高中生物学新课程标准教学研讨——“生物技术在其他方.pdf

生物学通报 2 0 0 8年 第 4 3卷 第 1 0期 高 中生 物学新课 程标 准教学 研讨“生物技术在其他方面的应用 的教学构思 冯 晓 灵(北京师范大学附属实验中学 北京 1 0 0 0 3 2)中国 图 书分 类 号：G 6 3 3 9 1 文献 标 识码：c “生 物 技 术 在 其 他方 面 的 应 用”是 选 修 模 块 1 “生 物 技 术 实 践”的 第 4个 专 题 包 括 尝 试 植 物 的 组 织 培 养、尝 试 蛋 白质 的 提 取 和 分 离、尝 试 P C R 技术 的基本操作 和应用共 3个课题。通过学习和 领 会 新 课 标 本 文 从 教 学 内 容、学 习 目标、教 学 策 略 3方 面谈谈本专题 的教学构思。1 教 学 内容 与 目标 要 求 课程标准中“生物技术在其他方面的应用”的 内 容标 准 如 下：具体 内容标准 活 动 建 议 尝试植 物的组 织培 养 用组织 培养法 培养 花卉等幼 苗，并 进 行 露 地 栽 培 尝试蛋 白质 的提取 和分离 以动物 血清 为材料，提取 其 中的乳 酸脱 氢酶并 分离其 同T酶 尝 试 P C R技 术 的 基 本操 作 用 某一 D NA片段进行 P C R扩增 和 应 用 课 程标 准 对本 选修 模 块 的说 明 中指 出：本 模块 是 一 门 以学 生 为主体，通 过 实 验设 计 和 操 作 实 践，进行 科 学 探 究 的 实验 课 程。按 照课 程 标 准 的要 求。本模块 只需要 选择 5 7个 实验 就能 完成。因此。本 专题 正式 开展 之前 需 要选 择相 应 的实验 课 题 3个课 题要 求 条 件 较 高，中学实 验 室 能 否 满足 所需要的实验设备和条件，就成为选择课题 的限制 因素。通过活动，学生获得 的不仅仅是知识，而且会 有丰富的情感体验，实践能力也会得到发展。如果 通过视频等手段让 学生对这些技 术有所 了解 确 实简单省时，但 是达不到预期 的要求。比如，关 于 植 物 的组 织 培 养，用 图片 或 视频 讲 清 楚 并 不 难，但 是并不会在学生 头脑 中留下鲜 明而深刻 的印象。如 果 让 学 生 亲 自动 手，利 用 菊 花 等 材 料 进 行 组 织 培养 就 会 对 细胞 全 能 性 的认 识 更 加 深 入，动 手 能 力会得到发展，而进行组织培养过程中的情感体验 以及 面对 自己的培 养成果时那一 份成功的喜悦，是教师的讲解所无法给予的。所以，只要条件允许，就一 定 创 造 条 件 让 学 生 去 实 践。在 标 准 的实施 建议 中指 出，课程 目标包括 知 识、能 力、情 感 态 度 与 价 值 观 3个 方 面。本 专 题 的 三 维 教学 目标 大 体 如 下：1 1 知识 目标 教学 内容 水平要 求 知识 目标 尝试植 物的组 模仿水 平 说 明植物组 织培养 的原理 织培养 简述 植物组 织培 养的基 本过程 说 出影响植 物组织 培养 的因素 举例 说出植 物组织 培养技 术在生 产 中 的 应 用 尝试蛋 白质 的 模 仿水 平 说 出蛋 白质提取 和分 离 的原理 提取 和分离 尝试蛋 白质 提取和 分离 的方 法 尝试 P C R技 术 模 仿水 平 说 明 P C R技 术的原 理 的基本 操作 和 说明 P C R技术 的基本 步骤及 每个 步骠 应用 发生 的变化 举例 说出 P C R技术 的用途 1 2情感态度与价值观 目标 1)通过探讨 3个 课 题中实验 