基于科學探究的噬菌體侵染細菌實驗模擬教具的刨新應用

理艷霞

摘要：通過對在噬菌體侵染細菌實驗的教學過程中所遇到的難點進行思考，我設計制作了模擬磁吸教具，同時通過創設假說一演繹的情境，在課堂教學中創新應用模擬教具，有效突破噬茵體侵染細菌實驗的教學難點，促使學生的科學探究素養得到提升。

關鍵詞：模擬教具;假說一演繹;科學探究;情境

一、研究背景

噬菌體侵染細菌實驗歷來是高中生物教學中的難點，原因在于實驗過程不能在課堂上實際操作，如果僅僅采用傳統的講授教學法則會使學生的學習較為枯燥、學習的效率不高。因此，筆者采用教具模擬將實驗過程直觀化，并通過設置假說演繹的情境，使學生在輕松的自主探究過程中更好領悟科學家的實驗設計思路和研究方法等。

二、教具的創新應用思路

在以往出現過的教師自制磁吸教具，并沒有用來演示實驗步驟，而是用來演示噬菌體侵染細菌的過程，之后教師再講解實驗步驟。然而，我認為這樣就違背了科學認知規律，因為噬菌體如何侵染細菌的過程是實驗探究的結果，不應該將其視為研究背景在一開始就展示。而應該在最后播放研究成果T2噬菌體侵染細菌的過程動畫。同時，已有的模擬教具只有關于噬菌體和大腸桿菌的結構模擬圖，沒有試管背景做輔助，具有一定的局限性，不能拿來演示實驗的完整步驟。

三、模擬教具示意圖：

圖1模擬教具結構示意圖

注：灰色為無放射性標記，黑色為有放射性標記，組件可以移動。

四、使用模擬教具的教學設計

1.研究思路和研究方法：

教師展示T2噬菌體的結構動畫并引導學生分析噬菌體作為研究材料的優點是：①噬菌體僅由DNA和蛋白質兩種物質組成，這就使實驗設計變得更加簡單;②T2噬菌體是一種寄生在大腸桿菌體內的病毒，侵染大腸桿菌后，就會在自身遺傳物質的作用下，利用宿主大腸桿菌體內的物質，來合成自身的組成成分，進行大量繁殖。這就意味著我們只要分別追蹤噬菌體蛋白質和DNA觀察噬菌體到底將誰送入大腸桿菌體內，誰就是遺傳物質。之后順利引入研究方法：放射性同位素示蹤技術。

2.實驗步驟：

教師引導學生分析每個實驗步驟的設置目的。

（1）標記：只有用蛋白質外殼和DNA的特征元素35S和32P分別進行標記才能設法將DNA和蛋白質分開，使實驗結果更有說服力。利用35S標記噬菌體的蛋白質外殼需要分兩步進行的原因是：噬菌體屬于病毒，無細胞結構，必須依賴宿主才能繁殖下一代，所以第一步先利用含35S的培養基培養大腸桿菌得到含35S的大腸桿菌，第二步利用普通噬菌體侵染含35S的大腸桿菌得到含35S的子代噬菌體。

（2）侵染：經過短時間的保溫，噬菌體侵染細菌，將遺傳物質送入大腸桿菌。

（3）攪拌和離心：教師展示動畫以幫助學生更好理解攪拌和離心的目的。

（4）檢測：檢測上清液和沉淀物的放射性。

3.假說演繹情境設置

在理解研究思路、研究方法和研究步驟的前提下，教師設置假說演繹情境，學生以小組形式合作完成：提出問題→做出假設→演繹推理→實驗驗證→得出結論的過程（如圖3）：

若假設①DNA是遺傳物質，則噬菌體侵染大腸桿菌后會將DNA注入大腸桿菌，蛋白質外殼留在細菌體外，經過攪拌離心后，重量較輕的未進入細菌體內的噬菌體顆粒會分布在上清液，而進入大腸桿菌體內的噬菌體DNA會隨著較重的大腸桿菌留在沉淀物中。預期實驗結果①為.35S標記蛋白質紅放射性同位素主要分布在上清液中，32P標記DNA組：放射性同位素主要分布在沉淀物中。

若假設②：蛋白質是遺傳物質，則預期實驗結果②為：35S標記蛋白質組：放射性同位素主要分布在沉淀物中，32P標記DNA組：放射性同位素主要分布在上清液中。

若假設③：蛋白質和DNA都是遺傳物質，則預期實驗結果③為：35S標記蛋白質組：放射性同位素主要分布在沉淀物中，32P標記DNA組：放射性同位素主要分布在沉淀物中。

最后，將預期實驗結果①②③與實際實驗結果進行對比，發現實際結果與預期結果①一致，證明假設①正確，即噬菌體侵染細菌時，DNA進入到細菌的細胞中，而蛋白質外殼留在外面。因此，子代噬菌體的各種性狀，是通過親代的DNA遺傳的。因此DNA才是真正的遺傳物質。最后教師再展示該實驗的研究成果噬菌體侵染細菌的模擬動畫。

五、創新應用的關鍵點：

1.添加試管背景模擬上清液和沉淀物的位置;

2.在假說演繹的情境下進行不同假設下的實驗結果預期，再將預期結果與實際結果進行比較分析，得出實驗結論，以提升學生科學探究的核心素養。

3.學生在使用這一模擬教具時，操作簡便。

4.該教具還可以用于演示攪拌不充分會導致什么結果？侵染時間過長會導致什么結果？