教材中的分离技术

谈谈新课标生物教材中的分离技术 杨浩东【摘要】：学习生物学知识，除了记住生物学原理和结论以外，更重要的是学习科学研究的方法和技术，能利用这些方法和技术解决实际问题，并养成良好的科学素养。本文以教材实验中的分离技术为例，挖掘出教材中有关分离技术的讲解和应用实例，提出如何实施实验技术的教学和该课程内容教学的具体特点。通过对教材的第二次加工，对教材内容的重组、拓展和深化，使教材更加“校本化”。使我们的教学更能满足学生的需求。【关键词】：分离技术 新教材 实验技术教学 在生物科学研究的实验中，常需要采用各种物理、化学、生物等方法技术，以解决定性、定量问题。按目的来看，可以包括分离技术、鉴定技术、定量技术、生物活性测定技术等。按研究对象来看，可以包括个体、器官、组织、细胞学研究技术、遗传学研究技术、分子生物学研究技术等。而在本文中所提到的生物学研究技术，只是教材中提到的某一些易学易掌握的常用技术。并以分离技术为例，谈谈如何挖掘教材，进行关于实验技术的教学。一、 进行“生物科学研究常用技术”教学的必要性 普通高中课程方案指出：高中课程内容强调掌握必需的经典知识及灵活运用的能力；注重培养学生浓厚的学习兴趣、旺盛的求知欲；注重培养学生分析和解决问题的能力。为适应社会对多样化人才的需求，各学科分类、分层次设计多样、可供不同发展潜力的学生选择课程内容，以满足不同学生的需求。而新课程理念将全面提高学生的科学素养放在重要的地位。要求通过生物课程的学习，能促进每一个学生的发展。要求教师引导学生学会运用比较系统的科学探究方法和生物科学知识分析和解决与生产、生活密切相关的实际问题，为今后进一步学习和步入社会做好准备。具体到普通高中生物课程标准中也提倡学校尽量完善学生实验室的建设、仪器设备和用具的配置，生物教师也应该创造条件，开设生物学实验、重视定量实验，提供机会学习量的测定，记录、分析实验资料，表述实验结果。在课程标准中，也提倡教师挖掘各种课程资源，开发校本课程，了解生物科学信息，激发学生兴趣，掌握一些生物科学研究的常用技术。通过教学实践，本人也体会到：挖掘教材中常用的生物科学研究技术，以一定的方式呈现给学生，使学生学会方法、能解决实际问题，既符合新课标对学生的要求，又能激发学生兴趣，提升学生能力，更能适应社会需求。二、如何进行“生物科学研究常用技术”的教学与老教材相比，在新教材的必修、选修课本中，特别注重呈现科学家们采用了许多巧妙的实验研究得出了许多重要的生物学结论和规律。我们要重视学生对实验结论的学习，也要注重实验思路和实验方法的学习，同时也要加强对学生情感态度的教育。从另一个层面上看，我们还可以挖掘到许多生物学研究的技术，特别是生物学发到今天的细胞、分子生物学领域时，这些研究技术既是解决实验研究中的基础方法技术，又是探索前沿生物科学热门问题的重要手段。 如何进行“生物科学研究常用技术”的教学呢？本人做了如下思考：1、 从教材中“提炼”出常用的生物学研究技术。（以分离技术为例：） I分离技术之离心技术 差速离心 利用高速离心机在不同的转速下离心，不同的离心速度必然产生不同的离心力，将各种成分分离开来。起始的离心速度较低，让较大的颗粒沉降到管底，小的颗粒仍然悬浮在上清液中。收集沉淀。改用较高的离心速度离心悬浮液，将较小的颗粒沉降，以此类推，达到分离不同大小颗粒的目的。密度梯度离心 用一定的介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度，将细胞混悬液或匀浆置于介质的顶部，通过重力或离心力场的作用使细胞分层、分离的方法。密度梯度离心常用的介质为氯化铯、蔗糖和多聚蔗糖。教材呈现方式教材中的具体章节位置实验：体验制备细胞膜的方法。在试管中，细胞破裂后，还需用什么方法才能获得较纯的细胞膜？必修一教材分子与细胞第3章第一节：细胞膜系统的边界。在信息框中直接介绍如何用差速离心的技术将细胞器分离。必修一教材分子与细胞第三章第二节：细胞器系统内的分工合作。艾弗里及同事对S型细菌中的物质进行分离、提纯，分别加入R型细菌的培养基中。必修二教材遗传与变异第三章第一节：DNA是主要的遗传物质。被35S或32P标记的噬菌体与细菌混合培养后，需搅拌离心。必修二教材遗传与变异第三章第一节：DNA是主要的遗传物质。15N标记的大肠杆菌转移到14N的培养基中，在不同时刻收集DNA，并进行密度梯度离心。必修二教材遗传与变异第三章第三节：DNA的复制。II 分离技术之凝胶电泳技术作用：用于分离蛋白质和核苷酸链。 作用原理： 聚丙烯酰胺凝胶是网状结构，具有分子筛效应。在电泳的过程中，蛋白质能够保持完整状态，并依据蛋白质的分子量大小、蛋白质的形状及其所附带的电荷量而逐渐呈梯度分开。（对核苷酸链同理。）教材呈现方式：课后读中的DNA指纹技术，电泳分离DNA片段。摘自必修二遗传与变异第三章 第四节：基因是有遗传效应的DNA片段蛋白质的分离，摘自选修一生物技术实践 专题五 课题3：血红蛋白质分离。目的基因的分离、提取、鉴定中需要用到该技术。选修三，未明确指出。课后拓展视野读物基因芯片技术 ，选修三 专题一 1.3 基因工程的应用。