噬菌體侵染細菌實驗的兩種教學策略的比較

邵江樵

文件編號： 1003 - 7586（2016）11 - 0079 - 02

噬菌體侵染細菌的實驗是證明DNA是遺傳物質最經典的實驗，也是“核酸是遺傳物質的證據”一節的教學重點和難點。浙江省對本節的教學指導意見中的要求是：通過“活動：資料分析——噬菌體侵染細菌的實驗”，概述噬菌體侵染細菌的過程，體會實驗方法與技術的多樣性。為落實這一教學目標，筆者就兩種不同的教學策略進行分析。

1 以落實知識為目的教學策略

教學環節1：介紹實驗材料——噬菌體與大腸桿菌的結構特點。

教師提供資料：噬菌體是一類專門寄生細菌體內的病毒；沒有細胞結構，只有蛋白質外殼與包在里面的DNA；只能寄生生活，在細菌細胞中利用細菌的核糖體、各種氨基酸、核苷酸和能量產生系統來實現其自身的增殖；一旦離開了宿主細胞，噬菌體既不能生長，也不能復制。大腸桿菌屬于原核生物，細胞無核膜包被的細胞核，只有一個大型的環狀DNA組成的擬核。

教學環節2：結合動畫講述噬菌體侵染大腸桿菌的實驗。

在1951～1952年，赫爾希和助手蔡斯用放射性同位素標記技術進行了噬菌體（T2噬菌體）侵染大腸桿菌的實驗。教師播放噬菌體侵染大腸桿菌的實驗動畫，闡述用放射性元素示蹤法的研究過程，說明攪拌和離心的目的。學生預期上清液和沉淀物的對象及其放射性強度，得出“進入細菌的是噬菌體的DNA，噬菌體的蛋白質在細菌的外面”的結論。

教學環節3：討論分析實際實驗時上清液和沉淀物都能檢測到放射性的原因。

學生結合侵染的具體過程，討論分析32P標記噬菌體時上清液中檢測到少量放射性，35S標記噬菌體時沉淀物有少量放射性的原因。

教學環節4：從DNA進入細菌的實驗現象，得出DNA是遺傳物質的結論。

學生從噬菌體的DNA進入細菌而蛋白質的外殼留在外面的實驗現象，推斷噬菌體的各種性狀是通過自身DNA傳遞給后代的，得出“DNA是遺傳物質的結論”，并討論是否同時能得出“蛋白質不是遺傳物質的結論”。

上述教學策略體現了教師對“噬菌體侵染細菌的實驗”過程的重視，課堂的主體還是教師。教師注重對教材上的知識與結論教學，強調的是知識點的傳授與落實。

2 以學定教的策略

教學環節1：從生活出發，復習病毒的結構。

教師從學生經常遇到的上呼吸道感染簡稱上感或感冒說起，此病多是由流感病毒感染組織細胞所致，被感染的細胞正常功能受到影響、甚至被破壞，于是出現各種感冒癥狀。

教師引導學生回顧病毒的結構特點，強調病毒沒有細胞結構，只有蛋白質的外殼和內部的核酸（DNA或RNA），只能寄生生活。

設計意圖：從學生的生活感受出發，教師聯系必修1中所學的生物體結構知識，明確病毒結構簡單，無細胞結構，只有蛋白質與核酸兩種分子，為分析噬菌體侵染細菌實驗埋下伏筆。

教學環節2：從一般病毒侵染宿主細胞，預期噬菌體侵染細菌。

教師介紹學生經常聽到的一種病毒——人類免疫缺陷病毒（HIV），即引起艾滋病的病原體，接著播放HIV侵染宿主細胞的視頻，使學生感受HIV侵染宿主細胞的過程是蛋白質外殼和核酸分子一起進入宿主細胞的特點。

設計意圖：為分析噬菌體侵染細菌實驗時提出假說作鋪墊。

教師提供資料：除了流感病毒、HIV這樣感染人體的病毒外，自然界中還有一類專門感染細菌的病毒——噬菌體，結構上也是沒有細胞結構，只有蛋白質的外殼和里面的DNA。并介紹T2噬菌體侵染細菌的經典實驗：T2噬菌體在37 ℃下侵染大腸桿菌大約只需40 min，就可以產生100～300個子代噬菌體；并隨著溶解寄主細胞壁的溶菌酶逐漸增加，促使細胞裂解，釋放出子代噬菌體。

教師引導學生回答下列問題：

① 將添有噬菌體的細菌及LB液體培養基經過離心處理，會得到上清液和沉淀物，試分析噬菌體與細菌會出現在哪里？為什么？

② 若用同位素分別標記噬菌體的蛋白質、DNA，應該各自選擇什么元素進行標記？為什么？

③ 若用32P標記噬菌體DNA，35S標記噬菌體蛋白質外殼。用標記的噬菌體浸染大腸桿菌，經適宜時間的培養、攪拌、離心、檢測，分組討論表1中所得上清液和沉淀物的放射性。

設計意圖：運用假說-演繹法這一科學思維方法，預測噬菌體侵染細菌實驗的結果。

教學環節3：對照實際實驗結果，總結噬菌體作為遺傳實驗材料的優點。

教師提供資料：赫爾希和蔡斯在1952年，用放射性同位素35S標記的T2噬菌體，去感染無同位素標記的大腸桿菌10 min。然后，用攪拌器攪拌將噬菌體與細菌分開，檢測結果：上清液的放射性很高，沉淀物的放射性很低。用放射性同位素32P標記的T2噬菌體，去感染無同位素標記的大腸桿菌10 min。然后，用攪拌器攪拌，將噬菌體與細菌分開。檢測結果為上清液的放射性很低，沉淀物的放射性很高。

教師提問：根據赫爾希和蔡斯的實驗結果，你能得出什么實驗結論？

教師小結：實驗材料是實驗成功的關鍵之一，如豌豆的優點是孟德爾獲得成功的原因之一。噬菌體不同其他病毒的最大優點是：在侵染大腸桿菌過程中，DNA與蛋白質會自然分開，DNA注入細菌、蛋白質的外殼留在細菌外面，這樣能單獨、直接地觀察到DNA的作用。

教學環節4：從親子代噬菌體遺傳性狀的一致，得出噬菌體的性狀是通過本身的DNA遺傳的。

教師：實驗證明，被噬菌體感染的大腸桿菌裂解之后，釋放的子代噬菌體在大小、形態和對大腸桿菌的感染能力等遺傳特性上都保持著原來親代噬菌體的特點。這個實驗能說明什么？

教學環節5：解讀教材侵染過程示意圖，分析實驗結果。

結合教材噬菌體侵染大腸桿菌的示意圖，師生共同解讀侵染過程：吸附——注入——復制合成——組裝——解體釋放，分析標記35S時，沉淀物中有少量放射性的原因、32P標記時上清液中有少量放射性的原因？

上述教學策略體現了教師從注重對教材上現成的知識結論的展現提升到了對知識點背后所承載的培養學生思維能力的思考，并開始關注知識的發現和再發現過程，在發掘知識內在的魅力上進行的思考，讓學生體驗學習的過程，并對教學的深度也從注重教的作用轉向以學為中心。

目前，課程改革在路上，課程改革的核心環節是課程實施，而課程的執行力在于課堂，教師的根本耕耘在于課堂。因此，重構新課程背景下的課堂教學是課程改革的重頭戲，不斷優化教學策略是每一位教師實踐課程標準的最好佐證。