政立德树人的根本目的。

一、高等教育中课程思政的重要性

长期以来，高等学校里的思想政治教育与专业课教学没有有机地结合起来，不能有效地对学生进行全方位培养[1]。2004年以来，中共中央、国务院相继发布《关于进一步加强和改进未成年人思想道德建设的若干意见》和《关于进一步加强和改进大学生思想政治教育的意见》。上海市委、市政府在此基础上不断探索，于2014 年首次提出“课程思政”教学理念[1]。2016年，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上对课程思政进行了高度肯定，并强调，“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面”[2]。2020年，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》，要求大力推动课程思政教学改革，并提出了课程思政教学改革的总体目标和重要内容，对高校进行课程思政改革具有重要的指导意义[3]。

课程思政指教师将思想政治教育元素，融入各门专业课程中去，从而对学生的思想意识、行为举止产生潜移默化的影响。课程思政实质上还是一种教育，最终目的还是实现立德树人。大学生正处于世界观、人生观、价值观形成的关键时期，高校环境中一切人的行为和一切事情都会成为影响大学生思想政治教育的重要因素[4]。好的课程思政是学生成长过程中的心灵慰藉[5]，也是学生学习过程中强大的助推剂，能帮助学生提高进行科研创新的各种能力[6]。

二、分子生物学课程概述

分子生物学是一门发展迅速、走在时代前列的课程[7]。分子生物学课程的内容主要有生物大分子的组成、结构，以及分子生物学的基本技术原理、方法及应用。通过分子生物学课程的学习，学生可对先修专业基础课程有更为深入的理解。在科学研究上，分子生物学课程将给学生提供进行实验操作的基本方法，培养学生的研究思维，为学生进行进一步的学习、创新和研究打下坚实的基础。

就现阶段而言，分子生物学理论和技术已广泛渗透到生命科学的各个领域，在人才培养、生物学前沿发展、社会医疗等方面都有着举足轻重的作用[8]。例如，基因测序、基因编辑、基因治疗等技术为人类疾病的发病机理及治疗等的研究提供了技术支持，但也带来了很多挑战[9]。2018年，南方科技大学副教授贺建奎将基因敲除技术用于人类胚胎改造，表面上似乎使患者获得HIV的免疫能力，但实际涉嫌违规和违背伦理道德[10]。因此，教师在分子生物学的教学中对学生进行思政教育显得尤为迫切。分子生物学课程中蕴藏着许多课程思政内容，授课教师只要深入挖掘、精心设计，就可培养学生精益求精的大国工匠精神，培养学生通过科技报国的爱国情怀。

三、“肺炎双球菌转化实验”的教学过程

1923年，Griffith发现肺炎双球菌有两种不同的类型：一种肺炎双球菌的表面比较光滑，形态较规则，称为S型菌，这种菌体有荚膜有毒性，能引起小鼠患肺炎而死亡；另一种肺炎双球菌的表面比较粗糙，形态不规则，称为R型菌，这种菌体无荚膜无毒性，不会导致小鼠死亡。1928年，Griffith又将活的R型菌和加热杀死的S型菌同时注入小鼠体内，几天后小鼠患肺炎死亡，Griffith从死亡小鼠体内分离获得了S型菌。通过上述实验，说明S型死菌体内有一种物质能够引起R型活菌转化产生S型菌，这种引起转化的物质（转化因子）是什么？

教师通过上述问题，引导学生思考：如果请你设计实验来验证转化因子是什么，你的关键的实验思路是什么？验证何为转化因子的实验即为Avery在Griきth实验基础上完成的“肺炎双球菌转化实验”的第二个实验。

按照生物学实验设计的一般过程，学生通过讨论，得出总体的实验设计思路，即提出问题：转化因子是什么？→做出假设：转化因子可能是蛋白质、DNA……→设计实验→验证假设→分析结果并得出结论。

想要验证转化因子究竟是什么，我们可以通过两种方法。方法一：从肺炎双球菌细胞中，把所有已知成分一一提纯，分别分析他们是否能够完成转化。方法二：从肺炎双球菌细胞内容物中去除某一单一成分，再探究去除该成分后对转化的影响。按照方法一，学生从S型菌中分离提取出多糖、脂质、RNA、蛋白质、DNA以及DNA水解物，分别与R型活菌混合培养，发现只有加入了DNA的培养物里才有S型菌，证明“转化因子”是DNA。按照方法二，学生从S型肺炎双球菌细胞内容物中去除糖类和脂质后，分别加入RNA酶、DNA酶和蛋白酶，再分别跟R型菌的细胞悬液进行培养，发现只有加入DNA酶的培养物才有R型菌存在，其余均存在R型菌和S型菌。因此，学生可以通过方法二得出结论：“转化因子”是DNA。虽然上述两种实验最终均证明DNA是遗传物质，但通过讨论，学生会发现方法一在操作的过程中存在杂质较多、提纯后的物质纯度无法保证、实验目的性太强、限制了对未知成分的探索等诸多问题。相比而言，方法二更为科学合理。

