基于生物科學史的課堂探究學習

黃巍

摘 要 以“DNA是主要的遺傳物質”一課為例，對生物科學史與課堂探究學習的有效整合進行了探討。

關鍵詞 生物科學史 探究學習 教學設計

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

1 教材分析

“DNA是主要的遺傳物質”是人教版高中生物必修2第3章第1節(jié)的內容，主要講述科學家證明DNA是遺傳物質的兩個經(jīng)典實驗。教材中蘊含著豐富的生物科學史材料，闡述了科學家的研究思路和過程，體現(xiàn)了豐富的科學精神，是進行課堂探究學習的好素材。鑒于學生對科學史中涉及到的一些背景和技術手段存在知識缺陷，在教學中教師要充分了解學生的學習障礙，創(chuàng)設有效的問題情景，讓學生在探究活動中體驗科學研究的方法和科學家的創(chuàng)新精神，從而達到培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的。

2 教學目標

2.1 知識目標

總結科學家對“DNA是主要的遺傳物質”的科學探索過程；設計“證明轉化因子是什么”和“RNA是遺傳物質”的實驗方案。

2.2 能力目標

對科學家證明“DNA是主要的遺傳物質”的實驗設計思路進行分析和討論，領悟科學研究的過程和方法；在嘗試自主設計實驗的過程中，提高創(chuàng)新意識和設計實驗的能力。

2.3 情感、態(tài)度與價值觀目標

通過對RNA也是遺傳物質的學習，認同人類對遺傳物質的認識是不斷深化和完善的過程。

3 教學重點和難點

3.1 教學重點

肺炎雙球菌轉化實驗的原理和過程；噬菌體侵染細菌實驗的原理和過程。

3.2 教學難點

探究肺炎雙球菌轉化實驗。

4 教學過程設計

4.1 創(chuàng)設情境，激發(fā)興趣

展示成龍和房祖名、老布什和小布什兩對父子的照片，請學生思考：父親的性狀是如何傳遞給兒子的？

設計意圖：通過創(chuàng)設與學生現(xiàn)實生活緊密聯(lián)系的教學情景，充分激發(fā)學生的學習興趣和積極性，產(chǎn)生探究的欲望。

4.2 回顧舊知，啟動探究

請學生回顧之前所學知識，回答以下問題：① 孟德爾提出生物性狀的遺傳是由什么傳遞的？② 在研究生物減數(shù)分裂和受精作用過程中，科學家認識到對生物遺傳具有關鍵作用的物質是什么？③ 摩爾根證明了基因在什么物質上？④ 染色體的主要組成成分是什么？

設計意圖：讓學生在問題情境中回顧人類早期對遺傳物質的探索歷程，同時產(chǎn)生疑問：基因在染色體的蛋白質還是DNA上？這兩種物質究竟哪一種是遺傳物質？由此引入課題，讓學生帶著問題走進課堂。

4.3 引導探究，建構新知

（1） 肺炎雙球菌轉化實驗。通過多媒體演示格里菲思的肺炎雙球菌體內轉化實驗，引導學生分析實驗現(xiàn)象，并提出疑問：為什么將R型活菌和加熱殺死的S型菌混合后，會產(chǎn)生導致小鼠死亡的S型活菌？讓學生進行思維探究,提出可能的原因，如：① S型菌未全部加熱殺死；② R型活菌基因突變后轉化為S型活菌；③ 加熱殺死的S型菌復活；④ 加熱殺死的S型菌中具有某種使R型活菌轉化為S型活菌的物質。教師引導學生通過設計實驗對上述推測進行驗證，在排除前三種推測后得出結論：加熱殺死的S型菌中存在將R型活菌轉化為S型活菌的轉化因子。

要弄清什么是轉化因子,最關鍵的設計思路是什么？請學生分組進行合作探究，并設計一個實驗方案。師生共同探討和交流后，總結出實驗方案：將加熱殺死的S型菌中的DNA、蛋白質和多糖等物質提取出來，分別加入到培養(yǎng)了R型菌的培養(yǎng)基中，單獨、直接地觀察它們的作用，能使R型菌轉化成S型菌的物質就是轉化因子。

