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  • 2013对高中生物新教材选修1的实验研究

     摘要: 浙江科技出版社的生物选修1教材已经在浙江省及国内部分地区开始使用,浙江省教育装备中心因此设立了此项课题。本文利用本校已具备的全新实验器材,对选修1教材中所涉及的实验进行了初步的改革和探索,并对实验器材和实验操作过程提出合理化的意见,以期待实验的进一步完善,希望能为同行们在今后的生物实验教学中提供有益的建议。
        关键词:新教材;实验配置;建议;改进
        本课题将对浙江科技出版社高中生物新教材选修1的实验进行初步研究,各实验就实验材料和仪器、实验方法和步骤、学生实验结果统计分析、实验安全性分析、成本初步估算和中学普及可行性分析等模块进行配置研究。以期待建立起系统性能配置合理、适应性广、可操作性强并且适合新课标的普通高中生物实验室,其布局努力坚持科学、合理、环保、实用、节约的原则,在满足基本功能的同时,体现标准化和人性化的特点。
        一、课题的现实背景及意义
        新教材最突出的特点是突破以学科为中心的观念,建立以学生发展为中心的理念;关注学生的全面发展;体现基础性、开放性、先进性;增加探究性教学、研究性学习的实验教学内容。根据以上原则,本文总结了本次实验课题研究的具体思路:
        (一)简单化:
        把难度大和理论知识抽象难懂的实验给简单化,易操作化,特别是对一些原本属于大学阶段的实验加以改进。
        (二)分组实验:
        有利于中学生以班级为单位的分组实验。
        (三)节俭化:
        选修1中,很多实验器材和药品十分昂贵,采取措施加以节省以及在不改变实验效果的前提下寻找替代药品。
        (四)改变实验性质:
        把原本是定量的实验变成定性的实验,特别是针对PCR技术和微生物培养实验。由于中学生很难完成对不同DNA样品的比对,很难做到量化分析,所以本文认为,该PCR实验中只要能电泳出DNA,并能在紫光灯下看到DNA就可以。
        (五)降低实验的危险性:
        鉴于中学生知识水平和实验能力有限,在实验中应该更加注意操作的规范性。
        二、实施步骤
        (一)学生分组:
        2008年1月,选取一部分学生参加本次实验配置研究,本文选用本校参加全国生物联赛的学生参加实验,并且根据学生兴趣进行合理的分组。
        (二)资料找寻:
        2008年2月份,给学生布置寒假作业,让有关学生查阅相关实验的资料,为08年3月开始的实验实际操作打下基础。
        (三)实验技能总体培训:
        鉴于学生对此类实验从未接触,所以在所有实验开始之前,对全部参与本次实验配置研究的学生进行基本实验技能的培训,并熟悉各种实验器材。本文认为在实验开始之前让全体实验学生参观实验室并做操作演示是很有必要的,对于新实验的开展,此次的全员培训工作是整个实验进行的基础。
        (四)全面开始实验:
        3月中旬,开始所有实验。课题组全体教师充分利用所学知识,对学生进行了详细的实验操作指导,使学生完成了选修1中的所有实验。
        (五)归纳总结:
        5月份,在完成全部实验的基础上,开始总结和反思,以文字的形式进行归纳。
        三、实验的教学建议与创新
        (一)《微生物的利用》的教学建议与创新:
        1.安全:本文中的教师在参加省级实验培训后,虽然一定程度上掌握了灭菌锅的使用方法,但是在实际实验中仍请本校的医务室医生进行指导,负责学生实验中灭菌锅的使用;原则上不接种毒性较强的细菌。
        2.菌种的获得:在该实验中大肠杆菌菌种是通过在宁波进出口检疫局获得的。建议其他老师可以从当地大学的生物系或医学系中获得菌种。
