“ＤＮＡ是主要的遺傳物質(zhì)”一節(jié)教學(xué)內(nèi)容的延伸和拓展

張樹虎

摘要在人教版高中生物必修二第三章第一節(jié)教材文本材料——遺傳物質(zhì)的早期預(yù)測、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗、噬菌體侵染細(xì)菌的實驗基礎(chǔ)上，進(jìn)行適當(dāng)拓展和延伸，有利于學(xué)生理解教材知識、有利于情感目標(biāo)達(dá)成、提高學(xué)生實驗探究能力，同時教師也要注意防止片面追求拓展材料而沖淡主題。

關(guān)鍵詞DNA遺傳物質(zhì)教學(xué)拓展生物學(xué)教學(xué)

中圖分類號G633.91

“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”一節(jié)是人教版高中《生物》必修二第三章第一節(jié)的內(nèi)容，教材內(nèi)容安排的順序是：對遺傳物質(zhì)的早期預(yù)測；肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗；噬菌體侵染細(xì)菌的實驗。這兩個經(jīng)典實驗的原理和過程是本節(jié)重點，通過經(jīng)典實驗讓學(xué)生掌握“探究科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程來學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法”是本節(jié)的難點，教材按照科學(xué)家的探索歷程以問題的形式引領(lǐng)學(xué)生層層深入思考，讓學(xué)生理解實驗的關(guān)鍵思路。由于本節(jié)知識點較多，教材文本將主要內(nèi)容進(jìn)行概括說明，而多數(shù)知識點是學(xué)生第一次接觸，教師需要延伸和拓展基礎(chǔ)知識才能取得較好的教學(xué)效果。

3年來，我們對18個平行班級做對照實驗(對照班級按照教材內(nèi)容教學(xué)；實驗班級對教材內(nèi)容進(jìn)行延伸和拓展)，每堂課后采用同一份測試卷，運用三種定量法(均分、Z分?jǐn)?shù)、T分?jǐn)?shù))進(jìn)行教學(xué)效果評估。結(jié)果表明，實驗班當(dāng)堂達(dá)標(biāo)率很高，以均分為例：實驗班級的均分比對照班級高10～12分。原因主要是實驗班級運用延伸和拓展的素材進(jìn)行教學(xué)符合學(xué)生認(rèn)知特點，學(xué)生學(xué)得主動，學(xué)得輕松，教師的主導(dǎo)作用得到高度體現(xiàn)；同時有利于教師指導(dǎo)學(xué)生去合作探究或自主探究，學(xué)生聽課的興致明顯提高，師生間的交流明顯通暢。下面就將本節(jié)教學(xué)內(nèi)容拓展和延伸的內(nèi)容總結(jié)如下。

1“對遺傳物質(zhì)的早期預(yù)測”的延伸和拓展

1.1素材

中國古代對遺傳的了解——樸素遺傳概念的形成：早在公元前6世紀(jì)，范蠡與越王勾踐對策時，總結(jié)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)驗就說到“桂實生桂，桐實生桐”(據(jù)成書于東漢時期的《越絕書》記載)。

公元前329年的《呂氏春秋》一書中，則有了“夫種麥而得麥，種稷而得稷，人不怪也”的記載。這些樸素認(rèn)識表明，當(dāng)時人們已把物種性狀的遺傳看成是很正常的自然現(xiàn)象。

《呂語集粹》一書中指出：“種豆，其苗必豆；種瓜，其苗必瓜?！?/p>

《東周列國志》一書在評論春秋韓原之戰(zhàn)，則寫道：“種瓜得瓜，種豆得豆……”

這類一直流傳于民間的諺語，其實就是古人對生物遺傳現(xiàn)象的具體描述。

科學(xué)研究已經(jīng)證實這些都是普遍的遺傳現(xiàn)象，是由細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)決定的。這其中到底是什么物質(zhì)在發(fā)揮重要作用呢?有人認(rèn)為是蛋白質(zhì)，理由是蛋白質(zhì)是生命活動的承擔(dān)者和體現(xiàn)者，生命活動離不開蛋白質(zhì)，而且蛋白質(zhì)也是染色體的主要成分之一。

1.2理由

(1)利于情感目標(biāo)達(dá)成。通過中國古代對遺傳的了解，讓學(xué)生明白我國古代勞動人民的聰明才智，激發(fā)學(xué)生不斷探索的精神。通過科學(xué)探索史的教育，使學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)發(fā)現(xiàn)的艱難、科學(xué)研究的重要性，激發(fā)學(xué)生了解科學(xué)家當(dāng)年的研究過程和方法的興趣。

