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高中新课标培训讲稿


提高学生的实验设计与操作能力―――选修模块 提高学生的实验设计与操作能力―――选修模块 1:生物技术实践 ――― 张 松 (华南师范大学生命科学学院

广州 510631)

一、模块的设计思想 (一)生物技术的概念 生物技术是应用自然科学及工程学的原理,以微生物、动物、植物作为反应 器,将物料进行加工,以提供产品为社会服务的技术。例如,以酵母为反应器制 酒,以毛霉为反应器制腐乳,以青霉菌为反应器生产青霉素, 以转基因的大肠杆 菌为反应器生产干扰素,以羊为反应器生产人乳、以兔为反应器制抗体、以鸡胚 为反应器生产病毒,以植物愈伤组织为反应器生产试管幼苗等。 生物技术包括细胞工程,发酵工程,蛋白质工程,酶工程和基因工程5种, 现代生物技术中,主要是基因工程。我国是传统生物技术发达的国家,国际上将 许多传统的生物技术产品称为东方食品。 (二)设计思路: 目的和意义:为了进一步提高学生的生物科学素养,满足学生多样化发展的 需要而设计学习该模块。在已修完生物必修模块的基础上,进行该模块的学习。 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,学习该模块有助于拓展学生的生物科技视野、加深学生对生物 学知识的理解和在解决实际问题中运用知识的能力,理解生物科学与技术的关 系,让学生了解生物技术在现实生产和生活中的作用,增进学生对生物科技与社 会关系的理解、增进学生对生物技术应用的了解,提高学生的生物技术素养。本 模块适于继续学习理工类专业或对实验操作及实用技术感兴趣的学生学习。 共有 13 项实践专题,26 个实验。该模块 36 学时,2 学分。 课 程 框 架 设 计 的 核 心 思 想 :希 望 学 生 在 高 中 阶 段 能 实 现 在 共 同 基 础 上 有 个 性 的发展. 学生有个性的发展必须同时考虑: 科教育的需要; 会对生物教育的要求; 学 社 学生发展的需要;新课程的理念和目标。 1、学科教育的需要 ? 选修部分的核心主题是生物技术。 ? 普通高中生物课程标准加强了生物技术的内容,把对学生生物技术素养的教 加 育纳入到了高中生物课程目标之一之中。 生物科学教育与生物技术教育的关系: (1)生物科学是以调查为先导的,它关注的是追求更完美的调查方法以及关于 生 生物世界更可靠的知识。 ? 生物科学教育强调基本概念的理解与应用,以及科学探索方法的发展。 (2)生物技术是以满足人类需求与机会的愿望为先导的,它通过设计并利用适 生 当的知识和资源,来进行制作、控制或改进事物的工作方式,从而实现所预期的 变化。? 生物技术教育是要学生学会如何根据需要和条件来产生想法、制作与行动, 它强调的实践能力的重要,并为学生提供机会发展革新、决策以及产生解决方法 的能力。 (3) 生物科学教育是培养学生认识生物世界的能力。 、生

