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《DNA粗提取及鉴定》集体备课设计
《DNA粗提取及鉴定》集体备课设计
作者:钱生慧    文章来源:本站原创    点击数:11634    更新时间:2009-9-25 13:41:38

一、指导思想

DNA的粗提取与鉴定》实验是“遗传和变异”一章的重点,DNA是生物工程中研究的焦点,所以通过实验,让学生对DNA的粗提取与鉴定有亲身的体验,形成初步的感性认识是很有必要的。然而,实验所需的试剂器材多,实验员准备时间长(如鸡血的取得及处理),学生操作步骤多,持续时间长(一般需要一节多课),如果仅仅遵循实验步骤提取并鉴定DNA,掌握怎样做,虽然能够培养学生实验操作技能,但不能充分体现新课标理念和高考改革的方向,与我校学生文化素质的基本情况也不相符,因而不能充分利用这次难得的实验机会。

我们知道,新课标倡导探究性学习,力图促进学生学习方式的变革,引导学生主动参与探究过程,勤于动手和动脑,逐步培养学生收集和处理科学信息的能力,获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决问题的能力,以及交流与合作能力等,重在培养创新精神和实践能力。为此,新课标在设计的6个模块中共建议安排68个探究性的实验和实习活动,这比现行教学大纲中安排的多出40个。新课标强调的探究性学习突出地体现在每一个精心设计的学生活动中,即使是简单的验证性实验也是在发现问题、提出假设、设计实验、完成实验以及得出结论的探究过程中进行的。在能力教学目标中将发展学生的探究能力非常具体的规定为11方面如:分析问题,阐明与研究该问题的相关知识、设计可行的实验方案、实施实验方案,收集证据、听取他人的意见,利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护以及作必要的反思和修改等。科学探究强调:知识的获得固然重要,掌握知识如何获得的过程更为重要。

从高考改革来看,高考强调知识、能力、方法,重视科学素养的考察,这与新课程理念是一致的。以今年江苏高考为例,新课程理念体现的十分明显:1、加强了对实验能力和科学探究能力的考查。试卷中共有10题属于实验内容,但考查的侧重点不同,有考原理、过程、装置、研究过程、错误分析等。另外,研究性学习内容考查也有所突出。侧重从研究性学习的方法、研究性学习内容的拓展、延伸与应用进行了考查。这些研究性学习内容在一份高考试题中体现出来,是新课标中关于研究性学习的具体体现。2、注重识图表、绘图表能力的考查。整套试卷出现了表示实验数据、生物学现象、坐标曲线图等各种图形24个。另外,还有7个表格,这些图表的使用,包含了大量的解题信息,考生要从大量图形或曲线中获取信息,加大了思维容量,是对学生能力考查的重要体现。3、联系江苏实际,注重热点问题 。总之,在考查学生对基础知识和基本技能掌握程度的同时,进一步加强了对获取信息、探究、批判思维、综合运用等能力的考查,实验比重大,强调了研究性学习的考查。我觉得我们今年的试题在重视基础知识的同时,加强了对学生科学思维方式和实验技能的考察,将来会不会朝课改区的方向进一步的发展,值得引起我们的关注。

我们的学生,文化综合素质较差,这决定了学生连基础知识的落实都存在很大问题,谈能力的培养就更加困难。(如不少学生课堂自我控制和配合能力低,自主学习不专心,实验中学生哄闹、嬉笑、难以平息下来等情况时常出现;学生基础较差,理解原理都困难,对于探究什么、如何进行探究更是十分茫然;学生表达交流能力弱,小组间学习交流效果差等),但高考的标高是不会降低的,我们必需改变教学方式,通过引导,帮助学生落实基本知识,帮助他们尝试设计实验,培养他们一定的科学文化素养。

有了上面一些想法,我想将这一验证性实验改为探究性实验,通过动脑动手,巩固落实课本基本知识,同时培养学生一定的创新意识。

二、教学思路

依据新课标倡导探究性学习的理念以及高考试题的发展方向,结合我校学生的实际情况,将本实验设计为探究性实验。力求引导学生主动参与实验的探究过程,激发学生的学习热情,帮助学生以感性认识为基础,深入理解、体会科学探究的一般步骤。具体来说,教师在教学中重点注重引导学生分析实验原理,借助实验落实巩固课本基础知识,在具体的操作中,开放实验材料的选择、实验过程的设计、实验结果的鉴定方法,教师只起组织、指导甚至与学生合作的作用,尝试培养学生利用基础知识解决实际问题的能力。学生在充分理解实验原理的基础上,自选实验材料,设计实验步骤,观察实验现象和分析实验结果,教师鼓励学生大胆提出问题、作出假设、科学实验、分析结果,初步培养学生开展探究性实验的信心和科学素养。

