DNA是主要的遗传物质第二课时教学设计

“噬菌体侵染大肠肝菌实验”教学设计

常梅艳

摘要：噬菌体侵染大肠杆菌实验在高中生物中是一个教学难点，特别是其中对同位素示踪法的应用、观察到的现象、实验中的误差，学生很难理解到位。本文采用物理模型构建法与假说演绎法结合，尝试了对此难点的突破。

关键词：物理模型构建

教学设计

在“DNA是主要的遗传物质”一节中，肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验，是需要掌握的两个重点内容。尤其是噬菌体侵染细菌实验当中。涉及到同位素标记法的运用，是学生理解的难点。2017年的全国新课标Ⅰ卷第二十九题就联系到该知识点。可是学生们的答题情况不太理想。为了突破这个难点。笔者尝试运用物理模型构建的方法并结合假说演绎法，开设了本节公开课。突破了教学的重难点，教学效果较好，反响热烈。下面是课堂实录。

一.教学目标

（一）知识目标

掌握噬菌体侵染细菌实验的过程和原理，以及从实验中得出的结论（DNA是遗传物质）。

（二）能力目标

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通过重演科学家发现DNA是主要遗传物质的过程，学会科学研究的方法和实验设计的基本步骤。

（三）情感目标

概述人类对遗传物质的探索过程，认同科学认识是不断深化、不断完善的过程。

二．教学重点

噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。

三．教学难点

同位素示踪法的应用，实验的原理和过程，误差分析

四.教学策略

追问；讲授; 问题串引导学生思考讨论；物理模型构建与假说演绎法结合引导学生进行探究实验

五.教学过程

（一）

铺垫

师：上节课，我们学习了肺炎双球菌转化实验。艾弗里用分离纯化技术证明了DNA是遗传物质。但是分离纯化技术存在缺陷，不可能得到百分之百的DNA。于是利用纯化技术这个思路走不通了。后来是赫尔希和蔡斯做了噬菌体侵染细菌实验，对于噬菌体你们了解哪些知识？ 生：噬菌体是病毒，只有蛋白质和DNA 师：那么在这个实验中选择噬菌体来做实验存在什么优点呢？

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生：成分简单，可以排除其他有机物的干扰

（二）噬菌体侵染细菌实验的原理和过程

1.提出假说

师：下面我们就提出问题啦。既然是侵染，肯定会有物质会进入大肠杆菌。到底是噬菌体的什么物质进去了呢？大家觉得有几种可能性？

生1：两种，一种是DNA进入了大肠杆菌，另一种是蛋白质进入大肠杆菌。

生2：三种，可能DNA进入，可能蛋白质进入，可能两者都进入。

师：有没有第四种可能，两者都不进入呢？

生笑：有的说可能，有的说如果这样，噬菌体就没法侵染啦。

师：那你们就各自认定一种情况的假设吧。可是要看究竟什么物质进入了，就要对它们进行追踪，用什么技术呢？

生齐答：同位素示踪法。

2.同位素示踪法的知识梳理

师：这个方法我们在哪里曾经用过呢？

生齐答：分泌蛋白的合成途径

师：再观察分泌蛋白的合成途径中，我们是如何标记蛋白质的？

生：标记的氢元素

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师更正：是用氢元素的同位素氚来进行标记，可是元素能直接添加到培养基中吗？元素会以一定的方式构成化合物，只有化合物才能被添加到培养基中，那么用氚标记的是什么物质？

生（疑惑），师启发：细胞是用什么原料才合成蛋白质的？

生齐答：氨基酸。

师：所以通过标记蛋白质的基本单位氨基酸，我们就可以观察到分泌蛋白是如何合成的，按照这个思路，请同学们思考以下几个问题。（PPT给出问题让学生思考讨论）

关于放射性同位素标记法的思考：

思考1：如何“追踪”我们想观察的生物大分子？

思考2：用什么元素进行标记？

思考3：同时标记一组噬菌体还是分组分别标记？

思考4：如何给噬菌体进行标记？

讨论之后，生1回答思考1：可以标记生物大分子的原料。

师追问：DNA、RNA、淀粉分别标记什么物质？生3一一作答。

师问：再来考虑用什么元素作标记，课本中用的氚元素来标记氨基酸，还可以用其它元素吗？你觉得还可以用什么元素？

生3：还可以用C、O、N 师追问，可以用N来标记葡萄糖吗？为什么？

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生4：不可以，因为葡萄糖只含有C、H、O三种元素，不含N元素。

