基于科学探究的噬菌体侵染细菌实验模拟教具的创新应用

作者:理艳霞时间:2020-10-23 15:38:06  来源:视界观  阅读次数:52次 ]

基于科学探究的噬菌体侵染细菌实验模拟教具的创新应用

理艳霞

贵州省毕节市民族中学,贵州,毕节 551700

摘要:通过对在噬菌体侵染细菌实验的教学过程中所遇到的难点进行思考,我设计制作了模拟磁吸教具,同时通过创设假说-演绎的情境,在课堂教学中创新应用模拟教具,有效突破噬菌体侵染细菌实验的教学难点,促使学生的科学探究素养得到提升。

关键词:模拟教具;假说-演绎;科学探究;情境

一、研究背景

噬菌体侵染细菌实验历来是高中生物教学中的难点,原因在于实验过程不能在课堂上实际操作,如果仅仅采用传统的讲授教学法则会使学生的学习较为枯燥、学习的效率不高。因此,笔者采用教具模拟将实验过程直观化,并通过设置假说-演绎的情境,使学生在轻松的自主探究过程中更好领悟科学家的实验设计思路和研究方法等。

二、教具的创新应用思路

在以往出现过的教师自制磁吸教具,并没有用来演示实验步骤,而是用来演示噬菌体侵染细菌的过程,之后教师再讲解实验步骤。 [1]然而,我认为这样就违背了科学认知规律,因为噬菌体如何侵染细菌的过程是实验探究的结果,不应该将其视为研究背景在一开始就展示。而应该在最后播放研究成果T2噬菌体侵染细菌的过程动画。同时,已有的模拟教具只有关于噬菌体和大肠杆菌的结构模拟图,没有试管背景做辅助,具有一定的局限性,不能拿来演示实验的完整步骤。

三、模拟教具示意图:

 

1 模拟教具结构示意图

注:灰色为无放射性标记,黑色为有放射性标记,组件可以移动。

四、使用模拟教具的教学设计

1.研究思路和研究方法:

教师展示T2噬菌体的结构动画并引导学生分析噬菌体作为研究材料的优点是:①噬菌体仅由DNA和蛋白质两种物质组成,这就使实验设计变得更加简单;②T2噬菌体是一种寄生在大肠杆菌体内的病毒,侵染大肠杆菌后,就会在自身遗传物质的作用下,利用宿主大肠杆菌体内的物质,来合成自身的组成成分,进行大量繁殖。这就意味着我们只要分别追踪噬菌体蛋白质和DNA观察噬菌体到底将谁送入大肠杆菌体内,谁就是遗传物质。之后顺利引入研究方法:放射性同位素示踪技术。

2.实验步骤:

教师引导学生分析每个实验步骤的设置目的。

1)标记:只有用蛋白质外壳和DNA的特征元素35S和32P分别进行标记才能设法将DNA和蛋白质分开,使实验结果更有说服力。利用35S标记噬菌体的蛋白质外壳需要分两步进行的原因是:噬菌体属于病毒,无细胞结构,必须依赖宿主才能繁殖下一代,所以第一步先利用含35S的培养基培养大肠杆菌得到含35S的大肠杆菌,第二步利用普通噬菌体侵染含35S的大肠杆菌得到含35S的子代噬菌体。

2)侵染:经过短时间的保温,噬菌体侵染细菌,将遗传物质送入大肠杆菌。

3)搅拌和离心:教师展示动画以帮助学生更好理解搅拌和离心的目的。

4)检测:检测上清液和沉淀物的放射性。

3.假说-演绎情境设置

在理解研究思路、研究方法和研究步骤的前提下,教师设置假说-演绎情境,学生以小组形式合作完成:提出问题→做出假设→演绎推理→实验验证→得出结论的过程(如图3):

若假设①DNA是遗传物质,则噬菌体侵染大肠杆菌后会将DNA注入大肠杆菌,蛋白质外壳留在细菌体外,经过搅拌离心后,重量较轻的未进入细菌体内的噬菌体颗粒会分布在上清液,而进入大肠杆菌体内的噬菌体DNA会随着较重的大肠杆菌留在沉淀物中。预期实验结果①为:35S标记蛋白质组:放射性同位素主要分布在上清液中,32P标记DNA组:放射性同位素主要分布在沉淀物中。

 

 

若假设②:蛋白质是遗传物质,则预期实验结果②为:35S标记蛋白质组:放射性同位素主要分布在沉淀物中,32P标记DNA组:放射性同位素主要分布在上清液中。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

若假设③:蛋白质和DNA都是遗传物质,则预期实验结果③为:35S标记蛋白质组:放射性同位素主要分布在沉淀物中,32P标记DNA组:放射性同位素主要分布在沉淀物中。

 

 

最后,将预期实验结果①②③与实际实验结果进行对比,发现实际结果与预期结果①一致,证明假设①正确,即噬菌体侵染细菌时,DNA进入到细菌的细胞中,而蛋白质外壳留在外面。因此,子代噬菌体的各种性状,是通过亲代的DNA遗传的。因此DNA才是真正的遗传物质。最后教师再展示该实验的研究成果-噬菌体侵染细菌的模拟动画。

五、创新应用的关键点

1.添加试管背景模拟上清液和沉淀物的位置;

2.在假说-演绎的情境下进行不同假设下的实验结果预期,再将预期结果与实际结果进行比较分析,得出实验结论,以提升学生科学探究的核心素养。

3.学生在使用这一模拟教具时,操作简便。

4.该教具还可以用于演示搅拌不充分会导致什么结果?侵染时间过长会导致什么结果?

参考文献

[1]徐业义.噬菌体侵染细菌的实验模型的制作与使用[J].实验教学与仪器,2017(1):65-66.

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