的原理、步骤 与应用，领悟科学、技术 与社会 的相互关系，树立正确的科技价值观；2)通 过参 加 3个 课 题 的 实践 活 动 养 成严 谨 认 真、勇 于 探索、刻 苦钻研 的科学精 神 实事求是、一丝不 苟 和 敢 于 质 疑 的科 学 态 度；3)通 过 探 讨 P C R 技 术、植 物 的 组 织 培 养 技 术 的 发 展 和 应 用 关 注 现 代 科 学技术 的发展 关注科学技术 的发展对生命科学 的影 响 以及 对 社会 发展 的影 响：1 3能 力 目标 1)通 过 对 实验 的设 计 和 操 作，提 高科学探究能力和实践能力；2)通过搜集、整理有 关蛋 白质的其他分离方法等资料 提高获取和处 理信息 的能力；3)通过 同学之间的讨论和评价等 形式，提高表达能力。2教 学 策 略与 方 法 本专 题 内容 的 学 习 主 要 是 以“实验”为 核 心 展 开的。需要学生动手动脑去“做科学”，这些实验较 为复杂，要求水平为模仿，以实验技能训练为主要 目标，这里的技能不单单是指的操作技能 更重要 的是指科学探 究的方法和技 能，因此要特别 强调 如控制变量、设计对 照或重复、量 的检测、数据 的 2 0 0 8 年 第 4 3卷 第 1 0期 生物学通报 整理、分析及表示方式，以及 书写实验报告等。3 4-课题都主要涉及原理(科 学)、技术 和应 用(社 会)3个方 面，所 以本专题 是一 个生 物科学 技 术 应 用 于 社 会 的 S T S专 题 整 个 教 学 过 程 的 设 计 需 要 把 课 堂 和 社 会 生 活、生 产、科 学 实 验 相 融 通，要突 出体现科学、技术 与社会协调发展 的关 系。教 学 从 应 用 开 始。以 应 用 结 束。通 过 创 设 真 实 的 情 景，提 出研 究 的 问 题，在 激 发 兴 趣 的 同时，把 学 生 带人现 实 中需要解 决 的问题 中，学生通 过参与 和 解决具体问题，获取科学 知识，体验和应用生 物技 术 最后对这 项技术 的应用进行 补充 和评价。使学 生 感 受 到 生 物 技 术 给 人 类 生 活 带 来 的变 化。3 个课题 的实验都有一定难 度，需要 实践经验 的积累。建议教 师先 摸索 出一套 行之有效且 更适 合 中学开展 的办法，然后再安排学生实践。实验的 周 期 较 长 对 于 学 生 实 践 的 安 排 可 以课 上 课 下 结 合 进 行，有 些 过 程 教 师 可 以 安 排 在 课 外 提 前 做，课 上集 中让学生进行某些关键步骤的操作。2 1 “尝 试 植 物 的 组 织 培 养”的 教 学关 于 植 物 组织 培养的课题 的导 入，教师可 以从与社 会 的联 系、与学 生生 活的联 系人 手，例 如，奥运 会期 间，北京需要 大量花 卉美化环 境。如何 实现花 卉 的快 速 繁 殖。教 师 也 可 以从 植 物 的 组 织 培 养 的 发 展 历 史 引入，激 发 学 生 兴 趣。“尝 试 植 物 的 组 织 培 养”涉 及 的技 术 较 复 杂。教 师 首先 要 介 绍 植 物 组 织 培 养 的基 本 过 程 写 出 流程图：离体的植物组织或细胞一 形成愈伤组织一 长 出丛 芽一 生 根一 移 栽。展示植 物组织培养 流程后，抓住培养 基配制、灭 菌和消毒、接种、愈伤组织 的观察、诱 导丛 芽和 生根等环节，阐明原理和方 法。下面以培养 基配制 和 灭 菌 2个 环 节 为 例谈 谈 应 采 取 的 教 学 策 略。1)培养基配制。配制 培养基是一项复 杂而讲 究 的精 细 活。