“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”設(shè)計(jì)魏霞

“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”教學(xué)設(shè)計(jì)福州金山中學(xué)魏霞1設(shè)計(jì)思想（1）“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這一節(jié)課的內(nèi)容主要是通過格里菲斯“肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”、艾弗里“肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”和赫爾?！笆删w侵染細(xì)菌”三個(gè)實(shí)驗(yàn)來證明DNA是遺傳物質(zhì)。貌似簡(jiǎn)單，通過前人已經(jīng)做成的的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上得出一個(gè)學(xué)生從媒體上早已熟知的結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)。但是這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路是什么?設(shè)計(jì)的科學(xué)性在哪里?實(shí)驗(yàn)結(jié)論是如何被一步一步證實(shí)出來的？學(xué)生并不易掌握。（2）科學(xué)史的學(xué)習(xí)，我個(gè)人認(rèn)為，是高中生物教學(xué)的難點(diǎn)。倒不是知識(shí)點(diǎn)的掌握，知識(shí)點(diǎn)的掌握很簡(jiǎn)單，因?yàn)樽詈蟮慕Y(jié)論簡(jiǎn)單；關(guān)鍵是當(dāng)時(shí)科學(xué)家所處的時(shí)代和環(huán)境，科學(xué)家的思維，科學(xué)家的科學(xué)思想，這是學(xué)生很難體驗(yàn)的。而科學(xué)史的學(xué)習(xí)，又是培養(yǎng)學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的最有效的途徑之一，如何讓學(xué)生能夠撇開現(xiàn)在的時(shí)代，像當(dāng)時(shí)科學(xué)家那樣真正地去思考和探究，并體驗(yàn)其中思維碰撞的快樂，是我們需要去深度挖掘的，我想，也是我們生物教師的責(zé)任。因?yàn)?，這才對(duì)他們未來的生活學(xué)習(xí)有實(shí)質(zhì)幫助。(3)學(xué)生的前概念知道DNA是遺傳物質(zhì)，但不知道為什么是主要的遺傳物質(zhì)?；蛘哂械膶W(xué)生可能會(huì)認(rèn)為每個(gè)實(shí)驗(yàn)都證明DNA是主要的遺傳物質(zhì)。2教學(xué)目標(biāo)（1）總結(jié)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的探索過程（2）分析證明DNA是主要的遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路（3）探討實(shí)驗(yàn)技術(shù)在證明DNA是主要的遺傳物質(zhì)中的作用（4）體驗(yàn)并認(rèn)同敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新、勇于實(shí)踐，以及嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神3教學(xué)重難點(diǎn)（1）肺炎雙球菌體體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的原理和過程（2）肺炎雙球菌體體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的原理和過程（3）噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的原理和過程4學(xué)情分析學(xué)生已經(jīng)知道DNA是遺傳物質(zhì)，也知道遺傳物質(zhì)主要在細(xì)胞核的染色體上。本班學(xué)生雖然是實(shí)驗(yàn)班，但是學(xué)生課堂上能夠大膽表達(dá)其觀點(diǎn)的學(xué)生不多，個(gè)人學(xué)生學(xué)習(xí)還存在一定的困難，一部分學(xué)生思維也不夠敏捷，很需要教師引導(dǎo)幫助。