“DNA是主要的遗传物质”设计魏霞

“DNA是主要的遗传物质”教学设计福州金山中学魏霞1设计思想（1）“DNA是主要的遗传物质”这一节课的内容主要是通过格里菲斯“肺炎双球菌体内转化实验”、艾弗里“肺炎双球菌体外转化实验”和赫尔希“噬菌体侵染细菌”三个实验来证明DNA是遗传物质。貌似简单，通过前人已经做成的的实验基础上得出一个学生从媒体上早已熟知的结论：DNA是遗传物质。但是这几个实验的设计思路是什么?设计的科学性在哪里?实验结论是如何被一步一步证实出来的？学生并不易掌握。（2）科学史的学习，我个人认为，是高中生物教学的难点。倒不是知识点的掌握，知识点的掌握很简单，因为最后的结论简单；关键是当时科学家所处的时代和环境，科学家的思维，科学家的科学思想，这是学生很难体验的。而科学史的学习，又是培养学生生物科学素养的最有效的途径之一，如何让学生能够撇开现在的时代，像当时科学家那样真正地去思考和探究，并体验其中思维碰撞的快乐，是我们需要去深度挖掘的，我想，也是我们生物教师的责任。因为，这才对他们未来的生活学习有实质帮助。(3)学生的前概念知道DNA是遗传物质，但不知道为什么是主要的遗传物质。或者有的学生可能会认为每个实验都证明DNA是主要的遗传物质。2教学目标（1）总结“DNA是主要的遗传物质”的探索过程（2）分析证明DNA是主要的遗传物质的实验设计思路（3）探讨实验技术在证明DNA是主要的遗传物质中的作用（4）体验并认同敢于质疑、勇于创新、勇于实践，以及严谨、求实的科学态度和科学精神3教学重难点（1）肺炎双球菌体体内转化实验的原理和过程（2）肺炎双球菌体体外转化实验的原理和过程（3）噬菌体侵染细菌实验的原理和过程4学情分析学生已经知道DNA是遗传物质，也知道遗传物质主要在细胞核的染色体上。本班学生虽然是实验班，但是学生课堂上能够大胆表达其观点的学生不多，个人学生学习还存在一定的困难，一部分学生思维也不够敏捷，很需要教师引导帮助。5教学过程教学环节教师组织和引导学生活动设计意图课前热身PPT自动播放遗传学上和本节课密切相关的几个诺贝尔奖生理学或医学奖的获得者的照片以及他们的成就，并配上激动人心的诺贝尔颁奖乐。观看动画把学生的思绪迁到遗传的探索历程上DNA和蛋白质谁是遗传物质的争论通过一首小诗引入：基因是什么？DNA或蛋白质？几多实验，几多论争？是谁把谜底揭破？提出问题：当时科学界为什么会把遗传物质锁定在这两种物质上？（展示染色体）为什么科学界更多地怀疑蛋白质是遗传物质？（蛋白质的结构特点）作为遗传物质应该具备什么样的特点？（教师通过类比，引导学生自己分析得出）学生思考回答师生互动这个问题在整节课的教学上起到很重要的作用，因为科学家当时正是以DNA和蛋白质分开研究的思想作为主线得出DNA是遗传物质的结论，同时也培养学生主动思考的能力证据之一：格里菲斯实验简要介绍当时历史背景，格里菲斯的实验来因，实验材料和实验对象展示格里菲斯的四组实验，引导学生分析每组实验说明了什么？具体分析第四组实验：活的“S”型细菌从哪里来？到时“S”型细菌上谁是转化因子？怎么继续研究？（教师设疑）倾听思考回答讨论交流带着疑问通过历史背景的简要介绍，学生更容易进入当时科学年代的状态，从而能够站在科学家的角度思考问题引导学生得出分开研究的思路证据之二：艾弗里的实验在加热杀死的“S”型内含有哪些有机物？到底是DNA还是蛋白质甚至是其它的物质是转化因子？怎么研究？介绍艾弗里的研究思路，并展示图片从第三组实验出发，说明他严谨的科学态度，并介绍艾弗里生平事迹科学界当时对他的怀疑有没有道理？本实验证明了什么？思考讨论师生互动学生倾听学生讨论引导学生自主得出分来研究，具体如何研究，需要教师适时引导，精心设问，一步一步到达目标。让学生自主得出实验设计，然后教师介绍当时艾弗里的思路，和自己居然这么相似，让学生体验成功的自豪感。证据之三：赫尔希的实验有没有比细菌更为简单的实验材料？展示噬菌体侵染细菌的图片、介绍噬菌体的结构，介绍人们当时所了解噬菌体侵染细菌的大致过程介绍赫尔希大胆的猜想：如果DNA是遗传物质，那么应该是DNA进入细菌内部，然后教师再展现目前人们已经知道的噬菌体侵染细菌的五步骤问题的关键：怎么分开研究DNA和蛋白质？导出同位素示踪法。怎么分别标记DNA和蛋白质？