生物技术教育是培养学生如何用脑和动手做来改造世界的能力。 ? 生物学课程应当兼顾科学教育和技术教育, 注重生物科学和生物技术的平 衡。选修 l“生物技术实践”主要内容围绕生物技术展开,并强调学生动手实践。 2、社会对生物教育的要求 生物科学和技术已全面渗透到社会生活的各个方面:个人生活:职业、生物 技术产品等;生产:生物技术产业等;社会生活:观念、环境、生态、人口等; 社会要求公民应具有基本的生物技术素养。 随着生物科学作为带头学科的飞速发展, 物技术的广泛应用给人们带来的 生 各种产品和多方面的商机,正在有愈来愈多的资本投入与生物技术相关的产业。 这将在生物科技相关的领域中形成更多的就业机会。 些产业在技术的要求上既 这 有 高 新 技 术 , 又 有 一 般 技 术 ;在 对 人 才 的 要 求 上 , 既 需 要 高 层 次 、 高 学 历 的 研 发 人员, 需要为数可观的、 有基本生物科学素养、 作在生产线上的一般工人。 又 具 工 随着生物技术的发展, 有更多的人直接或间接地工作在与生物科学和生物技术 将 相关的工作岗位上。设置生物技术实践课程意义重要。 3、 学 生 发 展 需 要 学生学习需求分析:学生个人的兴趣爱好和志向;学生高中毕业后基本走 向:直接就业或继续学习理工类、人文科学类和生物科学类。 充分考虑高中学生的多样化发展方向,设置不同特点的选修课程,设计选修 1: 生物技术实践课程是为继续学习理工类专业或对实验操作感兴趣的学生设计。 4、新课程的理念和目标 普通高中生物课程标准倡导探究性学习, 将发展学生的科学探究能力和增强 学生的生物学实验的基本技能,列入了新课程的具体目标。 (三)主要特点 (1)充分体现了实践性、基础性和技术性 生物技术实践作为一个独立的选修模块,主要开展实验和其他实践活动,有 四项二级主题,包含:微生物的利用、酶的应用、生物技术在食品加工中的应用 和生物技术在其他方面的应用的具体内容标准, 时也提出了一系列供教学参考 同 的实践活动建议。例如活动内容包含实践性和基础性很强的“进行微生物的分离 和培养”、“测定某种微生物的数量”等活动,也包含技术性很强的“探讨酶在 食品制造和洗涤等方面的应用” “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”、“尝试植物的组织培养”等活动;本模块强调通 过运用技术和操作实践,了解生物学在人类生活、生产等方面的应用,模块所涉 及的技术包括广义的生物技术,并不局限于“高新”技术,强调掌握基础的生物 技术,并对高新技术有所了解,促进学生在创新精神和实践能力方面有进一步提 高。 (2)多 样 性 多样性体现在活动具有丰富的层次,从“运用发酵食品加工的基本方法(包 括制作果酒、果醋、腐乳、泡菜等)”的较低层次,到“尝试植物的组织培养” 的较高层次,再到“尝试PCR(DNA多聚酶链式反应)技术的基本操作和应用” 等现代生物技术活动。 (3)时 代 性 时代性主要体现在关注现代生物技术的发展,选取了包含核心学科(如微生 物学、生物化学)和核心技术(如发酵技术、酶技术和细胞技术)的专题实践活 动,例如,“尝试利用微生物进行发酵来生产特定的产物”、“尝试制备和应用固

相酶”、 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”等现代生物技术活动。 (4)选择性 选择性体现在课程实施过程的“自助餐”式的选择,该模块共有 15 个二级 主题,不要求学生完成全部实验,学生和教师只要从其中选择 5 一 7 个内容进行 实践,即可达到要求。选择哪些活动作为课程学习的内容,这将由学校、教师和 学生共同决定,学校考虑仪器设备和经济等条件,教师考虑自己擅长的实验技术 等,学生考虑自己的兴趣爱好、志向、个性发展、职业、大学专业的选择等。 本模块实验内容具有弹性,开展实践活动时,注意实用性和低成本,根据不 同学校的具体情况,既可选择技术含量较高的实验,又可选择与日常生活联系密 切的一般的实践活动。 (5)可行性。 该模块在内容选择上,充分继承了我国生物学教学的经验和优势,如实践活 动主要侧重于传统的生物技术的学习,在实验活动的建议中,考虑到我国不同地 区经济条件差异较大的实际情况,既可使条件较好的学校能充分发挥资源优势, 如:要求条件较高的生化实验、组织培养实验,又能使条件较差的学校也能开展 有效的实践活动,如:腐乳的制作、制果酒、果醋等。 二、选修 1《生物技术实践》与原高中生物选修课实验比较 选修 1《生物技术实践》将生物技术这个主题放在突出的位置,主要内容以 学生动手实验为主,其设计思想有了跨越性的变化,在一定程度上反映了我国课 程改革的理念和要求,反映了新世纪我国社会的需求、学生发展的需要和生物科 学的进步, 也反映了国际生物学教育的共同特点和我国在生物课程改革中积累的 成功经验及相关的研究成果。 (一)实践活动的数量 原高中生物选修课实践活动设有实验 4 个,演示实验 2 个,实习 2 个,课外 生物科技活动 3 个,研究性课题 4 个,共 15 个,其中涉及有关生物技术的活动 8 个。 选修 1《生物技术实践》全部为生物技术的活动,共有有 15 项专题,26 个 具体实验内容。 (二)实践活动的内容(表 1、表 2) 原高中生物选修课实验大纲涉及生物技术的活动有:微生物实验 2 个(学习 细菌培养的基本技术、自生固氮菌的分离) ,微生物演示实验 1 个,微生物课外 生物科技活动 3 个,植物组织培养实习 1 个(选做) 。 选修 1《生物技术实践》模块有四大部分:微生物的利用 5 个专题,酶的应 用 4 个专题, 生物技术在食品加工中的应用 3 个专题, 现代生物技术 3 个专题 (含 植物组织培养、DNA 和蛋白质技术) 。相应实验专题的难度增加了。 表1
章名 绪论 第一章 人体生命活动的调节及营养和免疫

