高中《生物技術實踐》教學“做與導”的實踐

高中《生物技術實踐》教學“做與導”的實踐ent">

摘要以“DNA的粗提取和鑒定實驗”為教學案例，就如何現(xiàn)新課改理念，將“做與導”有機結合，徹底轉變“照方抓藥”式做實驗的傳統(tǒng)教學模式，做了一定的探索。

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關鍵詞生物技術實踐做與導探究能力

中圖分類號G633.91文獻標識碼B

1提出實驗背景，激發(fā)學生實驗熱情

“選修1生物技術實踐”是與生產(chǎn)實踐密切相關的一部分內(nèi)容，基本都需要實驗操作，且每個實驗的操作都有難度，此外還關聯(lián)著一些其他方面的知識。因此這部分內(nèi)容教學難度大，學生的學習難度也很大。美國心理學家布魯納說：“學習的最好動機，乃是對所學教材本身的興趣。”為了更好地組織這部分內(nèi)容的教學，筆者結合書本的“課題背景”，恰當?shù)匾雽φ{(diào)動學生探究的積極性起著非常重要的作用。

筆者在“DNA的粗提取和鑒定”實驗中，采用如下方式引入：1953年，美國科學家沃森和英國克里克創(chuàng)造性地構建出DNA的雙螺旋結構模型?？茖W發(fā)展到今天，DNA作為絕大生物體內(nèi)的遺傳物質，已經(jīng)是眾所周知，科學家從各種生物體內(nèi)成功地提取到了DNA。那么同學們有沒有興趣知道DNA到底是怎樣的物質呢？通過這節(jié)課的實驗，我們將走近DNA，揭開DNA神秘的面紗，真切地感受DNA的存在。

學生只有產(chǎn)生了強烈需要和濃厚興趣的學習活動，才能有效地增進發(fā)展，這樣的學習過程才是高效的、智慧的、靈動的。

2構建互動課堂，培養(yǎng)學生探究能力

2.1“做中學”

《選修1?生物技術實踐》是一門實踐課程，要求教師組織學生通過實驗設計和操作實踐，進行科學的探究活動，但并不意味著動手的同時不動腦，強調(diào)“做中學”，期望通過學生自己積極思考，不斷提升學生的思維品質。與所有其他生物課程的區(qū)別在于，每個課題都要求制作產(chǎn)品，且產(chǎn)品基本均為物質實體（如葡萄酒、果醋、DNA、提純的血紅蛋白等），每個課題應圍繞怎樣做、怎樣做得更好進行。即使是科學原理和實驗技術的學習（如微生物的實驗室培養(yǎng)）也應圍繞著“做”進行，即“學”圍繞著“做”。教師在教學中要擺脫傳統(tǒng)教學習慣的影響，將“做”擺在核心位置，讓學生在“做”中體會科學探究的魅力。

2.2“做與導”

教師的“導”在教學過程中擔當了重要的角色，如何在實驗教學中將“做”與“導”有機結合，這其中很重要的是設計相關的教學問題。設計問題非常重要，問題設計得好，有利于學生深入思考和討論，促進學生學習活動的有效進行；設計得不好，就有可能會使學習活動流于形式。

對于學生而言，選修1的教學內(nèi)容以及學習方式是全新而陌生的，而且在學習的過程當中，遇到的問題肯定比較多而且棘手，因此本節(jié)課適于采用小組合作探究的方式教學。合作學習使學生在小組或團隊中為了完成共同的任務，而進行明確的責任分工，從而進行互助性學習。

具體實施過程如下：

（1）前期準備。

①分組準備：前期的準備工作主要是進行分組。常見的分組方式是按照座位地點劃分，這樣的分組方式有利于學生相互交流，且操作簡便。弊端是各個組的學習情況、學生討論水平、能力不同，可能會出現(xiàn)各種問題。首先，有可能出現(xiàn)有的小組討論很激烈，而另一組很沉悶，致使合作學習不均衡現(xiàn)象；其次，不利于對學習小組進行考核。因此，筆者即按照學生學習情況、討論水平、能力不同進行平衡劃分組。為了便于學生討論交流，在生物課堂上按照新組就座，形成學習小組。一般以4～6組為宜（每組的人數(shù)不宜太少，否則不容易分工，也不宜太多，否則討論比較困難）。

②教學準備：教學準備主要是指教師在上課前所需要完成的準備工作，尤其是課堂上教師準備讓學生完成學習任務的前期準備工作。主要包括教學設計，實驗材料、器具的準備，每個環(huán)節(jié)都需要教師考慮周全。

（2）學習過程。

①實驗原理是一個實驗的指揮棒，可以讓學生自主閱讀書本，在組內(nèi)加以匯總、歸納分析，為后面的自主進行實驗設計打下基礎。同時教師也要鼓勵學生提出一些小問題，培養(yǎng)學生的質疑意識。

