DNA粗提取与鉴定探究性.doc

DNA粗提取与鉴定探究性教学设计八道江区 白山市第二中学 徐兆斌 设计思想： 高中生物课程标准提出生物课程的基本理念是提高学生的科学素养，生物实验教学是培养学生科学素养的重要途径和方法。而提出合理假设，科学的设计实验方案并实施，则是实验教学的灵魂所在。自行探究实验有利于提高学生以思维和创新能力为主的综合能力。有利于训练学生的科学方法。因此高考和现在倡导的研究性课题研究对“实验设计与探究”提出了更高的要求。本实验的设计目的，是改变传统中学生物实验教学是以技能性实验、验证性实验为主，学生只需要按照实验指导中的目的要求、方法步骤按部就班地机械地进行操作，却很少有自主性、探究式成分存在,在教学中师生共同探究提取DNA的新方法。教材分析: DNA粗提取与鉴定实验是高中现行生物学第二册中的一个分组实验。它为培养学生的观察能力、动手能力提供了充分的空间。DNA粗提取与鉴定实验是一个定量定性分析实验。它拓宽了与物理学和化学的联系，强调了发现知识的过程与方法，同时也强调了生物学的科学地位。但教材所采用的实验方法，学生在具体操作过程中实验效果却并不理想。主要原因是实验步骤繁琐、学生的实验操作技能较差，在具体操作中不易掌握尺度，往往按教材上的方法做，却得不到结论。另外本实验中采用的实验材料是鸡血，其取材范围小，造价较高，同时对其他实验器材要求也高，如冰箱、离心机等。这些都是限制各学校开设此实验的因素。鉴于此，我们与学生共同阅读与整理了大量的资料，对本实验在原有基础上进行了探索性的改进。摸索出一条既简化了实验步骤，又易于观察到实验现象的方案，真正使该实验在中学生物教学中得到推广和普及。探究过程： 在教学中我们有目的、有步骤的自主探究学习,活动主要包括对DNA及相关知识进行观察描述、提出问题假设、验证假设、思维判断、做出解释，并能与他人合作和交流等。实验设计：1、实验材料 选择鸡血、洋葱、菜花、鱼卵、菠菜、香蕉等材料（经过反复实验，最后在实验教学中采用的是鸡血、洋葱、菜花为材料）用具： 烧杯、试管、试管夹、天平、漏斗、滤纸、铁架台、冰箱、恒温箱、玻璃棒、研磨机、纱布、三角支架实验药品： 洗洁精、食盐、95%酒精、蒸馏水、2mol/L的NaCl、嫩肉粉、二苯胺试剂2、实验原理：1）、本实验中采用洗洁精（雕牌），其作用是溶解植物细胞的细胞壁和细胞膜2）、NaCl可中和溶液中DNA分子上的负电荷，使DNA分子聚集在一起3）、嫩肉粉的主要成分是木瓜蛋白酶，其作用是分解蛋白质，使提取出的DNA纯度较高4）、在6075度条件下加温处理，蛋白质变性，而DNA结构不会受到破坏，提取纯度较高的DNA5）、DNA分子不溶于酒精，而其他物质可溶，从而分离出DNA6）、DNA与二苯胺反应，生成蓝色沉淀，从而鉴别出DNA分子3、方法步骤： 为探究我们所改进的实验方法是否有效，课堂上将学生分成四个实验大组，每一组所用的实验方案各不相同，目的是从中选出简单易行的且效果好的实验方法，具体操作方法如下：第一组采用与教材完全相同的实验方法，用鸡血为材料，目的是与后几组进行比较。第二、三、四组均以植物洋葱、菜花作为实验材料，但具体操作又各不相同。方法如下表： 组别方法234研磨取100g洋葱、5g洗洁精、1g食盐研磨并充分搅拌取100g菜花、10g洗洁精、1g食盐研磨并充分搅拌取100g洋葱、10g洗洁精、1g食盐研磨并充分搅拌 过滤去杂质去杂质去杂质提纯加0.5g嫩肉粉搅拌4分钟将滤液放在6075度恒温中保温1015分钟不做任何处理析出 过滤后，加入等体积的冷却的酒精过滤后，加入等体积的冷却的酒精加入等体积未做处理的酒精用玻璃棒顺时针缓慢搅拌，出现白色纤维粘稠物，用玻璃棒卷起，用吸水纸吸干。DNA鉴定取2支试管，分别编号1、2号，各加入2mol/L的NaCl或0.015mol/L的NaCl溶液5ml，取少量白色粘稠物放入出1号，用玻璃棒充分搅拌，使其溶解。分别向两试管中加入5ml新配制的二苯胺试剂，在沸水中加热5分钟，冷却后观察实验现象，1号试管溶液变蓝，2号试管无色。教学过程：1、创设问题情境，激发学生探究兴趣，引入课题 （由DNA双螺旋结构模型引出本节实验内容）师：大家看，这是什么？ 生：DNA双螺旋结构模型。