探究模型建构在“噬菌体侵染细菌的实验”教学中的应用

倪付花 胡家会

（1.山东省聊城第一中学，山东 聊城252000；2.聊城大学生命科学院，山东 聊城252000）

2017年版生物学课程标准明确提出，要加强科学史教学，培养学生的科学探究与科学思维等核心素养。“噬菌体侵染细菌的实验”既是人教版高中生物学教材中的一个重点内容，又是学生学习的难点。受实验条件的限制，没有办法真正完成实验操作；学生又缺少对噬菌体的感性认识，对于实验结论的推理，学生只能停留在表层认识上。笔者用实物自制噬菌体、大肠杆菌物理模型；制作模拟噬菌体侵染大肠杆菌实验的保温、搅拌、离心过程的平面图模型。学生通过模型构建与合作，探究噬菌体侵染细菌时注入的是DNA还是蛋白质，获得了丰富的感性认知，学生动手能力得到地提高，还能够感受科学家的探究过程和更好地把握实验的本质。

1 自制教具的过程

1.1 制作噬菌体吸附大肠杆菌的模型

把六根书钉的一端翻折，插入中性笔芯笔尖的帽子中，制作噬菌体模型（图1）。用猕猴桃作为大肠杆菌的物理模型（图2），把噬菌体模型的书钉一端放在猕猴桃表面，模拟噬菌体的吸附过程（图3）。模拟所用的材料常见，模型形象生动，可比性强。

图2 大肠杆菌模型

图3 噬菌体吸附模型

1.2 建构探究过程的模式图

根据噬菌体、大肠杆菌的结构特点及保温、搅拌和离心的过程，打印其平面图模型（图4、图5、图6）。

图4 噬菌体平面

图5 大肠杆菌平面图

图6 保温、搅拌和离心过程平面图

2 教学过程的探究

2.1 分组合作

根据实验条件和设备，把学生分成4人一组，利用提供的噬菌体、大肠杆菌模型和模拟保温、搅拌、离心过程的平面图形，小组内合作，构建模型，探究问题。

2.2 实验探究

2.2.1 探究噬菌体注入DNA的实验结果

两名同学用红色记号笔标记噬菌体的蛋白质。假设注入的是DNA，学生利用模型，在纸板上演示噬菌体与大肠杆菌混合后经保温、搅拌、离心后各阶段发生的现象，推测结果应是上清液中有红色标记物（图7）。

图7 标记蛋白质，注入DNA

两名同学用红色记号笔标记噬菌体的DNA。假设注入的是DNA，学生利用模型重复上述过程，推测结果应该是沉淀物中有红色标记物（图8）。

图8 标记DNA，注入DNA

小组同学把两种假设结果进行对比，一致认为：分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，看沉淀物是否有标记，则可判定噬菌体注入大肠杆菌的是DNA还是蛋白质，即是噬菌体的遗传物质。

2.2.2 构建概念模型

学生经过探究前两个问题，迫切想知道实际的实验结果是哪一种。教师通过展示赫尔希和蔡斯的实验结果，对比探究模型，使学生很容易得出结论：噬菌体侵染大肠杆菌时，DNA进入宿主的细胞中，而蛋白质外壳留在外面。因此，子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA遗传的。DNA才是真正的遗传物质。

教师播放T2噬菌体侵染大肠杆菌的动画，学生构建侵染过程的概念模型：吸附—注入DNA—复制子代的DNA和合成子代噬菌体的蛋白质—组装子代噬菌体—释放。

2.2.3 探究实验问题

教师提问实验过程中搅拌和离心的目的是什么，学生在回答的基础上再去重温2.2.1构建的模型，很容易认识到，如果搅拌不充分，吸附在大肠杆菌上的噬菌体蛋白质外壳就会有少量不分离（图9）；如果保温时间过长，大肠杆菌破裂后就会释放子代噬菌体，其会进入上清液（图10）。

图9 搅拌不充分的实验结果

图10 保温时间过长的实验结果

2.3 组间交流

通过小组间对比构建的模型，通过交流，强化了学生对噬菌体的遗传物质是DNA的认识，也激发了其学习DNA分子的结构和复制的兴趣，并为其“基因指导蛋白质的合成”的学习打下了基础。

3 总结与反思

对于“噬菌体侵染大肠杆菌的实验”的教学探究，笔者构建了噬菌体和大肠杆菌的物理模型，噬菌体、大肠杆菌及容器等平面图模型，不仅找到了解决实验问题的“脚手架”，激发了学生学习的兴趣，也让学生一步一步参与探究实验和分析实验结果，最终得出科学结论。在此探究过程中，学生体验了探究的快乐，学生的动手能力和科学思维品质得到了培养。