噬菌体侵染细菌的实验 教学设计 王莹 一、教材内容分析 噬菌体侵染细菌的实验是苏教版普通高中生物必修 2遗传与进化中第 4 章第 1节的内容。 本部分内容之前已经介绍了格里菲斯和艾弗里的 “肺炎双球菌的转化实验” 。 “噬菌体侵染细菌”的实验是更具有说服力的实验，其设计思路科学而缜密，值得学生借鉴和学习。本内容是从分子层面上认识遗传物质的本质，为学习 DNA 的复制，基因的表达和基因突变打下了基础 二、学习对象分析 高中必修一也在介绍原核生物与真核生物时， 也了解了病毒是一种寄生的没有细胞结构的生物。可以简要跟学生介绍大肠杆菌和噬菌体，引发回忆。高中学校没有成熟的实验条件供学生亲自做噬菌体侵染细菌的实验， 因此教师应该形象直观地展示科学探索的过程， 引导学生的思路再现一遍科学家的实验探究过程， 达到发展学生科学思维能力的目的。 根据新课程理念，高中生物学教学重在培养学生的科学思维、科学探究，因此，本节课以“自主探究科学发现的过程”为设计理念，切实落实主体性教学，提高学生的探究能力，训练学生科学的思维方法。 三、教学策略 由“格里菲斯和艾弗里肺炎双球菌转化实验”的不足之处引入新内容，让学生思考如何对这一问题进行研究，提高说服力，培养他们分析问题和解决问题的能力，激发他们了解科学家当年的研究过程和方法的兴趣。通过重温科学家的探究历程，领会实验选材的巧妙、思维的严谨和实验方法的科学；通过实验结果的分析理解 DNA 是主要的遗传物质 根据主体性教学目标，以“自主性、探究性、合作性”为学生学习的三个基本维度，以培养学生的科学素质为指导，以侧重科学方法教育为归宿，本节课采用“引导探究”教学模式，融合讨论法、比较法、归纳法等多种教学方法，并配以多媒体辅助教学，引导学生模拟科学发现过程，进行分析、讨论、归纳和总结。 采用 “设疑导入问题引导呈现探究过程讨论实验结果归纳总结反馈运用” 的教学程序。 四、教学目标 1、 知识与技能： （1）进行“噬菌体侵染细菌”的实验设计； （2）描述“噬菌体侵染细菌”的实验步骤 2、情感态度和价值观： (1) 探讨实验技术在证明 DNA 是主要遗传物质中的作用。体验科学探索的艰辛过程； (2) )领悟科学研究的过程和方法，培养学生的实验探究能力。 五、教学重点和难点 1、重点： (1)噬菌体侵染细菌的原理和过程。 (2)证明 DNA 是遗传物质的实验的关键设计思路。 2、难点： 证明 DNA 是遗传物质的实验的关键设计思路。 六、教学设计流程 设疑导入 问题引导呈现探究 讨论实验结果 归纳总结 拓展延伸 七、课堂实施 教学环节 教师组织和引导 学生活动 设计意图 复习旧知，创设情景，导入新课 问题：遗传物质是什么 学生答：DNA 问题：谁的实验证实这一点 学生答：艾佛里或格里菲斯 问题：格里菲斯的体内转化实验，得出什么结论 学生答：灭活的 S 菌里有某种“转化因子”使得无毒R 菌转化成了有毒的 S 菌。 问题：艾弗里做了什么 学生答：艾弗里接过“科学探究”的接力棒，对灭活的 S 菌的物质分离提纯，用所提纯的蛋白质、糖脂和DNA 分别去转化 R 菌，发现只有用 DNA 去转化的那一组才有转化作用， 而且 DNA 越纯转化效率越高。 因而，艾弗里得出的结论是 “DNA 是转化因子， DNA 是遗传物质”。 问题：科学界有一部分科学家对此结果表示不信服，为什么呢看课本找答案 学生答：因为当时技术所限，艾弗里提得最纯的 DNA 回忆旧知识，引发学生思考以及进一步学习探究过程的欲望。 寻找新旧知识的结合点，以 “问题” 引入新课， 培养学生分析和解决问题的能力， 激发探究欲望。 中也含有%的蛋白质。认为是这少量的蛋白质在起作用，不愿接受 DNA 是转化因子的结论。因此仅凭这个实验呢难以服人。 噬 菌 体 侵染 细 菌 的实验设计 学案材料 1： T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌中的病毒，由蛋白质外壳以及 DNA 构成。在 37 下大约只需 40min，噬菌体就可以在大肠杆菌中产生 100300 个子代。 