“探索遺傳物質(zhì)的過程”教學(xué)案例

張曉輝

1 案例背景

“探索遺傳物質(zhì)的過程”是蘇教版教科書必修2第四章第一節(jié)內(nèi)容。該節(jié)的學(xué)習(xí)課時為兩課時：第一課時是“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”；第二課時是“提取DNA”。學(xué)生通過第一課時的學(xué)習(xí)，可以進(jìn)一步加深對有絲分裂、減數(shù)分裂和受精作用實質(zhì)的認(rèn)識。學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)了遺傳物質(zhì)為DNA，此時教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過實驗的方法證明DNA是遺傳物質(zhì)，再通過介紹煙草花葉病毒等少數(shù)生物只有RNA而沒有DNA的事實，得出“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的結(jié)論。在學(xué)生對經(jīng)典實驗的學(xué)習(xí)、討論與探索的過程中，教師要求學(xué)生用辯證唯物的方法來認(rèn)識遺傳物質(zhì)的本質(zhì)，同時進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生分析、比較、推理、歸納等科學(xué)思維能力和解決實際問題的能力，符合新課程的理念。

2 教學(xué)思路

教師圍繞“設(shè)法將DNA與蛋白質(zhì)分開，單獨地、直接地觀察DNA與蛋白質(zhì)作用”這一主線，引導(dǎo)學(xué)生主動參與證明DNA是遺傳物質(zhì)的實驗設(shè)計，展開分析、推理等一系列探究活動。

教師由學(xué)生已學(xué)過的與染色體有關(guān)的遺傳變異現(xiàn)象導(dǎo)入，通過學(xué)生對染色體主要成分的回顧，讓學(xué)生猜測：DNA和蛋白質(zhì)哪種是遺傳物質(zhì)，為什么？如何證明？從而引出相關(guān)實驗。

通過活動一“對格里菲斯的肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗的分析”得出已加熱殺死的S型菌中含有某種引起轉(zhuǎn)化的活性物質(zhì)──轉(zhuǎn)化因子。

在學(xué)生思考得出“找出S型菌中轉(zhuǎn)化因子的關(guān)鍵思路”的基礎(chǔ)上，通過對活動二“對艾弗里的肺炎雙球菌的體外轉(zhuǎn)化實驗的設(shè)計分析”和活動三“對噬菌體侵染大腸桿菌的實驗的分析”得出DNA是遺傳物質(zhì)。

教師通過讓學(xué)生閱讀相關(guān)內(nèi)容，使他們了解有些病毒以RNA為遺傳物質(zhì)，并給予相關(guān)背景知識，使學(xué)生認(rèn)同DNA是生物的主要遺傳物質(zhì)。

3 片段重現(xiàn)

噬菌體侵染細(xì)菌這一實驗的教學(xué)存在一定的難度，學(xué)生對于噬菌體了解不足，不知道噬菌體如何侵染細(xì)菌，也因此難以理解為何能通過噬菌體侵染細(xì)菌實驗來探究遺傳物質(zhì)到底是DNA還是蛋白質(zhì)。 下面針對“噬菌體侵染細(xì)菌”這一知識點的學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行簡單闡述。

問題一：噬菌體的結(jié)構(gòu)是什么？

雖然在前期教學(xué)中教師提到過病毒，但并未對病毒的結(jié)構(gòu)及生命活動等進(jìn)行詳細(xì)的介紹，因此當(dāng)提出噬菌體這種生物為病毒，結(jié)構(gòu)為蛋白質(zhì)外殼和包含在其中的核酸（DNA）時，有學(xué)生提出：“這樣的生物如何進(jìn)行生命活動？”教師回答病毒只能寄生。學(xué)生又詢問病毒寄生在哪里。教師反問學(xué)生：生命活動的基本單位是什么？學(xué)生中有人脫口而出說是細(xì)胞。教師又問為什么是細(xì)胞。學(xué)生進(jìn)行思考后，說出細(xì)胞具有進(jìn)行生命活動所需的場所、物質(zhì)和能量。教師肯定了學(xué)生的回答，并反問學(xué)生：病毒寄生在何處，為什么？學(xué)生回答在細(xì)胞中，因為細(xì)胞能提供病毒生命活動所需的場所、物質(zhì)和能量。教師在肯定了學(xué)生的回答后，又介紹了病毒按寄生細(xì)胞類型不同而進(jìn)行的分類，噬菌體是專門寄生在細(xì)菌細(xì)胞中的病毒。

這時又有學(xué)生詢問：噬菌體是如何侵染細(xì)菌的，是整個個體都進(jìn)入細(xì)菌嗎？這個問題的提出打亂了教師原來的教學(xué)設(shè)計。原本應(yīng)該在噬菌體的結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)之后轉(zhuǎn)入放射性同位素標(biāo)記內(nèi)容的，而噬菌體侵染細(xì)菌的方式過程安排在這之后。但學(xué)生這時已提出了這個問題，面對這種情況，教師一方面不能回避這個問題，要保持學(xué)生的興趣，一方面又要讓學(xué)生通過實驗探究去體會科學(xué)研究的方法和科學(xué)實驗設(shè)計的基本步驟，培養(yǎng)學(xué)生分析、比較、推理、歸納等科學(xué)思維能力和解決實際問題的能力。所以在短暫的思考后，教師提出問題：如何研究噬菌體侵染細(xì)菌的方式？以此作為過渡引出下一部分內(nèi)容。