5教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師組織和引導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖課前熱身PPT自動(dòng)播放遺傳學(xué)上和本節(jié)課密切相關(guān)的幾個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的獲得者的照片以及他們的成就，并配上激動(dòng)人心的諾貝爾頒獎(jiǎng)樂。觀看動(dòng)畫把學(xué)生的思緒遷到遺傳的探索歷程上DNA和蛋白質(zhì)誰是遺傳物質(zhì)的爭(zhēng)論通過一首小詩引入：基因是什么？DNA或蛋白質(zhì)？幾多實(shí)驗(yàn)，幾多論爭(zhēng)？是誰把謎底揭破？提出問題：當(dāng)時(shí)科學(xué)界為什么會(huì)把遺傳物質(zhì)鎖定在這兩種物質(zhì)上？（展示染色體）為什么科學(xué)界更多地懷疑蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)？（蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）作為遺傳物質(zhì)應(yīng)該具備什么樣的特點(diǎn)？（教師通過類比，引導(dǎo)學(xué)生自己分析得出）學(xué)生思考回答師生互動(dòng)這個(gè)問題在整節(jié)課的教學(xué)上起到很重要的作用，因?yàn)榭茖W(xué)家當(dāng)時(shí)正是以DNA和蛋白質(zhì)分開研究的思想作為主線得出DNA是遺傳物質(zhì)的結(jié)論，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考的能力證據(jù)之一：格里菲斯實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要介紹當(dāng)時(shí)歷史背景，格里菲斯的實(shí)驗(yàn)來因，實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)對(duì)象展示格里菲斯的四組實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生分析每組實(shí)驗(yàn)說明了什么？具體分析第四組實(shí)驗(yàn)：活的“S”型細(xì)菌從哪里來？到時(shí)“S”型細(xì)菌上誰是轉(zhuǎn)化因子？怎么繼續(xù)研究？（教師設(shè)疑）傾聽思考回答討論交流帶著疑問通過歷史背景的簡(jiǎn)要介紹，學(xué)生更容易進(jìn)入當(dāng)時(shí)科學(xué)年代的狀態(tài)，從而能夠站在科學(xué)家的角度思考問題引導(dǎo)學(xué)生得出分開研究的思路證據(jù)之二：艾弗里的實(shí)驗(yàn)在加熱殺死的“S”型內(nèi)含有哪些有機(jī)物？到底是DNA還是蛋白質(zhì)甚至是其它的物質(zhì)是轉(zhuǎn)化因子？怎么研究？介紹艾弗里的研究思路，并展示圖片從第三組實(shí)驗(yàn)出發(fā)，說明他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，并介紹艾弗里生平事跡科學(xué)界當(dāng)時(shí)對(duì)他的懷疑有沒有道理？本實(shí)驗(yàn)證明了什么？思考討論師生互動(dòng)學(xué)生傾聽學(xué)生討論引導(dǎo)學(xué)生自主得出分來研究，具體如何研究，需要教師適時(shí)引導(dǎo)，精心設(shè)問，一步一步到達(dá)目標(biāo)。讓學(xué)生自主得出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，然后教師介紹當(dāng)時(shí)艾弗里的思路，和自己居然這么相似，讓學(xué)生體驗(yàn)成功的自豪感。證據(jù)之三：赫爾希的實(shí)驗(yàn)有沒有比細(xì)菌更為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)材料？展示噬菌體侵染細(xì)菌的圖片、介紹噬菌體的結(jié)構(gòu)，介紹人們當(dāng)時(shí)所了解噬菌體侵染細(xì)菌的大致過程介紹赫爾希大膽的猜想：如果DNA是遺傳物質(zhì)，那么應(yīng)該是DNA進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，然后教師再展現(xiàn)目前人們已經(jīng)知道的噬菌體侵染細(xì)菌的五步驟問題的關(guān)鍵：怎么分開研究DNA和蛋白質(zhì)？導(dǎo)出同位素示蹤法。怎么分別標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)？（教師通過類比引導(dǎo)學(xué)生得出）兩組實(shí)驗(yàn)應(yīng)該怎么做？介紹赫爾希的實(shí)驗(yàn)過程本實(shí)驗(yàn)證明了什么？