培 养 基 有 多 种，但 归 纳 起 来，可 分 为 无 机 盐、有 机 化 合 物 和 植 物 激 素 三 大 类。前 两 类 提 供了植物细胞生长 和增殖所需 的全 部营养，植物 激素 中生长 素和细胞 分裂 素是启动 细胞分裂、脱 分化和再分 化 的关 键性激 素，激素 的种类 和 比例 不 同，植 物 细 胞 的“前 程”就 不 同，建 议 不 同 的 组 用不 同的配方，利用配方 中激素的差异，可探 究生 长素与细胞分裂素的使用 比例对植物组织 培养的 影响，最后分别汇报成果。提醒学生每种配方至少 要做 一组以上的重复，在对照实验 中要控制变量。2)灭 菌和消毒。无 菌技 术是植 物组织培养能 否 获得成 功 的关 键，教师可 提 出一系列 问题 供学 生 讨 论，由学 生 得 出结 论。如：哪些 环 节可 导 致 杂菌 污 染 呢?通 过讨 论，学 生明确植物材料、培养基和操作环节等方面都会带 来 污 染。如何 确 定 培 养基 没有 被 杂 菌 污染 呢?学 生 经讨论后提 出方案 设置一个对照实验 可以取用 一个经过灭菌的装有培养基的锥形瓶 与接种操作 后 的锥形瓶一 同培养。对于植物材料 的消毒灭菌又 应该注意什么 呢?植物材料来 源于 自然界，会带有 各 种各样的细菌和病毒，不消灭 它们，它们就会大 量 繁殖 导致 实验 前功尽弃。对培养材料进行表 面 灭 菌时 一方 面要 考虑药剂 的消毒效果 另一方面 还要考虑植物材料 的耐受能力。哪些操作环节会导 致 污 染?未 戴 口罩、接 种 时 说话、手及 器 械 消毒不 严 等，都可能 出现培养物被污染。污染 的培养物应如 何处理?要妥善处理被污染 的培养物，一定不要打 开培养瓶 应先将所有被污染的培养瓶统一在高压 蒸汽锅 内进行灭菌，然后再打开培养瓶，进行清洗，教育学生要提高环境保护意识。当 学 生 明 确 了 整 个 培 养 过 程 的 原 理 和 方 法 后 再进 行实验操作，这样才能 在实践 活动 中做到 目标明确、井然 有序。教师提醒学生在操作过 程中 要 仔 细 观 察 并 做 好 记 录，还要 适 时 做 好 实验 统 计，统计接种 操作 的污染率、更换培 养基后愈 伤组织 分化成 根芽 的比例 以及 移栽 的成 活率，并 填写 到 预先设计好 的记录表中。实验之后，教 师指导学生写好实验报告，各组 进行交 流 对各 自的实验结果进行相互评价，引导 学 生从接种 操作 的污染情 况、是否完 成脱分 化和 再 分 化 以及 生 根 苗 的移 栽 是 否 合 格 等 方 面 对 实 验 结 果 进 行 分 析。2 2 “尝 试 蛋 白 质 的提 取 和 分 离”的 教 学 蛋 白 质 的 提 取 和 分 离 的方 法 有 很 多 种，可 以 采 用 课 程 标准的建议 以动物血清为材料 尝试用 电泳方法 进行乳 酸脱 氢酶 同工酶的分离。教师 首先介 绍蛋 白质研 究领域 的进 展，说 明 提 取 和 分 离 高 纯 度 蛋 白质 的重 要 性 和 必 要 性 也 可以发挥学 生的主动性，提前 布置学生查找 资料，课 堂 由学生 介绍 当前有关 蛋 白质研 究 的新进 展，激 发学 生学 习的热情。2 6 生物学通报 2 0 0 8年 第 4 3卷 第 1 0期 对 电泳 原 理 的理 解 是教 学 中 的难 点，教 师对 原 理 的 分 析 力求 深 入 浅 出，通 俗 易 懂，教 师 可 以通 过 一个演 示 实验使 学 生理 解 电泳 现 象，比如在 盛有 红 褐 色 F e(O H)胶 体 的 U型 管 的 2个 管 口，各插 入 一 个 电极 通 直流 电后 阴极 附近 的颜 色逐渐 变深，阳 极附近 的颜色逐渐变浅。