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【摘要】本節(jié)以“肺炎雙球菌轉化實驗”為載體，利用圖片素材和問題設計引領學生體驗遺傳物質的發(fā)現(xiàn)過程，通過實驗設計訓練提高學生的實驗探究能力。

【關鍵詞】教學設計；DNA；遺傳物質

【中圖分類號】G633.91 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）17-0277-02

一、教材分析

“DNA是主要的遺傳物質”是人教版生物學教材《遺傳與進化》第三章的第一節(jié)，主要內容是介紹和分析肺炎雙球菌轉化、噬菌體侵染細菌兩個實驗，讓學生重走探索之路。教材中科學史的內容多于基本概念和原理的表述，旨在以科學史分析為載體，促進學生主動建構知識和更好地掌握概念原理，因此本節(jié)的教學重點應是兩個經典實驗的原理和方法，而不是科學史本身。本章從分子水平上進一步詳盡地闡述遺傳的物質基礎和作用原理，有著承上啟下的作用，本節(jié)通過講述DNA是遺傳物質的實驗證據(jù)，為后面學習DNA的分子結構及復制功能作好鋪墊，同時讓學生認識到人類對科學的認識是不斷深化和不斷完善的過程。

二、教學目標

（一）知識目標：

說明肺炎雙球菌轉化實驗的探索過程和主要的原理、方法和結論。

（二）能力目標：

通過分析圖文資料，培養(yǎng)學生的識圖和語言表達能力；通過實驗設計領悟科學研究的過程和方法，培養(yǎng)學生的實驗探究能力。

（三）情感態(tài)度與價值觀：

體驗科學探究的艱辛歷程，認同人類對遺傳物質的認識是不斷深化、完善的過程，學習科學家的嚴謹態(tài)度和合作精神。

三、教學重點

肺炎雙球菌轉化實驗的原理和過程

四、教學過程

（一）復習導入新課

教師提問：通過前面對生殖發(fā)育過程中減數(shù)分裂，受精作用和有絲分裂等的學習，請問細胞中哪一結構在前后代保持連續(xù)性和穩(wěn)定性上起著重要作用？（染色體）

那也就是說染色體在我們生物的遺傳當中扮演著重要的角色，染色體主要是由什么組成的？（蛋白質和DNA）

這兩種物質中究竟誰才是遺傳物質呢，負責將我們父母的遺傳信息傳遞給我們？

這個問題曾引起了生物學界激烈的爭論，也經歷了一段相當艱辛的探索過程。

（二）對遺傳物質的早期推測

讓學生閱讀課本42頁

教師提出問題：

1）20世紀20年代，大多數(shù)科學家認為生物體的遺傳物質是什么？為什么會有這樣的觀點？

2）20世紀30年代，人們對DNA有哪些認識？

學生閱讀后回答：1、20世紀20年代，大多數(shù)科學家認為生物體的遺傳物質是蛋白質，因為人們已經認識到蛋白質是由多種氨基酸連接而成的生物大分子，各種氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的蛋白質。這就使人們很自然地想到氨基酸多種多樣的排列順序可能蘊含著豐富的遺傳信息。

