生物技术实践简介吴成军

普通高中课程标准实验教科书选修1生物技术实践简介吴成军北京第15中学（100054）[e-mail]2006年6月选修模块设计的指导思想课标中“课程设计思路”“选修模块是为了满足学生多样化发展的需要而设计的，有助于拓展学生的生物科技视野、增进学生对生物科技与社会关系的理解、提高学生的实践和探究能力。”选修模块选修1生物技术实践提高学生的实践和探究能力。侧重于实验操作选修2生物科学与社会增进学生对生物科技与社会关系的理解。侧重于生物科学与社会的联系选修3现代生物科技专题拓展学生的生物科技视野。侧重现代生物科技的基本概念和原理课程设计思路中的表述“选修1生物技术实践”模块重在培养学生设计实验、动手操作、收集证据等科学探究的能力，增进学生对生物技术应用的了解。本模块适于继续学习理工类专业或对实验操作感兴趣的学生学习。广义的生物技术指人类以经验为基础，改造生物及其功能的技术。如植物引种驯化、动物良种培育、发酵食品的制作等。狭义的生物技术是指人类以现代生物学、生物化学等特别是分子生物学为基础，在细胞水平和分子水平直接改造和利用生物及其生命活动的技术，如组织培养技术，克隆技术，DNA重组技术等。这里所说的生物技术是广义的。什么是生物技术？传统生物技术：主要是通过微生物的初级发酵来生产商品。现代生物技术：1973年，第一个DNA重组实验成功。此后，以DNA重组技术为核心的现代生物技术兴起。什么是生物技术？生物技术与相关学科及研究目的作用对象动物、植物、微生物知识基础生理生化遗传分子生物学研究目的克隆细胞工程转基因动植物新品种发酵产物生物技术教材中所涉及到的生物技术传统发酵技术，如酿葡萄酒、制作腐乳和泡菜等微生物培养和分离技术酶的研究与应用植物的组织培养技术植物有效成分的提取技术细胞的固定化、PCR和蛋白质技术等现代生物技术一、课标的规定和教材内容的对照二、本模块的特点三、本模块的教育价值四、本模块教材编写的特点五、教材的具体内容简介、教材分析及教学建议六、本模块的总体教学建议一、课标的规定和本模块的内容的对照微生物的利用进行微生物的分离和培养测定某种微生物的数量研究培养基对微生物的选择作用尝试利用微生物进行发酵来生产特定的产物专题2微生物的培养与应用课题1果酒和果醋的制作课题2腐乳的制作课题3制作泡菜并检测亚硝酸盐含量专题１传统发酵技术的应用课题1微生物的实验室培养课题2土壤中分解尿素的细菌的分离与计数课题3分解纤维素的微生物的分离酶的应用研究酶的存在和简单制作方法尝试利用酶活力测定的一般原理和方法探讨酶在食品制造和洗涤等方面的应用尝试制备和应用固相化酶专题4酶的研究与应用课题1果胶酶在果汁生产中的作用课题2探讨加酶洗衣粉的洗涤效果课题3酵母细胞的固定化一、课标的规定和本模块的内容的对照生物技术在食品加工中的应用研究从生物材料中提取某些特定成分运用发酵食品加工的基本方法测定食品加工中可能产生的有害物质专题1传统发酵技术的应用课题2腐乳的制作课题3制作泡菜并检测亚硝酸盐含量一、课标的规定和本模块的内容的对照专题6植物有效成分的提取课题1植物芳香油的提取课题2胡萝卜素的提取生物技术在其他方面的应用尝试植物的组织培养尝试蛋白质的提取和分离尝试PCR（DNA多聚酶链式反应）技术的基本操作和应用专题5DNA和蛋白质技术课题1DNA的粗提取与鉴定课题2多聚酶链式反应、扩增DNA片段课题3血红蛋白的提取和分离专题3植物的组织培养技术课题1菊花的组织培养课题2月季的花药培养一、课标的规定和本模块的内容的对照二、本模块的特点是实验课，以做为主，实验所需要时间长。具有选择性。不同学校可以根据条件开设不同的实验，每个学生选做5~7个实验即可。实验的类型多样。有的是以了解基本原理或基本知识为主的，如微生物的分离和培养、PCR技术等；有的是偏重实际应用的，如酶在洗涤中的应用，发酵食品的加工等。