III 分离技术之层析技术 层析：基于不同物质在流动相和固定相之间的分配系数不同而将混合组分分离的技术。当流动相(液体或气体)流经固定相(多孔的固体或覆盖在固体支持物上的液体)时，各组分沿固定相移动的速度不同而分离。能用于微量样品的分析和大量样品的纯化制备。 教材呈现方式：绿叶中的色素的分离 摘自教材必修一分子与细胞第五章 第四节 能量之源光与光合作用。IV 分离技术的其它技术 将物质分离还有许多其它技术，特别是在选修一生物技术实践中，还谈到了DNA的分离提取用到的盐析技术，蛋白质分离的凝胶色谱法，玫瑰精油提取的蒸馏技术，胡萝卜素提取的萃取技术等。在本文中就不一一详细说明。 另外，还有个体水平的分离，如水稻抗病与易感植株的分离；细胞水平的分离，如癌细胞与普通细胞的分离、单克隆抗体技术中不同杂交细胞的筛选、不同的微生物菌株分离的技术等，在本文中也不详细说明。2、实施生物学研究技术教学的途径。由上述情况看出，每种实验技术在教材中都有一定的呈现方式，在新课教学时就可以实施教学。但这些技术又不止在某一处得到体现，因此又可以在高三复习中以专题的形式进行综合提升。另外，这些技术涉及到物理、化学等技术原理，还需利用其它学科知识、以及网络知识进行理论铺垫。第三，某些技术只适合部分感兴趣、有需求的学生掌握，可以通过校本选修课，进行额外补充。可以用下图简单概括：新课教学实验技术专题复习理化生知识铺垫网络研修校选研修实验课实践3、实施生物学研究技术教学的几点建议。第一：有条件的学校尽量建设好现代生物技术实验室，比如组培室。添置一些常用的仪器、设备。尽量要想尽一切办法把能够开设的学生实验开足。让学生体验实验过程，熟悉设备仪器的操作。第二：强调学生的自主、探究和合作。学生第一次接触某个实验技术时，老师可以帮助学生了解技术的原理和操作过程。但以后在新的情境中，要尽量引导学生用已学的技术来解决新的问题。可以开展探究和合作学习。第三：适时地、有选择地开展实验技术的教学，有的实验技术的教学要面向全体学生，而有的技术可以只针对有兴趣、学有余力的学生进行教学。第四：教师可以适当设计一些课后练习，创设情境，测试学生运用已学技术解决实际问题的能力，做出恰当评价。习题举例：在低温下，将叶片置于研钵中研磨后，将叶细胞匀浆分级离心，结果如下图所示。请用S1S4，P1P4回答问题。（1）DNA含量最多的是_。（2）在_中，主要存在合成蛋白质的结构。（3）给P2照光有氧生存，说明P2主要是_。三、实施“生物科学研究常用技术”教学的特点1、基础性根据普通高中课程方案的要求，应该是使学生掌握生物学基本知识和基本实验方法和技能，并能解决一定的生产、生活中的问题。因此，实施常用生物科学研究技术的教学，不是把所有理论、所有技术全部，特别是高深技术、没有条件实施的技术都教给学生，那样就脱离了教学实际，也违反了学生的认知不规律。不但不能激发学生兴趣，反而会适得其反。在开展教学过程中，我们应当注意教学实际的需要，考试的需要，也要注意学生的学习的需要，和认知能力的限度前提。因此，我们要有选择地学习，注重学习内容的基础性特点。才能有效开展教学活动。2、时代性 高中模块式新教材，特别是选修教材，给予了教学更大的灵活性，也把高中生物知识推向了许多前沿生物科学技术。让学生更贴近现代生物科学研究的各种方法技术手段，以及取得的各种成就；更能深刻体会到这些科学技术带来的重大理论突破和社会效益。具有鲜明的时代性。在开展生物科学研究技术教学时，我们要注重理论与实践的结合，注重技术与生产、生活实际相结合，突显这些技术的时代性。本人在关于基因工程、细胞工程技术教学过程中，不仅使学生掌握这些技术的理论基础和操作过程，也彰显了这些技术对现代社会的生产和生活带来的重大影响。并激发学生创造性思维。有学生向我提出了许多大胆的猜想。比如：让动物细胞与植物细胞融合；让癌细胞与卵母细胞的细胞质重组等。还有些学生想自己将来研究某一基因工程技术，生产某种产品并推广，申请专利，成为老板；还有些学生想借助这些技术攻克某些生物学疑难，拿到诺贝尔奖。所以，这是新教材给我们教师带来了一个很好的契机，我们要把握好新教材的时代性，培养符合新时代要求的学生，使学生收获成功的喜悦；激发学生探索新知识的欲望。3、选择性 普通高中课程方案指出，为适应社会对多样化人才的需求，满足不同学生的发展需要，在保证每个学生达到共同基础的前提下，各学科分类别、分层次设计多样的、可供不同发展潜能学生选择的课程内容，以满足学生对课程的不同需求。因此，实施实验技术教学时，应当分清楚哪些是所有学生必须掌握的，哪些是有兴趣的同学可以额外补充的。针对不同的学生群体，选择不同难度、不同需要的技术进行教学，使每一位同学都有“吃饱”的感觉。四、总结 关于实验技术的教学本来是高中教学中的一个难点，采用传统教学方式、或者只讲述不实践，均难达到最佳效果，或者未能使学生的能力真正得到提升。因此，本文就关于实验技术的教学谈了本人的一些观点和建议。有许多不恰当的地方，希望得到大家的批评指正。【参考文献】：生物选修课程教学指导意见（试行） 湖南省教育厅发行生物课程标准（实验）中国教育部制定普通高中课程方案（实验）普通高中生物教科书必修一、二、三普通高中生物教科书选修一、三8