《DNA是主要遗传物质》教学方式探究

潘妙文

一、教学目标

通过肺炎双球菌转化实验、噬菌体侵染细菌实验、烟草病毒感染实验，理解“DNA是主要遗传物质”的探索历程，明确科学方法在实验探究中的重要作用。

二、教学重点

1. DNA是主要遗传物质概念的形成。
2. 实验探索过程中实验方法的应用。

三、教学难点

1. 理解DNA作为遗传物质具备的条件。
2. 掌握肺炎双球菌体外转化实验设计的巧妙之处。
3. 掌握噬菌体侵染细菌的实验过程。
4. 能构建“DNA是主要遗传物质”概念模型。

四、教学策略

1. 引入微课辅助教学
2. 构建概念模型
3. 通过问题串层层递进解答教学难点
4. 小组讨论，突破教学难点

五、教学过程

（一）、新课导入

教师活动：20世纪50年代，科学家发现染色体由蛋白质和DNA组成，哪一种是遗传物质？

学生活动：

1.你认为遗传物质应具备什么特点？

2.你认为证明什么物质是遗传物质可以用什么技术或方法？

教学意图：回顾旧知识，实现知识点之间联系

（二）、对遗传物质的早期推断

1教师引导活动：1.出示蛋白质结构图、DNA结构图，学生讨论它们作为遗传物质的理由

2.引导学生从构成物质的单位，排列顺序等方面分析

3.小结：“蛋白质是遗传物质”占主导

学生活动：

1.蛋白质是遗传物质的依据？

2.DNA是遗传物质的特点？

教学意图：引发学生思考，训练学生的逻辑思维

（三）肺炎双球菌的体外转化实验（格里菲斯）

教师引导活动：

1.观察培养皿上两种菌的特征，完成表格

2.实验过程

教师组织：看教材43页，思考以下问题：

①第1组和第2组对比说明了什么？

②第2组和第3组实验现象对比说明了什么？

③第4组的目的是什么？

④什么使R型活细菌转变成了S型活细菌？

⑤实验体现了什么实验原则？

⑥细菌是否发生了变异？如果有，变异的类型是什么？

3.实验质疑

对此实验，不同的科学家分别做出三种质疑：

 ①R型菌以某种方式使加热杀死的S型菌“复活”。

②S型菌死菌刺激小鼠体内产生免疫物质，后者刺激Ｒ品系突变成Ｓ型菌。

③S型菌的遗传物质进入R型菌，合成了S型菌的荚膜。

科学家将R型菌和S型菌的无细胞提取液（所有完整细胞、细胞碎片、荚膜分子都通过离心和过滤从提取物中去掉）混合，培养皿上仍长出了S型菌。

学生活动：

1.学生观察并填表

2.学生分析实验过程，小组讨论后，回答总结：

①S型菌有毒，R型菌无毒性

②加热后S型菌没有毒性

③R型菌与加热杀死S型菌混合后可以形成S型菌

④格里菲斯提出加热杀死的S型菌体内存在“转化因子”使R型菌转化为S型菌

⑤对照原则、单一变量原则

⑥基因重组

3.学生思考讨论三种质疑是否可以成立？

4这个实验补充说明什么？

(1).否认了R型菌以某种方式使加热杀死的S型菌“复活”

(2).S型菌细胞提取物中含有转化因子，而且化学本质还是未知

教学意图：

1.引导学生学会观察，明确生物学上的结构与功能相适应的价值观点。2.开发学生思维，学会分析实验过程，学会从问题中层层递进，找出实验的本质，开发分析问题的能力。3.学会质疑，在质疑中学习与进步，不断提升自我

（四）肺炎双球菌的体外转化实验（艾佛里）

教师活动：

1. 提出问题：

转化因子是什么？蛋白质是转化因子，蛋白质是遗传物质的观点占主导。

2.提问：①艾佛里的实验设计思路是什么？学生观察教材44页实验示意图思考分析

②S型细菌中有哪些物质呢？怎样将他们分开呢？

3.实验过程：播放微课视频

培养，观察是否具有转化性

4.提问：

第一组：S型细胞提取物+ 有R型菌的培养基，实验现象是什么？

第二至第四组：：S型细胞提取物+ 有R型菌的培养基+蛋白酶（或RNA酶、酯酶），实验现象是什么？

第五组：S型细胞提取物+ 有R型菌的培养基+DNA酶，实验现象是什么？

5.实验过程分析

①酶在本实验中的作用？蛋白酶、RNA酶、酯酶、DNA酶的作用分别是什么？

②艾佛里实验结论是什么？

③第五组实验中培养基上两种菌落数目上有什么区别？

④加热过程 中对蛋白质、DNA的影响是否相同？

⑤艾佛里实验遵循哪些实验原则？有什么巧妙之处？

出示重要概念

“减法原理”：即在每个实验组人为去除某个影响因素后，观察实验结果的变化。

“加法原理”：与常态比较，人为增加某种影响因素

学生活动：

1.学生思考：蛋白质为什么不能作为遗传物质？

2.学生看图分析实验设计思路

①设法逐步去除S型细菌的各组分后，再分别与R型活细菌混合培

②分离方法：分离、离心、提纯

3.学生观看微课视频

艾弗里所做的科学实验，他将S型细菌的蛋白质、多糖类荚膜和DNA分别与R型细菌混合，结果发现只有S型细菌的DNA与R型细菌混合，培养基中才能既有S型细菌，又有R型细菌。