师：请总结一下用什么元素来对某种物质进行标记

生4：必须用某种物质所含有的元素来进行标记。

师：让我们回归到噬菌体侵染细菌的实验中来，现在我们要追踪DNA和蛋白质，又应该用什么元素来标记什么物质？

生5：用P来标记DNA，用S来标记蛋白质（学生思路受到课本影响）

师：DNA和蛋白质是要靠生物自己来合成的，我们用培养基来培养生物，只能供给它们原料，所以首先是用放射性的同位素来标记什么物质？

生5：用P来标记脱氧核苷酸，用S来标记氨基酸。

师：你为什么选择用P来标记脱氧核苷酸，用S来标记氨基酸，难道用C不可以吗？

生5：因为C是它们共有的元素

师：为什么是共有的元素就不可以用呢，反正一个是标记的脱氧核苷酸，一个是标记的氨基酸呀？

生疑惑。

师：生物体内的物质是否可以相互转化？有没有可能你用某种元素标记了一种物质后，它又转化为其它物质？

生齐答：可能

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师：既然存在这种可能性，为了尽量避免实验的误差，我们要尽量采用脱氧核苷酸和氨基酸特有的元素才万无一失。

哦——，生恍然大悟。

让学生划出课本中有关噬菌体元素组成的相关信息“仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中”

生6回答思考3：要分组标记，如果同时标记一组，将会同时看到上清和沉淀都有放射性。

师：正确，因为我们看到的实验现象是有没有放射性，而不能分辨放射性是哪一种元素发出的。当然，如果可以区分是哪一种元素发出的放射性，还能不能同时标记一组噬菌体呢？

生齐答：可以。

生7回答思考4：要先用含放射性原料的培养基培养大肠杆菌，再用噬菌体去侵染大肠杆菌。

师：为什么不能直接用培养基去培养噬菌体：

生7：因为噬菌体是一种病毒，只能寄生在活细胞中才能生存。

3.模型构建与推理演绎

师：非常好。设想现在我们已经用同位素示踪法对两组噬菌体分别用P元素和S元素做好了标记，并让它们再次侵染没有标记的大肠杆菌，不管是哪一种物质进入了细菌，我们都

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要把进入的部分和未进入的部分分离开才好观察，用什么方法让它们分离？

生齐答：差速离心（回答错误）

师：直接就差速离心吗？

生齐答：先搅拌。

师：搅拌的目的是什么?离心的目的又是什么？

生8：搅拌是为了让噬菌体未进入大肠杆菌的部分和大肠杆菌分开，离心的目的是让大肠杆菌沉淀到试管下部。

师：非常好。那么什么东西会在上清液中呢？我们依据三种假设构建出三种模型：

请同学们在小卡片上演绎推理出放射性存在的主要部位：

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假小组讨论：设哪里会存一在大量放射性被35S标上清记的噬沉淀菌体假设二假设三被32P标上清记的噬菌体沉淀

学生讨论后，展示结果并进行解说

生9：假设一蛋白质进入了细菌，所以用硫标记的是蛋白质这一组是沉淀有放射性，而用磷标记的DNA没有进入，是上清液有放射性；

假设二是DNA进入了大肠杆菌。所以用硫标记的蛋白质这一组上清会有放射性，而用P标记的DNA这一组沉淀会有放射性。假设三是两者都进入大肠杆菌，那么不管是用S还是用P标记都是沉淀有放射性。

（三）误差分析

师：分析得太棒了，也就是说通过对放射性分布的观察，这三种假设对应了三种不同的结果。所以依据结果可以逆推出

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对应的假设成立。那么我们不妨再假设用P和S元素对同一组噬菌体进行标记，按照这三种假设又会出现什么现象呢？