师：我们已学习过DNA分子的复制、结构、以及DNA分子控制蛋白质合成过程，对DNA有了深入的了解，那DNA分子在生物体内究竟是否真实存在呢？今天就通过一个具体实验来感受它的存在。（引出课题）2、提出问题，共同探究实验原理和过程 师：我们要提取的DNA分子存在于细胞内，我们如何将其取出呢?启发学生思考除细胞膜和核膜（用洗洁精）。师：细胞内遗传物质DNA和蛋白质结合成染色体，要去掉蛋白质，如何操作？经过讨论后（生）：用嫩肉粉、6075度处理去除蛋白质。实验操作要达到的实验目的，为减少学生实验操作的盲目性做好铺垫。师：实验中为什么保持6075度恒温处理滤液？生：使蛋白质变性，提出较高纯度的DNA。以下讨论内容（略）师：经过我们课前大量查阅资料，反复筛选，我们选择以下几种实验方法，具体如黑板所示。简单介绍方法（学生开始分组实验，教师在实验室巡视指导，指正学生操作的不规范性）交流与讨论： 实验结束后，各小组进行汇报、交流、讨论。汇报结果如下：组别第一组鸡血原料第二组洋葱原料第三组菜花原料第四组洋葱原料时间40-45分钟2530分钟3035分钟2025分钟析出物较少较多较多较多析出物状态白色丝状物白色粘稠物白色粘稠物白色粘稠物二苯胺鉴定颜色反应 蓝色蓝色蓝色蓝色成功组数有3组成功，4组效果不明显有6组成功，1组效果不明显有4组成功，3组效果不明显有3组成功，4组效果不明显各组对本组实验过程和结果进行充分讨论，总结影响实验结果的因素。这是学生回忆实验操作过程进行自我反省和相互评价的过程。通过分析很可能实验方法的优劣，确定最合理的实验方法。具体分析如下：第一组（生）用鸡血为材料提取DNA操作程序复杂，耗时长，实验条件不易控制，学生实验操作技能较差，所以每增加一次实验步骤，就会损失相当部分DNA，特别是多次过滤和0.14mol/L的NaCl人工调节，操作不当会导致实验失败。第二组（生）成功率较高，提取出絮状物较多，且操作过程简单，学生易掌握第三组（生）将滤液放在6075度恒温环境中保温1015分钟，经反复实验，最好温度控制在65度，也取得较好的结果第四组（生）得到滤液后未做任何处理，加入未冷却酒精，也得到较多絮状物，但DNA纯度比前3组要差，在鉴定时加入少量提取物，否则出现的蓝色效果不好，溶液加入二苯胺后加热后会发白，不出现蓝色反应。教师在学生总结基础上对实验过程进一步总结：1、菜花和洋葱的研磨用研砵太耗时，时间久了由于没有加入EDTA抑制DNA酶的活性，很容易使被DNA酶降解而得不到DNA，所以在实验中彩研磨机统一对洋葱进行研磨。形成研磨液后再分发给学生。向材料里加入洗洁精和食盐时应充分搅动，搅拌时玻璃棒匀速沿一个方向搅动，搅动太快，会出现较多泡沫，过滤时不方便。2、 过滤时用56层纱布，可过滤较多的残渣，本实验没有用到离心机离心，所以此过程是获得澄清液较好的方法。3、 加入酒精搅拌时，要缓慢沿顺时针搅动，否则DNA分子断裂，不易卷起。4、 二苯胺配制时将1.5克二苯胺深于100ml冰醋酸，再加1.5ml浓硫酸，其中冰醋酸统一计划要高，否则配制好的二苯胺会有一定颜色，另外在配制可不加乙醛，同样会得到实验效果，避免乙醛的毒害作用。5、 需向学生说明的是，细胞核内除DNA外还有RNA和蛋白质，且DNA以核蛋白体DNP的形式存在，经过粗提取得到是纯度不高的DNA。6、 洗洁精的成分教复杂，所以在正规实验室是不用的，但在高中阶段可以作为一种提取方法进行探究。教学小节与反思：本节课最大特点，改变了传统实验学生按步就章机械的进行操作，改为由学生自主的探究模式，学生按改进的实验方法主动去探究实验过程，获得实验结果，有效的提高了学生的学习兴趣。通过反复多次实验，我们得出：以植物洋葱为原料，其取材范围广，成本低，学生操作简便且成功率高。实验时通过对DNA粗提取与鉴定的改进，我们得出选用洋葱作为材料，取材广泛，成本低，学生操作简单且成功率高，实验不使用特殊的实验器材，便于普通中学推广应用。存在的不足：1、教师和学生为了找到一个合理的实验方案，其间经过1个多月的探索，最后确定以上四种实验方案，太耗时，耗材。如果单靠上课那些时间是根本完不成的。2、学生虽有探究的热情，但具有盲目性，需要教师把好关，确定正确的探究方向。3、经过改进，学生可以从植物中提