这表明 F e(O H)胶体带正 电荷，在电场作用下向阴极移动。这种在外加 电场 作用 下，带 电粒子 发生 迁移 的现 象 叫做 电泳。教 师也 可 以用 以下 通 俗 的语 言来 阐 明原理，把 凝 胶 电泳 比作 迷你 型泳 道，生物 分子 所 进行 的竞 技 远 比我们看到的游泳 比赛来得丰富，任何凝胶都是 一张 三维 网，生物 分子 只有 穿 过那 一 个 个 的 网孔 才 能 向前 行 进，因此，这 是一 场 障碍 赛。如果 没有 水，游 泳 就 无 从谈 起，缓 冲 液 可 比作 泳 池 中的 水，为保 证各种生物分子能在泳道上各展身手，并保持其固 有的特性，不受非 比赛 因素的干扰，电泳时必须采 用适 宜 的缓 冲液。网孔 的大小 通 过改 变凝 胶 浓度 可 以人为设置，缓 冲液可千变万化，这就可使得参 加 比赛的各种分 子各显神通，在不 同 比赛 中比出高 低。由于 参赛 选 手 体 积很 小，因此 肉眼 根本 无 法 识 别，可通 过选 择特 定 染色试 剂 使选 手 现身。本 实验 有 一 定 难 度，但 要 避 免 让 学 生“照 方 抓 药”，要 使学 生 明确 怎么 操作，还要 知道 为什 么这 样 操 作，例 如，在加 样 时要加 人 蔗糖，为 什么?提 出问 题供学生思考和讨论，使学生理解加蔗糖的作用在 于可 增 加样 液 比重，便 于样 液沉 到 凹槽 中。教 师在指 导 学 生实 施 实验 方 案时，要 求 学生 的 操作要有科学性和精确性，只有一丝不苟、精确而 细 致 地进 行操 作，才 有 可 能得 到 好 的 实 验结 果。制 备 电泳凝 胶板 时，应 注 意避 免 气 泡 的 产 生：加 样 时 要正确使用移液器 把样品小心加到凹槽 中 此外，教 师要 特 别 提醒 学 生 注意 实 验 的安全 问 题。由于制 备凝 胶 的一 些成 分具 有 毒性，因此，要求 学生在进行 电泳操作时一定按照实验要求和步骤，在教师指导下完成。操作时要带好一次性手套。实 验 之 后，教 师 展 示 实 验 结 果 理 想 的 电 泳 凝 胶 片，引导 学 生 对 各 自的 实验 结 果 进 行 相互 评 价。建 议 学 生 查 阅 资料，了解 其 他 类 型 的 电 泳 原 理及应用，了解蛋 白质的其他分离方法及应用，并 利 用课 余 时 间进 行 交 流 2 3“尝 试 P CR技 术 的 基 本 操 作 和 应 用”的教 学 关 于课 题 的导 入 教 师可 以从 与 社 会 的联 系 人 手，提供真实 的案例，导人环节可以是一个非常有 名 的刑事案件或是 一个典型家庭 的疾病诊断，说 明这一技术在遗传疾病 的诊断、刑侦破案等方面 都有着广泛的应用。利用视频资料、图片或生动形 象 的语 言 等 形 式将 学 生 引 入 学 习 的情 境，激 发 学 生 的兴趣，使学生情绪高 昂和思维活跃。1)实验原理 的理解 和分析。对于实验 原理的 教学可采取不同策略。策略 1，首先 明确实验 目的 是体 外大量 复制 D N A，起 点是学 生 已有 D N A复 制 的 知 识，教 师 引 导 学 生 从 D N A 复 制 知 识 出 发，一步步推 测体外大量 复制 D N A应解 决的技术 问 题；策 略 2，先 展 示 P C R原 理 示 意 图，教 师 引 导 学 生分 析每一步操作的原理及采取的相应技术。笔 者 具 体谈 谈 第 1种策 略。