思考回答師生互動(dòng)生生交流這一部分也是本節(jié)的難點(diǎn)之一，實(shí)驗(yàn)復(fù)雜，又沒辦法實(shí)際操作，通過精心設(shè)計(jì)問題和比喻，降低思維難度，突破難點(diǎn)；給學(xué)生充分的時(shí)間和發(fā)散性思維的空間，培養(yǎng)學(xué)生分析能力DNA是主要的遺傳物質(zhì)前面的實(shí)驗(yàn)艾弗里和赫爾希的實(shí)驗(yàn)只是證明DNA是遺傳物質(zhì)？但是我們這節(jié)課的標(biāo)題是？后來人們發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。得出DNA是主要的遺傳物質(zhì)如何證明RNA是主要的遺傳物質(zhì)？（課后思考題）思考回答課后作業(yè)讓學(xué)生設(shè)計(jì)RNA是遺傳物質(zhì)的方案，也考察學(xué)生對(duì)DNA時(shí)遺傳物質(zhì)研究思路的理解“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”教學(xué)反思本節(jié)課從課前熱身到課堂結(jié)束，有兩大主線：一是沿著歷史的足跡，并在其中適當(dāng)滲透當(dāng)時(shí)科學(xué)家的背景（歷史年代背景、家庭出身背景以及科學(xué)家的性格特色）；二是研究思路的主線（DNA和蛋白質(zhì)誰是遺傳物質(zhì)，分開研究）。課后反思主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：課前熱身課前準(zhǔn)備了兩個(gè)PPT課件，一個(gè)是用來激起學(xué)生興趣同時(shí)把學(xué)生帶進(jìn)科學(xué)家氛圍的帶有振奮人心的諾貝爾頒獎(jiǎng)典禮的交響樂《藍(lán)色多瑙河》的自動(dòng)播放課件，一個(gè)是上課的課件。由于是下午第二節(jié)，學(xué)生很有睡意，所以預(yù)備鈴一響，我就播放這個(gè)自動(dòng)播放課件。課件一共有8張，展示的是與本節(jié)課最密切相關(guān)的遺傳學(xué)上的諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家以及他們的成就，以大約每12秒鐘一張的速度播放。到了第七張，大大的標(biāo)題：科學(xué)史上的永遠(yuǎn)的遺憾，也附上文字和大大的照片，這張停留了30秒，頒獎(jiǎng)曲依然在奏響，艾弗里的頭像讓人感覺到他就在我們的眼前，可是，如此偉大的成就，卻與諾貝爾獎(jiǎng)擦肩而過。下一張，一個(gè)字一個(gè)字出現(xiàn)，“對(duì)于受過生命科學(xué)教育的人來說，脫氧核糖核酸（DNA）是生物的遺傳物質(zhì)，這似乎已是一種常識(shí)。然而就在五十多年前，當(dāng)Avery（1877～1955）及其同事于1944年發(fā)表這一理論時(shí)，卻引起了遺傳學(xué)界的極大驚訝和懷疑。直到50年代中期，這一理論才為遺傳學(xué)界普遍接受。這樣，年邁的Avery也沒能等到這一天便溘然長逝而失去了榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的機(jī)會(huì)?！苯淌依餂]有任何聲音，所有的同學(xué)都在注視大屏幕。課件播放完了，這時(shí)，我發(fā)現(xiàn)有的同學(xué)小聲說還沒看夠就沒了。我想想，也是，剛才大家都在利用課件時(shí)間睡覺呢，還是再播放一遍吧。雖然此時(shí)上課鈴已經(jīng)響了，本節(jié)課的容量很大，擔(dān)心時(shí)間不夠。但是發(fā)現(xiàn)第二遍觀看同學(xué)們還是和第一遍一樣聚精會(huì)神，我想，犧牲點(diǎn)時(shí)間還是值得的；再說，這個(gè)課件也弄了大半天，同學(xué)們就多看看吧，這樣我的勞動(dòng)也值得。通過這樣的視聽盛宴，配上教師有意識(shí)的內(nèi)容設(shè)計(jì)，很有效的激起學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也最大限度的調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究欲望，為接下來高效有序地開展教學(xué)做好鋪墊?！盀槭裁串?dāng)時(shí)人們懷疑艾弗里的結(jié)論，甚至感到驚訝？”“為什么DNA是遺傳物質(zhì)人們不接受？”這引發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突，啟動(dòng)了學(xué)生內(nèi)部的思維矛盾，促使學(xué)生形成學(xué)習(xí)期待。