目录走近生物技术专题1传统发酵技术的应用专题2微生物的培养与应用专题3植物的组织培养技术专题4酶的研究与应用专题5DNA和蛋白质技术专题6植物有效成分的提取三、本模块的教育价值1、提供丰富的科学探究的素材，较全面、系统地培养了学生的科学探究能力学生拥有从选择课题，了解背景知识、理顺研究思路，设计实验流程，规范操作到评价结果的独立自主权，并且最终要获取产品，而不是仅仅为了验证结论或寻求答案。理解技术设计基本过程：发现和明确问题—制定设计方案—实施设计方案—结果分析和评价—表达和交流技术流程图的制作技术装置的设计和评价对技术系统及技术控制的理解2、集中培养学生的技术设计能力挑选葡萄冲洗榨汁酒精发酵醋酸发酵果酒果醋技术流程图示例各课题的操作对象和方法技能多种多样，操作上的差之毫厘，会导致结果的失之千里（提取亚硝酸盐实验）。还有操作不当引起的安全问题，需要：认清操作的目的和原理，了解操作对象和工具的性质，熟悉操作的程序和要领，观察和分析结果，杜绝安全事故3、较严格地、多方位地培养学生的实际操作能力基本的实验操作。学科内的实验操作。例如：微生物的培养、分离、接种、计数；组织培养技术操作、微生物的固定化技术操作、蛋白质的提取和分离技术操作等等。生活实验操作。例如：果酒和果醋的制作；腐乳的制作；泡菜的制作等等。生产和生活中与课题研究有关的背景知识，实验的生物学原理，操作的原理，有关的理化知识。与必修模块不同的是，本模块是为了应用去获取知识，在实践过程中去理解知识，目的性更强。4、拓展和加深对生物科学技术知识的理解深入体会科学和技术的性质深入体会科学和技术的价值和局限性深入体会科学与技术的相互支持深入体会技术是科学应用于社会的桥梁深入体会技术是人的感官和肢体的延伸，大大加强人类干预自然的能力5、领悟科学、技术、社会的相互关系，凸显科技价值观的教育在做实验的过程中，需要一丝不苟，百折不挠，埋头苦干的精神；求真务实，谦虚谨慎，严格要求的态度；从课标中具体内容标准所用的目标行为动词可以看出，本模块为学生自主创新留出了极大空间。6、培养科学态度，渗透科学精神、鼓励创新。四、本模块教材编写的特点1、以研究专题和课题的形式编排（1）不同于传统教材的章节体系，分为若干研究专题，每个专题下设2~3个研究课题。（2）专题和课题式编排的优势突出本模块是实验课的特点，以培养学生动手实践和探究能力为重点。专题之间相对独立，同一个专题下的课题在内容、方法和教育价值上相似或相近，这样便于学生从中选择5~7个课题进行研究。2、构建便于教和学的课题结构学习本模块的目的不仅是掌握基本的生物技术，更主要的是培养科学探究能力，特别是创新和实践能力。因此，课题的编写一是要体现科学探究的一般过程，二是要给学生的自主探究留出空间，避免写成简单的实验指导。四、本模块教材编写的特点课题背景基础知识实验设计操作提示结果分析与评价课题延伸相关链接生物技术与生产生活的联系科学原理基本方法操作层面的指导性建议自我评价、相互评价、教师评价实验流程示意图和参考资料纵向拓展横向联系课题结构课题结构简析课题背景：从生产和生活出发，突出了与学生生活经验的联系，并高度关注某项生物技术与社会生活、或生产、或发展的关系，让学生明白研究此课题的意义并调动学生探究的积极性。基础知识：阐明本课题的科学原理和基本实验方法实验设计：提供实验流程图和参考资料，引导学生自主设计操作提示：操作层面的指导性建议结果分析与评价：分析结果，得出结论。以评价为杠杆，引导学生总结和反思，倾听不同意见，不断进取。评价又以学生自我评价和教师评价相结合，最终确定是否获得了该课题应得的学分，使考核落到实处。课题结构简析课题延伸和相关链接体现了学习的开放性，鼓励有兴趣、有相应潜质的学生，得到进一步的发展。