在 学 生 对 P C R技 术 已 经产 生 兴 趣 的 基础 上，教 师 引导 学 生 思 考：如 果要在生物体外完成 D N A的复制，必须具备哪些 条件?实验应如何进行?首先引导学生 回忆 D N A 复 制 的过 程 和 所 需 条件，在 此 基础 上，利 用 图示 向 学生说 明 D N A双链的方 向，使学生能够 区分 D N A 的 3 端 和 5 端 此外 还需 要 向学 生 介绍 D N A 聚 合 酶 的特性 它 只 能从 D N A 的 3 端 开 始延 伸 D N A 链，而 不 能 从 头 合 成，如 何 解 决 这 个 问题，启 发学 生 得 出 P C R技 术 需 要引 物。D N A聚 合酶 还需 在 适 宜 的 温度 下 才 能 保 持 活性，解 旋 在 高 温下 进 行，高 温会导致 D N A聚合 酶的失活，因此，每次循环都 得加 入新 的 D N A聚合酶，不仅操作 烦琐，而且 价 格 昂贵，制约了 P C R技术的应用和发展。如何解决 这个问题 引导学生想到耐高温的 T a p D N A聚合酶 的 应 用，说 明 耐 热 D N A 聚 合 酶 T a q酶 对 于 P C R 的应 用有 里程 碑 的意 义，该 酶 可 以耐受 9 0 以 上 的高温而不失活，不需要每个循环加酶，使 P C R 技 术 变得 非 常 简捷、同时 也大 大 降低 了成 本。教 学 过 程 中，不 断 提 出问 题，问 题 之后 内容 的 呈现要避免灌输 式，要引导学生一步一步地探索，并 给 学 生 留下 思 考 时 间，促 使 学 生 头 脑 中 发 生 新 知 识 与原 有 知识 之 间 的联 系。完成 知 识 的 建 构，更 为重要 的是 引导学生 由原理 推导相应技术，发挥 了所 学 知 识 的 价 值。为使学生进 一步体 验科学、技术 与社会 的相 互关 系。树立正确的科技价值观，可 以用简洁明快 的语 言 给学 生 讲 述 关 于 P C R发 明 的 故事。通 过 这 个 生 物 技 术 的 故 事，说 明解 决 技 术 问题 需 要 科 学 2 0 0 8 年 第 4 3 卷 第 1 0期 生物学通报 软 体 动 物 标 本 的 制 作 张 涛(1 邯 郸学 院 曲周分 院河北 邯郸0 5 7 2 5 0 中 国 图 书分 类 号：Q9 5 3 4 文 献标 识 码：B 软体动物的螺类和贝类大都常带有贝壳。为了 在 生物 学教 学 中更好 地认 识 这类 动 物，了解其 形 态 特征。常把采 集 到 的动 物制 成不 同类型 的标 本，以备 教学 中使 用。现 将有 关 标本 制作 方 法简 要介 绍 如下：1 整体标本(实体 标本)将采集 到的螺类 或贝类，先用清水洗干净，再 用 1 0 福尔马林或 9 0 酒精杀 死 固定，1 0 h后移 入 5 福 尔马林 或 7 0 酒 精 中保存。对 于贝 壳较 厚 无光泽 的种类 可用福 尔马林保存，如鲍、蚶 等。贝壳较薄有光泽的应用 7 0 酒精保存，如椎实螺、蚬、云母蛤、珍珠 贝等。对 于无 贝壳类 如海 牛，应 先用 9 0 的酒 精进 行麻 醉杀 死，然 后再 用 7 的 福 尔 马林 或 7 0 酒 精 保 存。2 介 壳标 本 以螺 类或 贝类 的空壳作 标本 时。先用 热水 将 动物杀死，除去肉体部分，再用肥皂水洗 干净 晒干 即可。但 应注 意，对 于有厣类，应在洗 干 净后，壳 内填 棉花，将厣粘于 壳 口。对 于贝类，可将其放 在 空气 中使其 自然开壳，然后取 出 肉体，洗 净，趁壳 未 干 时，将 2壳 合 在 一 起，用 线 缠 好，阴 干 后 去 掉 线保存。