探究模型建構(gòu)在“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”教學(xué)中的應(yīng)用

倪付花 胡家會(huì)

（1.山東省聊城第一中學(xué)，山東 聊城252000；2.聊城大學(xué)生命科學(xué)院，山東 聊城252000）

2017年版生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出，要加強(qiáng)科學(xué)史教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與科學(xué)思維等核心素養(yǎng)。“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”既是人教版高中生物學(xué)教材中的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，又是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。受實(shí)驗(yàn)條件的限制，沒(méi)有辦法真正完成實(shí)驗(yàn)操作；學(xué)生又缺少對(duì)噬菌體的感性認(rèn)識(shí)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)論的推理，學(xué)生只能停留在表層認(rèn)識(shí)上。筆者用實(shí)物自制噬菌體、大腸桿菌物理模型；制作模擬噬菌體侵染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)的保溫、攪拌、離心過(guò)程的平面圖模型。學(xué)生通過(guò)模型構(gòu)建與合作，探究噬菌體侵染細(xì)菌時(shí)注入的是DNA還是蛋白質(zhì)，獲得了豐富的感性認(rèn)知，學(xué)生動(dòng)手能力得到地提高，還能夠感受科學(xué)家的探究過(guò)程和更好地把握實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)。

1 自制教具的過(guò)程

1.1 制作噬菌體吸附大腸桿菌的模型

把六根書釘?shù)囊欢朔郏迦胫行怨P芯筆尖的帽子中，制作噬菌體模型（圖1）。用獼猴桃作為大腸桿菌的物理模型（圖2），把噬菌體模型的書釘一端放在獼猴桃表面，模擬噬菌體的吸附過(guò)程（圖3）。模擬所用的材料常見，模型形象生動(dòng)，可比性強(qiáng)。

圖2 大腸桿菌模型

圖3 噬菌體吸附模型

1.2 建構(gòu)探究過(guò)程的模式圖

根據(jù)噬菌體、大腸桿菌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及保溫、攪拌和離心的過(guò)程，打印其平面圖模型（圖4、圖5、圖6）。

圖4 噬菌體平面

圖5 大腸桿菌平面圖

圖6 保溫、攪拌和離心過(guò)程平面圖

2 教學(xué)過(guò)程的探究

2.1 分組合作

根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)備，把學(xué)生分成4人一組，利用提供的噬菌體、大腸桿菌模型和模擬保溫、攪拌、離心過(guò)程的平面圖形，小組內(nèi)合作，構(gòu)建模型，探究問(wèn)題。

2.2 實(shí)驗(yàn)探究

2.2.1 探究噬菌體注入DNA的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

兩名同學(xué)用紅色記號(hào)筆標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)。假設(shè)注入的是DNA，學(xué)生利用模型，在紙板上演示噬菌體與大腸桿菌混合后經(jīng)保溫、攪拌、離心后各階段發(fā)生的現(xiàn)象，推測(cè)結(jié)果應(yīng)是上清液中有紅色標(biāo)記物（圖7）。

圖7 標(biāo)記蛋白質(zhì)，注入DNA

兩名同學(xué)用紅色記號(hào)筆標(biāo)記噬菌體的DNA。假設(shè)注入的是DNA，學(xué)生利用模型重復(fù)上述過(guò)程，推測(cè)結(jié)果應(yīng)該是沉淀物中有紅色標(biāo)記物（圖8）。

圖8 標(biāo)記DNA，注入DNA

小組同學(xué)把兩種假設(shè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，一致認(rèn)為：分別標(biāo)記噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)，看沉淀物是否有標(biāo)記，則可判定噬菌體注入大腸桿菌的是DNA還是蛋白質(zhì)，即是噬菌體的遺傳物質(zhì)。

2.2.2 構(gòu)建概念模型

學(xué)生經(jīng)過(guò)探究前兩個(gè)問(wèn)題，迫切想知道實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是哪一種。教師通過(guò)展示赫爾希和蔡斯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)比探究模型，使學(xué)生很容易得出結(jié)論：噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，DNA進(jìn)入宿主的細(xì)胞中，而蛋白質(zhì)外殼留在外面。因此，子代噬菌體的各種性狀，是通過(guò)親代的DNA遺傳的。DNA才是真正的遺傳物質(zhì)。

教師播放T2噬菌體侵染大腸桿菌的動(dòng)畫，學(xué)生構(gòu)建侵染過(guò)程的概念模型：吸附—注入DNA—復(fù)制子代的DNA和合成子代噬菌體的蛋白質(zhì)—組裝子代噬菌體—釋放。

2.2.3 探究實(shí)驗(yàn)問(wèn)題

教師提問(wèn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中攪拌和離心的目的是什么，學(xué)生在回答的基礎(chǔ)上再去重溫2.2.1構(gòu)建的模型，很容易認(rèn)識(shí)到，如果攪拌不充分，吸附在大腸桿菌上的噬菌體蛋白質(zhì)外殼就會(huì)有少量不分離（圖9）；如果保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，大腸桿菌破裂后就會(huì)釋放子代噬菌體，其會(huì)進(jìn)入上清液（圖10）。

圖9 攪拌不充分的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖10 保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 組間交流

通過(guò)小組間對(duì)比構(gòu)建的模型，通過(guò)交流，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)噬菌體的遺傳物質(zhì)是DNA的認(rèn)識(shí)，也激發(fā)了其學(xué)習(xí)DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制的興趣，并為其“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。

3 總結(jié)與反思

對(duì)于“噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)探究，筆者構(gòu)建了噬菌體和大腸桿菌的物理模型，噬菌體、大腸桿菌及容器等平面圖模型，不僅找到了解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的“腳手架”，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也讓學(xué)生一步一步參與探究實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終得出科學(xué)結(jié)論。在此探究過(guò)程中，學(xué)生體驗(yàn)了探究的快樂(lè)，學(xué)生的動(dòng)手能力和科學(xué)思維品質(zhì)得到了培養(yǎng)。