“噬菌體侵染細菌的實驗”教學設(shè)計思路

嚴金來

1問題的提出

“噬菌體侵染細菌的實驗”是證明DNA是生物體的遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗之一，這是本節(jié)教學內(nèi)容的重點，更是難點。雖然說是經(jīng)典實驗，但是中學的普通實驗室并不具備開設(shè)這個實驗的條件，課堂教學中不可能讓學生親自動手操作，也就無法獲得直觀體驗。因此對于這部分內(nèi)容的教學都是靠教師的分析講解。但很多教師尤其是新教師對這部分內(nèi)容的教學鉆研不夠，又沒有考慮到學生現(xiàn)有的認知水平，教學時往往是照本宣科，缺乏必要的知識作鋪墊，缺乏循序漸進的教學過程，結(jié)果教完內(nèi)容之后學生仍然是懵懵懂懂。由于學生對這部分的內(nèi)容理解不夠深入，掌握不夠牢固，練習或考試時相關(guān)題目的錯誤率相當高。筆者根據(jù)自己教學中的經(jīng)驗和體會，談?wù)剬@部分內(nèi)痞的教學設(shè)計思路。

2噬菌體侵染細菌的教學設(shè)計思路

2.1導入噬菌體侵染細菌實驗的教學過程

通過“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗”的學習，學生得出“DNA是遺傳物質(zhì)”的結(jié)論后，教師可以進一步引導學生討論艾弗里實驗的不足之處，即DNA的純度不夠，不能排除蛋白質(zhì)的作用。而噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)能夠徹底分開，即分開的DNA中不含有任何蛋白質(zhì)，應(yīng)用它進行實驗可以取得成功，進而引出噬菌體侵染細菌實驗。

2.2了解噬菌體的組成成分及其結(jié)構(gòu)

教師指導學生閱讀教材，結(jié)合教材中的圖3－4，使學生弄清楚噬菌體的基本概念、組成成分和大致結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，教師應(yīng)特別強調(diào)以下3點：一是T₂噬菌體專門寄生在大腸桿菌體內(nèi)；二是噬菌體頭部的DNA不含有蛋白質(zhì)成分；三是借助于掛圖(圖1)或投影片等輔助手段讓學生進一步了解噬菌體的其他結(jié)構(gòu)。這些是學習后續(xù)內(nèi)容的基礎(chǔ)，忽視不得。

2.3理解噬菌體生命活動的特點及其增殖過程

至于這一點，教材中雖然提及到一些內(nèi)容，但過于簡單。教師應(yīng)對此做適當?shù)难a充以拓寬學生的知識面，降低學習內(nèi)容的難度梯度。補充內(nèi)容如下：噬菌體的組成成分和結(jié)構(gòu)簡單，不具有酶、原料、能量，因而，不具有進行獨立的新陳代謝的能力，它的一切生命活動只能依賴于宿主(細菌)的活細胞。當噬菌體侵染大腸桿菌后，就會在自身的遺傳物質(zhì)作用下，利用細菌的物質(zhì)來合成自身的組成成分，進行大量增殖。

關(guān)于噬菌體增殖過程的學習，上課之前，教師應(yīng)準備好相應(yīng)的學習材料(圖2)并印發(fā)給學生，課堂上組織學生觀察、思考、討論、交流，得出噬菌體侵染細菌增殖過程，即吸附→注入→復制、合成→組裝→釋放。教師可以讓學生說出每一步的大致內(nèi)容，若有不妥之處，再由教師加以完善。

2.4學習T₂噬菌體侵染大腸桿菌的實驗

2.4.1領(lǐng)會研究的科學方法一同位素標記法

由于T₂噬菌體個體微小，在實驗中不便于直接觀察，那么在實驗中采用什么樣的科學方法來進行研究呢?學生通過觀察教材中的圖3－6，馬上就能夠指出運用同位素標記法，這種方法可用于追蹤物質(zhì)的運行和變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上教師進一步追問：采用什么元素進行標記呢?這樣從而引導學生思考、討論，得出只能用35S來標記T2噬菌體的蛋白質(zhì)外殼，用³²P來標記T₂噬菌體的DNA，才能將兩種組分區(qū)分開。并設(shè)計兩組實驗，以觀察蛋白質(zhì)和DNA在親子代之間的連續(xù)性，從而解決誰是真正的遺傳物質(zhì)。

2.4.2了解實驗設(shè)計的目的

學習至此，學生已經(jīng)能夠了解實驗設(shè)計的目的，但并不是所有的學生都能表述清楚，教師還須進一步加以明確，即由于噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)能夠徹底，分開，因此可以單獨地、直接地觀察DNA和蛋白質(zhì)的作用。教師還可以順便提一下，科學家進行“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗”的設(shè)計思路也是如此，但由于提取的DNA的純度不夠，因而引起了人們的質(zhì)疑。