設計基本思路是：利用DNA與RNA、蛋白質和脂質等在物理和化學性質方面的差異（如不同物質在溶解性，對酶、溫度、洗滌劑等的耐受性等方面的差異），提取DNA，去除其他成分。

②實驗過程的引導是重頭戲。在整個實驗教學過程中，是以學生為主體完成的，各項教學活動主要都是在教學小組內(nèi)完成。但是在教學過程中，教師顯然不能是旁觀者，而要融入其中，否則就無法對課堂進行指導。教師的主要作用是通過設計一系列問題的方式引導學生去探索、閱讀、討論，并且負責答疑和引導。教師要引導學生通過實驗，不僅掌握某項具體生物技術，而且通過實踐領悟科學研究的一般過程，將學生的自主性與教師的引導有機地融合，同時滲透科學方法的訓練，體現(xiàn)對學生科學探究能力的全面培養(yǎng)。

具體引導過程如下：

①實驗材料的選擇。

提供幾組實驗材料：菜花、豬肝、雞血、精子、豌豆、香蕉、菠菜、洋蔥、獼猴桃、魚卵、豬血。

什么樣的實驗材料適合提取DNA？你打算選用什么實驗材料，理由是什么？你也可以同時用2～3種實驗材料，最后比較哪種材料中DNA的含量更高。

學生討論：凡是有DNA的生物都可以作為本實驗提取DNA的材料，即（菜花、豬肝、雞血、精子、卵子）都可以。精子、卵子等中雖然有DNA，但精子、卵子的DNA含量和體細胞相比減半，提取到DNA含量相對減少，因此，可以選擇菜花、豬肝、雞血。雞血是最佳選擇。理由是菜花是植物，要得到DNA需要經(jīng)過研磨這道程序，豬肝組織塊也需要研磨。而雞血有以下優(yōu)點：核DNA含量豐富；吸水易脹破。

②血細胞液的制備。

提供從市場上買來的雞血，讓學生思考：

取血過程如何解決凝血問題？選用雞血好嗎，為什么？用什么方法得到血細胞液呢？學生討論結果：

加抗凝劑（如檸檬酸鈉）解決凝血問題。雞血的DNA主要存在于血細胞中，而血漿中幾乎無DNA。因此，想辦法把血漿去掉，得到的血細胞液中DNA含量就高了。離心或放冰箱冷藏靜置，除去上清液，即得雞血細胞液。

③提取核物質。

思考：DNA存在于血細胞里，要得到DNA，得想辦法讓DNA從細胞里釋放出來，有什么辦法嗎？

學生討論：方案一：用玻璃棒把細胞打碎。可以在血細胞里加蒸餾水，這樣血細胞被水脹破，同時用玻璃棒攪拌，DNA就釋放出來了。方案二：可以用洗滌劑把細胞膜瓦解的辦法。

在討論的基礎上，教師引導學生嘗試用簡便，可行的方法來進行提取核物質這一步實驗。學生動手操作，教師巡視、質疑：

你覺得現(xiàn)在燒杯中有那些物質了？（有釋放出來的核物質如DNA、蛋白質，還有破碎的膜碎片）

如何將它們分離呢？（用紗布過濾，去濾液）

你覺得得到的濾液中可能含哪些物質呢？教師引導學生，結合原理分析討論：除去了膜碎片等較大的雜質，濾液中應該有DNA、蛋白質、脂質等物質。

如何進一步分開它們呢？說出理由。

學生討論：方案一：可以直接在濾液中加嫩肉粉，因為嫩肉粉中的蛋白酶可將濾液中的蛋白質分解而得到DNA。方案二：可以利用DNA在2mol/L的NaCl溶液中溶解度大，可析出蛋白質的特點，分離得到DNA。方案三：通過將溫度控制在60～80℃，使蛋白質變性而DNA不變性的特點，分離得到DNA。

師：同學們說得很有道理，你可以選擇適合自己的簡便易行的方案操作。

學生動手操作，教師及時指導。

④溶解核內(nèi)DNA。

師：在很多學生都想到了利用DNA在NaCl濾液中的溶解度分離DNA和其他物質的基礎上，如果你采用的也是該方法，如何從濃鹽中得到DNA呢？

學生討論：DNA在0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度最小；可直接在剛才的濃鹽燒杯中加蒸餾水，降低DNA溶解度使DNA析出；可進一步用紗布過濾，從紗布上得到DNA的黏稠物。

師：你覺得加蒸餾水需要注意哪些方面？

學生討論：蒸餾水不是越多越好。當NaCl溶液達到0.14mol/L時，再加蒸餾水就會使析出的DNA又溶解了；為了保證得到DNA的量，要緩慢加蒸餾水，待絲狀物不再析出，就要停止加蒸餾水。

師：同學們得到的絲狀物有的組多，有的組少，能分析一下原因嗎？哪些步驟的操作會影響到絲狀物集中？

學生討論：可能是第一次加蒸餾水，沒有充分攪拌讓細胞破裂；過濾操作不規(guī)范，損失了DNA；第二次加蒸餾水時沒有控制好，過少或過多；玻璃棒攪拌的力度過大，將DNA打碎了。

