3.1 DNA的粗提取与鉴定实验创新及拓展-2023-2024学年高二下学期生物学人教版选择性必修3

《DNA的粗提取与鉴定》实验创新及拓展 高中生物 01. 实验基本信息 02. 实验设计思路与创新点 03. 实验原理 04. 实验目标 05. 教学过程 06. 实验效果评价 实验基本信息 01 教材分析 旧教材 新教材 旧教材的选学内容！ 生物学选考生的必学内容！ 课程标准 第3章第1节 基本工具 第3章第2节 基本操作程序 DNA的粗提取与鉴定 5.1基因工程是一种重组DNA技术 5.1.2阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具 为帮助学生达成对选择性必修课程概念5的理解，促进学生生物学学科核心素养的提升，应开展下列教学活动：( 1 )DNA的提取和鉴定；( 2）利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定，或运用软件进行虚拟PCR实验。 5.1.3阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞和目的基因及其表达产物的检测鉴定等步骤 承前启后 5 教材的具体内容分析 与化学的跨学科联系 知识获取能力群：阅读理解能力、信息整理能力 实践操作能力群：信息转化能力 6 学情分析 知识基础 能力基础 在必修二系统学习了DNA分子的结构、功能等知识，但对DNA的认识较抽象 在必修一已接触过提取、鉴定类实验，具备一定科学思维和科学探究能力 必修二 必修一 鉴定类实验 提取类实验 7 实验设计思路与创新点 02 实验设计思路 设计背景 设计方案 四川省作为中国的农业大省，拥有丰富的自然资源和得天独厚的农业条件，近年来，随着乡村振兴战略的深入推进，特色“川果”逐渐成为推动乡村经济发展的支柱产业之一。 四川的特色水果种类繁多，包括芒果、李子、猕猴桃、葡萄、桃子等，这些水果不仅在国内市场备受欢迎，还远销海外，成为四川农业的一张亮丽名片。 实验设计思路 设计背景 设计方案 前期准备工作 学生了解、介绍家乡特色水果产业 选定部分水果作为课程实验材料 学生完成导学案，在初步了解原理的基础上讨论如何设计、改进实验 过程性评价：导学案、实验操作、结果分析… 总结性评价：实验报告、创意DIY作品、社团参与… 课后利用家庭版方案提取家乡水果中的DNA，探究不同洗涤剂的粗提取效果，完成实验报告。 利用提取的DNA进行创意DIY，开展评选活动 课程实施方案 后续应用总结 兴趣小组研学实践 课堂实验教学 讨论实施实验方案，进行预实验，确定实验可行性 了解紫外分光光度法、琼脂糖凝胶电泳法的原理，进行实验，记录结果，录制视频 分小组探究不同材料和不同处理方式的提取效果 紫外分光光度法分析DNA，双缩脲试剂鉴定蛋白质。兴趣小组汇报拓展琼脂凝胶电泳法 社团活动：结合非遗文化竹编，组织感兴趣的同学进行“川果”的DNA产品创作，助力乡村振兴 10 实验创新点 （一）结合地方特色选取多样化的实验材料，引导学生自主思考教材实验改进空间 探究性 拓展性 落实性 综合性 单一材料的验证性实验 不同材料、不同处理方式的探究性实验 教材原文 四川特色农产品水果 探寻新材料的可行性 感受嫩肉粉添加的实际效果 教参内容 添加/不添加 实际效果评价 联系必修一： “检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质” “酶的作用和本质” 攀枝花芒果 蒲江猕猴桃 龙泉驿水蜜桃 西昌葡萄 11 实验创新点 探究性 拓展性 落实性 综合性 （一）结合地方特色选取多样化的实验材料，引导学生自主思考教材实验改进空间 材料处理 预习案 实验试剂 鉴定方法 12 实验创新点 探究性 拓展性 落实性 综合性 （一）结合地方特色选取多样化的实验材料，引导学生自主思考教材实验改进空间 预习案 科学思维：批判性思维和创造性思维 13 实验创新点 （二）兴趣小组预实验验证方案可行性，研学实践助力课堂实验教学 探究性 拓展性 落实性 综合性 在正式开展课堂实验前，组织学生兴趣小组进行预实验并前往绵阳师范学院进行研学。 