生10：如果用P和S同时标记一组噬菌体，对于假设一，上清和沉淀都会出现放射性，假设二也是上清和沉淀都有放射性，假设三是上清没有放射性，沉淀有放射性。

师：很好，所以如果标记同一组，只能区分出假设三的情况，而假设一和假设二因现象一致将无法区分，所以我们要分别用P和S来对噬菌体做标记。最后实验结果与哪种情况相符？

生齐答：第二组

师：没错，不过请大家仔细观察，结果是不是放射性只存在于上清或沉淀？

生齐答：不是，S标记的组上清存在大量放射性，而沉淀存在少量放射性； P标记组上清存在少量放射性，沉淀存在大量放射性。

师：是不是实验失败了？

生齐答：没有，是存在误差。

师：请分析产生这样的误差的原因。

生11：用硫标记的是蛋白质，没有进入大肠杆菌，所以会到上清液中。因此上清液中放射性较高。但是也可能因为搅拌不充分。蛋白质外壳与细菌没有分离而被带入沉淀，所以沉淀中会有少量放射性。用P标记的DNA组，因为进入了大肠

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杆菌，所以放射性主要集中在沉淀。但是可能因为培养时间太短，噬菌体还没有来得及侵染大肠杆菌，或者培养的时间太长。大肠杆菌已经裂解导致噬菌体的DNA进入上清，所以上清中会有少量放射性。

师：非常非常好，再请大家进一步思考，搅拌不充分会不会影响P元素标记的那一组呢？培养时间长短会不会影响S元素标记的那一组呢？

生思考良久后回答：不会

（四）实验结论

师：所以通过实验，我们确定了是噬菌体的DNA进入了大肠杆菌，由此我们可以得出什么结论呢？（让学生回答并与肺炎双球菌转化实验的结论作比较）思考此实验能否证明蛋白质不是遗传物质。

（五）噬菌体侵染大肠杆菌的步骤总结

最后我们整理一下噬菌体侵染大肠杆菌的过程：为什么噬菌体只把DNA注入了大肠杆菌，可是最后细菌裂解释放的却是完整的噬菌体颗粒？DNA进入了细菌后发生了什么过程？

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生12：发生了DNA的复制和DNA指导蛋白质的合成，然后再组装

师生一起总结噬菌体侵染大肠杆菌的五个步骤。

师：后来科学家又发现了有些病毒不含DNA，而是由RNA与蛋白质构成，究竟RNA还是蛋白质是它的遗传物质，又该如何设计实验呢？快下课了，这个问题留给大家课后思考吧

六．教学评价

公开课结束后，科组的同事们进行了简短的评课，大家觉得我处理的比较好的地方有以下几个方面。一是模型构建的方法让抽象的问题变得直观具体，使学生很快就理解了到底哪里存在放射性的难点；二是从始致终，教学的逻辑链非常紧凑，一环扣一环，特别是运用了假说演绎法让学生去推理各种不同的可能性，培养了学生的逻辑思维能力和实验探究能力。三是重难点突出，对于同位素示踪法的应用、噬菌体侵染细菌实验的误差分析等多个难点都作了深度的挖掘。大家也提出了一些有待改进的地方，比如没有呈现出教材当中的原图，可能有的学生会忽视了对教材原图的理解。还有缺少系统的板书。有的老师提出疑问，究竟赫尔希和蔡斯是

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已经知道了噬菌体侵染大肠杆菌的过程后，才做的实验（因为教材中的顺序是这样给的）。还是像我上课的流程，先做了实验确认是DNA进入大肠杆菌之后才得出的噬菌体侵染大肠杆菌的过程。这个问题科组长说哪个先哪个后并不重要，但是我这样的处理方式更有利于帮助学生理解这个实验。

七．教学反思

最后观看自己上课的视频，觉得自己在讲解同位素标记法的细节上面，一直用追问学生的方式，形式过于单调，语言也有点啰嗦，我会继续思考更加简练更加巧妙的方式来突破这个难点。之所以采用模型构建法来上这节课同时也是因为我们成立了“模型构建在高中生物教学中的应用研究”的课题，所以不论什么样的内容我都想用模型构建法进行尝试。而这种尝试却让我看到了惊喜。通过这节课，让我真正体会到了教研真的是可以促进教学的。我也因此会更加努力，让教研与教学双管齐下，齐头并进，并从中获得幸福。

参考文献：

[1] 雷晓蔚,程正富,王惊雁等. 物理模型的理论分析与构建[J]. 重庆文理学院学报(自然科学版)，2007，26(2)：84-87. [2] 李希明，梁磊.“噬菌体侵染细菌实验”过程的教学突破[J].中学生物学，2016，32（3）：47－48.

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