DNA是主要的遗传物质”一节中“肺炎双球菌转化实验”教学设计

呼欢欢

【摘要】本节以“肺炎双球菌转化实验”为载体，利用图片素材和问题设计引领学生体验遗传物质的发现过程，通过实验设计训练提高学生的实验探究能力。

【关键词】教学设计；DNA；遗传物质

【中图分类号】G633.91 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）17-0277-02

一、教材分析

“DNA是主要的遗传物质”是人教版生物学教材《遗传与进化》第三章的第一节，主要内容是介绍和分析肺炎双球菌转化、噬菌体侵染细菌两个实验，让学生重走探索之路。教材中科学史的内容多于基本概念和原理的表述，旨在以科学史分析为载体，促进学生主动建构知识和更好地掌握概念原理，因此本节的教学重点应是两个经典实验的原理和方法，而不是科学史本身。本章从分子水平上进一步详尽地阐述遗传的物质基础和作用原理，有着承上启下的作用，本节通过讲述DNA是遗传物质的实验证据，为后面学习DNA的分子结构及复制功能作好铺垫，同时让学生认识到人类对科学的认识是不断深化和不断完善的过程。

二、教学目标

（一）知识目标：

说明肺炎双球菌转化实验的探索过程和主要的原理、方法和结论。

（二）能力目标：

通过分析图文资料，培养学生的识图和语言表达能力；通过实验设计领悟科学研究的过程和方法，培养学生的实验探究能力。

（三）情感态度与价值观：

体验科学探究的艰辛历程，认同人类对遗传物质的认识是不断深化、完善的过程，学习科学家的严谨态度和合作精神。

三、教学重点

肺炎双球菌转化实验的原理和过程

四、教学过程

（一）复习导入新课

教师提问：通过前面对生殖发育过程中减数分裂，受精作用和有丝分裂等的学习，请问细胞中哪一结构在前后代保持连续性和稳定性上起着重要作用？（染色体）

那也就是说染色体在我们生物的遗传当中扮演着重要的角色，染色体主要是由什么组成的？（蛋白质和DNA）

这两种物质中究竟谁才是遗传物质呢，负责将我们父母的遗传信息传递给我们？

这个问题曾引起了生物学界激烈的争论，也经历了一段相当艰辛的探索过程。

（二）對遗传物质的早期推测

让学生阅读课本42页

教师提出问题：

1）20世纪20年代，大多数科学家认为生物体的遗传物质是什么？为什么会有这样的观点？

2）20世纪30年代，人们对DNA有哪些认识？

学生阅读后回答：1、20世纪20年代，大多数科学家认为生物体的遗传物质是蛋白质，因为人们已经认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子，各种氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的蛋白质。这就使人们很自然地想到氨基酸多种多样的排列顺序可能蕴含着丰富的遗传信息。

3）DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而形成的生物大分子，组成DNA的有四种脱氧核苷酸。四种脱氧核苷酸在形成DNA时可能也会有不同的排列顺序。

点评学生的回答。

但是由于当时对DNA分子的结构没有清晰的了解，蛋白质是遗传物质的观点依然占主导地位。

那想要知道遗传物质到底是什么，必须有确凿的证据，而获得这一证据最有利的方法就是用实验说话。

首先利用实验证据向遗传物质是蛋白质的观点提出挑战的，是美国科学家艾弗里，而艾弗里的实验又是在英国科学家格里菲思的实验基础上进行的。

（三）肺炎双球菌的转化实验（体内转化及体外转化）

1.格里菲思体内转化实验

1）实验材料：第一个就是为科学多次献身的小白鼠，另外一个是肺炎双球菌，一种细菌，有两种类型，一种类型细菌的菌体有多糖类的荚膜，选择这种细菌的一个或者几个在固体培养基上培养，之后它们就会大量繁殖形成肉眼可见的细菌群体，这些细菌群体我们就叫它菌落。单个的细菌我们是看不见的，但是我们可以根据看得见的菌落的形态特征来判断是哪种细菌。有荚膜的肺炎双球菌形成的菌落表面光滑，叫做S型细菌，它可以使人患肺炎，使小鼠患败血症，故有毒性。另外一种类型没有荚膜，培养以后形成的菌落表面粗糙，叫做R型细菌，但没有毒性。推测S型菌有毒和它的哪个结构有关？（多糖荚膜）