心理學(xué)研究表明，只有一個(gè)人有強(qiáng)烈明確的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)時(shí)，才能積極主動(dòng)地投入學(xué)習(xí)過程，而強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)來自認(rèn)知沖突。這樣，對(duì)學(xué)生的前概念也有一定的提醒作用，學(xué)生認(rèn)為，DNA是遺傳物質(zhì)，為什么還要加主要呢？師生互動(dòng)1.2.1導(dǎo)入部分由于課前熱身PPT中展示了艾弗里的遺憾，同學(xué)們也都體會(huì)到發(fā)現(xiàn)DNA是遺傳物質(zhì)的艱難歷程。在導(dǎo)入部分，我說：“同學(xué)們，我們今天已經(jīng)知道DNA是遺傳物質(zhì)，因?yàn)槲覀兊目茖W(xué)前輩們通過自己艱辛地探索已經(jīng)明確這個(gè)結(jié)論，從前面的20世紀(jì)科學(xué)史的一大遺憾中，我們也知道這一結(jié)論來之不易。然而，今天的課堂，卻不是只要大家掌握這個(gè)結(jié)論，而是要弄清楚這個(gè)結(jié)論是怎么來的，也就是我們要掌握科學(xué)家探索的過程以及他們遵循的科學(xué)方法，同時(shí)體驗(yàn)科學(xué)家科學(xué)思維的魅力，并從中了解科學(xué)技術(shù)在科學(xué)發(fā)展中的作用?！比缓笪艺故窘裉焐险n的題目。課本標(biāo)題被我稍為修改：加上“體驗(yàn)科學(xué)思維的魅力”，同時(shí)在課本標(biāo)題“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”后面加上四個(gè)字“探索過程”（見下圖）。自己感覺在導(dǎo)入部分還是蠻成功的。至少在后面碰到遺傳物質(zhì)的思考時(shí)，學(xué)生就不會(huì)沒有思考就大聲喊：是DNA！而且事實(shí)上，接下來的課堂教和學(xué)中，絕大部分學(xué)生都會(huì)站在當(dāng)時(shí)科學(xué)家的角度去思考、去體驗(yàn)。同時(shí)，導(dǎo)入引起的思維摩擦，讓學(xué)生們不由自主地提出問題：“當(dāng)時(shí)科學(xué)界懷疑什么是遺傳物質(zhì)？”教師很自然地順著學(xué)生的思路引出“對(duì)遺傳物質(zhì)的早期猜測(cè)”，人們懷疑對(duì)象集中在染色體上的兩大主要物質(zhì)：蛋白質(zhì)和DNA，而更多的懷疑是蛋白質(zhì)?！斑z傳物質(zhì)DNA還是蛋白質(zhì)？”這個(gè)問題一直貫穿本節(jié)課的始終，并作為本節(jié)課科學(xué)史探究的主線之一。1.2.2模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮學(xué)生的主體作用在格里菲斯“肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化試驗(yàn)”中，教師簡(jiǎn)要介紹當(dāng)時(shí)的時(shí)代背景，那是一個(gè)細(xì)菌橫行的大流感經(jīng)常爆發(fā)的時(shí)代，并引出肺炎雙球菌和格里菲斯。格里菲斯是如何開展實(shí)驗(yàn)的？受到實(shí)驗(yàn)條件的限制，這在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室中無法完成。應(yīng)用生動(dòng)逼真的可操作的模擬實(shí)驗(yàn)，在這樣的交互式動(dòng)畫中，學(xué)生親自動(dòng)手操作，可以再現(xiàn)格里菲斯的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作過程，親身體驗(yàn)和感受科學(xué)家的探索過程和基本思路；可以滿足每位學(xué)生親自參與的內(nèi)在需求，提高學(xué)習(xí)效率，并能充分培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考、分析能力。學(xué)生通過模擬操作實(shí)驗(yàn)，對(duì)第四組實(shí)驗(yàn)將R型活細(xì)菌與加熱殺死的S型細(xì)菌混合后注射到小鼠體內(nèi)，小鼠死亡，并從小鼠身上分離到活的S型細(xì)菌感到非常驚訝?！盀槭裁吹谒慕M小鼠會(huì)死亡？活的S型細(xì)菌從哪里來？”學(xué)生迫切想知道原因！于是大家通過討論，結(jié)合教師的引導(dǎo)，很快意識(shí)到死的S型細(xì)菌上有某種物質(zhì)，即遺傳物質(zhì)，能使活R型細(xì)菌轉(zhuǎn)變成活的S型細(xì)菌。這一部分學(xué)生得出結(jié)論的敏捷性超過我原來的設(shè)想。我想，可能和我前面的格里菲斯實(shí)驗(yàn)的背景介紹也有一定的關(guān)系。