(2)符合學(xué)生認(rèn)知特點。情境導(dǎo)學(xué)部分設(shè)計的前提要依據(jù)學(xué)生原有經(jīng)驗，立足學(xué)生實際情況——一初中生物教材中“細(xì)胞核是遺傳信息庫”一節(jié)中有關(guān)于遺傳信息在細(xì)胞核中，DNA具有貯存遺傳信息的功能相關(guān)知識。素材中“傳宗接代”是生物特有的現(xiàn)象，教學(xué)中教師可以通過動畫演示“羊的卵式生殖”，結(jié)合材料中的諺語，讓學(xué)生思考生物親子代之間為何表現(xiàn)相似，研究生物的遺傳現(xiàn)象是從性狀人手去進(jìn)行研究的，并且從這個現(xiàn)象可以推出結(jié)論：“生物的性狀在前后代表現(xiàn)出連續(xù)性。它的遺傳物質(zhì)必定能夠進(jìn)行自我復(fù)制?！痹倥c學(xué)生經(jīng)驗(減數(shù)分裂和受精作用)相聯(lián)系，使學(xué)生思考：染色體在親子代之間保持穩(wěn)定性和連續(xù)性，染色體的成分主要是DNA和蛋白質(zhì)兩種，究竟哪一種是遺傳物質(zhì)呢?這樣學(xué)生會較容易理解和接受，啟發(fā)學(xué)生思考如何對這一問題進(jìn)行研究，借助問題激活學(xué)生思維，這樣符合學(xué)生由已知到未知的認(rèn)知特點，有利于學(xué)生探索未知領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生探究欲望。

2“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗”的延伸和拓展

2.1素材

(1)肺炎雙球菌的基礎(chǔ)知識。，肺炎雙球菌是一種可以引起人類肺炎和小鼠敗血癥的病原微生物。已知的肺炎雙球菌包括很多不同類型的菌株，但只有光滑型(s型)菌株能致病，其致病性是由細(xì)胞表面的一層多糖類物質(zhì)所引起的，多糖類物質(zhì)通常不能被宿主的正常防護(hù)機(jī)構(gòu)所破壞，因而導(dǎo)致宿主感染。這層多糖類的膠狀莢膜使它在固體培養(yǎng)基表面形成的菌落表面明亮光滑，稱為光滑型(S型)菌株。

(2)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的實質(zhì)。遺傳轉(zhuǎn)化是指同源或異源的游離的DNA分子被細(xì)菌細(xì)胞攝取，并得以表達(dá)的基因轉(zhuǎn)移過程。遺傳轉(zhuǎn)化可以分為自然轉(zhuǎn)化和人工轉(zhuǎn)化。自然轉(zhuǎn)化現(xiàn)象首先是在肺炎雙球菌中發(fā)現(xiàn)的，在肺炎雙球菌中，自然轉(zhuǎn)化的第一步是R型受體細(xì)胞處于感受態(tài)，即能從周圍環(huán)境中攝取DNA的一種生理狀態(tài)，然后是DNA在細(xì)胞表面的結(jié)合和進(jìn)入。進(jìn)入細(xì)胞的DNA分子一般以單鏈形式整合進(jìn)宿主的染色體DNA，并獲得遺傳特性表達(dá)。

(3)增加肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實驗重要環(huán)節(jié)。在教材格里菲思的第四組實驗基礎(chǔ)上增加第五組實驗：將從第四組實驗死亡的小鼠體內(nèi)分離出的s型活細(xì)菌注入到健康的小鼠體內(nèi)，觀察小鼠的生活狀況(小鼠死亡)。

2.2理由

(1)有利于學(xué)生理解教材文本。教材P43有這樣一段文字：“S型細(xì)菌可以使人患肺炎或使小鼠患敗血癥，因此是有毒性的……”如果不延伸教材文本知識，學(xué)生無法理解小鼠患敗血癥的原因。教材文本對于肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗(包括體外轉(zhuǎn)化、體內(nèi)轉(zhuǎn)化)的實質(zhì)未介紹，學(xué)生能掌握S型中的DNA使R型轉(zhuǎn)化為s型，但不清楚轉(zhuǎn)入原理，僅僅是知其然而不知其所以然。