2）教师介绍格里菲思的实验过程并提问：

第1组：给小鼠注射R型活细菌，小鼠存活；这说明什么？

学生回答：说明R型细菌没有毒性，不具有致死性。

第2组：给小鼠注射S型活细菌，小鼠死亡；这说明什么？

学生回答：说明S型细菌有毒性，具有致死性。

第3组：给小鼠注射加热后杀死的S型细菌，小鼠存活；这又说明什么呢？

学生回答：说明加热杀死后的S型细菌不再具有毒性。

教师小结：前面三个实验说明只有S型活细菌才有毒性。接下来格里菲思走了最具有创造性的一步。

第4组：将R型活细菌与加热后杀死的S型细菌混合后注射，小鼠死亡。

第四组的小鼠为什么会死？R型活细菌和S型死细菌单独注射都不能使小鼠死亡，但混合一块怎么就死了呢？

格里菲思之后从第四组实验的小鼠尸体中分离出了有毒性的S型活细菌，而且这些S型活细菌的后代也是有毒性的S型细菌。说明这种性状的转化是可以稳定遗传的。

那么这S型细菌是怎么来的呢？（尝试着让学生来说，并由他们自己来初步判断）

学生思考后回答：

已死的S型细菌“复活”？或者由R型细菌转化而来？从第三组中可以看出已死的S型细菌不会“复活”，故小鼠不死亡。

教师进一步追问：R型活细菌为什么会转化成有毒的S型细菌呢？是谁促使这一转化完成的呢？由此，能得出什么样的结论呢？endprint

学生回答：是S型死细菌促使这一转化完成的。加热杀死的S型细菌中，含有某种促成这一转化的活性物质——“转化因子”，这种转化因子将无毒性的R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌。

2.艾弗里体外转化实验

这种转化因子究竟是什么物质？

1）寻找转化因子：

既然转化因子是S型细菌所含有的成分，S型细菌有哪些组成成分呢？（细菌细胞的组成成分）

教师和学生共同回忆细胞中含有的化合物有：水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质和核酸。

水和无机盐是无机物就不考虑，故加热杀死的S型细菌当中会有多糖、脂类、蛋白质、RNA和DNA，但究竟哪一个才是转化因子，怎样设计实验？

2）小组讨论：

课件展示：

（1）设计一个探究实验：

探究S型细菌中的哪种物质才是转化因子

（2）要求：从所给材料中选择适当实验材料，设计实验的主要步骤

R型活细菌，R型死细菌，S型活细菌细菌的培养基小鼠

提示：

（1）当时已经具有：将细胞中的各种化合物分离提纯的技术，在人工配制的培养基上培养细菌的技术。

（2）R型肺炎双球菌和S型肺炎双球菌可以通过观察它们在培养基上形成的菌落来区分。

学生经讨论后可能提出如下方案：

方案一：R型细菌+S型细菌的DNA→注射进小鼠体内

R型细菌+S型细菌的多糖/脂类/蛋白质→注射进小鼠体内

R型细菌+S型细菌RNA→注射进小鼠体内

方案二：

R型细菌+S型细菌的DNA→在培养基上培养

R型细菌+S型细菌的多糖/脂类/蛋白质→在培养基上培养

R型细菌+S型细菌RNA→在培养基上培养

教师点评，并可以复习实验设计中涉及到的方法：控制变量法。

3、学习艾弗里的体外转化实验：

A组：R型细菌的培养基中加入：R型细菌+S型细菌的DNA→长出了R型菌和S型菌

B组：R型细菌的培养基中加入：R型细菌+S型细菌的蛋白质或者荚膜多糖→只长出了R型菌

这两组实验你能得出什么结论？

学生回答：DNA是促使R型活细菌转化为S型活细菌的转化因子

若要从进一步佐证这个观点，你觉得还可以怎么做？

学生思考后较易得出：将DNA去掉，看是否还可以长出S型菌。

教师展示艾弗里的C组实验：R型细菌的培养基中加入：R型细菌+S型细菌的DNA和DNA酶→只长出了R型菌

这也说明转化因子确实就是DNA。

至此艾弗里的实验结束，他发现加入的DNA的纯度越高，转化就越有效，由此他得出DNA是转化因子，是使R型菌产生稳定遗传变化的物质。

也就是说真正的遗传物质是什么？（DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质）

但是由于艾弗里实验中提取出来的DNA，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对此表示怀疑。而且这个实验并没有直接证明作为遗传物质必须具备的亲子代间的传递性。

（四）引入“噬菌体侵染细菌的实验”

能否找到更好的实验材料，不需要人为地提纯、分离就能将其中的物质分离开呢？而且最好这种材料是只有蛋白质和DNA。你会想到什么？（病毒）

事实上赫尔希和蔡斯就是利用病毒这种独特的生物找到了更具说服力的证据。展示T2噬菌体的结构模式图，噬菌体是寄生在动物细胞、植物细胞还是细菌内的呢？（細菌）

给学生布置课后任务：怎样证明DNA是噬菌体的遗传物质呢？请写出实验设计思路。

五、教学反思

本节课的重点是肺炎双球菌的体内和体外转化实验，在格里菲思的体内转化实验之中提出了“转化因子”，寻找转化因子不是直接给出艾弗里的实验，而是以一个探究实验展开，这里是以小组讨论的方式设计探究方案，为艾弗里的体外转化实验做好铺垫，所以后面艾弗里的体外转化实验就呼之欲出了。整节课是由问题驱使学生思考，逐步理解两个实验，促进学生的积极思考，并学会设计探究性实验。但是在课堂组织方面显得生硬，小组讨论部分有的小组参与度低，而且整节课课堂氛围不是很轻松，可能是语言方面注重了严谨性而缺乏了一些活跃因素。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部制订.普通高中生物课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003：2518.

[2]人民教育出版社课程教材研究所生物课程教材研究开发中心编著.普通高中课程标准实验教科书生物2遗传与变异[M].人民教育出版社，2007.

[3]王广祥等，新新学案.高中生物.1：必修.陕西人民教育出版社，2013.83endprint