14 实验创新点 探究性 拓展性 落实性 综合性 1. 材料、装置改进：①改进研磨装置；②简化过滤装置；③替换玻璃器具 （二）兴趣小组预实验验证方案可行性，研学实践助力课堂实验教学 存在问题：洋葱刺激性气味强，研钵小，难以研磨充分，核DNA没有充分释放。 改进：选用质地较软的水果材料，使用密封保鲜袋压泥，可借助擀面杖充分挤压，提取效果显著。 15 实验创新点 探究性 拓展性 落实性 综合性 1. 材料、装置改进：①改进研磨装置；②简化过滤装置；③替换掉玻璃器具 （二）兴趣小组预实验验证方案可行性，研学实践助力课堂实验教学 存在问题：经玻璃器具过滤、收集滤液，玻璃中的 Na2SiO3带正电，易吸附带负电的DNA，造成DNA损失。 改进：使用塑料杯收集滤液，橡皮筋固定两层纱布中间凹陷，一次性竹筷挑取DNA，减少DNA 的损失。 16 实验创新点 探究性 拓展性 落实性 综合性 2. 试剂、操作过程改进：简化研磨液配制 （二）兴趣小组预实验验证方案可行性，研学实践助力课堂实验教学 教材附录——药品获取困难，试剂配制复杂 SDS 内含SDS 内含SDS 去杂 SDS 影响不显著 低温替代 洗涤产品替代 17 实验创新点 探究性 拓展性 落实性 综合性 2. 试剂、操作过程改进：简化研磨液配制 （二）兴趣小组预实验验证方案可行性，研学实践助力课堂实验教学 内含SDS 去杂 配制方案：①配制100ml的2mol/L的NaCl溶液（也可以直接使用15g食盐，100ml水）；②利用针筒注射器向NaCl溶液中添加5ml洗衣液（内含酶制剂）；③搅拌均匀，制成研磨替代液。（与实验材料一同放入4℃冰箱预冷，也可用冷藏包内装冰袋替代） 18 实验创新点 探究性 拓展性 落实性 综合性 2. 试剂、操作过程改进：简化研磨液配制 （二）兴趣小组预实验验证方案可行性，研学实践助力课堂实验教学 配制方案：①配制100ml的2mol/L的NaCl溶液（也可以直接使用15g食盐，100ml水）；②利用针筒注射器向NaCl溶液中添加5ml洗衣液（内含酶制剂）；③搅拌均匀，制成研磨替代液。（与实验材料一同放入4℃冰箱预冷，也可用冷藏包内装冰袋替代） 常温：DNA易断，不易挑出 冷藏：白色絮状物，易挑出 19 实验创新点 探究性 拓展性 落实性 综合性 3. 鉴定分析方法拓展：紫外分光光度法、琼脂糖凝胶电泳法 （二）兴趣小组预实验验证方案可行性，研学实践助力课堂实验教学 存在问题：二苯胺具有毒性和潜在致癌性，反应时间长，由教师直接展示实验结果 课堂改动：应用紫外分光光度法分析DNA浓度和纯度，操作简便、安全 课堂拓展：兴趣小组拓展琼脂糖凝胶电泳法鉴定、精确分离不同大小DNA 20 实验创新点 （三）实施多元化评价体系，注重学生全面素质提升 探究性 拓展性 落实性 综合性 “学业评价促发展”——检测案 21 实验创新点 （三）实施多元化评价体系，注重学生全面素质提升 探究性 拓展性 落实性 综合性 “学业评价促发展”——评价量表 实验前：教师介绍评价标准和评分细则，确保学生理解每项指标的具体要求。 实验中：学生按照评价量表中的项目，逐项记录自己的操作和思考。 实验后：学生进行自我评价和小组互评，教师最终进行评价，并给出综合反馈。 