“ＤＮＡ是主要的遺傳物質”一節教學內容的延伸和拓展

張樹虎

摘要在人教版高中生物必修二第三章第一節教材文本材料——遺傳物質的早期預測、肺炎雙球菌的轉化實驗、噬菌體侵染細菌的實驗基礎上，進行適當拓展和延伸，有利于學生理解教材知識、有利于情感目標達成、提高學生實驗探究能力，同時教師也要注意防止片面追求拓展材料而沖淡主題。

關鍵詞DNA遺傳物質教學拓展生物學教學

中圖分類號G633.91

“DNA是主要的遺傳物質”一節是人教版高中《生物》必修二第三章第一節的內容，教材內容安排的順序是：對遺傳物質的早期預測；肺炎雙球菌的轉化實驗；噬菌體侵染細菌的實驗。這兩個經典實驗的原理和過程是本節重點，通過經典實驗讓學生掌握“探究科學發現過程來學習科學研究方法”是本節的難點，教材按照科學家的探索歷程以問題的形式引領學生層層深入思考，讓學生理解實驗的關鍵思路。由于本節知識點較多，教材文本將主要內容進行概括說明，而多數知識點是學生第一次接觸，教師需要延伸和拓展基礎知識才能取得較好的教學效果。

3年來，我們對18個平行班級做對照實驗(對照班級按照教材內容教學；實驗班級對教材內容進行延伸和拓展)，每堂課后采用同一份測試卷，運用三種定量法(均分、Z分數、T分數)進行教學效果評估。結果表明，實驗班當堂達標率很高，以均分為例：實驗班級的均分比對照班級高10～12分。原因主要是實驗班級運用延伸和拓展的素材進行教學符合學生認知特點，學生學得主動，學得輕松，教師的主導作用得到高度體現；同時有利于教師指導學生去合作探究或自主探究，學生聽課的興致明顯提高，師生間的交流明顯通暢。下面就將本節教學內容拓展和延伸的內容總結如下。

1“對遺傳物質的早期預測”的延伸和拓展

1.1素材

中國古代對遺傳的了解——樸素遺傳概念的形成：早在公元前6世紀，范蠡與越王勾踐對策時，總結當地農業生產的經驗就說到“桂實生桂，桐實生桐”(據成書于東漢時期的《越絕書》記載)。

公元前329年的《呂氏春秋》一書中，則有了“夫種麥而得麥，種稷而得稷，人不怪也”的記載。這些樸素認識表明，當時人們已把物種性狀的遺傳看成是很正常的自然現象。

《呂語集粹》一書中指出：“種豆，其苗必豆；種瓜，其苗必瓜?！?/p>

《東周列國志》一書在評論春秋韓原之戰，則寫道：“種瓜得瓜，種豆得豆……”

這類一直流傳于民間的諺語，其實就是古人對生物遺傳現象的具體描述。

科學研究已經證實這些都是普遍的遺傳現象，是由細胞中的遺傳物質決定的。這其中到底是什么物質在發揮重要作用呢?有人認為是蛋白質，理由是蛋白質是生命活動的承擔者和體現者，生命活動離不開蛋白質，而且蛋白質也是染色體的主要成分之一。

1.2理由

(1)利于情感目標達成。通過中國古代對遺傳的了解，讓學生明白我國古代勞動人民的聰明才智，激發學生不斷探索的精神。通過科學探索史的教育，使學生認識到科學發現的艱難、科學研究的重要性，激發學生了解科學家當年的研究過程和方法的興趣。

(2)符合學生認知特點。情境導學部分設計的前提要依據學生原有經驗，立足學生實際情況——一初中生物教材中“細胞核是遺傳信息庫”一節中有關于遺傳信息在細胞核中，DNA具有貯存遺傳信息的功能相關知識。素材中“傳宗接代”是生物特有的現象，教學中教師可以通過動畫演示“羊的卵式生殖”，結合材料中的諺語，讓學生思考生物親子代之間為何表現相似，研究生物的遺傳現象是從性狀人手去進行研究的，并且從這個現象可以推出結論：“生物的性狀在前后代表現出連續性。它的遺傳物質必定能夠進行自我復制?！痹倥c學生經驗(減數分裂和受精作用)相聯系，使學生思考：染色體在親子代之間保持穩定性和連續性，染色體的成分主要是DNA和蛋白質兩種，究竟哪一種是遺傳物質呢?這樣學生會較容易理解和接受，啟發學生思考如何對這一問題進行研究，借助問題激活學生思維，這樣符合學生由已知到未知的認知特點，有利于學生探索未知領域，培養學生探究欲望。

