訓(xùn)練科學(xué)思維，拓展思維深度

胡斯琴

“噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)”是科學(xué)發(fā)現(xiàn)史過(guò)程中精彩的一頁(yè)，是證明DNA是遺傳物質(zhì)過(guò)程中關(guān)鍵的一環(huán)。在本節(jié)教學(xué)中，很多老師都將本實(shí)驗(yàn)當(dāng)成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)來(lái)教，筆者以前也是按照這種傳統(tǒng)思路來(lái)授課。但學(xué)習(xí)了核心素養(yǎng)相關(guān)內(nèi)容感悟了這幾年全國(guó)卷高考試題后，對(duì)于提高學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，提高學(xué)生的審題和解題能力，這種教學(xué)是達(dá)不成目標(biāo)的。筆者嘗試從探究性實(shí)驗(yàn)思路來(lái)教學(xué)，利用假說(shuō)——演繹的科學(xué)探究方法進(jìn)行教學(xué)，取得了較好的效果。

一、了解科學(xué)背景，更好地理解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的前提和目的

了解科學(xué)背景，當(dāng)時(shí)科學(xué)界，是先發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的相關(guān)結(jié)構(gòu)，理解了蛋白質(zhì)分子是多樣的。因此當(dāng)時(shí)科學(xué)家推測(cè)蛋白質(zhì)可以體現(xiàn)生物的多樣性，它可以是遺傳物質(zhì)。因?yàn)檫@種先入為主的思想，所以蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)這種觀點(diǎn)是普遍被接納的。就算后面發(fā)現(xiàn)了DNA，認(rèn)識(shí)到了DNA的重要性，占主導(dǎo)地位的思想仍是蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)。

二、理解其他科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)，更好地理解實(shí)驗(yàn)背景

課本上之前講到了肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，格里菲思做了體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明：S型菌有一種轉(zhuǎn)化因子，使R型菌轉(zhuǎn)化成了S型菌。而轉(zhuǎn)化因子是什么呢？艾弗里接過(guò)科學(xué)長(zhǎng)跑的接力棒，將S型菌的物質(zhì)進(jìn)行分離，在R型菌分別加入S型菌的DNA、RNA、蛋白質(zhì)、多糖、脂質(zhì)等，結(jié)果只有加入S型DNA的培養(yǎng)基中才有S型菌出現(xiàn)。而如果在加入DNA的同時(shí)加入DNA酶，培養(yǎng)基中只有R型不會(huì)出現(xiàn)S型菌。從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)肺炎雙球菌的遺傳物質(zhì)是DNA而不是蛋白質(zhì)等其他物質(zhì)。

但由于當(dāng)時(shí)科學(xué)條件的限制，提純DNA技術(shù)不成熟。艾弗里在這個(gè)實(shí)驗(yàn)上花了十年時(shí)間，一直在想方設(shè)法提純DNA。但很遺憾的是，當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)條件下，艾弗里提純的DNA純度最高的時(shí)候，也含有0.02%的蛋白質(zhì)。

因此，這個(gè)實(shí)驗(yàn)還是有很多學(xué)者提出質(zhì)疑，所以需要更強(qiáng)而有力的證據(jù)，需要更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)。也可以提醒學(xué)生，先入為主的思想是蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)，新思想被接受需要一個(gè)過(guò)程。

三、了解T2噬菌體的結(jié)構(gòu)，理解實(shí)驗(yàn)的原理。

提問(wèn)：從艾弗里的實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是什么？

學(xué)生不難歸納出，實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是將DNA和蛋白質(zhì)進(jìn)行分離。通過(guò)設(shè)疑，訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

當(dāng)時(shí)科學(xué)條件無(wú)法直接將DNA和蛋白質(zhì)通過(guò)化學(xué)方法分離開(kāi)來(lái)，所以需要另辟蹊徑。