2.4.3理解實驗操作步驟及其目的

首先教師必須讓學生明白實驗操作的大致過程。教師可以指導學生閱讀教材，在黑板上設(shè)計出如下的操作流程簡圖，讓學生填寫出實驗的基本操作步驟(圖3)。

然后教師還應(yīng)該讓學生明白一些重要操作的目的，加深對實驗操作的理解。即短時間保溫是為了讓噬菌體吸附到大腸桿菌的表面，并注入其頭部的DNA，在大腸桿菌內(nèi)增殖。攪拌是為了使吸附在大腸桿菌的噬菌體與菌體的分離。離心的目的是讓上清夜中析出重量較輕的T₂噬菌體蛋白質(zhì)外殼顆粒，而離心管的沉淀物中留下被侵染的大腸桿菌。

2.4.4分析實驗現(xiàn)象得出實驗結(jié)果

為了深入理解實驗過程，也便于得出科學的實驗結(jié)論，教師可以啟發(fā)學生設(shè)計一個填寫實驗過程和實驗結(jié)論的表格，并且引導他們填寫出正確的內(nèi)容。于是學生紛紛行動起來，設(shè)計有關(guān)的表格。一段時間后，教師組織學生相互交流、討論，比一比誰的表格設(shè)計得更科學、準確、合理、完善。學生的興致更高了，馬上就有人自告奮勇地站起來，向全班同學展示自己的設(shè)計成果(表1)。

并且這位學生說出了分析過程：在第一組實驗中，主要在試管的上清液中檢測到了放射性同位素³⁵S；在第二組實驗中，主要在試管的沉淀物中檢測到了放射性同位素³²P。這說明在噬菌體侵染細菌時，親代的蛋白質(zhì)外殼留在菌體外面，不具有連續(xù)性，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)；而DNA分子進入細菌體內(nèi)，指導控制合成許多噬菌體，具有連續(xù)性，DNA才是真正的遺傳物質(zhì)。

2.4.5必須突破的疑難問題

在教學時，筆者還發(fā)現(xiàn)了學生存在的幾個疑難問題，因此教學時教師必須加以突破。

(1)在含³⁵S標記的噬菌體侵染大腸桿菌實驗中，上清液的放射性很高，為什么沉淀物中也含有放射性?

³⁵S標記的是噬菌體的蛋白質(zhì)外殼，在噬菌體侵染大腸桿菌時，蛋白質(zhì)外殼留在大腸桿菌體的外面，當輕輕攪拌時，蛋白質(zhì)外殼與菌體分離，進行適度離心時，放射性的蛋白質(zhì)外殼應(yīng)出現(xiàn)在上清液中，而沉淀物中的少量放射性是由于極少數(shù)吸附在大腸桿菌表面的噬菌體，未能與之徹底分離，隨大腸桿菌一起出現(xiàn)在沉淀物中。

(2)在含³²P標記的噬菌體侵染大腸菌實驗中，為何上清液中也含有少量的放射性?

含³²P標記的噬菌體侵染大腸桿菌時，不可能全部成功吸附到大腸桿菌的菌體上，在離心時，未能吸附到大腸桿菌表面的噬菌體由于重量較輕隨著離心出現(xiàn)在上清液中，因而上清液中含有少量的放射性。

(3)這個實驗只能證明DNA是遺傳物質(zhì)。

由于噬菌體的蛋白質(zhì)外殼沒有進入細菌體內(nèi)，只有DNA進入細菌體內(nèi)，結(jié)果子代噬菌體與親代的噬菌體的形態(tài)、大小等，特性相同。這就證明了：DNA是遺傳物質(zhì)。這里應(yīng)強調(diào)說明的是，由于蛋白質(zhì)外殼沒有進入菌體內(nèi)，所以這個實驗不能證明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。蛋白質(zhì)雖然不是遺傳物質(zhì)，這個實驗不能證明，但是此點可以由肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗來證明。

3有效訓練與反饋

為增強學生對教學中重點、難點消化理解和運用，提高學習質(zhì)量，取得理想的教學效果，教師必須精心設(shè)計出恰當有效的針對性課堂訓練。對³⁵S和³²P標記的噬菌體的同位素在子代中出現(xiàn)的情況、合成子代噬菌體的原料、不同標記的噬菌體在離心之后放射性檢測情況、該實驗的結(jié)論等知識應(yīng)作重點檢查與反饋。教師還可以用“煙草花葉病毒(TMV)和車前草病毒(HRV)都能感染煙草的實驗”習題對所學知識作進一步的提升。