挖掘課程資源 感悟科學(xué)發(fā)展史

摘 要：“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這節(jié)內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)：“總結(jié)‘DNA是主要遺傳物質(zhì)’的探索過程”“分析證明DNA是主要遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路”“探索實(shí)驗(yàn)技術(shù)在證明DNA是主要遺傳物質(zhì)中的作用”。肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的原理和過程、噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的原理和過程是“DNA是遺傳物質(zhì)”的直接證據(jù)，是本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：DNA；遺傳物質(zhì)；實(shí)驗(yàn)

由于DNA轉(zhuǎn)化等實(shí)驗(yàn)需要在特定的實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行，學(xué)生無法親自動手操作，缺少感性認(rèn)識，因此，需要教師形象直觀地介紹實(shí)驗(yàn)操作步驟。在教學(xué)過程中，可充分利用教材中的各項(xiàng)資源，如，插圖、多媒體動畫可以分布演示實(shí)驗(yàn)過程，問題探討、旁欄思考、思考與討論等小模塊可引導(dǎo)學(xué)生思考等。新課程倡導(dǎo)教師利用和開發(fā)好課程資源，課程資源是課程實(shí)施的重要保障。高中生物中豐富的教材資源、學(xué)生的生活資源、多彩的多媒體資源等都是教師在教學(xué)過程中可以利用的，從而提高學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)等。

本節(jié)內(nèi)容的開始，以“問題探討”拋出一個(gè)曾經(jīng)在科學(xué)界爭議了很長時(shí)間的問題：“DNA和蛋白質(zhì)究竟誰是遺傳物質(zhì)？”提出這個(gè)問題不是需要學(xué)生直接回答，因?yàn)闃?biāo)題已經(jīng)給出答案，回答已經(jīng)沒有任何意義?？梢韵日故尽皢栴}探討”中染色體的圖解，了解染色體確實(shí)主要由DNA和蛋白質(zhì)組成，然后推出教材中所講述的對遺傳物質(zhì)的早期推測，這樣既可以知道爭議“DNA和蛋白質(zhì)究竟誰是遺傳物質(zhì)”的原委，又可以簡潔明確地引入本節(jié)主要內(nèi)容的討論。

一、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

1928年，英國科學(xué)家格里菲思以小鼠為實(shí)驗(yàn)材料，研究肺炎雙球菌如何使小鼠死亡。

先以表格的形式展示肺炎雙球菌的兩種類型：R型細(xì)菌和S細(xì)菌，展示它們在菌體、菌落、毒性等方面的不同之處，讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)材料，然后讓學(xué)生分析教材中的圖3-2，通過對照比較四組實(shí)驗(yàn)的不同。在比較分析的過程中，讓學(xué)生復(fù)習(xí)了生物實(shí)驗(yàn)中的對照原則、自變量、因變量、無關(guān)變量等，做到知識的融會貫通，引導(dǎo)學(xué)生得出“加熱殺死的S細(xì)菌中存在一種‘轉(zhuǎn)化因子’，能讓R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌”。

“轉(zhuǎn)化因子”究竟是什么呢？什么物質(zhì)還能在高溫下繼續(xù)保持活性呢？帶著這些疑問引導(dǎo)學(xué)生談到另一個(gè)科學(xué)家——艾弗里。

1944年，美國科學(xué)家艾弗里同樣以肺炎雙球菌為材料，但借用了物質(zhì)的提純與鑒定的實(shí)驗(yàn)方法，將S型細(xì)菌中的物質(zhì)進(jìn)行提純、分離與鑒定。將分離后的蛋白質(zhì)、多糖、DNA等物質(zhì)分別放到培養(yǎng)R型菌的培養(yǎng)基中，觀察變化。讓學(xué)生分析教材中的圖3-3，體會艾弗里和他的同事做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程，以及他們的設(shè)計(jì)思路。

只有放入S型菌的DNA的培養(yǎng)基中才會有少量S型菌菌落出現(xiàn)，說明“DNA是轉(zhuǎn)化因子”?？商峒儠r(shí)能達(dá)到百分百的純度嗎？有資料顯示，艾弗里實(shí)驗(yàn)中提取出的DNA，純度最高時(shí)也還有

0.02%蛋白質(zhì)，這不能避免也會有一定的影響，所以，仍有人對實(shí)驗(yàn)結(jié)論表示懷疑，又在激勵(lì)著人們繼續(xù)思考、繼續(xù)研究。

二、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)

1952年，美國科學(xué)家赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實(shí)驗(yàn)材料，利用放射性同位素標(biāo)記的新技術(shù)，完成了具有說服力的實(shí)驗(yàn)。

赫爾希等人和艾弗里一樣都選擇了結(jié)構(gòu)十分簡單的生物——細(xì)菌或病毒作為實(shí)驗(yàn)材料。他們的優(yōu)點(diǎn)是：（1）個(gè)體很小，結(jié)構(gòu)簡單，容易看出因遺傳物質(zhì)改變導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)和功能的變化。細(xì)菌是單細(xì)胞生物，病毒無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，T2噬菌體的化學(xué)組成中60%是蛋白質(zhì)，40%是DNA。（結(jié)合教材中的插圖和“相關(guān)信息”板塊）（2）繁殖快。細(xì)菌20～30min就可繁殖一代，病毒短時(shí)間內(nèi)可大量繁殖。

雖然教材中的圖3-6展示了T2噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)圖解，但具體的過程學(xué)生不容易理解，可借助多媒體展示“噬菌體侵染細(xì)菌”的動畫過程，能夠讓學(xué)生隨著動畫過程感同身受地體會，理解更加透徹。然后再結(jié)合插圖、板書，真正地理解如何給大腸桿菌標(biāo)記、如何給T2噬菌體標(biāo)記，以及短時(shí)間保溫、攪拌、離心的目的，再通過自制表格分析親代噬菌體、寄主細(xì)菌、子代噬菌體等放射性標(biāo)記的有無，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)。

從1928年格里菲思的肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，到1944年艾弗里的實(shí)驗(yàn)，到1952年赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，前后歷經(jīng)24年，人們才確信DNA是遺傳物質(zhì)。這些實(shí)驗(yàn)雖然對象不同、方法不同、所處的時(shí)代背景不同，但實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路有共同之處，即想方設(shè)法將DNA與蛋白質(zhì)分開，單獨(dú)地直接地觀察DNA或蛋白質(zhì)的作用。

可為什么教材標(biāo)題是“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”？“主要”是什么意思？帶著這個(gè)疑問，學(xué)生也在回答另一個(gè)問題“DNA是唯一的遺傳物質(zhì)嗎？”于是有人想到了RNA。DNA是絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)，所以，DNA是主要的遺傳物質(zhì)。

“如何證明RNA是遺傳物質(zhì)呢？”這為學(xué)生的課后思考留了個(gè)鋪墊，同時(shí)也是檢查學(xué)生能否活學(xué)活用的很好的參考依據(jù)。

在高中生物教材中，類似的科學(xué)發(fā)展史還有很多，如，生物膜結(jié)構(gòu)的探究歷程、光合作用的探究歷程、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

歷程等。如何利用插圖、多媒體等手段將這些科學(xué)發(fā)展史生動地展現(xiàn)在學(xué)生面前，充分發(fā)揮他們的教育教學(xué)效果，是值得我們深入探討的話題。

（作者單位 江蘇省蘇州市吳縣中學(xué)）

編輯 王團(tuán)蘭