提問(wèn)：自然界中有沒(méi)有一種生物材料本身就只有DNA和蛋白質(zhì)，而且這兩者成分本身就沒(méi)有結(jié)合在一起的？

通過(guò)設(shè)疑，學(xué)生回顧所學(xué)知識(shí)，建立知識(shí)聯(lián)系。

學(xué)生可以想到病毒，肯定學(xué)生所想，鼓勵(lì)、激勵(lì)學(xué)生?？茖W(xué)家就是想到了病毒。利用了T2噬菌體。

學(xué)生閱讀課本關(guān)于T2噬菌體的知識(shí)，歸納出T2噬菌體的特點(diǎn)。

通過(guò)主動(dòng)學(xué)習(xí)，鍛煉學(xué)生思維能力。

通過(guò)投影展示T2噬菌體的特點(diǎn)，歸納出T2噬菌體的繁殖過(guò)程：

吸附→注入→合成→組裝→釋放。

（自身的遺傳物質(zhì)）

T2噬菌體自身就兩種物質(zhì)，如果通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明何種物質(zhì)注入進(jìn)宿主細(xì)胞，那么這種物質(zhì)就有可能是遺傳物質(zhì)。

四、介紹實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，理解科學(xué)實(shí)驗(yàn)思路。

提問(wèn)：T2噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)本身就是分開(kāi)的，但是用肉眼有沒(méi)有辦法追蹤物質(zhì)的運(yùn)行和變化規(guī)律？

所以需要借助一定的科學(xué)方法。聯(lián)系所學(xué)知識(shí)，以前我們有沒(méi)有使用過(guò)類似的方法來(lái)追蹤的？

回顧課本知識(shí)，建立知識(shí)脈絡(luò)。

必修一光合作用探索歷程中魯賓和卡門(mén)用到了同位素標(biāo)記法，證明氧氣中的氧是來(lái)自水的。同位素標(biāo)記法可以追蹤物質(zhì)的運(yùn)行和變化規(guī)律。

標(biāo)記何種元素呢？回顧DNA和蛋白質(zhì)的元素組成

DNA：C、H、O、N、P

蛋白質(zhì)：C、H、O、N，少數(shù)含有P、S

再提示學(xué)生看相關(guān)信息，發(fā)現(xiàn)T2噬菌體

DNA：C、H、O、N、P

蛋白質(zhì)：C、H、O、N、S

既然要分別追蹤DNA和蛋白質(zhì)，那么標(biāo)記的就是特有元素P和S。

設(shè)疑：如何使T2噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)被標(biāo)記？

能不能直接用培養(yǎng)基培養(yǎng)T2噬菌體？

通過(guò)這兩個(gè)問(wèn)題，能夠讓學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)過(guò)程，展示實(shí)驗(yàn)流程。

強(qiáng)調(diào)保溫、攪拌、離心的目的。

離心的結(jié)果：上清液是T2噬菌體，沉淀物是大腸桿菌。

五、假說(shuō)——演繹法推測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提升思維深度

按照實(shí)驗(yàn)思路，存在幾種假設(shè)？每種假設(shè)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是什么？

學(xué)生自己思考，填寫(xiě)表格。提高學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，拓展思維深度。

而實(shí)驗(yàn)結(jié)果是什么？說(shuō)明了什么？

學(xué)生可以自己得出相應(yīng)的結(jié)論：T2噬菌體的DNA進(jìn)入到了大腸桿菌。

而進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)子代T2噬菌體可以檢測(cè)到32P

通過(guò)假說(shuō)——演繹的思路，學(xué)生自己參與科學(xué)探究過(guò)程，更能理解實(shí)驗(yàn)的過(guò)程和思路。拓展了學(xué)生的思維。

進(jìn)一步設(shè)疑：實(shí)驗(yàn)結(jié)果中35S這個(gè)組別中沉淀物也會(huì)出現(xiàn)少量放射性，為什么？

32P這個(gè)組別中上清液也會(huì)出現(xiàn)少量放射性，為什么？

通過(guò)思考進(jìn)一步提升科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

筆者在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)通過(guò)這種教學(xué)策略，學(xué)生對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程基本能夠理解，相應(yīng)的練習(xí)也基本能夠完成。學(xué)生的科學(xué)探究能力也有所提升。如果在每堂課的教學(xué)中我們能不斷思考如何提高學(xué)生的核心素養(yǎng)，找到對(duì)應(yīng)的策略，相信學(xué)生的素養(yǎng)也會(huì)有所提升。