問題二：噬菌體侵染細(xì)菌實驗的結(jié)果如何分析？

學(xué)生討論后，確定用32P標(biāo)記DNA、35S標(biāo)記蛋白質(zhì)后，教師用多媒體演示噬菌體侵染細(xì)菌的實驗過程，指導(dǎo)學(xué)生觀察，提問：

（1） 在第一組實驗中放射性物質(zhì)存在于上清液中，說明什么？

（2） 在第二組實驗中放射性物質(zhì)主要存在于沉淀物中，說明什么？

原以為這個問題學(xué)生并不難解決，而結(jié)果卻不理想，學(xué)生普遍感到迷惑，并不清楚沉淀中是什么。因此教師給學(xué)生補(bǔ)充離心知識，讓學(xué)生認(rèn)識到沉淀中應(yīng)為細(xì)菌。在這一知識背景下，學(xué)生比較順利地分析出DNA進(jìn)入了細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，而蛋白質(zhì)未進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞中。教師繼續(xù)提問：實驗結(jié)果說明DNA與蛋白質(zhì)哪種物質(zhì)在親子代噬菌體中具有連續(xù)性？學(xué)生能準(zhǔn)確得出答案，并認(rèn)識到噬菌體的遺傳物質(zhì)為DNA。

這時卻有學(xué)生提出問題：在第二組實驗中放射性物質(zhì)主要存在于沉淀，為什么要用“主要”一詞來形容？這一問題有一定的難度，并不在授課計劃之中，但對于學(xué)生提出這一問題，筆者感到很高興，于是針對這一問題設(shè)計教學(xué)流程，嘗試引導(dǎo)學(xué)生通過探討解決。

教師首先介紹了噬菌體侵染細(xì)菌的具體步驟，包括吸附、注入、合成、組裝、釋放。接著告訴學(xué)生該實驗中這種噬菌體在適宜條件下的繁殖周期為5～20 min，請學(xué)生圍繞實驗中有關(guān)步驟分小組討論分析用“主要”一詞的原因。

學(xué)生結(jié)合教師所提供的背景進(jìn)行討論，并逐步把焦點放在噬菌體侵染細(xì)菌實驗的培養(yǎng)時間上，并提出可能性的解釋。有學(xué)生提出第二組實驗中上清液中的放射性可能來自已完成侵染過程并釋放出的子代噬菌體。教師對此給予肯定，并順勢補(bǔ)充介紹了噬菌體侵染細(xì)菌的過程，以期促成學(xué)生獲得更清晰的認(rèn)識。

4 教學(xué)反思

由于學(xué)生對于噬菌體侵染細(xì)菌的實驗這部分內(nèi)容學(xué)習(xí)感到較為困難，不可避免會有各種疑問產(chǎn)生。教師遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，以學(xué)生為主體，使學(xué)生在已有知識與新問題的沖突中思考，自行建構(gòu)新的知識體系。

在第一個問題中，教師適時地反問學(xué)生生命活動的基本單位，讓學(xué)生通過回憶之后，認(rèn)同細(xì)胞是生命活動的基本單位，也明確病毒的活動特點，有助于學(xué)生形成正確的認(rèn)識，同時也為之后噬菌體產(chǎn)生子代噬菌體的物質(zhì)、能量等來源的學(xué)習(xí)作鋪墊，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性。

之后學(xué)生提出的噬菌體是如何侵染細(xì)菌的問題，雖然不在原本的授課流程中，但這問題的提出恰好可以承接其他問題，激發(fā)學(xué)生的探究欲，針對性的處理不但不會顯得突兀，反而會更流暢。

在第二個問題中，第二組實驗中放射性物質(zhì)主要存在于沉淀，學(xué)生所提出的為什么在上清液中存在放射性，這一問題的解釋也不再原先的教學(xué)設(shè)計之中，但通過學(xué)生對這一問題的思考分析卻可以提升學(xué)生的探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。在學(xué)生解答問題的同時增加了興趣和自信，對科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展是有益的。

在面對學(xué)生“突然”提出的問題，教師沒有回避，而是針對有價值的提問設(shè)置情景，引導(dǎo)學(xué)生主動參與，通過討論等方式去分析，自行得出結(jié)論。這樣既維持了學(xué)生的興趣，又培養(yǎng)學(xué)生分析、比較、推理、歸納等科學(xué)思維能力和解決實際問題的能力，使學(xué)生真正在學(xué)習(xí)中提升自身的能力，同時體現(xiàn)了生物這門自然科學(xué)的學(xué)習(xí)應(yīng)有的作用和價值。