4.学生讨论回答问题：

5.学生回答：

①DNA酶水解除去细胞提取物中的DNA，该组实验结果可推测DNA就是转化因子

②DNA是遗传物质，同时证明蛋白质等物资不是遗传物质。

③R型菌多，说明只有少数R型菌转化为S型菌。

④DNA和蛋白质对加热的耐受性不同。在高温下，蛋白质失活变性，空间结构被破坏，DNA双链解开；当温度恢复下降后，DNA双链能够重新恢复，蛋白质的活性无法恢复。

⑤遵循单一变量原则和对照原则，

巧妙之处：运用“减法原理”

教学意图：学会从简单的实验中分析问题，理解每一步骤的本质与目的

（五）、噬菌体侵染大肠杆菌实验

教师引导活动：

1.介绍T2噬菌体

2.教师讲授以下问题：

（1）噬菌体的组成和元素是什么？

蛋白质：C  H  O  N  S

DNA：C  H  O  N  P

（2）噬菌体的生活方式？宿主细胞是什么？

寄生生活，唯一宿主细胞为大肠杆菌

（3）噬菌体的生活史有什么关键步骤？

（4）噬菌体增殖过程中的各种物质由哪方提供？

T2噬菌体：只提供模板DNA

大肠杆菌提供：脱氧核苷酸、氨基酸、ATP、酶等

（5）该实验的方法技术是什么？

同位素标记法

3.实验过程介绍

播放微课视频

实验方法：同位素标记法

（1）分别用什么元素标记蛋白质和DNA？

（2）分开标记蛋白质和DNA还是同时标记？

（3）怎样使噬菌体的DNA或蛋白质被放射性同位素标记？

4.教师介绍实验步骤

看图思考问题：

（1）实验过程中搅拌的目的是什么？

（2）离心的作用有是什么？

（3）离心后，上清液和沉淀的物质是什么物质？

5.用32S标记噬菌体蛋白质

（1）实验现象是什么？

（2）如果放射性集中在沉淀中，是什么原因？

6.用35P标记噬菌体DNA

实验现象是什么？

（1）如果放射性集中在上清液中，是什么原因？

（2）观察子代噬菌体DNA的放射性情况？

（3）综合分析，噬菌体侵染实验的结论是什么？

（4）该实验能证明蛋白质不是遗传物资吗？

学生活动：

1.学生学习噬菌体结构

2.学生根据教师课件的图片和语言引导逐步回到解决问题

3.学生观看微课

学生讨论、思考、回答

（1）蛋白质:32S   DNA：35P

（2）分开2组标记

（3）首先在分别含放射性同位素35P、32S的培养基培养大肠杆菌，再用培养好的大肠杆菌培养噬菌体，即可得到DNA含35P或者蛋白质含32S的噬菌体。

4.学生思考回答：

（1）搅拌：吸附在细菌的噬菌体与细菌分离

（2）离心：上清液析出质量轻的噬菌体，沉沦中留下重的细菌

（3）离心后物质分布：上清液（噬菌体）、沉淀（细菌）

5.学生小组讨论，由组长汇报结果

（1）实验现象：上清液放射性高，沉淀放射性低

（2）沉淀放射性高原因：搅拌不充分，噬菌体没有与细菌分离

6.学生小组讨论，由组长汇报结果

（1）实验现象：沉淀放射性高，上清液放射性低

（2）上清液放射性高原因：保温时间不足，噬菌体未完成侵染过程或者保温时间过长，细菌裂解，释放子代噬菌体

（3）子代噬菌体DNA放射性：部分DNA有放射性（DNA半保留复制）

（4）实验结论：DNA是遗传物质

教学意图：

1.再次给学生灌输结构与功能相适应的观点

2.复习巩固病毒生活史

3.通过组织学生讨论，学会合作学习的效率高于个人

4.学会看图，从图中找出不同的，分析实验现象

（六）、烟草花叶病毒感染实验

教师引导活动：

DNA是唯一的遗传物质吗？

思考：通过图解分析，可以得出什么结论？

结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质

教学意图：根据学习内容分析实验，形成逻辑思维，培养学生解决问题的能力。

（七）、小结

教师引导活动：

1.教师课件给出题干，学生根据题干填空

小结：大多数生物遗传物质为DNA，少数为RNA，DNA是主要遗传物质。

2.小结肺炎双球菌转化实验过程，结论。

3.小结噬菌体侵染细菌实验方法、思路、现象、结论。

学生活动：

1.学生根据老师的题干完成填空，总结DNA是主要的遗传物质

2.学生根据笔记回归本节课知识，回答教师提问。

教学意图：培养学生学会总结知识，并迁移知识，形成一种能力。

六、教学反思

本节课注重培养学生分析问题的能力，注重学生之间的小组合作学习，充分让学生针对实验现象展开讨论，培养学生明确合力大于个人力量的观点。学生在讨论中学习，在讨论中成长，能够更好的理解本节课4个实验的过程，培养学生的核心素养价值观点。在课堂上，引入2个微课进行课堂教学，运用多种元素进行教学，丰富课堂教学，加深学生对实验操作的认识，提升枯燥的科学史实验介绍的趣味性。本节课以“什么是遗传物质”为主线，层层递进，以一个个问题串引导学生在思考中学习，既解决了教学的重点和难点，又培养了学生的思维，有利于学生形成知识网络。另外，通过学生课后构建本节课的概念模型，进一步理解“DNA是主要遗传物质”这一重要概念。

七、参考文献

(1).中华人民共和国教育部制定.普通高中生物课程标准（实验）M北京：人民教育出版社，2011