（教师通过类比引导学生得出）两组实验应该怎么做？介绍赫尔希的实验过程本实验证明了什么？思考回答师生互动生生交流这一部分也是本节的难点之一，实验复杂，又没办法实际操作，通过精心设计问题和比喻，降低思维难度，突破难点；给学生充分的时间和发散性思维的空间，培养学生分析能力DNA是主要的遗传物质前面的实验艾弗里和赫尔希的实验只是证明DNA是遗传物质？但是我们这节课的标题是？后来人们发现烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。得出DNA是主要的遗传物质如何证明RNA是主要的遗传物质？（课后思考题）思考回答课后作业让学生设计RNA是遗传物质的方案，也考察学生对DNA时遗传物质研究思路的理解“DNA是主要的遗传物质”教学反思本节课从课前热身到课堂结束，有两大主线：一是沿着历史的足迹，并在其中适当渗透当时科学家的背景（历史年代背景、家庭出身背景以及科学家的性格特色）；二是研究思路的主线（DNA和蛋白质谁是遗传物质，分开研究）。课后反思主要表现在以下几个方面：课前热身课前准备了两个PPT课件，一个是用来激起学生兴趣同时把学生带进科学家氛围的带有振奋人心的诺贝尔颁奖典礼的交响乐《蓝色多瑙河》的自动播放课件，一个是上课的课件。由于是下午第二节，学生很有睡意，所以预备铃一响，我就播放这个自动播放课件。课件一共有8张，展示的是与本节课最密切相关的遗传学上的诺贝尔奖的科学家以及他们的成就，以大约每12秒钟一张的速度播放。到了第七张，大大的标题：科学史上的永远的遗憾，也附上文字和大大的照片，这张停留了30秒，颁奖曲依然在奏响，艾弗里的头像让人感觉到他就在我们的眼前，可是，如此伟大的成就，却与诺贝尔奖擦肩而过。下一张，一个字一个字出现，“对于受过生命科学教育的人来说，脱氧核糖核酸（DNA）是生物的遗传物质，这似乎已是一种常识。然而就在五十多年前，当Avery（1877～1955）及其同事于1944年发表这一理论时，却引起了遗传学界的极大惊讶和怀疑。直到50年代中期，这一理论才为遗传学界普遍接受。这样，年迈的Avery也没能等到这一天便溘然长逝而失去了荣获诺贝尔奖的机会。”教室里没有任何声音，所有的同学都在注视大屏幕。课件播放完了，这时，我发现有的同学小声说还没看够就没了。我想想，也是，刚才大家都在利用课件时间睡觉呢，还是再播放一遍吧。虽然此时上课铃已经响了，本节课的容量很大，担心时间不够。但是发现第二遍观看同学们还是和第一遍一样聚精会神，我想，牺牲点时间还是值得的；再说，这个课件也弄了大半天，同学们就多看看吧，这样我的劳动也值得。通过这样的视听盛宴，配上教师有意识的内容设计，很有效的激起学生学习的积极性，也最大限度的调动学生的探究欲望，为接下来高效有序地开展教学做好铺垫。“为什么当时人们怀疑艾弗里的结论，甚至感到惊讶？”“为什么DNA是遗传物质人们不接受？”这引发了学生的认知冲突，启动了学生内部的思维矛盾，促使学生形成学习期待。心理学研究表明，只有一个人有强烈明确的学习动机时，才能积极主动地投入学习过程，而强烈的学习动机来自认知冲突。这样，对学生的前概念也有一定的提醒作用，学生认为，DNA是遗传物质，为什么还要加主要呢？师生互动1.2.1导入部分由于课前热身PPT中展示了艾弗里的遗憾，同学们也都体会到发现DNA是遗传物质的艰难历程。在导入部分，我说：“同学们，我们今天已经知道DNA是遗传物质，因为我们的科学前辈们通过自己艰辛地探索已经明确这个结论，从前面的20世纪科学史的一大遗憾中，我们也知道这一结论来之不易。然而，今天的课堂，却不是只要大家掌握这个结论，而是要弄清楚这个结论是怎么来的，也就是我们要掌握科学家探索的过程以及他们遵循的科学方法，同时体验科学家科学思维的魅力，并从中了解科学技术在科学发展中的作用。”然后我展示今天上课的题目。课本标题被我稍为修改：加上“体验科学思维的魅力”，同时在课本标题“DNA是主要的遗传物质”后面加上四个字“探索过程”（见下图）。自己感觉在导入部分还是蛮成功的。至少在后面碰到遗传物质的思考时，学生就不会没有思考就大声喊：是DNA！而且事实上，接下来的课堂教和学中，绝大部分学生都会站在当时科学家的角度去思考、去体验。同时，导入引起的思维摩擦，让学生们不由自主地提出问题：“当时科学界怀疑什么是遗传物质？”