思考 1：为什么选择噬菌体作为实验材料 回答：只有蛋白质和 DNA；繁殖速度快 思考 2：遗传物质需具备什么特性 回答：从亲代传递给子代 思考 3：如何分别追踪两种物质 回答：同位素标记法 思考 4：分别选用什么元素标记噬菌体的 DNA 和蛋白质呢 材料 2： 噬菌体的蛋白质外壳由 C、H、O、N、S 组成，DNA 由 C、H、O、N、P 组成。 回答：标记噬菌体的 DNA32P 标记噬菌体的蛋白质 35S 思考 5：子代在哪里产生 回答：大肠杆菌中 思考 6：大肠杆菌中的噬菌体均为子代噬菌体吗 回答：不一定，如果噬菌体侵染细菌时整个个体进入细菌中，则细菌中的噬菌体也可能是亲代的噬菌体。 引导：因此，我们要比对亲代和子代噬菌体，先要弄清楚的问题是，噬菌体是怎么样入侵细菌的。那么，针对这一点，你可以做几种假设呢 回答：整个噬菌体入侵；噬菌体的 DNA 入侵；噬菌体的蛋白质入侵。 任务 1：填表学生根据对噬菌体进入细菌的成分 通过几则资料分析，一步步明确实验设计的思路 让学生以科学家的角度来思考实验设计的步骤， 训练理科思维 认同科学的发展离不开技术的支持。 的假设，预测两组实验的结果 引导：展示真实的实验结果 任务 2：填表若 DNA 是遗传物质，则两组实验的子代放射性情况进行预测。 播放噬菌体侵染细菌的具体过程。 任务 3：看完视频，学生互相讨论，对噬菌体侵染细菌的过程提出相关疑问 学生问题：为什么子代的 DNA 有红有蓝，红的来自哪里蓝的是怎么产生的 细菌的 DNA 在噬菌体侵染之后，去哪里了 噬菌体侵染细菌后，细菌为何会破裂 引导：我们来梳理一下，哪些是我们本节课能解决的问题 学生：第一个问题 红的是亲代的 DNA，即亲代 DNA 后来成为子代的一部分，蓝的是后来合成的，即用的是大肠杆菌的原料。 引导： 噬菌体在侵染大肠杆菌时， 注入大肠杆菌中， 留在外面。 利用 的原料，合成子代噬菌体。 实 验 过 程具 体 操 作步 骤 及 思路整理 问题：现在已知噬菌体侵染细菌时，DNA 进入大肠杆菌，就是说细菌中产生的完整噬菌体，就是子代噬菌体。我们要得到子代噬菌体，就在细菌中寻找。那么，如何将亲代噬菌体和细菌分离 材料 3：大肠杆菌大小13 微米，噬菌体头部大小为 9060 纳米（nm)，尾部 10020 纳米。 回答：离心 问题：离心后细菌位于 回答：沉淀 引导：看课本的实验过程，梳理实验思路，学生讨论并提出存在的疑问。 35S 标记的噬菌体和32P 标记的噬菌体是如何获得 能不能直接用含放射性同位素的培养基来培养噬菌体 回答：不能，噬菌体是病毒，病毒要寄生在细菌中。 引导：归纳步骤 通过实验操作分析，进一步领会实验设计的意图。 通过对实验过程的观察， 培养学生在细节中发现问题及解决问题的能力 阶段 1：获得35S 标记和32P 标记的大肠杆菌 阶段 2：获得35S 标记和32P 标记的噬菌体 阶段 3：用放射性同位素标记的噬菌体侵染未被标记 的大肠杆菌 任务：看课本中对于噬菌体侵染细菌过程图，提出疑问 学生：32P 标记噬菌体侵染大肠杆菌，上清液出现少量放射性；35S 标记噬菌体侵染大肠杆菌，沉淀物出现少量放射性 引导：学生通过讨论，结合过程，自己得出结论。 七、课堂练习 科学家做的“噬菌体侵染细菌的实验”，分别用同位素32P，35S 作了如下表所示的标记： 项目 噬菌体成分 细菌成分 核苷核 32P 31P 氨基酸 32S 35S 此实验所得的结果是： 子代噬菌体与亲代噬菌体的外形及侵染特性均相同， 请分析回答： （1）子代噬菌体的 DNA 分子中含有上述元素 。 （2）子代噬菌体的蛋白质分子中含有上述元素 。 板书设计 第四章 遗传的分子基础 第一节 探究遗传物质的过程（二） 噬菌体侵染细菌实验 侵染过程： 吸附 注入 合成 组装 释放 实验过程： 培养分别被32P 和35S 标记的噬菌体 侵染 搅拌离心 观察检测 分析结果 得出结论 教学反思 先让学生了解噬菌体侵染大肠杆菌的过程，以及物质的流动与转化。然后再回顾赫尔希、蔡斯的实验，让学生在对主体知识有一定理解的基础上，降低了课堂难度，同时还加深了学生对这个过程的理解。 教师在黑板上把实验分步骤表达出来，也是加深学生理解，让学生跟上老师节奏的表现。以问题串的方式引导学生将同位素标记法正确的运用到实验中。同时，让学生了解“为什么要标记 P 和 S”，和实验的原理。加深学生对噬菌体侵染过程的认识。对问题进行详细的讲解，使学生易于接受