2“肺炎雙球菌轉化實驗”的延伸和拓展

2.1素材

(1)肺炎雙球菌的基礎知識。，肺炎雙球菌是一種可以引起人類肺炎和小鼠敗血癥的病原微生物。已知的肺炎雙球菌包括很多不同類型的菌株，但只有光滑型(s型)菌株能致病，其致病性是由細胞表面的一層多糖類物質所引起的，多糖類物質通常不能被宿主的正常防護機構所破壞，因而導致宿主感染。這層多糖類的膠狀莢膜使它在固體培養基表面形成的菌落表面明亮光滑，稱為光滑型(S型)菌株。

(2)肺炎雙球菌轉化實驗的實質。遺傳轉化是指同源或異源的游離的DNA分子被細菌細胞攝取，并得以表達的基因轉移過程。遺傳轉化可以分為自然轉化和人工轉化。自然轉化現象首先是在肺炎雙球菌中發現的，在肺炎雙球菌中，自然轉化的第一步是R型受體細胞處于感受態，即能從周圍環境中攝取DNA的一種生理狀態，然后是DNA在細胞表面的結合和進入。進入細胞的DNA分子一般以單鏈形式整合進宿主的染色體DNA，并獲得遺傳特性表達。

(3)增加肺炎雙球菌體外轉化實驗重要環節。在教材格里菲思的第四組實驗基礎上增加第五組實驗：將從第四組實驗死亡的小鼠體內分離出的s型活細菌注入到健康的小鼠體內，觀察小鼠的生活狀況(小鼠死亡)。

2.2理由

(1)有利于學生理解教材文本。教材P43有這樣一段文字：“S型細菌可以使人患肺炎或使小鼠患敗血癥，因此是有毒性的……”如果不延伸教材文本知識，學生無法理解小鼠患敗血癥的原因。教材文本對于肺炎雙球菌轉化實驗(包括體外轉化、體內轉化)的實質未介紹，學生能掌握S型中的DNA使R型轉化為s型，但不清楚轉入原理，僅僅是知其然而不知其所以然。

(2)可以幫助學生完善知識體系。教師增加第五組實驗，有利于學生理解經典實驗的基本思想，把從死亡小鼠體內分離出的S型活細菌注入到健康的小鼠體內，小鼠死亡，說明S型活細菌在不斷繁殖。在訓練學生設計探究實驗能力方面，培養學生思維思維方面，完善生物學知識網絡方面具有非常重要的作用。

3“噬菌體侵染細菌的實驗”的延伸和拓展

3.1素材

(1)關于噬菌體的基礎知識。噬菌體是一類病毒的統稱，是感染細菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒。噬菌體具有病毒的一些特性：個體微小，可以通過細菌濾過器；沒有完整的細胞結構；主要由蛋白質構成的衣殼和包含于其中的核酸組成；只能在活的微生物細胞內復制增殖，是一種專性細胞內寄生的微生物。

(2)噬菌體侵染細菌的過程。

①感染階段：包括吸附和注入。吸附是噬菌體的尾部附著在細菌的細胞壁上，然后進行“侵入”。噬菌體首先釋放溶菌酶，在細菌細胞壁上打開一個缺口，尾鞘收縮，露出尾軸，伸入細胞壁內，緊接著像注射器一

樣把頭部的DNA注入細菌細胞，其蛋白質外殼留在壁外，不參與增殖過程。

②增殖階段：包括合成和組裝。噬菌體的DNA進入細胞后，會引起一系列變化：細菌的DNA合成停止，酶的合成也受到阻抑，噬菌體逐漸控制了細胞的代謝。子代噬菌體的形成借助于細菌細胞的代謝機制，由噬菌體的DNA巧妙利用宿主細胞的“機器”，大量復制產生子代噬菌體的DNA和蛋白質，并形成完整的噬菌體顆粒。

③成熟階段：成熟的噬菌體從細菌細胞中釋放出來。在潛伏后期，噬菌體增加溶菌酶的釋放，用以溶解宿主細胞壁，促使細胞裂解，從而釋放出成熟的子代噬菌體。

3.2理由

(1)有利于理解“赫爾希和蔡斯的噬菌體同位素標記的實驗”。噬菌體侵染細菌的實驗是教學中的一個難點。雖然教材采用了圖文并舉的編寫方法，但是，過于“簡練”的文字和圖解使學生的學習產生了一定的困難。這對于學生理解課本中實驗原理、過程和結論，特別是讀懂教材中的圖6—4是有較大難度的。學生雖然了解噬菌體的化學成分，但是對于噬菌體侵染細菌的過程，即噬菌體侵染細菌實驗阿原理，學生難以理解。為了解決這一困難，教師在講解完噬菌體的基本內容之后，在介紹課本實驗和圖解之前，可利用1990年版的人教版高中生物課本，包括文字和圖解內容，補充講解噬菌體侵染細菌的過程。這對理解實驗和讀懂圖解是非常重要的，這樣才能理解赫爾希和蔡斯在1952年進行的噬菌體感染研究。當人們為艾弗里的實驗而激烈爭論時，赫爾希等人在思考能否將蛋白質和DNA完全分開，單獨觀察DNA的作用呢?關于噬菌體的研究證實，進入細菌細胞的噬菌體是核酸；進而說明，攜帶遺傳信息的是核酸，而不是蛋白質。噬菌體的DNA不但包括噬菌體自我復制的信息，而且包括合成噬菌體蛋白質所需要的全部信息。此后，再也無人懷疑DNA是遺傳物質了。

