以實驗為先導(dǎo)的“D N A粗提取與鑒定”的教學(xué)設(shè)計

欣向紅 （江蘇省金湖中學(xué) 江蘇淮安 211600）

以實驗為先導(dǎo)的“D N A粗提取與鑒定”的教學(xué)設(shè)計

欣向紅 （江蘇省金湖中學(xué) 江蘇淮安 211600）

以分組實驗為先導(dǎo)，引發(fā)學(xué)生問題意識；以一張表格為主線，層層推進教學(xué)目標(biāo)；以問題串為支點，突破教學(xué)重難點；以教學(xué)反思為階梯，樹立新的教學(xué)觀。

教學(xué)設(shè)計 DNA粗提取 實驗教學(xué)

1 教材分析

“DNA粗提取與鑒定”是人教版選修1模塊中的一個課題。盡管在《必修1·細胞與生命》中通過實驗觀察了DNA和RNA在細胞中的分布，在《必修2·遺傳與進化》中學(xué)習(xí)了DNA分子的結(jié)構(gòu)，但學(xué)生對DNA分子仍缺乏較直觀的認識。物質(zhì)的粗提取和鑒定實驗是開展分子生物學(xué)研究的基本技術(shù)。本課題的教學(xué)不僅是對必修1、必修2教材中有關(guān)組成細胞化合物的驗證和DNA的理論知識的鞏固，而且還可以幫助學(xué)生理解與掌握細胞中化合物的提取原理和技巧，初步了解分子生物學(xué)的基本實驗方法。

2 設(shè)計思路

“生物技術(shù)實踐”課程的基本理念是提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，而生物學(xué)實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑和方法。因此，《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》在課程設(shè)計思路中指出：“生物技術(shù)實踐”模塊重在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗、動手操作、收集證據(jù)等科學(xué)探究的能力，增進學(xué)生對生物技術(shù)應(yīng)用的了解。本課題的教學(xué)設(shè)計思路是首先以實驗為先導(dǎo)，引發(fā)學(xué)生的問題意識，激發(fā)學(xué)生主動解決問題的欲望；再通過一條主線，以問題串為載體，采用小組合作學(xué)習(xí)的方式，將教學(xué)目標(biāo)逐層推進。教師的主要任務(wù)不是詳細講解，而是給學(xué)生提供實驗條件及必要的參考資料，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計和進行實驗，引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生的問題討論。本課題課時安排為2課時。

3 教學(xué)目標(biāo)及重難點

知識目標(biāo)：理解DNA粗提取和鑒定的原理。

能力目標(biāo)：① 初步掌握DNA粗提取和鑒定的方法；② 在對實驗原理、步驟的理解和分析過程中培養(yǎng)科學(xué)思維；③ 熟悉粗提取生物大分子的一般性方法。

情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo)：在實驗過程中培養(yǎng)嚴謹細致、實事求是的科學(xué)態(tài)度。

教學(xué)重難點：DNA的粗提取和鑒定的方法及原理。

4 教學(xué)過程

4.1 以分組實驗為先導(dǎo)，引發(fā)學(xué)生問題意識

愛因斯坦曾說：“提出一個問題往往比解決一個問題更為重要，因為解決一個問題也許只是一個數(shù)學(xué)上或?qū)嶒炆系募记蓡栴}，而提出新的問題、新的可能性，從新的角度看舊問題，卻需要創(chuàng)造性的想象力，而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進步?！彼季S是從問題開始的，有問題才有思考，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識，是創(chuàng)新教育的起點。

本課題教學(xué)的常規(guī)做法是先進行基礎(chǔ)知識和實驗設(shè)計的理論教學(xué)，然后再安排學(xué)生到實驗室去做實驗。筆者在進行本課題教學(xué)時，則是先讓學(xué)生在課前自學(xué)了有關(guān)知識，第一課時再安排學(xué)生到實驗室以雞血細胞液為材料，動手進行DNA的粗提取與鑒定的實驗，讓學(xué)生在體驗中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。

4.1.1 課前制備，課堂匯報

教師要求興趣小組的學(xué)生提前到農(nóng)貿(mào)菜場采取雞血，制備雞血細胞液。實驗時，興趣小組的學(xué)生向全班同學(xué)匯報制備過程，展示制備好的雞血細胞液。

