訓練科學思維，拓展思維深度

胡斯琴

“噬菌體侵染細菌實驗”是科學發(fā)現(xiàn)史過程中精彩的一頁，是證明DNA是遺傳物質(zhì)過程中關(guān)鍵的一環(huán)。在本節(jié)教學中，很多老師都將本實驗當成驗證性實驗來教，筆者以前也是按照這種傳統(tǒng)思路來授課。但學習了核心素養(yǎng)相關(guān)內(nèi)容感悟了這幾年全國卷高考試題后，對于提高學生的科學思維和科學探究能力，提高學生的審題和解題能力，這種教學是達不成目標的。筆者嘗試從探究性實驗思路來教學，利用假說——演繹的科學探究方法進行教學，取得了較好的效果。

一、了解科學背景，更好地理解科學實驗的前提和目的

了解科學背景，當時科學界，是先發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的相關(guān)結(jié)構(gòu)，理解了蛋白質(zhì)分子是多樣的。因此當時科學家推測蛋白質(zhì)可以體現(xiàn)生物的多樣性，它可以是遺傳物質(zhì)。因為這種先入為主的思想，所以蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)這種觀點是普遍被接納的。就算后面發(fā)現(xiàn)了DNA，認識到了DNA的重要性，占主導地位的思想仍是蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)。

二、理解其他科學家的實驗，更好地理解實驗背景

課本上之前講到了肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗，格里菲思做了體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗，實驗表明：S型菌有一種轉(zhuǎn)化因子，使R型菌轉(zhuǎn)化成了S型菌。而轉(zhuǎn)化因子是什么呢？艾弗里接過科學長跑的接力棒，將S型菌的物質(zhì)進行分離，在R型菌分別加入S型菌的DNA、RNA、蛋白質(zhì)、多糖、脂質(zhì)等，結(jié)果只有加入S型DNA的培養(yǎng)基中才有S型菌出現(xiàn)。而如果在加入DNA的同時加入DNA酶，培養(yǎng)基中只有R型不會出現(xiàn)S型菌。從這個實驗中發(fā)現(xiàn)肺炎雙球菌的遺傳物質(zhì)是DNA而不是蛋白質(zhì)等其他物質(zhì)。

但由于當時科學條件的限制，提純DNA技術(shù)不成熟。艾弗里在這個實驗上花了十年時間，一直在想方設(shè)法提純DNA。但很遺憾的是，當時科學技術(shù)條件下，艾弗里提純的DNA純度最高的時候，也含有0.02%的蛋白質(zhì)。

因此，這個實驗還是有很多學者提出質(zhì)疑，所以需要更強而有力的證據(jù)，需要更嚴謹?shù)目茖W實驗來證實。也可以提醒學生，先入為主的思想是蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)，新思想被接受需要一個過程。

三、了解T2噬菌體的結(jié)構(gòu)，理解實驗的原理。

提問：從艾弗里的實驗中，我們發(fā)現(xiàn)，實驗的關(guān)鍵是什么？

學生不難歸納出，實驗的關(guān)鍵是將DNA和蛋白質(zhì)進行分離。通過設(shè)疑，訓練學生科學思維，激發(fā)學習興趣。

當時科學條件無法直接將DNA和蛋白質(zhì)通過化學方法分離開來，所以需要另辟蹊徑。

提問：自然界中有沒有一種生物材料本身就只有DNA和蛋白質(zhì)，而且這兩者成分本身就沒有結(jié)合在一起的？

通過設(shè)疑，學生回顧所學知識，建立知識聯(lián)系。

學生可以想到病毒，肯定學生所想，鼓勵、激勵學生。科學家就是想到了病毒。利用了T2噬菌體。

學生閱讀課本關(guān)于T2噬菌體的知識，歸納出T2噬菌體的特點。

通過主動學習，鍛煉學生思維能力。

通過投影展示T2噬菌體的特點，歸納出T2噬菌體的繁殖過程：

吸附→注入→合成→組裝→釋放。

（自身的遺傳物質(zhì)）

T2噬菌體自身就兩種物質(zhì)，如果通過實驗能證明何種物質(zhì)注入進宿主細胞，那么這種物質(zhì)就有可能是遺傳物質(zhì)。

四、介紹實驗方法和實驗過程，理解科學實驗思路。

提問：T2噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)本身就是分開的，但是用肉眼有沒有辦法追蹤物質(zhì)的運行和變化規(guī)律？

所以需要借助一定的科學方法。聯(lián)系所學知識，以前我們有沒有使用過類似的方法來追蹤的？

回顧課本知識，建立知識脈絡(luò)。

必修一光合作用探索歷程中魯賓和卡門用到了同位素標記法，證明氧氣中的氧是來自水的。同位素標記法可以追蹤物質(zhì)的運行和變化規(guī)律。

標記何種元素呢？回顧DNA和蛋白質(zhì)的元素組成

DNA：C、H、O、N、P

蛋白質(zhì)：C、H、O、N，少數(shù)含有P、S

再提示學生看相關(guān)信息，發(fā)現(xiàn)T2噬菌體

DNA：C、H、O、N、P

蛋白質(zhì)：C、H、O、N、S

既然要分別追蹤DNA和蛋白質(zhì)，那么標記的就是特有元素P和S。

設(shè)疑：如何使T2噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)被標記？

能不能直接用培養(yǎng)基培養(yǎng)T2噬菌體？

通過這兩個問題，能夠讓學生更好地理解實驗過程，展示實驗流程。

強調(diào)保溫、攪拌、離心的目的。

離心的結(jié)果：上清液是T2噬菌體，沉淀物是大腸桿菌。

五、假說——演繹法推測實驗結(jié)果，提升思維深度

按照實驗思路，存在幾種假設(shè)？每種假設(shè)預期的實驗結(jié)果是什么？

學生自己思考，填寫表格。提高學生的科學思維和科學探究能力，拓展思維深度。

而實驗結(jié)果是什么？說明了什么？

學生可以自己得出相應的結(jié)論：T2噬菌體的DNA進入到了大腸桿菌。

而進一步觀察發(fā)現(xiàn)子代T2噬菌體可以檢測到32P

通過假說——演繹的思路，學生自己參與科學探究過程，更能理解實驗的過程和思路。拓展了學生的思維。

進一步設(shè)疑：實驗結(jié)果中35S這個組別中沉淀物也會出現(xiàn)少量放射性，為什么？

32P這個組別中上清液也會出現(xiàn)少量放射性，為什么？

通過思考進一步提升科學思維和科學探究能力。

筆者在實際的教學實踐中，發(fā)現(xiàn)通過這種教學策略，學生對這個實驗過程基本能夠理解，相應的練習也基本能夠完成。學生的科學探究能力也有所提升。如果在每堂課的教學中我們能不斷思考如何提高學生的核心素養(yǎng)，找到對應的策略，相信學生的素養(yǎng)也會有所提升。