原高中生物选修课实验内容
实验、实习、演示实验、研究性课题和课外 生物科技活动 研究性课题:收集有关生物工程产业发展的 信息 演示实验:尿糖的测定

实验一:几种果蔬中维生素 C 含量的测定 第二章 光合作用与生物固氮 演示实验:观察根瘤和根瘤菌的形态 实验二: 自生固氮菌的分离 课外生物科技活动:对豆科作物进行根瘤菌 拌种,并且对比观察它们的生长发育状况 实习 1:学习植物组织培养技术(选做) 课外生物科技活动:验证细菌分布的广泛性 课外生物科技活动:检查自来水中的大肠杆 菌是否超标 实验三:学习细菌培养的基本基本技术 研究性课题:调查生物工程制品在社会生活 中的应用情况 实验四:观察二氧化硫对植物的影响 实习 2: 学习测量空气中二氧化硫污染的方法 (选做) 研究性课题:设计农业生态系统 研究性课题:调查、分析和评价一个社区的 生态系统

第三章 遗传与基因工程 第四章 细胞与细胞工程 第五章 微生物与发酵工程

第六章 人与生物圈

表2
4. 1 微生物的利用

选修 1《生物技术实践》模块实验内容

具体内容标准 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。 探讨微生物的利用。 尝试利用微生物进行发酵来生产特定 的产物。

活 动 建 议 用大肠杆菌为材料进行平面培养,分离 菌落。 用土壤浸出液进行细菌培养,仅以尿素 为氮源,测定能生长的细菌的数量。 观察并分离土壤中能分解纤维素的微 生物,观察该微生物能否分解其它物 质,讨论这类微生物的应用价值。

4. 2 酶的应用 酶的应用
具体内容标准 活 动 建 议 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 探究利用苹果匀浆制成果汁的最佳条 法。 件,检测果胶酶的活性,观察果胶酶对 果汁形成的作用。收集果胶酶其它方面 利用的资料。 探讨酶在食品制造和洗涤等方面的应 研究并试验将有油渍、汗渍、血渍的衣 用。 物洗净的办法。尝试应用脂肪酶、蛋白 酶的洗涤效果。用实验找出在什么条件 下使用加酶洗衣粉效果最好。 尝试制备和应用固相酶。 制成固相化乳糖酶并检测牛奶中乳糖 的分解。通过此实验了解并探讨固相化 酶的应用价值。

4. 3 生物技术在食品加工中的应用
具体内容标准 活 动 建 议 研究从生物材料中提取某些特定成分。 设计一种简单装置,从芳香植物材料 (如橘皮、玫瑰花、薄荷叶等)中提取 芳香油。 运用发酵食品加工的基本方法。 利用酒酵母由果汁制酒,再利用乙酸菌 由酒制醋。设计并安装简单的生产果汁 酒以及生产醋的装置。 制作腐乳,并分析制作过程的科学原理 及影响腐乳品质的条件。 测定食品加工中可能产生的有害物质。 制作泡菜,尝试用比色法测定其亚硝酸 盐含量的变化,并讨论与此相关的食品 安全问题。

4. 4 生物技术在其它方面的应用
具体内容标准 尝试植物的组织培养。 活 动 建 议 用组织培养法培养花卉等幼苗,并进行 露地栽培。 尝试蛋白质的提取和分离。 以动物血清为材料,提取其中的乳糖脱 氢酶并分离其同工酶。 尝试 PCR(DNA 多聚酶链式反应)技 用某一 DNA 片段进行 PCR 扩增。 术的基本操作和应用。 三、设计思想在教学中的实现