(2)培養學生科學探究能力。延伸和拓展的素材幫助學生分析噬菌體同位素標記實驗，‘既有助于培養學生分析問題的能力，又有助于幫助學生理解從這個實驗得出的結論，有助于培養學生實事求是的科學態度。但由于教材是將噬菌體侵染細菌的實驗以兩組實驗合并在一起介紹的，并沒有側重于介紹實驗過程、原理以及科學結論是如何得出的詳細過程，因此很容易造成學生知其然不知其所以然，而成為學生掌握有關知識和對學生進行科學素質教育和能力培養的難點。

4證明RNA、蛋白質是遺傳物質的知識拓展和延伸

4.1素材

(1)證明RNA是遺傳物質的經典實驗——病毒的重新構建和侵染的實驗，即1957年格勒和施拉姆的實驗。煙草花葉病毒的基本成分就是蛋白質和RNA。格勒和施拉姆做了如下實驗：①用石炭酸處理這種病毒，把蛋白質去掉，只留下RNA，再將RNA接種到正常的煙草上，結果發生了花葉病；②如果用蛋白質部分侵染正常煙草，則不發生花葉病。此實驗的結論是什么?此實驗的結論是RNA起著遺傳物質的作用，而蛋白質不是遺傳物質。以后有人將車前草病毒(HRV)與煙草花葉病毒(TMV)的RNA、蛋白質分離、組合，分別進行實驗，進一步明確RNA也是遺傳物質。實驗步驟如圖1所示。

(2)證明蛋白質是遺傳物質的經典實驗。1982年，美國科學家Prusiner從感染了瘙癢病的敘利亞老鼠腦中分離出具有傳染性的蛋白質因子，并首先提出了朊病毒這一名詞。由于它不含有DNA和RNA，只能是蛋白質。無獨有偶，與之相似的還有引起山羊和綿羊瘙癢病、瘋牛病及人的Kuru病和Crentzfeld-Ja—cob(q病，它們只含有蛋白質，脫髓鞘病變)等疾病也由朊病毒引起。

4.2理由

(1)有利于概念的生成。教材P46中，對于RNA是遺傳物質作了如下描述：“后來的研究證明，遺傳物質除了DNA以外，還有RNA。有些病毒不含有DNA，只含有蛋白質和RNA，如煙草花葉病毒……”僅僅是文字敘述，不如以拓展材料中的文字與圖解更能讓學生理解結論，讓學生在充分理解知識基礎上很自然得出——DNA是主要的遺傳物質。

(2)有利于訓練學生的思維，提高學生解題能力。素材以試題形式呈現給學生，既提供知識，又考查學生應用圖形轉化的能力。因此，讓學生通過比較、觀察、分析、處理、判斷圖形提供的信息，結合所學知識，加以推理、分析，獲得其所包含的生物學知識，培養獲取信息能力，從而培養學生解題能力。

5教學體會

本節課將教材文本進行拓展和延伸，突破教材的限制，，促進學生對于知識的理解與掌握。實驗班學生的學習主動性得到了較大程度調動，課堂始終處于一種主動學習的良好氛圍之中，學生真正把學習的過程演繹成一個主動探究、自動求知的過程。雖然增加的素材與原教材教學對比后表明教學上花費時間多一點，但有利于教學目的、教學效果的達成。增加的素材充分發揮了教材中蘊含的創新、探究的素材，把教材中的“現成結論”，通過多處“設障”、“布惑”，將教材進行活化和優化處理，使之真正成為學生的“學材”，潛移默化地用科學家的思維過程、教師的思維過程來感染學生的思維過程。通過對實驗選材、實驗設計思路及實驗結果的假設、預測、分析與綜合，使學生感受到了科學研究的方法以及科學研究的一絲不茍的精神，更讓他們在與科學家的思維比較中樹立了自信心：原來自己的思維與科學家竟這樣的相似，自己也能成為科學家。

需注意的是本節延伸和拓展的素材較多，教師應如何應用呢?要立足于學生的實際——學生的接受能力與生活經歷。特別提醒的是不能讓拓展和延伸的素材沖淡主題，否則教學目標則被沖淡，整個教學就會落空。