过程性评价量表 总结性评价量表 22 实验创新点 （四）跨学科融合美育教育，培养创新思维和文化传承意识 探究性 拓展性 落实性 综合性 拓展作业：① 利用食盐、洗洁精和医用酒精等简单的家庭材料，提取家乡水果中的DNA，探究不同洗涤剂的粗提取效果，完成实验报告。 科学知识生活化 23 实验创新点 （四）跨学科融合美育教育，培养创新思维和文化传承意识 探究性 拓展性 落实性 综合性 拓展作业：②利用提取的DNA进行创意DIY，进行班级评选展示。 体验科学与美育相结合的乐趣，并且在这一过程中，学生们不仅理解了生物学中的DNA提取原理，还接触到了化学中的溶解、沉淀和分离等概念。 跨学科综合应用 24 实验创新点 （四）跨学科融合美育教育，培养创新思维和文化传承意识 探究性 拓展性 落实性 综合性 社团活动：结合四川非遗文化——竹编，制作四川特产水果DNA风铃。 增强了跨学科融合、动手实践、文化传承和创新思维等方面的教学效果和学生综合素质发展。 内含水果DNA 25 实验原理 03 实验原理 问题 1.如何破坏细胞结构？ 2.如何使DNA与蛋白质分离？ 3.如何保护DNA？ 主要操作 研磨组织 试剂原理 研磨液 SDS EDTA Tris-HCl NaCl ——破坏细胞膜和核膜，使蛋白质变性，释放DNA ——抑制DNA水解酶的活性，防止释放的DNA被水解 ——维持PH值稳定，防止DNA在pH变化时降解或变性 ——DNA在2mol/L的NaCl溶液中溶解度高 释放DNA 析出DNA 如何提取滤液中的DNA？ 乙醇 ——DNA分子溶于水，不溶于乙醇，部分蛋白质溶于乙醇 DNA的粗提取 二苯胺试剂鉴定 紫外分光光度法分析 实验原理 DNA的粗提取 二苯胺试剂鉴定 紫外分光光度法分析 在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，因此可以用二苯胺试剂鉴定DNA分子。 28 实验原理 DNA的粗提取 二苯胺试剂鉴定 紫外分光光度法分析 DNA分子260nm处有最大吸收峰，通过测定样品在此波长处的吸光度（A260），可以估算DNA的浓度，通过比值A260/A280，可以评估样品的纯度。（纯的DNA通常具有A260/A280比值约为1.8至2.0之间。如果A260/A280比值显著低于1.8，可能表明样品中存在蛋白质或其他污染物。如果A260/A280比值显著高于2.0，则可能表明存在RNA或有机污染物。） 吸光度 波长 1.设置波长 2.调零 3.拉动拉杆，读取样品吸光度 空白样品 样品 29 实验教学目标 04 实验教学目标 （一）生命观念 从DNA的结构及其功能理解DNA的理化特性，能够阐述DNA粗提取与鉴定的实验原理和方法，树立“结构与功能相适应”的生命观念。 （二）科学思维 查阅资料并结合课本知识和实际情况，能够分析和改进教材中的实验设计，提出可行的替代方案，体现科学思维的严谨性和创新性。 （三）科学探究 在小组合作中，通过实验比较不同材料和方法对DNA提取量和纯度的影响，能够合理提出问题，正确进行实验操作，分析并解释实验结果，提升科学探究能力。 （四）社会责任 了解紫外分光光度法和琼脂凝胶电泳法等技术的原理和应用，认识到科学研究在生产实践中的应用，增强服务地方经济发展的意识和社会责任感。 31 实验教学过程 05 实验教学过程 （一）情境导入：基因工程与现代农业 情境导入 原理梳理 动手实践 成果分析 拓展应用 5E教学模式——吸引（Engage） 转基因水果 “华农一号”番木瓜 四川水果产业现状与挑战 基因工程应用前景 介绍实验材料和目的 DNA提取、鉴定分析的意义 33 实验教学过程 （二）原理梳理：揭开DNA提取的神秘面纱 情境导入 原理梳理 动手实践 成果分析 拓展应用 5E教学模式——探究（Explore） 材料选取 保护DNA 打开包裹DNA的结构 去除非DNA杂质 实验教学过程 （三）动手实践：DNA的粗提取与鉴定、分析 情境导入 原理梳理 动手实践 成果分析 拓展应用 5E教学模式——探究（Explore） 主要操作 研磨组织 课本实验改进 释放DNA 析出DNA （1）压泥：称取30g实验材料，放入塑封保鲜袋内压泥，倒入15ml研磨替代液（内含NaCl和洗衣液）充分挤压。 （2）过滤：用两层纱布过滤样品，收集滤液至塑料杯中。（嫩肉粉组还需称取4g嫩肉粉，加入到滤液中，充分搅拌后置于水浴锅中，55~60℃水浴加热3min。） （3）在4℃冰箱中放置几分钟后，向装有滤液的小烧杯内加入体积相等的、预冷的体积分数为95%的酒精溶液，静置3min，观察丝状物的析出情况。 35 实验教学过程 （三）动手实践：DNA的粗提取与鉴定、分析 情境导入 原理梳理 动手实践 成果分析 拓展应用 5E教学模式——探究（Explore） 希沃白板手机拍照投屏展示 实验教学过程 （三）动手实践：DNA的粗提取与鉴定、分析 情境导入 原理梳理 动手实践 成果分析 拓展应用 5E教学模式——探究（Explore） 相同处理下（不加嫩肉粉）不同实验材料DNA粗提取的比较 1.DNA的粗提取 实验教学过程 （三）动手实践：DNA的粗提取与鉴定、分析 情境导入 原理梳理 动手实践 成果分析 拓展应用 5E教学模式——探究（Explore） 2.二苯胺鉴定DNA 实验教学过程 （三）动手实践：DNA的粗提取与鉴定、分析 情境导入 原理梳理 动手实践 成果分析 拓展应用 5E教学模式——探究（Explore） 3.紫外分光光度法分析DNA 实验教学过程 （三）动手实践：DNA的粗提取与鉴定、分析 情境导入 原理梳理 动手实践 成果分析 拓展应用 5E教学模式——探究（Explore） 4.双缩脲试剂鉴定蛋白质 实验教学过程 （四）成果分析：数据与现象的深度探讨 情境导入 原理梳理 动手实践 成果分析 拓展应用 5E教学模式——解释（Explain） 实验教学过程 情境导入 原理梳理 动手实践 成果分析 拓展应用 （五）拓展应用：延伸思考，拓宽眼界 5E教学模式——迁移（Elaborate） 兴趣小组拓展——琼脂凝胶电泳法 配胶 点样 如何进一步提高DNA的纯度，精确分离不同大小的DNA分子呢？ 课后查阅资料 实验教学过程 情境导入 原理梳理 动手实践 成果分析 拓展应用 （五）拓展应用：延伸思考，拓宽眼界 5E教学模式——迁移（Elaborate） 电泳 观察 结果 电泳迁移距离与DNA分子量大小的关系？ 实验教学过程 情境导入 原理梳理 动手实践 成果分析 拓展应用 （五）拓展应用：延伸思考，拓宽眼界 5E教学模式——评价（Evaluation） 实验效果评价 06 实验效果评价 教学目标一、二——生命观念、科学思维 教学目标三——科学探究 教学目标二、三——科学思维、科学探究 教学目标四——社会责任 1. 情境导入的有效性：基因工程在农业生产实践中的应用 5. 深入探究的拓展性：紫外分光光度法和琼脂凝胶电泳技术的拓展，并激发了他们对分子生物学技术的深入探究。 3.实验操作的可行性：改进后的粗提取实验，操作简便，现象明显，各学校均可开展，具有普及性。 4. 结果评价的综合性：应用过程性及总结性评价量表，多角度评价学生的综合素质。 2. 原理梳理的启发性：通过问题串的形式，引导学生主动思考和发现问题，形成了系统的实验操作思路。 教学目标三、四——科学探究、社会责任 核心素养 五育融合 46 实验效果评价 核心素养 五育融合 德育 未来完善措施：可以通过组织农业基地参观实践、竹编DIY产品校园爱心义卖、学生作品校园评选等活动，进一步完善课程设计，提升学生的综合素质和实践能力。 智育 体育、劳育 美育 德育 美育 47 谢谢! 2024.10 中国·昆明 $$