3）DNA是由許多脫氧核苷酸聚合而形成的生物大分子，組成DNA的有四種脫氧核苷酸。四種脫氧核苷酸在形成DNA時可能也會有不同的排列順序。

點評學生的回答。

但是由于當時對DNA分子的結構沒有清晰的了解，蛋白質是遺傳物質的觀點依然占主導地位。

那想要知道遺傳物質到底是什么，必須有確鑿的證據(jù)，而獲得這一證據(jù)最有利的方法就是用實驗說話。

首先利用實驗證據(jù)向遺傳物質是蛋白質的觀點提出挑戰(zhàn)的，是美國科學家艾弗里，而艾弗里的實驗又是在英國科學家格里菲思的實驗基礎上進行的。

（三）肺炎雙球菌的轉化實驗（體內轉化及體外轉化）

1.格里菲思體內轉化實驗

1）實驗材料：第一個就是為科學多次獻身的小白鼠，另外一個是肺炎雙球菌，一種細菌，有兩種類型，一種類型細菌的菌體有多糖類的莢膜，選擇這種細菌的一個或者幾個在固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)，之后它們就會大量繁殖形成肉眼可見的細菌群體，這些細菌群體我們就叫它菌落。單個的細菌我們是看不見的，但是我們可以根據(jù)看得見的菌落的形態(tài)特征來判斷是哪種細菌。有莢膜的肺炎雙球菌形成的菌落表面光滑，叫做S型細菌，它可以使人患肺炎，使小鼠患敗血癥，故有毒性。另外一種類型沒有莢膜，培養(yǎng)以后形成的菌落表面粗糙，叫做R型細菌，但沒有毒性。推測S型菌有毒和它的哪個結構有關？（多糖莢膜）

2）教師介紹格里菲思的實驗過程并提問：

第1組：給小鼠注射R型活細菌，小鼠存活；這說明什么？

學生回答：說明R型細菌沒有毒性，不具有致死性。

第2組：給小鼠注射S型活細菌，小鼠死亡；這說明什么？

學生回答：說明S型細菌有毒性，具有致死性。

第3組：給小鼠注射加熱后殺死的S型細菌，小鼠存活；這又說明什么呢？

學生回答：說明加熱殺死后的S型細菌不再具有毒性。

教師小結：前面三個實驗說明只有S型活細菌才有毒性。接下來格里菲思走了最具有創(chuàng)造性的一步。

第4組：將R型活細菌與加熱后殺死的S型細菌混合后注射，小鼠死亡。

第四組的小鼠為什么會死？R型活細菌和S型死細菌單獨注射都不能使小鼠死亡，但混合一塊怎么就死了呢？

格里菲思之后從第四組實驗的小鼠尸體中分離出了有毒性的S型活細菌，而且這些S型活細菌的后代也是有毒性的S型細菌。說明這種性狀的轉化是可以穩(wěn)定遺傳的。

那么這S型細菌是怎么來的呢？（嘗試著讓學生來說，并由他們自己來初步判斷）

學生思考后回答：

已死的S型細菌“復活”？或者由R型細菌轉化而來？從第三組中可以看出已死的S型細菌不會“復活”，故小鼠不死亡。

教師進一步追問：R型活細菌為什么會轉化成有毒的S型細菌呢？是誰促使這一轉化完成的呢？由此，能得出什么樣的結論呢？endprint

學生回答：是S型死細菌促使這一轉化完成的。加熱殺死的S型細菌中，含有某種促成這一轉化的活性物質——“轉化因子”，這種轉化因子將無毒性的R型活細菌轉化為有毒性的S型活細菌。

2.艾弗里體外轉化實驗

這種轉化因子究竟是什么物質？

1）尋找轉化因子：

既然轉化因子是S型細菌所含有的成分，S型細菌有哪些組成成分呢？（細菌細胞的組成成分）

教師和學生共同回憶細胞中含有的化合物有：水、無機鹽、糖類、脂質、蛋白質和核酸。

水和無機鹽是無機物就不考慮，故加熱殺死的S型細菌當中會有多糖、脂類、蛋白質、RNA和DNA，但究竟哪一個才是轉化因子，怎樣設計實驗？

2）小組討論：

課件展示：

（1）設計一個探究實驗：

探究S型細菌中的哪種物質才是轉化因子

（2）要求：從所給材料中選擇適當實驗材料，設計實驗的主要步驟

R型活細菌，R型死細菌，S型活細菌細菌的培養(yǎng)基小鼠

提示：

（1）當時已經具有：將細胞中的各種化合物分離提純的技術，在人工配制的培養(yǎng)基上培養(yǎng)細菌的技術。

（2）R型肺炎雙球菌和S型肺炎雙球菌可以通過觀察它們在培養(yǎng)基上形成的菌落來區(qū)分。

學生經討論后可能提出如下方案：

方案一：R型細菌+S型細菌的DNA→注射進小鼠體內

R型細菌+S型細菌的多糖/脂類/蛋白質→注射進小鼠體內

R型細菌+S型細菌RNA→注射進小鼠體內

方案二：

R型細菌+S型細菌的DNA→在培養(yǎng)基上培養(yǎng)