4.1.2 分組實驗，自主體驗

教師通過大屏幕展示DNA粗提取與鑒定的方法步驟（表1），學(xué)生根據(jù)步驟提示進行操作。過程中教師只是指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計和操作實驗，不進行實驗步驟的詳細講解。

4.1.3 提出問題，嘗試解決

結(jié)合實驗操作，每個實驗小組至少提出兩個問題。在課末最后5 min，各小組匯報、交流提出的問題。針對提出的問題，各小組課后查資料，相互討論，嘗試著解決問題。教師對各小組提出的問題進行匯總，并結(jié)合這些問題進行下節(jié)課(第二課時)的備課。

4.2 以一張表格為主線，層層推進教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)上節(jié)課學(xué)生所提問題的匯總，教師大屏幕呈現(xiàn)表2。通過這張表格檢查上節(jié)課的學(xué)習(xí)效果，層層推進、落實本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。

4.2.1 檢測上節(jié)實驗課及課后自主學(xué)習(xí)的效果

（1）各小組匯報課后針對所提兩個問題搜集資料的情況，其他小組可以進行補充、質(zhì)疑和提問，教師在此過程中進行掌控。

（2）教師設(shè)問：表中加入的物質(zhì)及每一步的目的是什么？

表1 D N A粗提取與鑒定的方法步驟

表2 D N A粗提取與鑒定的基本步驟

4.2.2 層層推進本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)

以學(xué)習(xí)小組為單位，討論以下問題：

① 該實驗體現(xiàn)了哪些原理？② 以雞血細胞做實驗材料的優(yōu)點是什么？實驗材料的選取原則是什么？③ 如果實驗材料是植物，與用雞血相比，會有哪些不同？④ 獲取含DNA的濾液中可能含有哪些成分？為了純化DNA需要將濾液作怎樣地處理？

4.3 以問題串為支點，突破教學(xué)重難點

對以上幾個方面所包含的重難點知識，教師通過設(shè)計問題串，讓學(xué)生自主閱讀教材，進行小組討論，教師適時、適當(dāng)點撥，以突破這些重難點。

針對以上問題①所涉及原理中的“DNA在不同濃度NaCl溶液中溶解性”和“DNA與雜質(zhì)如某些蛋白質(zhì)在酒精中溶解性”， 教師可以設(shè)計以下問題串：① 畫出DNA在不同濃度NaCl溶液中溶解度曲線圖，說出DNA在不同濃度NaCl溶液中溶解度如何？② DNA與雜質(zhì)如某些蛋白質(zhì)在酒精中溶解性有什么差別？③ 還可以利用哪些理化特性將DNA與蛋白質(zhì)分離？④ 以上3題的討論在提取生物大分子方面給你什么啟示？

針對以上問題②“選擇雞血細胞這個實驗材料”，設(shè)計以下問題：① 為什么不選豬血？② 若用豬肝做實驗材料有什么不足？教師借著這兩個問題，讓學(xué)生逆向思考：哺乳動物的成熟紅細胞無細胞核及細胞器，提取不到DNA；用動物肝臟作實驗材料需要研磨、離心，對設(shè)備要求較高，操作繁瑣，歷時較長，從而使學(xué)生明確實驗材料選擇的原則是“DNA含量相對較高，材料易得，實驗操作方便”。

針對以上問題③“如果實驗材料是植物，實驗設(shè)計會有哪些不同”，教師設(shè)計以下問題串：① 如果實驗材料是植物如洋蔥，如何破碎細胞？② 提取洋蔥DNA時，在切碎的洋蔥中加洗滌劑和食鹽的作用是什么？③ 提取洋蔥DNA時，如果研磨不充分，會對實驗結(jié)果產(chǎn)生怎樣的影響？

針對以上問題④“獲取的含DNA的濾液如何純化”，教師設(shè)計以下問題串：① 濾液/研磨液中可能含有哪些成分？② 為了純化DNA需要將濾液作怎樣的進一步處理？③ 教材P55中的方案二和方案三的原理有什么不同？

4.4 以教學(xué)反思為階梯，樹立新的教學(xué)觀

教學(xué)反思是對過去的教學(xué)設(shè)計、教學(xué)過程和教學(xué)效果的再認識、再思考。新課程改革中,教師只有不斷反思,才能使教學(xué)中的不足得到彌補，教學(xué)經(jīng)驗得到升華，從而改善教學(xué)理念與操作體系，形成新的教學(xué)觀。4.4.1 反思實驗操作過程，積累實驗經(jīng)驗