(2)可以幫助學(xué)生完善知識體系。教師增加第五組實驗，有利于學(xué)生理解經(jīng)典實驗的基本思想，把從死亡小鼠體內(nèi)分離出的S型活細(xì)菌注入到健康的小鼠體內(nèi)，小鼠死亡，說明S型活細(xì)菌在不斷繁殖。在訓(xùn)練學(xué)生設(shè)計探究實驗?zāi)芰Ψ矫?，培養(yǎng)學(xué)生思維思維方面，完善生物學(xué)知識網(wǎng)絡(luò)方面具有非常重要的作用。

3“噬菌體侵染細(xì)菌的實驗”的延伸和拓展

3.1素材

(1)關(guān)于噬菌體的基礎(chǔ)知識。噬菌體是一類病毒的統(tǒng)稱，是感染細(xì)菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒。噬菌體具有病毒的一些特性：個體微小，可以通過細(xì)菌濾過器；沒有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)；主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成的衣殼和包含于其中的核酸組成；只能在活的微生物細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖，是一種專性細(xì)胞內(nèi)寄生的微生物。

(2)噬菌體侵染細(xì)菌的過程。

①感染階段：包括吸附和注入。吸附是噬菌體的尾部附著在細(xì)菌的細(xì)胞壁上，然后進(jìn)行“侵入”。噬菌體首先釋放溶菌酶，在細(xì)菌細(xì)胞壁上打開一個缺口，尾鞘收縮，露出尾軸，伸入細(xì)胞壁內(nèi)，緊接著像注射器一

樣把頭部的DNA注入細(xì)菌細(xì)胞，其蛋白質(zhì)外殼留在壁外，不參與增殖過程。

②增殖階段：包括合成和組裝。噬菌體的DNA進(jìn)入細(xì)胞后，會引起一系列變化：細(xì)菌的DNA合成停止，酶的合成也受到阻抑，噬菌體逐漸控制了細(xì)胞的代謝。子代噬菌體的形成借助于細(xì)菌細(xì)胞的代謝機(jī)制，由噬菌體的DNA巧妙利用宿主細(xì)胞的“機(jī)器”，大量復(fù)制產(chǎn)生子代噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)，并形成完整的噬菌體顆粒。

③成熟階段：成熟的噬菌體從細(xì)菌細(xì)胞中釋放出來。在潛伏后期，噬菌體增加溶菌酶的釋放，用以溶解宿主細(xì)胞壁，促使細(xì)胞裂解，從而釋放出成熟的子代噬菌體。

3.2理由

(1)有利于理解“赫爾希和蔡斯的噬菌體同位素標(biāo)記的實驗”。噬菌體侵染細(xì)菌的實驗是教學(xué)中的一個難點。雖然教材采用了圖文并舉的編寫方法，但是，過于“簡練”的文字和圖解使學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了一定的困難。這對于學(xué)生理解課本中實驗原理、過程和結(jié)論，特別是讀懂教材中的圖6—4是有較大難度的。學(xué)生雖然了解噬菌體的化學(xué)成分，但是對于噬菌體侵染細(xì)菌的過程，即噬菌體侵染細(xì)菌實驗阿原理，學(xué)生難以理解。為了解決這一困難，教師在講解完噬菌體的基本內(nèi)容之后，在介紹課本實驗和圖解之前，可利用1990年版的人教版高中生物課本，包括文字和圖解內(nèi)容，補(bǔ)充講解噬菌體侵染細(xì)菌的過程。這對理解實驗和讀懂圖解是非常重要的，這樣才能理解赫爾希和蔡斯在1952年進(jìn)行的噬菌體感染研究。當(dāng)人們?yōu)榘ダ锏膶嶒灦ち覡幷摃r，赫爾希等人在思考能否將蛋白質(zhì)和DNA完全分開，單獨觀察DNA的作用呢?關(guān)于噬菌體的研究證實，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞的噬菌體是核酸；進(jìn)而說明，攜帶遺傳信息的是核酸，而不是蛋白質(zhì)。噬菌體的DNA不但包括噬菌體自我復(fù)制的信息，而且包括合成噬菌體蛋白質(zhì)所需要的全部信息。此后，再也無人懷疑DNA是遺傳物質(zhì)了。

(2)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力。延伸和拓展的素材幫助學(xué)生分析噬菌體同位素標(biāo)記實驗，‘既有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力，又有助于幫助學(xué)生理解從這個實驗得出的結(jié)論，有助于培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度。但由于教材是將噬菌體侵染細(xì)菌的實驗以兩組實驗合并在一起介紹的，并沒有側(cè)重于介紹實驗過程、原理以及科學(xué)結(jié)論是如何得出的詳細(xì)過程，因此很容易造成學(xué)生知其然不知其所以然，而成為學(xué)生掌握有關(guān)知識和對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素質(zhì)教育和能力培養(yǎng)的難點。

