基于生物科学史的课堂探究学习

摘 要 以“DNA是主要的遗传物质”一课为例，对生物科学史与课堂探究学习的有效整合进行了探讨。

关键词 生物科学史 探究学习 教学设计

中图分类号 G633.91 文献标识码 B

1 教材分析

“DNA是主要的遗传物质”是人教版高中生物必修2第3章第1节的内容，主要讲述科学家证明DNA是遗传物质的两个经典实验。教材中蕴含着丰富的生物科学史材料，阐述了科学家的研究思路和过程，体现了丰富的科学精神，是进行课堂探究学习的好素材。鉴于学生对科学史中涉及到的一些背景和技术手段存在知识缺陷，在教学中教师要充分了解学生的学习障碍，创设有效的问题情景，让学生在探究活动中体验科学研究的方法和科学家的创新精神，从而达到培养创新人才的目的。

2 教学目标

2.1 知识目标

总结科学家对“DNA是主要的遗传物质”的科学探索过程；设计“证明转化因子是什么”和“RNA是遗传物质”的实验方案。

2.2 能力目标

对科学家证明“DNA是主要的遗传物质”的实验设计思路进行分析和讨论，领悟科学研究的过程和方法；在尝试自主设计实验的过程中，提高创新意识和设计实验的能力。

2.3 情感、态度与价值观目标

通过对RNA也是遗传物质的学习，认同人类对遗传物质的认识是不断深化和完善的过程。

3 教学重点和难点

3.1 教学重点

肺炎双球菌转化实验的原理和过程；噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。

3.2 教学难点

探究肺炎双球菌转化实验。

4 教学过程设计

4.1 创设情境，激发兴趣

展示成龙和房祖名、老布什和小布什两对父子的照片，请学生思考：父亲的性状是如何传递给儿子的？

设计意图：通过创设与学生现实生活紧密联系的教学情景，充分激发学生的学习兴趣和积极性，产生探究的欲望。

4.2 回顾旧知，启动探究

请学生回顾之前所学知识，回答以下问题：① 孟德尔提出生物性状的遗传是由什么传递的？② 在研究生物减数分裂和受精作用过程中，科学家认识到对生物遗传具有关键作用的物质是什么？③ 摩尔根证明了基因在什么物质上？④ 染色体的主要组成成分是什么？

设计意图：让学生在问题情境中回顾人类早期对遗传物质的探索历程，同时产生疑问：基因在染色体的蛋白质还是DNA上？这两种物质究竟哪一种是遗传物质？由此引入课题，让学生带着问题走进课堂。

4.3 引导探究，建构新知

（1） 肺炎双球菌转化实验。通过多媒体演示格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验，引导学生分析实验现象，并提出疑问：为什么将R型活菌和加热杀死的S型菌混合后，会产生导致小鼠死亡的S型活菌？让学生进行思维探究,提出可能的原因，如：① S型菌未全部加热杀死；② R型活菌基因突变后转化为S型活菌；③ 加热杀死的S型菌复活；④ 加热杀死的S型菌中具有某种使R型活菌转化为S型活菌的物质。教师引导学生通过设计实验对上述推测进行验证，在排除前三种推测后得出结论：加热杀死的S型菌中存在将R型活菌转化为S型活菌的转化因子。

要弄清什么是转化因子,最关键的设计思路是什么？请学生分组进行合作探究，并设计一个实验方案。师生共同探讨和交流后，总结出实验方案：将加热杀死的S型菌中的DNA、蛋白质和多糖等物质提取出来，分别加入到培养了R型菌的培养基中，单独、直接地观察它们的作用，能使R型菌转化成S型菌的物质就是转化因子。

由于当时技术水平的限制，物质的提纯是十分复杂和困难的，请学生继续思考，是否有办法可以不用对各成分进行提纯，也能单独观察它们的作用？引导学生运用逆向思维进行探究，并提出设计思路：分别去除S型菌中的DNA、蛋白质和多糖后，加入到培养了R型菌的培养基中，不能产生S型菌的即为转化因子。

用多媒体演示艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验,请学生思考以下问题：① 从该实验可以得出什么结论？② 为什么要设置一组同时加入S型菌的DNA和DNA酶的实验？③ 艾弗里提取出的DNA，纯度最高时也还有0.02%的蛋白质。因此，仍有科学家对实验结论表示怀疑，他们怀疑什么？

设计意图：通过不断设置问题情境，让学生追随科学家探索的脚步，逐步深入地开展思维探究学习，在学习科学家严谨的科学态度和缜密的思维的同时，训练了学生的科学思维方式。

（2） 噬菌体侵染细菌实验。实验材料的选择是科学研究成败的关键，结合T2噬菌体的模式图，引导学生讨论选择T2噬菌体作为实验材料的优点，并思考以下问题：① 回顾所学知识，可以用什么方法将T2噬菌体的DNA和蛋白质区分开来？② 应该分别标记DNA和蛋白质的哪个元素？③ 如何用同位素标记噬菌体的DNA和蛋白质？

播放T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的Flas，请学生认真观察，并引导学生尝试针对实验过程及结果中存在疑惑的地方提出问题，如：实验中为什么要搅拌和离心？用35S标记的噬菌体侵染细菌的实验中，为何沉淀物也有少量放射性？能否说明蛋白质也作为遗传物质进入到大肠杆菌内？教师引导学生对问题进行自主探究，并得出结论：DNA是遗传物质。

设计意图：通过引导学生主动去发现问题和解决问题，打破传统教学中教师对知识的单向传承，发挥了学生的主观能动性，实现了师生和生生间的多边互动，最终完成对教材知识的建构。

4.4 深入探究，反馈运用

教师展示烟草花叶病毒的图片，介绍相关的背景知识，并点出烟草花叶病毒的组成成分是蛋白质和RNA，让学生大胆猜想其遗传物质是什么。这样引导学生结合前面所学的知识，尝试设计实验来证明自己的猜想。师生共同讨论和分析后得出：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，DNA并不是生物体唯一的遗传物质，使学生感悟到科学研究是一个不断深化、不断完善的过程。

设计意图：通过让学生自主设计实验，初步领悟科学研究的过程和方法，培养学生的创新意识以及设计实验的能力。

5 点评

5.1 必要的知识铺垫是进行探究学习的基础

由于知识积累的不足，学生经常会对科学史中用到的材料、技术手段等感到陌生和难以理解，导致无法顺利进行探究学习。教师可以利用教材插图、挂图以及多媒体课件等为学生提供必要的知识铺垫。如本案例中，设计者在讲噬菌体侵染细菌的实验前，先用多媒体展示T2噬菌体的模式图，并引导学生讨论选择T2噬菌体作为实验材料的优点，从而为后面的探究学习奠定了基础。

5.2 创设问题情境，激发学生探究欲望

“问”是所有科学探究的源头，有效地创设问题情境，可以充分激发学生探究的欲望，发挥学生的主观能动性和创造力，让学生主动地获取知识。在本案例中，设计者对科学史资料进行了充分的挖掘，并有针对性地设置问题情境，让学生通过思考、讨论、交流、设计实验方案等方式进行探究学习，培养了学生的创新精神和分析问题、解决问题的能力。

5.3 引导学生发现和提出问题，形成自主探究的意识

除了为学生创设问题情境外，教师还可以引导学生从科学史中发现问题、提出问题，使学生变被动学习为主动学习，促进学生形成自主探究的意识。如本案例中，设计者先请学生观察T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的Flas，然后在宽松、自由的学习氛围中，引导学生对实验中存在的疑问大胆提出问题、发表见解，最终达到提高学生生物科学素养和培养创新人才的目的。