一些壳薄 的大型 贝壳(如江瑶)，保存过 程 中应 注 意 保 持 一 定 的 温 度 和 湿 度 以免 贝 壳 的 知识。新 的技术 的产生 需要 经过细致 的推 敲、精 巧 的 操 作 和 独 到 的 洞察，有 时需 要 的是 有 机 的 整 合。还 要 使 学 生 意 识 到 技 术 对 社 会 的 影 响 通 常 比 科学对社会 的影 响更为直 接，P C R技术 的发 明极 大地 发 展 了人 们 鉴 定、操 作 和复 制 D N A 的 能 力。它使 十分 稀缺 的实 验所 需 的遗 传 物 质 变得 非常 充 足，对 社 会 发 展 产 生 了影 响。2)实 验 操 作。关 于 P C R 的 反 应 过 程，教 学 中 要 充分利用 图文资料 化解这 一难点 引导学 生写 出流程 图，围绕实验 目的明确每一个步骤的作用，然 后 再 引导 学 生 进 行 实 验 操 作。如 果实 验室 有 P C R仪 操 作难 度 不 高 教 师 宋 凤 站 z 2河 北 省武 邑中学 河 北武 邑0 5 3 4 0 0)角 质 层 皲 裂、脱 落 或 整 个 贝 壳 干 裂。3 解 剖 标 本 是指制 作大 型螺类 和贝类标本。对于大型 螺 类，一 般 用 温 水 将 其 闷 死。大 型 贝 类，要 在 其 壳 张 开后，缓缓加入 薄荷脑和 Mg S O 麻醉 2 3 h，再 用 1 0 福尔 马林 杀死。并在 2壳 间夹一板，动物死 亡 后，向其 内脏注入 固定液(9 0 酒精 5 0份、蒸馏 水 4 0份，水 醋酸 5 O份、1 0 福尔 马林 5份)，并保 存 在 8 5 酒精 或 7 福尔 马林溶液 内。4生 态 标 本 将采集 到 的螺类 或 贝类 分别装 入玻璃 瓶 中 加 满 水，不 留 空 隙，再 盖 上 瓶 盖，经 过 3 2 4 h(根 据 室 温 高 低，掌 握 时 间 长 短)以 后，则 腹 足 类 的 头 部 和足部伸 出壳 口外面。瓣鳃类则双壳张开，足部 微 伸出 触之无反 应，即均窒 息死亡。或者待其在 水 中充分伸展后，用薄荷脑和 Mg S O 麻醉。随后及 时将 动物放入 1 0 福尔 马林溶 液 中浸泡 固定。大 型标本还应 向体 内注入 固定液，以防内脏腐烂。经 过 2 4 h后将 动物移人 7 福 尔马林溶液保存。采 用 此 法 处 理 标 本 时，应 注 意 掌 握 好 窒 息 动 物 时 间 长短和动物体 的伸展状态，以保证标本质量。(E ma i l：z h a n g t a o 8 8 9 6 3 5 3 s i n a C o n)应 主要 向学生强调微 量移液管、离心 机和 P C R仪 的使 用方 法；如 果没有 P C R仪，可 以用 3个 恒温 水 浴 锅 代 替。3)实验后 的分析。检测片段 的扩增情况，可 以 通 过 电 泳 检 测 的 方 法 通 过 在 紫 外 线 下 直 接 观 察 带 的 分 布 及 粗 细 程 度 来 评 价 扩 增 的效 果；也 可 以 利 用 分 光 光 度 计 计 算 含 量 来 评 价 扩 增 的效 果。如 果 D N A 片 段 的扩 增 没 有 成 功，则 要 引 导 学 生分析失败的原 因。可能 的原 因有：移液器的使用 不规范，导致各反应成分 的用 量不当：没有控制好 退火 温度 和扩增 温度；漏加 了 P C R的反应成分等。(E ma i l：f e mg x l 2 0 0 0 s i n a C o rn)