1.2.3精心提問，步步引導(dǎo)學(xué)生親自動(dòng)手模擬操作格里菲斯的實(shí)驗(yàn)后，S型細(xì)菌內(nèi)哪一種物質(zhì)是“轉(zhuǎn)化因子”，成為他們又一個(gè)要急需解決的問題，推動(dòng)著他們繼續(xù)探究。這時(shí)，教師只要巧妙地一步步精心提問，學(xué)生思維的火花就很容易被激活。教師提問：“轉(zhuǎn)化因子是DNA？還是蛋白質(zhì)？或者是其他的有機(jī)物？”“應(yīng)該怎么繼續(xù)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論？”大部分學(xué)生很快就說出把DNA和蛋白質(zhì)分開研究，看看是DNA還是蛋白質(zhì)起作用?！霸趺捶珠_研究？”教師引導(dǎo)用化學(xué)提純法?！疤峒冎蟮腄NA或蛋白質(zhì)接下來要怎么操作？”學(xué)生答：“看是DNA還是蛋白質(zhì)能夠讓活的R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為活的S型細(xì)菌。”“如果不用小鼠作為細(xì)菌繁殖的供體，那要怎么在體外操作？”學(xué)生答：“培養(yǎng)細(xì)菌。”“怎么培養(yǎng)細(xì)菌？”“養(yǎng)哪一種細(xì)菌？”學(xué)生回答：“養(yǎng)活的R型細(xì)菌。”學(xué)生能回答到這里，接下來的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就容易了。1.2.4情感態(tài)度價(jià)值的體驗(yàn)三大實(shí)驗(yàn)的導(dǎo)入和結(jié)尾，筆者都用簡(jiǎn)短的時(shí)間介紹當(dāng)時(shí)科學(xué)家的歷史背景、出身背景、科學(xué)家的性格特色，并展示科學(xué)家的照片，使本節(jié)課的另一主線即科學(xué)史的歷史順序分明，也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。有了多媒體的輔助，教師無需用太多的言語，學(xué)生很自然地進(jìn)入科學(xué)家的科學(xué)魅力中。如：當(dāng)全班同學(xué)共同得出體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)最佳設(shè)計(jì)方案之后，教師很真誠很開心地告訴同學(xué)們：“他們和艾弗里一樣厲害！當(dāng)時(shí)艾弗里也是這么想，這么做的！”讓學(xué)生們體驗(yàn)成功的滿足感和愉悅感！艾弗里，一位研究細(xì)菌的科學(xué)家，站在格里菲思推論的基礎(chǔ)上，運(yùn)用一定的科學(xué)技術(shù)手段，將S型細(xì)菌的不同成分，成功分離，分別與R型菌混合培養(yǎng)……教師在多媒體上展示當(dāng)年艾弗里的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程，具體介紹當(dāng)時(shí)艾弗里實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，教師簡(jiǎn)要介紹艾弗里：1913年，艾弗里的母親不幸死于肺炎，36歲的艾弗里從此立志成為一名細(xì)菌學(xué)家，研究肺炎。1935年，在格里菲斯的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，57歲的艾弗里和他的同事們開始從事肺炎雙球菌的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷了整整10年的不斷研究，到1944年，文章發(fā)表時(shí)，他已67歲了。他最終未能獲得諾貝爾獎(jiǎng)，因?yàn)?955年他逝世了。如果他活得長久些，諾貝爾獎(jiǎng)理應(yīng)屬于他，但反過來也可以這樣說，如果科學(xué)界早些接受他的見解，他就不會(huì)排除在諾貝爾獎(jiǎng)之外。但無論怎么說，重要的是，艾弗里給我們留下了他的工作，以及他純正的研究態(tài)度。學(xué)生很認(rèn)真聆聽，自己感覺在情感態(tài)度價(jià)值觀上的引導(dǎo)還是比較到位的。（這些不是本節(jié)課的要求，我覺得還是很有必要說說，一方面可以進(jìn)行情感態(tài)度價(jià)值觀的教育，另一方面也給課堂添加了一點(diǎn)新色彩）。1.2.5運(yùn)用類比、比喻等手段突破難點(diǎn)比如，為什么人們會(huì)認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)時(shí)？通過生活中我自己的例子來說明，學(xué)生感興趣又很好理解：哦，可能是蛋白質(zhì)有特征讓人們誤解。那具體是什么特征呢？很容易通過思考得出結(jié)論。還如：在噬菌體侵