三、教材处理

补充实验原理1、鸡血细胞做实验材料,一是因为鸡血(尤其是雄鸡)细胞核的DNA含量丰富,材料易得;二是鸡血细胞极易吸水胀破。2、在浓度较高的氯化钠溶液(物质的量浓度为2 moL/L ),核蛋白容易解聚,游离出DNA。而DNA在浓度较高的氯化钠溶液中的溶解度很高,Na+与带负电的DNA结合成DNA钠盐。这时DNA在溶液中呈溶解状态;3DNA在浓度较低的氯化钠溶液中溶解度小,而蛋白质的溶解度增高(这就是蛋白质的盐溶现象)4、预冷的乙醇溶液具有以下优点:一是抑制核酸水解酶活性,防止DNA降解,二是降低分子运动,易于形成沉淀析出,三是低温有利于增加DNA分子柔韧性,减少断裂;5、洗涤剂等去污剂可以溶解细胞的细胞壁,破坏细胞膜,同时也能使蛋白质变性6DNA和蛋白质对高温耐受性的不同;7、甲基绿能使DNA染成绿色

    补充材料  花椰菜 萝卜 洋葱 月季花叶

洗洁精  研磨液  甲基绿

四、教学目标设计

知识目标

1、通过尝试对植物或动物组织中的DNA进行粗提取,了解DNA的物理化学性质。

2、理解DNA粗提取与鉴定的原理。

能力目标

掌握DNA粗提取及鉴定方法,能利用DNA的性质进行实验设计和操作。

态度观念目标

通过对DNA的粗提取的实验过程的设计及操作,锻炼科学的思维方法,培养实事求是的科学态度。

五 教学重难点

重点 实验原理的分析及材料的选择

难点 实验步骤的设计及操作

六 课时安排

2课时

七、教学方法

设疑分析-----引导探究-------交流讨论的发现法教学

八、教学过程设计

要提取DNA并鉴定提取物是DNA,要解决的主要问题有:①DNA主要存在于细胞核中,如何选取具核的生物组织作为实验材料。②如何除去核膜和细胞膜,对于植物细胞又如何破壁。③细胞核中除DNA外,还有其他一些大分子物质,且DNA以核蛋白体的形式存在。那么,如何使DNA与蛋白质等其他的大分子物质分开。④如何去除杂质使DNA更加纯化。⑤如何验证提取物主要是DNA成分。我们教学的重点就是要以这些主要问题为引子,引导学生在思考这些问题的同时,巩固基础知识,利用这些知识,设计实验步骤。

(一)引入新课  以艾弗里研究DNA是遗传物质的实验设计引入,提出问题:艾弗里实验设计的关键思路是什么?过渡到我们今天也尝试着对DNA进行粗提取并鉴定。

(二)进行新课 

1.原理分析

提取生物大分子的基本思路是选用一定的物理或化学方法分离具有不同物理或化学性质的生物大分子。细胞中有那些大分子物质?哪种大分子在细胞中含量最大?(巩固组成细胞的元素及其化合物)

1.1如何除去其他成分,提取DNA

资料分析 DNANaCl溶液中的溶解曲线 蛋白质的盐溶和盐析现象:在蛋白质水溶液中,加入少量低浓度的中性盐,如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等,蛋白质在水溶液中的溶解度增大,这种现象称为盐溶,如鸡蛋清的溶解。而蛋白质在高浓度的盐溶液中,蛋白质析出,这种现象称为“盐析”。酒精对DNA和蛋白质的不同作用

提出问题:

DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度有何特点?要使DNA溶解,需要使用什么浓度?要使DNA析出,又需要使用什么浓度?

如何操作,使DNA在盐溶液中溶解或析出?