R型細菌+S型細菌的多糖/脂類/蛋白質→在培養(yǎng)基上培養(yǎng)

R型細菌+S型細菌RNA→在培養(yǎng)基上培養(yǎng)

教師點評，并可以復習實驗設計中涉及到的方法：控制變量法。

3、學習艾弗里的體外轉化實驗：

A組：R型細菌的培養(yǎng)基中加入：R型細菌+S型細菌的DNA→長出了R型菌和S型菌

B組：R型細菌的培養(yǎng)基中加入：R型細菌+S型細菌的蛋白質或者莢膜多糖→只長出了R型菌

這兩組實驗你能得出什么結論？

學生回答：DNA是促使R型活細菌轉化為S型活細菌的轉化因子

若要從進一步佐證這個觀點，你覺得還可以怎么做？

學生思考后較易得出：將DNA去掉，看是否還可以長出S型菌。

教師展示艾弗里的C組實驗：R型細菌的培養(yǎng)基中加入：R型細菌+S型細菌的DNA和DNA酶→只長出了R型菌

這也說明轉化因子確實就是DNA。

至此艾弗里的實驗結束，他發(fā)現(xiàn)加入的DNA的純度越高，轉化就越有效，由此他得出DNA是轉化因子，是使R型菌產生穩(wěn)定遺傳變化的物質。

也就是說真正的遺傳物質是什么？（DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質）

但是由于艾弗里實驗中提取出來的DNA，純度最高時也還有0.02%的蛋白質，因此，仍有人對此表示懷疑。而且這個實驗并沒有直接證明作為遺傳物質必須具備的親子代間的傳遞性。

（四）引入“噬菌體侵染細菌的實驗”

能否找到更好的實驗材料，不需要人為地提純、分離就能將其中的物質分離開呢？而且最好這種材料是只有蛋白質和DNA。你會想到什么？（病毒）

事實上赫爾希和蔡斯就是利用病毒這種獨特的生物找到了更具說服力的證據(jù)。展示T2噬菌體的結構模式圖，噬菌體是寄生在動物細胞、植物細胞還是細菌內的呢？（細菌）

給學生布置課后任務：怎樣證明DNA是噬菌體的遺傳物質呢？請寫出實驗設計思路。

五、教學反思

本節(jié)課的重點是肺炎雙球菌的體內和體外轉化實驗，在格里菲思的體內轉化實驗之中提出了“轉化因子”，尋找轉化因子不是直接給出艾弗里的實驗，而是以一個探究實驗展開，這里是以小組討論的方式設計探究方案，為艾弗里的體外轉化實驗做好鋪墊，所以后面艾弗里的體外轉化實驗就呼之欲出了。整節(jié)課是由問題驅使學生思考，逐步理解兩個實驗，促進學生的積極思考，并學會設計探究性實驗。但是在課堂組織方面顯得生硬，小組討論部分有的小組參與度低，而且整節(jié)課課堂氛圍不是很輕松，可能是語言方面注重了嚴謹性而缺乏了一些活躍因素。

參考文獻

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[2]人民教育出版社課程教材研究所生物課程教材研究開發(fā)中心編著.普通高中課程標準實驗教科書生物2遺傳與變異[M].人民教育出版社，2007.

[3]王廣祥等，新新學案.高中生物.1：必修.陜西人民教育出版社，2013.83endprint