课题延伸：纵向拓展相关链接：横向联系P26课题结构简析3、充分体现实践性和技术性生物科学的所有知识和理论都来源于观察和实验4、充分体现了基础性和现代性既有传统的与生活实际相联系的课题，也有难度较大的动手动脑能力较强的课题，照顾到不同地区、不同学校和不同学生的多方面、多层次的需求5、充分体现了选择性和多样性每个课题相对独立，方便学生自主地选择，有利于激发学生的学习兴趣四、本模块教材编写的特点6、渗透科学思维、科学方法的训练归纳、演绎、类比等思维的方法重复和对照的设计通过引导学生设计实验来训练科学方法，正文和旁栏中的思考题大多围绕科学方法来设计四、本模块教材编写的特点7、图文结合，化解技术操作的困难四、本模块教材编写的特点8、实验室工作的有关规定或相关资料集于附录生物学实验室基本安全规则生物学实验中常用的国际单位常用培养基的配方常用的消毒灭菌方法常用化学抑制剂四、本模块教材编写的特点四、本模块教材编写的特点9、每个课题附有“基础知识”、“操作提示”和“结果分析与评价”，有利于学生自主地学习10、课题后有“相关链接”或“课题延伸”，激发学有余力的学生继续研究和关注生活五、教材的具体内容简介、教材分析及教学建议专题１传统发酵技术的应用课题1果酒和果醋的制作课题2腐乳的制作课题3制作泡菜并检测亚硝酸盐含量课题１果酒和果醋的制作Ｃ6Ｈ12Ｏ6＋6Ｏ26ＣＯ2＋6Ｈ2ＯＣ6Ｈ12Ｏ62C2H5OH+6ＣＯ22C2H5OH+Ｏ2CH3COOH+Ｈ2Ｏ基本原理本课题侧重于科学原理的学习和科学方法的学习和分析基础知识酵母菌醋酸菌生物类型单细胞真菌细菌需氧情况兼性厌氧型需氧型适宜温度18—2530—35生殖类型出芽生殖分裂生殖注意事项：1、成熟的葡萄上本身就含有大量的酵母菌，放久的葡萄有酒味就是这个道理。2、作酒的葡萄不能用洗涤灵等化学洗涤剂清洗。3、容器很关键，应用清水或洗涤灵冲洗干净，并用75%的酒精擦洗；应选择塑料容器，有利放气。4、塑料瓶中不能装满葡萄液汁，应留一定空间，有利于酵母菌有氧呼吸大量繁殖形成种群优势。5、在发酵过程中应盖好容器的盖子，已便无氧呼吸产生酒精。6、在发酵过程中应注意温度的控制。7、前期厌氧果酒发酵产生酒精，并不是严格厌氧，因此有少量的醋酸菌存留，当转入好氧发酵时，残存的醋酸菌会大量繁殖，产生醋酸。同时，在我们的实验条件下并不是严格无菌，通入的空气中会有一些醋酸菌，带到发酵液中，大量繁殖，而其他的菌因不适应这种条件而不能繁殖。在工业上，后期醋的发酵是要人工接种醋酸菌的，以保障生产的正常进行，而不是采取我们实验的方法。8、另外，在实际操作时，由于菌株的量较少，可能需要很长的时间。为了缩短时间，制作果酒时可以从市场上买一些菌株；制作果醋时可以先买一瓶醋，打开盖暴露于空气中，一段时间后在醋的表面有一层薄膜（实际是醋酸菌），可以用这层薄膜进行接种，这样可以明显缩短制作果酒、果醋的时间。教学建议1.教师最好事先制作果酒和果醋，或在超市购买，展示给学生，以激发其学习兴趣。2.引导学生学习和比较酵母菌和醋酸菌的特点。3.课时安排：（3课时）自学和讲解及学生设计实验一节课教师准备水果，学生准备发酵的仪器（可乐瓶、饮料瓶等），动手制作一节课，将学生分成不同的组，部分学生制作果酒，部分同学制作果醋。学生在课下照顾、观察、记录。3—4周后，学生展示实验成果、分析成败及评定成绩一节课课题2腐乳的制作本课题侧重于搜集资料和动手实践基本原理控制“毛霉的生长”，毛霉能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸，再配上佐料，不仅味道鲜美，营养丰富，易于消化吸收，还有利于保存。注意事项1、豆腐块上生长的毛霉来自空气中的毛霉孢子，要让毛霉形成生长优势，最主要的是创造毛霉生长的环境条件：一是避免豆腐受到其他杂菌的污染；二是控制一定的温度（15-18）和湿度。2、当豆腐上出现青霉时，一定要注意将这样的豆腐清理出去。3、豆腐的含水量不同，制作的腐乳的品质不同。教学建议1、课时究排（2课时）自学、讲解及演示实验1课时2-3周后学生展示成果、分析评价1课时2、建议学生的制作在家完成建议教师提供几种配制卤汤或配料的方案，或学生搜集制作不同腐乳的方案，每一学生或不同组的学生制作不同的腐乳。3、在保证安