“噬菌體侵染細菌的實驗”教學設計思路

嚴金來

1問題的提出

“噬菌體侵染細菌的實驗”是證明DNA是生物體的遺傳物質的經典實驗之一，這是本節教學內容的重點，更是難點。雖然說是經典實驗，但是中學的普通實驗室并不具備開設這個實驗的條件，課堂教學中不可能讓學生親自動手操作，也就無法獲得直觀體驗。因此對于這部分內容的教學都是靠教師的分析講解。但很多教師尤其是新教師對這部分內容的教學鉆研不夠，又沒有考慮到學生現有的認知水平，教學時往往是照本宣科，缺乏必要的知識作鋪墊，缺乏循序漸進的教學過程，結果教完內容之后學生仍然是懵懵懂懂。由于學生對這部分的內容理解不夠深入，掌握不夠牢固，練習或考試時相關題目的錯誤率相當高。筆者根據自己教學中的經驗和體會，談談對這部分內痞的教學設計思路。

2噬菌體侵染細菌的教學設計思路

2.1導入噬菌體侵染細菌實驗的教學過程

通過“肺炎雙球菌轉化實驗”的學習，學生得出“DNA是遺傳物質”的結論后，教師可以進一步引導學生討論艾弗里實驗的不足之處，即DNA的純度不夠，不能排除蛋白質的作用。而噬菌體的DNA和蛋白質能夠徹底分開，即分開的DNA中不含有任何蛋白質，應用它進行實驗可以取得成功，進而引出噬菌體侵染細菌實驗。

2.2了解噬菌體的組成成分及其結構

教師指導學生閱讀教材，結合教材中的圖3－4，使學生弄清楚噬菌體的基本概念、組成成分和大致結構。在此基礎上，教師應特別強調以下3點：一是T₂噬菌體專門寄生在大腸桿菌體內；二是噬菌體頭部的DNA不含有蛋白質成分；三是借助于掛圖(圖1)或投影片等輔助手段讓學生進一步了解噬菌體的其他結構。這些是學習后續內容的基礎，忽視不得。

2.3理解噬菌體生命活動的特點及其增殖過程

至于這一點，教材中雖然提及到一些內容，但過于簡單。教師應對此做適當的補充以拓寬學生的知識面，降低學習內容的難度梯度。補充內容如下：噬菌體的組成成分和結構簡單，不具有酶、原料、能量，因而，不具有進行獨立的新陳代謝的能力，它的一切生命活動只能依賴于宿主(細菌)的活細胞。當噬菌體侵染大腸桿菌后，就會在自身的遺傳物質作用下，利用細菌的物質來合成自身的組成成分，進行大量增殖。

關于噬菌體增殖過程的學習，上課之前，教師應準備好相應的學習材料(圖2)并印發給學生，課堂上組織學生觀察、思考、討論、交流，得出噬菌體侵染細菌增殖過程，即吸附→注入→復制、合成→組裝→釋放。教師可以讓學生說出每一步的大致內容，若有不妥之處，再由教師加以完善。

2.4學習T₂噬菌體侵染大腸桿菌的實驗

2.4.1領會研究的科學方法一同位素標記法

由于T₂噬菌體個體微小，在實驗中不便于直接觀察，那么在實驗中采用什么樣的科學方法來進行研究呢?學生通過觀察教材中的圖3－6，馬上就能夠指出運用同位素標記法，這種方法可用于追蹤物質的運行和變化規律。在此基礎上教師進一步追問：采用什么元素進行標記呢?這樣從而引導學生思考、討論，得出只能用35S來標記T2噬菌體的蛋白質外殼，用³²P來標記T₂噬菌體的DNA，才能將兩種組分區分開。并設計兩組實驗，以觀察蛋白質和DNA在親子代之間的連續性，從而解決誰是真正的遺傳物質。

2.4.2了解實驗設計的目的

學習至此，學生已經能夠了解實驗設計的目的，但并不是所有的學生都能表述清楚，教師還須進一步加以明確，即由于噬菌體的DNA和蛋白質能夠徹底，分開，因此可以單獨地、直接地觀察DNA和蛋白質的作用。教師還可以順便提一下，科學家進行“肺炎雙球菌轉化實驗”的設計思路也是如此，但由于提取的DNA的純度不夠，因而引起了人們的質疑。

