核心素养下的“肺炎双球菌转化实验”教学设计

杨叶

【摘 要】本课以学生为中心进行教学，教师组织学生进行探究式学习，旨在培养学生观察、提问、交流讨论等科学探究能力及科学探究的基本思路;并以已学的生物科学史为基础，帮助和引导学生在原有知识基础上，主动对新信息进行分析、加工和处理，建构与完善相关的知识网络体系。

【关键词】科学探究;科学史;科学方法

1.教材分析

“核酸是遗传物质的证据”是浙教版高中生物必修二《遗传与进化》第三章“遗传的分子基础”第1节的内容，学生已在该模块前两章学习了相关科学史、基因的遗传规律及其与生物性状的关系等内容，并将从第三章开始继续学习基因的化学本质和基因控制性状的分子机理。“核酸是遗传物质的证据”以三个经典实验为主线，进一步阐述基因的化学本质，其中“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌实验”是DNA是遗传物质的直接证据，笔者将其安排为本节内容的第1课时;“烟草花叶病毒的感染和重建实验”是RNA是遗传物质的直接证据，笔者将其与本课内容最后的实例与小结安排为本节内容的第2课时。本文为“核酸是遗传物质的证据”第1课时教学设计的主要内容。

2.学情分析

本节课的教学对象为高二生物选考班学生，他们已具备一定的阅读能力，有一定独立思考与分析问题的能力。此外，在知识基础方面，学生已在该模块前两章学习了相关科学史基础、基因与生物性状的关系、基因的遗传规律及其基因在染色体上等内容，为本节课的教学奠定了知识基础与学习背景。

3.教学目标

学生通过回顾前两章介绍的生物科学史背景，明确与生物遗传相关的核心概念、基础知识与生物学史背景，并能在给定的问题情境中，以生命观念为指导，利用相关遗传学知识和方法分析、解释生命现象，探究生命活动规律。

学生通过格里菲斯等人的“肺炎双球菌活体转化实验”与艾弗里等人的“肺炎雙球菌离体转化实验”的探究性学习，能在特定生物学事实背景下，采用比较与分析、演绎与推理等方法，以文字、图示的形式针对相关问题展开探讨、交流和讨论，运用科学术语精确阐述实验结果与结论;在感悟科学家不懈的探究精神与爱国热情的同时，形成求真务实的科学精神，培养沟通与合作能力，树立科技兴国的社会责任感与使命感。

学生通过赫尔希、蔡斯等人的“T2噬菌体侵染细菌实验”的探究性学习，能在特定生物学事实背景下，采用归纳与概括、对比与分析等方法，以文字、图示的形式针对相关问题展开探讨、交流和讨论，运用科学术语精确阐述实验结果与结论;同时形成批判性思维，树立辩证唯物主义观念。

4.教学重点与难点

噬菌体侵染细菌的实验分析;肺炎双球菌转化实验的原理与过程。

5.教学策略

教师以实验探究式教学策略为主，结合问题驱动式教学策略与启发式教学策略，利用PPT和板书等教学手段展开教学过程。

6.教学过程

【回顾相关遗传学史】

1865年，“遗传学之父”孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状由“   ”控制;

1903年，萨顿发现了   行为与遗传因子行为一致，于是提出它是遗传因子载体的学说;

1909年，丹麦遗传学家约翰逊提出了用“   ”一词代替了孟德尔的“    ”;

1910年左右，美国遗传学家   及其同事根据对果蝇的研究，确定了   在染色体上呈   排列，发现并提出了伴性遗传。

【学生活动】交流、讨论、组织、回答。

【设计意图】

回顾相关遗传学史内容，为本节课的学习奠定知识基础与生物学史背景。

【过渡】

至此，科学界基本弄清了遗传物质的作用及其在细胞中的位置。但遗传物质到底是什么仍是个谜。1928年，格里菲斯为接下来这场伟大研究拉开了序幕。

【背景知识一】

当时的英国正笼罩在肺炎与二战的阴影下，而作为细菌学家的格里菲斯义无反顾地投身到了肺炎致病菌研究中。一天，他将肺炎病人的痰尝试注入健康小鼠体内，结果小鼠24h内一命呜呼。然后，他将死亡小鼠进行解剖，取其血液在显微镜下观察，结果发现了一些“不速之客”。那么，这些“不速之客”是    ？