DNA越纯,鉴定时效果越明显,进一步提出问题 利用所学的知识,还有哪些方法可以将DNA和蛋白质分开,进一步提纯DNA?引导学生从酶和温度来思考。(应选用什么酶?蛋白酶,因为酶具有专一性。温度值为6080,因为该温度值蛋白质变性沉淀,而DNA不会变性。DNA的变性是指DNA分子在高温(80以上)下解螺旋,巩固酶的专一性、DNA分子的结构)

归纳小结,形成提取和纯化DNA的方案:

方案一:30mLDNA的滤液+2mol/L NaCl→同方向搅拌,DNA溶解→加入蒸馏水→DNA析出→过滤得到过滤物→放到2mol/LNaCl溶液中溶解→DNA-NaCl溶解液

方案二:30mL滤液+嫩肉粉(木瓜蛋白酶)→静置1015分钟→DNA滤液

方案三:30mL滤液→6075℃恒温保温10~15分钟→过滤获得DNA滤液

1.2如何让细胞中DNA释放到盐溶液中?

提出问题 DNA在细胞中存在部位?能否通过生物膜从细胞中出来?如何破碎细胞?(巩固细胞的结构,细胞膜的结构,物质进出细胞的方式)(方法:研磨、酶解、洗洁精瓦解细胞膜等)

1.3如何鉴定DNA

当鉴定提取出的物质是否是DNA时,需要使用什么指示剂进行鉴定?如何鉴定提取出的DNA是否还含有其他一些杂质,如还原性糖类、脂肪、蛋白质等?要想说明颜色变化是DNA引起的,而不是所含蛋白质这一杂质引起,怎样操作?(巩固前面的实验,培养设计对照的思想)

原理小结:通过利用不同浓度NaCl溶液溶解或析出DNA,可以从细胞中提取和提纯DNA;再利用酒精进一步将DNA与蛋白质分离开来,达到提纯的目的;最后利用二苯胺试剂鉴定提取的物质是否是DNA

2.实验设计

通过原理分析,我们可将实验步骤归纳为 释放组织细胞中的DNA粗提取DNA将粗提取的DNA进一步纯化,鉴定提取物是DNA

21实验材料

 理论上,凡是含有DNA的生物材料都可以考虑。

2.1.1选材原则  不同生物的组织中DNA含量不同,在选取材料时,应选择DNA含量高、材料易得、便于提取的材料。你认为提供的材料中哪些不适合提取DNA?(鱼卵、猪肝、菜花、香蕉、鸡血、哺乳动物的红细胞、猕猴桃、洋葱、菠菜、月季花叶等,学生还可以自己提出实验材料,对一些优秀的学生,可引导设计实验,探究实验最适合的材料)(哺乳动物的血液)

2.1.2从核DNA数目来看,猪38条,鸡78条,哺乳动物血0条,猕猴桃58条,洋葱16条,豌豆14条,菠菜12条,大肠杆菌1条。请选择动植物材料各一种。——鸡血、猕猴桃。

22破碎细胞,获取含DNA的滤液

若选用鸡血和洋葱作实验材料,则怎样获取含DNA的滤液?(引导学生利用所掌握的知识设计操作步骤)(在鸡血细胞液中加入一定量蒸馏水并用玻棒搅拌,过滤后收集滤液;切碎洋葱,加入一定量洗涤剂和食盐,搅拌研磨,过滤后收集滤液。)

在以上实验中,加入蒸馏水、洗涤剂和食盐的作用分别是什么?过滤时应当选用滤纸、还是尼龙布?

(血细胞在蒸馏水中大量吸水而胀破;洗涤剂瓦解细胞膜;食盐溶解DNA物质;选用尼龙布进行过滤。)

在处理植物组织时需要进行研磨,其目的是什么?研磨不充分产生什么结果?