2.4.3理解實驗操作步驟及其目的

首先教師必須讓學生明白實驗操作的大致過程。教師可以指導學生閱讀教材，在黑板上設計出如下的操作流程簡圖，讓學生填寫出實驗的基本操作步驟(圖3)。

然后教師還應該讓學生明白一些重要操作的目的，加深對實驗操作的理解。即短時間保溫是為了讓噬菌體吸附到大腸桿菌的表面，并注入其頭部的DNA，在大腸桿菌內增殖。攪拌是為了使吸附在大腸桿菌的噬菌體與菌體的分離。離心的目的是讓上清夜中析出重量較輕的T₂噬菌體蛋白質外殼顆粒，而離心管的沉淀物中留下被侵染的大腸桿菌。

2.4.4分析實驗現象得出實驗結果

為了深入理解實驗過程，也便于得出科學的實驗結論，教師可以啟發學生設計一個填寫實驗過程和實驗結論的表格，并且引導他們填寫出正確的內容。于是學生紛紛行動起來，設計有關的表格。一段時間后，教師組織學生相互交流、討論，比一比誰的表格設計得更科學、準確、合理、完善。學生的興致更高了，馬上就有人自告奮勇地站起來，向全班同學展示自己的設計成果(表1)。

并且這位學生說出了分析過程：在第一組實驗中，主要在試管的上清液中檢測到了放射性同位素³⁵S；在第二組實驗中，主要在試管的沉淀物中檢測到了放射性同位素³²P。這說明在噬菌體侵染細菌時，親代的蛋白質外殼留在菌體外面，不具有連續性，蛋白質不是遺傳物質；而DNA分子進入細菌體內，指導控制合成許多噬菌體，具有連續性，DNA才是真正的遺傳物質。

2.4.5必須突破的疑難問題

在教學時，筆者還發現了學生存在的幾個疑難問題，因此教學時教師必須加以突破。

(1)在含³⁵S標記的噬菌體侵染大腸桿菌實驗中，上清液的放射性很高，為什么沉淀物中也含有放射性?

³⁵S標記的是噬菌體的蛋白質外殼，在噬菌體侵染大腸桿菌時，蛋白質外殼留在大腸桿菌體的外面，當輕輕攪拌時，蛋白質外殼與菌體分離，進行適度離心時，放射性的蛋白質外殼應出現在上清液中，而沉淀物中的少量放射性是由于極少數吸附在大腸桿菌表面的噬菌體，未能與之徹底分離，隨大腸桿菌一起出現在沉淀物中。

(2)在含³²P標記的噬菌體侵染大腸菌實驗中，為何上清液中也含有少量的放射性?

含³²P標記的噬菌體侵染大腸桿菌時，不可能全部成功吸附到大腸桿菌的菌體上，在離心時，未能吸附到大腸桿菌表面的噬菌體由于重量較輕隨著離心出現在上清液中，因而上清液中含有少量的放射性。

(3)這個實驗只能證明DNA是遺傳物質。

由于噬菌體的蛋白質外殼沒有進入細菌體內，只有DNA進入細菌體內，結果子代噬菌體與親代的噬菌體的形態、大小等，特性相同。這就證明了：DNA是遺傳物質。這里應強調說明的是，由于蛋白質外殼沒有進入菌體內，所以這個實驗不能證明蛋白質不是遺傳物質。蛋白質雖然不是遺傳物質，這個實驗不能證明，但是此點可以由肺炎雙球菌的轉化實驗來證明。

3有效訓練與反饋

為增強學生對教學中重點、難點消化理解和運用，提高學習質量，取得理想的教學效果，教師必須精心設計出恰當有效的針對性課堂訓練。對³⁵S和³²P標記的噬菌體的同位素在子代中出現的情況、合成子代噬菌體的原料、不同標記的噬菌體在離心之后放射性檢測情況、該實驗的結論等知識應作重點檢查與反饋。教師還可以用“煙草花葉病毒(TMV)和車前草病毒(HRV)都能感染煙草的實驗”習題對所學知識作進一步的提升。