【学生活动】交流、讨论、组织、回答。

肺炎双球菌，他观察发现这些菌的菌体表面有一层胶状荚膜，经培养后菌落表面光滑（smooth），因此将其命名S型肺炎双球菌。在后来的实验培养中，他又发现了另一种肺炎双球菌，他们的菌体表面无荚膜，培养得到的菌落表面粗糙（rough），于是他又将其命名为R型肺炎双球菌。

【设计意图】

本课以遗传物质研究科学史为暗线，利用背景知识牵出该段历史，引出研究对象“肺炎双球菌”及其相关情况。

学生感悟科学家热爱祖国与拯救人类的使命感与责任感。

利用一定信息量启发学生如何去分析问题、解决问题。

【过渡】

那么，这两种菌还有哪些不同呢？格里菲斯开展了一系列深入研究。其中，他带领实验室设计了一个“肺炎双球菌的活体转化实验”，分析第四组小鼠死亡的原因可能是什么？如何验证？

当时实验结果：D组的死亡小鼠进行血液分析显示——血液中存在R型活菌、S型死菌、S型活菌。

那么接下来面临的问题是什么？如何设计实验分析？讨论并将猜测写入表格。

【学生活动】交流、讨论、组织、回答。

用“重复实验”排除等方法对学生的不同猜测进行判断分析，得出最合理的猜测——加热杀死的S菌中的某种物质使某些R菌转化成了S菌。

确定进一步研究的课题——加热杀死的S菌中的哪种物质使某些R菌转化成了S菌。

【设计意图】

引导学生通过对比、概括与归纳等方法分析实验现象，并恰当表述实验结论。

利用一系列递进的问题串设计，启发学生进行探究式学习。

培养学生的批判性思维。

【背景知识二】

研究表明，组成肺炎双球菌的化学物质有多糖、蛋白质、脂质、DNA、RNA等。学生分组讨论，每组用文字或图示写出上述课题的研究思路。

【学生活动】交流、讨论、组织、回答。

【设计意图】

通过提供一定信息量的方式，促使学生主动参与到学习中;培养学生合作学习的习惯，促进生生互动、师生互动。

问题似乎解决了，但科学研究中总是磨难重重。由于当时分离提纯技术水平的限制，提取的DNA纯度最高时也还有0.02%的蛋白质。很多人质疑：难道不可能是DNA上仍存有的0.02%的蛋白质是转化因子吗？如何解决这一问题？

【学生活动】交流、讨论、组织、回答。

【设计意图】

学生感悟科学研究任重道远，树立坚持不懈的科学精神与严密的逻辑思维。

及时点评，培养学生运用图文的形式恰当表述实验思路与实验结果等。

【小结】

这就是艾弗里等人的“肺炎双球菌离体转化实验”。至此，得出实验结论——肺炎双球菌的遗传物质是DNA，而不是其他成分。

为什么不是格里菲斯的实验团队做的这个实验？主要原因是格里菲斯与他的实验室仪器在一次战火中不幸丧生了，所以没能继续研究。但是，这并不影响他们对人类作出的贡献，都是值得敬重的。

【設计意图】

引导学生准确表述实验结论，感悟科学家的奉献精神，树立正确的世界观与爱国兴国的责任感与使命感。

7.教学反思

总体来说，本节课一定程度地发展了学生在生命观念、科学思维、科学探究与社会责任4个方面的生物学科核心素养。实际课堂开展中，在进行肺炎双球菌转化实验的现象分析探究时，全面引导学生采用比较与分析、演绎与推理等方法，以文字、图示的形式针对相关问题展开探讨、交流和讨论，运用科学术语精确阐述实验结果与结论，让学生的主体性得到了较好的发挥。

【参考文献】

[1]教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S].人民教育出版社

（余姚市第二中学，浙江 宁波 315400）