由于當時技術水平的限制，物質的提純是十分復雜和困難的，請學生繼續(xù)思考，是否有辦法可以不用對各成分進行提純，也能單獨觀察它們的作用？引導學生運用逆向思維進行探究，并提出設計思路：分別去除S型菌中的DNA、蛋白質和多糖后，加入到培養(yǎng)了R型菌的培養(yǎng)基中，不能產(chǎn)生S型菌的即為轉化因子。

用多媒體演示艾弗里的肺炎雙球菌體外轉化實驗,請學生思考以下問題：① 從該實驗可以得出什么結論？② 為什么要設置一組同時加入S型菌的DNA和DNA酶的實驗？③ 艾弗里提取出的DNA，純度最高時也還有0.02%的蛋白質。因此，仍有科學家對實驗結論表示懷疑，他們懷疑什么？

設計意圖：通過不斷設置問題情境，讓學生追隨科學家探索的腳步，逐步深入地開展思維探究學習，在學習科學家嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和縝密的思維的同時，訓練了學生的科學思維方式。

（2） 噬菌體侵染細菌實驗。實驗材料的選擇是科學研究成敗的關鍵，結合T2噬菌體的模式圖，引導學生討論選擇T2噬菌體作為實驗材料的優(yōu)點，并思考以下問題：① 回顧所學知識，可以用什么方法將T2噬菌體的DNA和蛋白質區(qū)分開來？② 應該分別標記DNA和蛋白質的哪個元素？③ 如何用同位素標記噬菌體的DNA和蛋白質？

播放T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗的Flash動畫，請學生認真觀察，并引導學生嘗試針對實驗過程及結果中存在疑惑的地方提出問題，如：實驗中為什么要攪拌和離心？用35S標記的噬菌體侵染細菌的實驗中，為何沉淀物也有少量放射性？能否說明蛋白質也作為遺傳物質進入到大腸桿菌內？教師引導學生對問題進行自主探究，并得出結論：DNA是遺傳物質。

設計意圖：通過引導學生主動去發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，打破傳統(tǒng)教學中教師對知識的單向傳承，發(fā)揮了學生的主觀能動性，實現(xiàn)了師生和生生間的多邊互動，最終完成對教材知識的建構。

4.4 深入探究，反饋運用

教師展示煙草花葉病毒的圖片，介紹相關的背景知識，并點出煙草花葉病毒的組成成分是蛋白質和RNA，讓學生大膽猜想其遺傳物質是什么。這樣引導學生結合前面所學的知識，嘗試設計實驗來證明自己的猜想。師生共同討論和分析后得出：煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA，DNA并不是生物體唯一的遺傳物質，使學生感悟到科學研究是一個不斷深化、不斷完善的過程。

設計意圖：通過讓學生自主設計實驗，初步領悟科學研究的過程和方法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識以及設計實驗的能力。

5 點評

5.1 必要的知識鋪墊是進行探究學習的基礎

由于知識積累的不足，學生經(jīng)常會對科學史中用到的材料、技術手段等感到陌生和難以理解，導致無法順利進行探究學習。教師可以利用教材插圖、掛圖以及多媒體課件等為學生提供必要的知識鋪墊。如本案例中，設計者在講噬菌體侵染細菌的實驗前，先用多媒體展示T2噬菌體的模式圖，并引導學生討論選擇T2噬菌體作為實驗材料的優(yōu)點，從而為后面的探究學習奠定了基礎。

5.2 創(chuàng)設問題情境，激發(fā)學生探究欲望

“問”是所有科學探究的源頭，有效地創(chuàng)設問題情境，可以充分激發(fā)學生探究的欲望，發(fā)揮學生的主觀能動性和創(chuàng)造力，讓學生主動地獲取知識。在本案例中，設計者對科學史資料進行了充分的挖掘，并有針對性地設置問題情境，讓學生通過思考、討論、交流、設計實驗方案等方式進行探究學習，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神和分析問題、解決問題的能力。

5.3 引導學生發(fā)現(xiàn)和提出問題，形成自主探究的意識

除了為學生創(chuàng)設問題情境外，教師還可以引導學生從科學史中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，使學生變被動學習為主動學習，促進學生形成自主探究的意識。如本案例中，設計者先請學生觀察T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗的Flash動畫，然后在寬松、自由的學習氛圍中，引導學生對實驗中存在的疑問大膽提出問題、發(fā)表見解，最終達到提高學生生物科學素養(yǎng)和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的。