教师很自然地顺着学生的思路引出“对遗传物质的早期猜测”，人们怀疑对象集中在染色体上的两大主要物质：蛋白质和DNA，而更多的怀疑是蛋白质。“遗传物质DNA还是蛋白质？”这个问题一直贯穿本节课的始终，并作为本节课科学史探究的主线之一。1.2.2模拟实验，发挥学生的主体作用在格里菲斯“肺炎双球菌体内转化试验”中，教师简要介绍当时的时代背景，那是一个细菌横行的大流感经常爆发的时代，并引出肺炎双球菌和格里菲斯。格里菲斯是如何开展实验的？受到实验条件的限制，这在中学实验室中无法完成。应用生动逼真的可操作的模拟实验，在这样的交互式动画中，学生亲自动手操作，可以再现格里菲斯的实验设计和操作过程，亲身体验和感受科学家的探索过程和基本思路；可以满足每位学生亲自参与的内在需求，提高学习效率，并能充分培养学生观察、思考、分析能力。学生通过模拟操作实验，对第四组实验将R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合后注射到小鼠体内，小鼠死亡，并从小鼠身上分离到活的S型细菌感到非常惊讶。“为什么第四组小鼠会死亡？活的S型细菌从哪里来？”学生迫切想知道原因！于是大家通过讨论，结合教师的引导，很快意识到死的S型细菌上有某种物质，即遗传物质，能使活R型细菌转变成活的S型细菌。这一部分学生得出结论的敏捷性超过我原来的设想。我想，可能和我前面的格里菲斯实验的背景介绍也有一定的关系。1.2.3精心提问，步步引导学生亲自动手模拟操作格里菲斯的实验后，S型细菌内哪一种物质是“转化因子”，成为他们又一个要急需解决的问题，推动着他们继续探究。这时，教师只要巧妙地一步步精心提问，学生思维的火花就很容易被激活。教师提问：“转化因子是DNA？还是蛋白质？或者是其他的有机物？”“应该怎么继续实验得出结论？”大部分学生很快就说出把DNA和蛋白质分开研究，看看是DNA还是蛋白质起作用。“怎么分开研究？”教师引导用化学提纯法。“提纯之后的DNA或蛋白质接下来要怎么操作？”学生答：“看是DNA还是蛋白质能够让活的R型细菌转化为活的S型细菌。”“如果不用小鼠作为细菌繁殖的供体，那要怎么在体外操作？”学生答：“培养细菌。”“怎么培养细菌？”“养哪一种细菌？”学生回答：“养活的R型细菌。”学生能回答到这里，接下来的实验设计就容易了。1.2.4情感态度价值的体验三大实验的导入和结尾，笔者都用简短的时间介绍当时科学家的历史背景、出身背景、科学家的性格特色，并展示科学家的照片，使本节课的另一主线即科学史的历史顺序分明，也符合学生的认知规律。有了多媒体的辅助，教师无需用太多的言语，学生很自然地进入科学家的科学魅力中。如：当全班同学共同得出体外转化实验最佳设计方案之后，教师很真诚很开心地告诉同学们：“他们和艾弗里一样厉害！当时艾弗里也是这么想，这么做的！”让学生们体验成功的满足感和愉悦感！艾弗里，一位研究细菌的科学家，站在格里菲思推论的基础上，运用一定的科学技术手段，将S型细菌的不同成分，成功分离，分别与R型菌混合培养……教师在多媒体上展示当年艾弗里的实验设计过程，具体介绍当时艾弗里实验。同时，教师简要介绍艾弗里：1913年，艾弗里的母亲不幸死于肺炎，36岁的艾弗里从此立志成为一名细菌学家，研究肺炎。1935年，在格里菲斯的实验基础上，57岁的艾弗里和他的同事们开始从事肺炎双球菌的体外转化实验，经历了整整10年的不断研究，到1944年，文章发表时，他已67岁了。他最终未能获得诺贝尔奖，因为1955年他逝世了。如果他活得长久些，诺贝尔奖理应属于他，但反过来也可以这样说，如果科学界早些接受他的见解，他就不会排除在诺贝尔奖之外。但无论怎么说，重要的是，艾弗里给我们留下了他的工作，以及他纯正的研究态度。学生很认真聆听，自己感觉在情感态度价值观上的引导还是比较到位的。（这些不是本节课的要求，我觉得还是很有必要说说，一方面可以进行情感态度价值观的教育，另一方面也给课堂添加了一点新色彩）。1.2.5运用类比、比喻等手段突破难点比如，为什么人们会认为蛋白质是遗传物质时？通过生活中我自己的例子来说明，学生感兴趣又很好理解：哦，可能是蛋白质有特征让人们误解。那具体是什么特征呢？很容易通过思考得出结论。还如：在噬菌体侵