        3. 经验教训:实验难度大,操作复杂,有大量杂菌污染;由于微生物培养和操作需要将近一个星期时间,导致时间跨度过大,而学生平常课时和课业过紧,所以实验操作过程的连续性很难保证。
        4.实验对策:教师应该贯彻实验复杂性和长期性的教育,同时对学生应当进行科学史的介绍,使学生明白科学成果的获得并非一帆风顺。
        (二)《果汁中的果胶和果胶酶》的教学建议与创新:
        1. 果胶酶的保存:果胶酶非常容易变质失活,所以必须放在冰箱中保存,使用时尽量不要阳光直射。
        2. 果胶酶的溶解:果胶酶溶解的时候,由于本身颜色比较灰暗,并可能会有些变质,所以溶液中常有些沉淀,部分酶不能完全溶解,所以本文建议适当降低该酶的浓度,由2%降为0.5%,颜色变淡,但由于酶的高效性,实验结果依旧明显。
        (三)《加酶洗衣粉的使用条件和效果》的教学建议与创新:
        1.上课前,提前预热好水浴锅,避免上课时水浴锅加热时间过长,可以节省时间。
        2. 市场上大多数品牌洗衣粉都是加酶的,所以购买时候必须看清标签。部分品牌甚至并没有明确标示为加酶洗衣粉,但实际上也可能有少量酶的存在。
        3. 实验中在观察实验现象的时候发现80 ℃水浴锅的锥形瓶中去污似乎也很快,会被大多数师生误认为是在该温度下酶活性也很高。但是根据课题组教师仔细研究发现,实际上80℃条件下并不是去污快,而是80℃的时候血迹被煮熟,形成血块集中到一起,血迹实际上并没有被分解掉。
        4. 实验中要求的20 ℃现实中无法设置,该温度往往已经低于室温,水浴锅发出鸣叫警告声。
        (四)《α-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测》的教学建议与创新:
        1.实验中发现,石英砂和5ml塑料注射器外壳并不配套,实验中石英砂基本无法洗脱,本文认为最好更换石英砂或者更换注射器外壳。本实验起初使用的石英砂颗粒直径为0.5—1mm,经过多次研究实验,认为最好为0.25—0.4mm之间比较合适。
        2.实验中要求淀粉酶的用量为5mg,实验室中标准配置的电子天平只能精确到0.01g,所以本文建议扩大实验量,改为10-20mg量,所配剂量可以用于多组学生实验。在碘的称量过程中同样无法精确到0.127 g ,只能精确到0.13g,建议配置更加精确的电子天平。
        3.按照实验要求配置的石英砂固定化酶、淀粉溶液和KI-I2溶液足够一个班级使用,所以没有必要每一组都配置,可以节省实验材料。
        (五)《用蒸汽蒸馏法从芳香植物中提取精油》的教学建议与创新:
        1.在实验前一天,教师需要准备新鲜的、没有霉烂的橘皮,橘子如果发霉,其青霉菌会产生抗生素,影响芳香油的品质。用清水冲洗橘皮,洗掉灰尘等杂质,沥干水分后,将橘皮摊放在干燥通风处。
        2.整个实验需要加热蒸馏,所以安全是最重要的,特别是在学生分组实验上,注意各种仪器要安装牢固,以免侧翻或蒸馏管泄漏。
        (六)《果酒及果醋的制作》的教学建议与创新:
        1.实验开始前教师须准备足够的新鲜葡萄,最好将实验安排在秋季进行,此时进行实验有如下优点:正值收获季节,葡萄的价格便宜,降低实验成本;此时葡萄上的酵母菌数量多且生活力强,发酵酿酒的效果好;温度适宜,发酵现象明显。
        2.教师在介绍传统发酵酿酒时,首先让学生了解酵母菌的兼性厌氧生活方式,理解发酵需要一定的条件,然后由教师结合教材讲解发酵工程的原理和过程,使学生了解发酵过程中,如何结合微生物的代谢特点来解决发酵过程中遇到的温度调节和培养基添加等实际问题。
        (七)《腐乳的制作》的教学建议与创新:
        1.本实验中毛霉的生长和加盐腌制两个过程需要较长时间,因此必须用分开的两个课时来完成。