4證明RNA、蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的知識拓展和延伸

4.1素材

(1)證明RNA是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗——病毒的重新構(gòu)建和侵染的實驗，即1957年格勒和施拉姆的實驗。煙草花葉病毒的基本成分就是蛋白質(zhì)和RNA。格勒和施拉姆做了如下實驗：①用石炭酸處理這種病毒，把蛋白質(zhì)去掉，只留下RNA，再將RNA接種到正常的煙草上，結(jié)果發(fā)生了花葉??；②如果用蛋白質(zhì)部分侵染正常煙草，則不發(fā)生花葉病。此實驗的結(jié)論是什么?此實驗的結(jié)論是RNA起著遺傳物質(zhì)的作用，而蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。以后有人將車前草病毒(HRV)與煙草花葉病毒(TMV)的RNA、蛋白質(zhì)分離、組合，分別進(jìn)行實驗，進(jìn)一步明確RNA也是遺傳物質(zhì)。實驗步驟如圖1所示。

(2)證明蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗。1982年，美國科學(xué)家Prusiner從感染了瘙癢病的敘利亞老鼠腦中分離出具有傳染性的蛋白質(zhì)因子，并首先提出了朊病毒這一名詞。由于它不含有DNA和RNA，只能是蛋白質(zhì)。無獨有偶，與之相似的還有引起山羊和綿羊瘙癢病、瘋牛病及人的Kuru病和Crentzfeld-Ja—cob(q病，它們只含有蛋白質(zhì)，脫髓鞘病變)等疾病也由朊病毒引起。

4.2理由

(1)有利于概念的生成。教材P46中，對于RNA是遺傳物質(zhì)作了如下描述：“后來的研究證明，遺傳物質(zhì)除了DNA以外，還有RNA。有些病毒不含有DNA，只含有蛋白質(zhì)和RNA，如煙草花葉病毒……”僅僅是文字?jǐn)⑹?，不如以拓展材料中的文字與圖解更能讓學(xué)生理解結(jié)論，讓學(xué)生在充分理解知識基礎(chǔ)上很自然得出——DNA是主要的遺傳物質(zhì)。

(2)有利于訓(xùn)練學(xué)生的思維，提高學(xué)生解題能力。素材以試題形式呈現(xiàn)給學(xué)生，既提供知識，又考查學(xué)生應(yīng)用圖形轉(zhuǎn)化的能力。因此，讓學(xué)生通過比較、觀察、分析、處理、判斷圖形提供的信息，結(jié)合所學(xué)知識，加以推理、分析，獲得其所包含的生物學(xué)知識，培養(yǎng)獲取信息能力，從而培養(yǎng)學(xué)生解題能力。

5教學(xué)體會

本節(jié)課將教材文本進(jìn)行拓展和延伸，突破教材的限制，，促進(jìn)學(xué)生對于知識的理解與掌握。實驗班學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性得到了較大程度調(diào)動，課堂始終處于一種主動學(xué)習(xí)的良好氛圍之中，學(xué)生真正把學(xué)習(xí)的過程演繹成一個主動探究、自動求知的過程。雖然增加的素材與原教材教學(xué)對比后表明教學(xué)上花費時間多一點，但有利于教學(xué)目的、教學(xué)效果的達(dá)成。增加的素材充分發(fā)揮了教材中蘊含的創(chuàng)新、探究的素材，把教材中的“現(xiàn)成結(jié)論”，通過多處“設(shè)障”、“布惑”，將教材進(jìn)行活化和優(yōu)化處理，使之真正成為學(xué)生的“學(xué)材”，潛移默化地用科學(xué)家的思維過程、教師的思維過程來感染學(xué)生的思維過程。通過對實驗選材、實驗設(shè)計思路及實驗結(jié)果的假設(shè)、預(yù)測、分析與綜合，使學(xué)生感受到了科學(xué)研究的方法以及科學(xué)研究的一絲不茍的精神，更讓他們在與科學(xué)家的思維比較中樹立了自信心：原來自己的思維與科學(xué)家竟這樣的相似，自己也能成為科學(xué)家。

需注意的是本節(jié)延伸和拓展的素材較多，教師應(yīng)如何應(yīng)用呢?要立足于學(xué)生的實際——學(xué)生的接受能力與生活經(jīng)歷。特別提醒的是不能讓拓展和延伸的素材沖淡主題，否則教學(xué)目標(biāo)則被沖淡，整個教學(xué)就會落空。