教師總結：每一步都是影響實驗失敗的因素，同學們一定要認真分析，注意操作的原理及其注意事項，把握好細節(jié)，才能走向成功。

進一步質疑：成功得到絲狀物的小組同學認真思考，此時的絲狀物不是很純凈，如何進一步提純呢？冷酒精對析出DNA作用大嗎？

學生討論：DNA不溶于體積分數(shù)為95%的冷酒精。為了達到進一步提純的目的，還要把絲狀物用2mol/L的NaCl先溶解，進行過濾，再采用剛才的方法即可；冷酒精加速了DNA的析出，提高了效率。

學生動手操作，在操作中及時反思實驗設計，同時教師鼓勵學生自主研習和設計實驗方案。此外，教材還有大量的旁欄問題，大多是引導學生思考“應該怎樣做”以及“為什么要這樣做”的，教師要靈活應用。

（3）評價總結及批判性研究。

《必修?生物技術實踐》要求學生積極參與探究的全過程，評價主要包括：學習的積極性和態(tài)度、課堂教學的參與程度、操作的認真性和參與程度、實驗成果的展示，實驗報告的完成情況、方法改進等方面。如何對學生的學習情況進行合理評價，在教學實踐中，教師應根據(jù)實際情形確定準確和可操作的評價體系。

就DNA粗提取和鑒定實驗是一個定量分析定性檢測實驗。其生化實驗的復雜性決定了學生必須對該實驗的操作要點和具體步驟作出必要的歸納總結，才能對實驗流程作一個整體把握。教師應鼓勵學生積極開拓思維，從不同的研究角度大膽地進行創(chuàng)新研究，讓學生在評判諸如選材的優(yōu)劣、操作的繁簡、實驗的改進、失敗的原因分析等方面問題的過程中，愉快而輕松地學習。

學生在小組討論后，將本節(jié)課的收獲總結如下：

①一個目的：在體驗科學思維的過程中提取和鑒定DNA。

②兩次用蒸餾水：蒸餾水破膜提取核物質和蒸餾水稀釋析出DNA。

③三次過濾：過濾核外物質，過濾DNA核蛋白，過濾DNA。

④四個關鍵詞：DNA提取，設計思路，科學思維和研究性學習。通過研究性學習，學生在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、處理問題的過程中，能不斷領悟科學思想和掌握科學方法，并以極大的探究樂趣主動地去探索生命的奧秘。

⑤五次攪拌：第1步同方向加力攪拌，第3、5、7步同方向輕緩攪拌。

⑥六種溶液：主要有檸檬酸鈉液、酒精液、二苯胺液、甲基綠液、0.015mol/L和2mol/LNaCl溶液。

⑦七種探究模式：本實驗可嘗試性拓展為探究性實驗。

改型后主要參考課題有：

①探究使用雞的不同組織材料進行實驗時的實驗效果。

②探究蒸餾水量引起的雞血細胞在不同低滲狀態(tài)下的破裂程度。

③探究DNA在不同質量分數(shù)氯化鈉溶液中的溶解度并繪出曲線圖。

④探究DNA鑒定過程中不同水浴溫度對顯色的影響。

⑤探究沉淀DNA時不同溫度的酒精對沉淀量的影響。

⑥探究過濾過程中紗布層數(shù)對最終提取物量的影響。

⑦探究使用玻璃燒杯、試管與使用塑料制品對DNA提取量的影響。

⑧八個步驟：提取→過濾→溶解→過濾→再溶解→再過濾→提純→鑒定。

（4）教學反思

通過“做”與“導”可以鍛煉學生解決實際問題的能力，縮小理論與實踐的距離。與必修教材中片斷式的探究活動相比，課題展現(xiàn)的是更加真實、豐富和完整的科學探究情境。學生擁有選擇課題，了解、分析背景知識，理順研究思路，設計實驗流程，規(guī)范操作到評價結果的獨立自主權。又由于課題最終需要獲取某項“產(chǎn)品”，因而使學習具有實戰(zhàn)演練的性質。

此教學方式有助于學生構建綜合的知識體系。課題的構建基于具體問題的解決，而問題的解決方法往往是泛學科的，這就促使學生各方面的知識以解決問題為核心，產(chǎn)生相互聯(lián)系。例如，該實驗中就涉及到許多物理和化學知識的應用。

此教學方式有助于學生養(yǎng)成終身學習習慣。課題的完成要求學生針對問題，自學相關知識，運用科學方法，遵循基本的原則和要求，做出實驗決策，并最終生產(chǎn)出“產(chǎn)品”。這一過程能夠培養(yǎng)學生的自學習慣，鍛煉其自學能力，為終身學習習慣和能力的養(yǎng)成打下基礎。

綜上所述，生物技術實踐，不再是傳統(tǒng)生物教學中的“照方抓藥”式的做實驗。通過教師的有效