(破碎细胞壁,使核物质容易溶解在NaCl溶液中;研磨不充分会使DNA的提取量减少。)

(具体做法:10mL鸡血+20mL蒸馏水→同方向搅拌→3层尼龙布过滤→滤液)

23除去滤液中的杂质:最初获得的DNA滤液含有蛋白质、脂质等杂质,需要进一步提纯DNA。根据三种方案提取并纯化DNA

24DNA析出与鉴定   在滤液中仍然含有一些杂质,怎样除去这些杂质呢?得到的DNA呈何颜色?(滤液与等体积的冷却酒精混合均匀,静置23分钟,析出的白色丝状物就是DNADNA呈白色。)

怎样鉴定析出的白色丝状物就是DNA呢?简述DNA的鉴定过程。

(具体做法。试管2支,编号甲乙→各加等量5mLNaCl溶液→甲中放入少量白色丝状物,使之溶解→各加4mL二苯胺,混合均匀→沸水浴5min→观察颜色变化)

3.实验操作 学生根据教师的引导,通过小组讨论,设计好操作步骤,选择自己喜欢的实验材料进行实验。教师巡视并参与学生的实验,起组织、指导、合作、促进作用。

附:几种不同材料的操作过程

鸡血细胞

植物组织

.配质量浓度为0.1g/ml的柠檬酸钠溶液,1:2的比例与新鲜鸡血混合搅拌均匀。

.将血液置于冰箱中24小时,弃上部澄清液

.取烧杯中的血细胞液约5~10ml加入到100ml烧杯中,向烧杯中加入20ml蒸馏水,用玻棒沿一个方向快速搅拌5分钟,加速血细胞在低渗溶液中的破裂

.2M的氯化钠溶液50ml缓缓倒入烧杯中,用玻棒沿一个方向搅拌,此时DNA溶解于氯化钠溶液中,滤除杂质,获得粘稠状的鸡血细胞DNA提取液

.将鸡血细胞DNA提取液置于较大的烧杯中,沿烧杯内壁缓缓倒入蒸馏水,并不断搅拌,直到粘稠状DNA不再析出为止。用玻棒搅拌,使析出的DNA缠绕于玻棒末端。为减少DNA的损失,可省略教材上要求的用纱布过滤这一步骤。

.将析出的DNA再溶解于2M的氯化钠溶液中。

.DNA的氯化钠溶液中倒入95%的酒精50 ml(冷却过的酒精效果较好),使DNA再次析出,用玻棒搅拌,使DNA再次缠绕于玻棒末端。

.DNA的鉴定:取两支试管,各加入2ml0.015氯化钠溶液,将DNA溶解于其中一支试管中,另一支做为对照组。然后,在两支试管内加入相同的量的二苯胺试剂,水浴加热10min左右,冷却,观察实验现象。

.取新鲜植物组织(菜花)放置于冰箱中冷却1~2

.30植物组织,切碎,置于研体中,倒入适量洗洁精,加入适量的NaCl,充分研磨10分钟

.过滤研磨液,取上清夜置于冰箱中冷却几分钟

.1倍体积的上清液,加入2倍体积的95%的冷酒精当中,用玻棒轻轻搅拌,沉淀3~5分钟后可见白色絮状DNA缠绕于玻棒末端。

.DNA的提纯同鸡血细胞为实验材料的实验操作步骤67,具体数据有一定的差异。

.鉴定(略)

其它注意事项:在鸡血中加入柠檬酸钠防止凝固;鸡血静置以提高细胞悬液浓度;使用塑料烧杯;使用尼龙布过滤;玻棒沿同一方向搅拌;玻棒搅拌要缓慢(细胞破裂快速搅拌);玻棒不要碰到烧杯壁;二苯胺试剂要现用现配等。为了提高DNA纯度,在科学实验中通常使用的洗涤剂有十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)。

九、教学中可能出现的问题及对策

实验改为探究性实验后,对学生的能力要求很高,可能出现的主要问题有:1 学生是否能够在教师的引导下,顺利回答出实验中涉及到的一些基本知识?2 学生是否能理解实验原理,利用所学的知识,设计出可操作的实验步骤?

   对于问题1,我准备将涉及到的相关知识、图片做成幻灯片,如果学生回忆不起来,就将相应知识呈现给学生,通过复习,使学生的知识得到巩固;对于问题2,我想根据学生素质的不同,在引导中区别对待,学生素质如果较高,操作步骤只作提示,如果较低,则象上面教学设计一样,给出具体的方案。

十、备课中需要大家帮助的问题

1 将教学重点定位在巩固落实基本知识,并且新课中有复习课的味道,实验设计和操作技能的培养突出的不是很充分,是否恰当?

2 如何组织语言,使各教学环节流畅、自然,达到较好的教学效果?

3 为确保得到实验结果,学生的设计方案要不要在全班共同讨论?

4 如果学生的方案有多种,如何组织实验顺利、有序的实施?

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