上述两种方法的比较不仅提高了学生的课堂参与度，使学生主动地学习了Avery转化实验的全过程，而且为学生今后的实验设计提供了参考思路。教师进而提出问题：“高中就学习过该实验，学习过程中Avery是按照哪种方法进行实验的？”学生回答：“是按照方法一进行的。”但在实际操作过程中，Avery是按照方法二进行的实验。此处，教师可以提醒学生思考：高中课本中对该实验的描述为什么会与实际不符？

虽然Griffith和Avery的实验均证明了DNA是遗传物质，但这一结论在当时只被少数遗传学家认同。人们质疑DNA是遗传物质的主要原因如下：

1.认为蛋白质不仅分子量大，而且结构复杂，若将二十种氨基酸进行排列组合，结果将是个天文数字，蛋白质可承载遗传信息。而DNA只含4种不同的碱基，而且分子量相对较小，无法作为遗传信息。

2.认为转化实验中DNA纯度不够，在纯度最高的时候也有0.02%的蛋白质，转化过程也有可能与这0.02%的蛋白质有关。

3.即便DNA确实是转化因子，但也有可能是DNA只控制荚膜的形成，而不是充当遗传信息的载体。

通过上述整个实验内容的讲授以及实验中存在问题的分析，教师发挥主导作用，结合科学案例，引导学生探究实验过程，并引导学生进行思考。学生在学习课本知识的同时掌握科学研究的方法，并在高中所学知识的基础上进一步认识该实验过程，明确高中所学知识的片面性和局限性。

四、隐藏在实验过程中的课程思政内容

在上述课程内容的讲述中隐藏着许多思政元素。首先，历经十年，67岁高龄的Avery终于在《实验医学杂志》上发表了《诱导肺炎球菌类型转化的物质的化学本质》一文，而且要是没有Griffith的实验，Avery也不会成功。教师可以通过这个实验背后的故事，引导学生在追求真理的过程中，要不畏困难、勇往直前，学会从前人的经验中总结并创新。教师由Avery引出满头白发、穿一双旧皮鞋、78岁高龄仍趴在高铁二等座上准备报告的刘先林院士，告诉学生要热爱工作、热爱祖国，用自己的力量为我国的科技事业做出贡献。

其次，质疑DNA是遗传物质的最主要原因是转化因子中存在0.02%的蛋白质，而这一原因恰恰是出自Avery本人的论文，如果他在自己的文章中有所隐瞒，把这0.02%的蛋白质忽略掉，那他是不是可以更早成名？他的科研道路是不是也更顺畅一点？而与Avery做法完全不同的是，哈佛大学前知名教授在关于心肌干细胞的相关研究中长期学术造假，最终哈佛从各类顶尖期刊撤掉31篇论文。教师要通过这两个事件，引导学生在科学研究的过程中要实事求是，不弄虚作假，不能为了追求名利而有学术不端的行为。

最后，Griきth的实验最初并不是为了探究“遗传的物质基础是什么”这个问题，这其实是他在肺炎疫苗研究中的一个意外发现[11]，他在实验过程中无意间将R型菌和加热杀死的S型菌混合后产生的结果也与他的预期大相径庭，这引起了他的极大兴趣。正是Griきth这个无意之举，才有了后来的一系列伟大发现，这正是科学的魅力之处。教师要通过这个故事，告诉学生做生活和学习的有心人，仔细观察，大胆实验，在自己的领域做出成绩。

五、结束语

课程思政既是一种教育理念，也是一种课程观[12]。在专业课程的教学过程中，授课教师只要做个教学的有心人，深挖专业知识背后的思政元素，做到将“授业解惑”和“传道”有机统一，并把这种观念贯穿教学的始终[13]，让课程思政自然而然地融入专业教育中，以润物细无声的方式帮助学生树立正确的世界观、人生观和价值观，增强学生的爱国情怀，激发学生的报国热情，使学生更好地成长为合格的社会主义建设者和接班人。