結(jié)合第一課時中對學(xué)生實驗操作過程的觀察，教師對學(xué)生實驗效果不好的原因進行整理，為今后的實驗積累經(jīng)驗。如在“析出含DNA的黏稠物”這一步驟的加蒸餾水過程中，有這樣幾種不正確的操作：① 學(xué)生不是沿?zé)瓋?nèi)壁緩緩加入蒸餾水，而是倒入蒸餾水。② 沒能在緩緩加入蒸餾水的同時用玻璃棒不停地沿一個方向輕輕攪拌。③ 停止加入蒸餾水的時間沒把握好。④ 實驗的后幾步操作中攪拌速度偏快，導(dǎo)致實驗效果不佳。

4.4.2 反思興趣小組的課前準(zhǔn)備和課后延伸探究，拓寬實驗教學(xué)思路

由于課堂教學(xué)時間有限，興趣小組的學(xué)生課前完成雞血細胞液的制備，課上進行匯報和展示。這樣既保證了充足的課堂實驗時間，又可以方便課后其他學(xué)生就制備雞血細胞液與興趣小組的同學(xué)進行探討和交流。

一堂課的時間要進行多方向探究是不可能的。因此，教師可利用每周社團活動的時間，讓興趣小組的學(xué)生進行“不同材料的DNA粗提取”“去除濾液中雜質(zhì)的不同處理方法”的探究。如結(jié)合教學(xué)資料上介紹的有關(guān)該實驗的一些研究，教師提供了黃豆幼根、幼嫩的白蘿卜變態(tài)根、洋蔥鱗莖和幼嫩的花椰菜的花序這些來源易得的材料，讓興趣小組分別進行DNA的粗提取與鑒定。通過實驗發(fā)現(xiàn)黃豆幼根、洋蔥的效果最佳，這就為今后選擇來源易得、價格低廉、實驗效果明顯的實驗材料提供了直接的經(jīng)驗。對于DNA濾液中雜質(zhì)的去除，教師引導(dǎo)興趣小組的學(xué)生分別進行了在溶液中加不同濃度NaCl溶液、在濾液中加嫩肉粉、在濾液中加多酶片、將濾液放在60～75℃的恒溫水浴中保溫10～15min這四種處理方法。這樣既讓學(xué)生體會了不同方法去雜質(zhì)的原理，又可以讓學(xué)生自己尋找去除雜質(zhì)的相對簡便且效果明顯的途徑。

4.4.3 轉(zhuǎn)變教學(xué)觀，使實驗教學(xué)更開放、更具探索性

思想是行動的指南，觀念是行動的靈魂。新課程中，教師在實驗教學(xué)中不再是實驗步驟的講解者，而要成為實驗活動的組織者、實驗過程的支持者和指導(dǎo)者，必須把實驗課程內(nèi)容轉(zhuǎn)化為具有探索性、開放性和適應(yīng)性的教學(xué)情境。為此，實驗課不僅要給學(xué)生較多的時間，更重要的是教師在實驗課上所提的各種教學(xué)要求要有開放性。如在分組實驗前，教師對使用的實驗器材不作統(tǒng)一要求，而是讓學(xué)生根據(jù)實驗設(shè)計，自由選擇具體的器材種類，還可以指導(dǎo)學(xué)生課后自制一些實驗器材，從而有利于學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力的發(fā)展。實驗課課上的時間畢竟有限，為使學(xué)生的實驗技能和創(chuàng)造能力得到充分的發(fā)展，可創(chuàng)造條件開放實驗室。在開放實驗室的充裕時間里，教師可引導(dǎo)學(xué)生對教材中的演示實驗進行改進和探索，也可以就一些課后實驗讓學(xué)生自己去實驗、觀察和思考，由此發(fā)展實驗?zāi)芰?、操作能力、?chuàng)新能力，使學(xué)生產(chǎn)生一種探索知識的內(nèi)在動力。學(xué)生也可以從擬定方案，進行試驗，到實驗出現(xiàn)異常等方面反復(fù)對比，使思維更具有深度。

G633.91

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文件編號：1003-7586(2017)10-0041-03