        2.教师教学时可从学生熟悉的腐乳类型入手,逐步引入制作腐乳需经一定种类微生物的发酵,同时再给学生介绍微生物发酵工程的有关知识,加强对发酵工程的理解。
        3.评价学生是否成功完成腐乳的制作,其主要的依据是:前期发酵后豆腐的表面是否长有菌丝;后期发酵制作有无杂菌污染;能否从盐、酒的用量、发酵的温度、发酵时间的长短,以及香辛料等因素中的某一因素来说明其对腐乳风味的影响。
        4.可以请教有制作腐乳经验的人或者去参观绍兴腐乳的制作方法。
        (八)《泡菜的腌制和亚硝酸盐的测定》的教学建议与创新:
        1.泡菜的制作可以让学生在家里自己制作,之后带到学校在老师的指导下进行亚硝酸盐的测定。实验中用到的各种溶液,都需教师提前一天配制好。
        2.多数中学没有那么多测定用的比色管,可以用试管代替,但是试剂量应该做适当调整,建议所有试剂减半使用。
        3.不同季节制作出来的泡菜其亚硝酸盐含量是不同的,同时腌制时间的长短对于亚硝酸盐含量也有很大的影响。通过对亚硝酸盐含量受时间长短和季节的影响使学生进一步认识到科学的发展变化规律。
        (九)《植物的组织培养》的教学建议与创新:
        1.实验中所要求的各种溶液配制过程非常复杂,可在市场上直接购买,无需配制,现成使用,节省课时。
        2.外植体的消毒可先在70%酒精中浸泡10min,再放入5%次氯酸钠溶液中浸泡5min,最后在超净台中用无菌水冲洗。尽量避免有毒重金属汞的使用。外植体的消毒工作一定要做到位,否则培养过程中将会被大量杂菌污染,课题组教师在多次的实验中均碰到此问题,外植体发霉很严重。
        3.培养基配好后往往会有培养基液态化现象的出现,使得外植体无法在培养基中直立。根据课题组教师多次实验发现:即使在培养基配方中增大琼脂的量也不能避免。经多次实验研究发现,培养基液态化现象是由于PH值的下降所致,所以建议在配制该培养基过程中要及时使用氢氧化钠来调节培养基的PH值。
        (十)《乳酸脱氢酶同工酶的分离》的教学建议与创新:
        1.大多数中学电泳仪器配备不足,以四人一组操作为宜。电泳过程需要较长时间,教师应该统筹安排好实验的时间:可组织学生在实验课前配制试剂;电泳开始后,利用中间的等待时间来讲解实验的原理。
        2.实验开始前,教师要做示范操作,并且安排学生阅读实验器材的说明使用书,主要是要指导学生完成对电泳槽的安装以及试剂的配制。
        (十一)《DNA片段的PCR扩增》的教学建议与创新:
        1.核酸电泳后,需要染色才能在紫光灯下观察到带型。最常用的染色方法是溴化乙锭染色法。溴化乙锭(EB)是一种荧光染料,有剧毒,因此建议用花青染色剂代替。
        2. 本文认为本实验并不是很适合中学课堂,教师和学生都很难适应。建议不需要让所有的学生做这个实验。
        四、建议与总结:
        经过一个学期的先前准备(标准实验室的建设和实验试剂的购买)和一个学期实验实践,本文对新教材选修1中的实验进行了探索和研究,得出了以下总体经验和反思:
        (一)实验改进:
        应当进行简化操作,一些不必要的过程和要求应当剔除。
        (二)实验思路:
        将定量实验变成定性实验。一些实验在中学课堂中由于种种原因,实际往往达不到实验设计初衷,实验结果的数据精确性有待进一步验证。
        (三)进行实验选做:
        一所中学要做所有要求的实验是不现实的,对于该情况,本文认为每个学校应当根据实际情况选择其中比较简单的实验,如做亚硝酸盐含量的测定,而对于微生物培养和PCR实验可以选择不做,而改用录象法进行观摩。
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