(一)本模块是以实验、实践、探究为主的课程,突出学生以实践活动为主要的 学习方式。 不同实验内容的教学目标各有侧重,有的侧重使学生学习基本概念或原理, 有的侧重于实际应用和技术掌握的, 有的侧重于科学方法训练和培养学生的科学 态度,并为学生在生命科学领域中选择进一步学习和就业的方向提供咨询和帮 助。力求满足不同地区、不同学生多样化发展的需要。 这里所说的生物技术,是指广义的生物技术,而不限于(甚至主要不是)现 代生物技术, 侧重传统生物技术, 并强调学生动手实践。 教师应根据本校的条件, 指导学生选做本模块中的 5~7 个实验。每个实验活动时间不做硬性规定,不限于 1 个或 2 个学时。有的实验需要连续进行若干天,但每天所需时间不一定很长。 根据实验内容和实验室条件,每个实验可以 1 人、2 人或多人 1 组,原则是 使每个学生都有充分的动手机会。 (二)本模块的实验多为探究性实验。为自主式探究和引导式探究。学生自己设 计并进行实验,通过参与探究过程有所体验和发现,引导学生主动学习,获得高 层次的认知能力。从而达到预期的实验目标。 对学生的要求是在自学有关知识的基础上,在教师的指导下自己设计并进行 实验,然后收集和整理资料,写出报告,进行口头交流,相互讨论。 教师的主要任务不是详细讲解,而是给学生提供实验条件及必要的参考资料 等,引导学生自己搜集资料,如基础知识(微生物学) 、基本技能技术(微生物 实验的无菌操作技术) 、技术与社会关系(微生物利用)等,指导学生设计和进 行实验,参加和辅导学生的讨论,但是教师在指导中不能包办代替,不要让学生 被动地照搬教科书或教师的实验指导书完成实验, 教师应组织学生进行探究性学 习。 (三)可采用“任务驱动方式” ,按技术实践由易到难的程度安排实践活动,突 出实践性。首先采用“问题导引法” ,引导学生围绕实践主题进行背景阅读,了 解该实践主题有关的背景资料与基础知识;其次,通过安排技术实践活动,逐步 培养学生动手操作、收集证据、设计实验等科学探究的能力,让学生在实践中建 构基本的生物技术实践能力、增进对生物技术应用的了解,提高生物科学素养; 最后,在每一个实践活动后,设计一些活动拓展,加深引导学生在完成该实践主 题的基础上有延伸的扩散思维与能力的发展, 尤其是可让学有余力的学生或有条 件的学校进一步设计实验与开展课外探究。 (四)全面落实课程目标 该模块课程目标包括知识、能力、情感态度与价值观三个方面。 通过学习生物学概念、原理、规律等基础知识上, 能够正确使用一般的实验 器具,掌握采集和处理实验材料、进行生物学实验的操作、生物绘图等技能。 能够利用多种工具搜集生物科学与技术资料. 在注重上述能力体系建构过程的同时,教师还提供课外阅读等形式的课外 资料满足学生多样化的需要,引导学生在情感、态度与价值观等方面的提升, 了解我国生物科学和技术发展状况,培养学生对自然和社会责任感。树立起热 爱祖国,振兴中华的使命感,养成求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度, 加强其综合素质的培养。 (五)该模块的教学可让学生在学好基础知识的前提下,通过自主的实践活动, 充分发展个性,让学生体验生物技术在人类生活中的广泛应用,让学生自己去尝 试制作,去实践实习,如制作“果酒和果酱”“提取植物的芳香油”,在现实生 ,

活的背景下学习生物技术,紧密联系现实生活和现代科技的进展,形成主动、合 作和探究性的学习氛围。 (六)学校应逐步完善生物学实验室、标本室、实验准备室,使之达到国家规定 的要求;应配备好各项生物教学仪器设备和用具,保证实验教学经费的投入。生 物学教师也应创造条件,就地取材、因陋就简地开设好生物技术实践实验。教师 要根据实际情况, 尽可能采用比较规范的实验仪器设备完成实验, 条件不具备时, 增加低成本实验或其它实践活动,要充分利用当地常见的材料或丰富的废弃材料 设计低成本实验,提高实验或其它实践活动的开出率。尽量给学生提供亲自动手 操作的机会,且为拓展性实验提供条件。 (七)评价方式 既要重视终结性评价如实验操作考试、书面考试、面试等,更要重视形成性 评价如实验作品,实验报告、课题研究报告、研究小论文、提问、交谈等,观察 记录学生主动参与教学过程或课题研究活动的程度, 对学生的综合能力进行阶段 性评价,并注意指导学生进行自我评价。 本模块教学不应只追求实验结果和技能本身,而应重视尝试或制作实践,如 “制作腐乳”,不仅仅看学生是否制作成功,更要关注制作中学生探究能力的发 展,重视学生实践活动中全过程的评价,如,能否搜集资料确定实验方案,能否 按照实验操作规范要求安全完成实验,能否实事求是记录和搜集实验数据,能否 在实验中与他人合作与交流等方面。 对实验操作技能的评价可利用实验操作检核表等工具。利用检核表评价操作 行为时,要依次列出需要检核的项目及操作行为要点,然后,观察被检核者是否 表现了这种行为,并予以记录。检核表的制作应以实验步骤和操作要求为依据。 (八)充分利用课程资源 在各种课程资源中,学校提供的课程资源是首位的。如配备生物学实验 室及相应仪器设备,生物学图书及报刊、教学挂图、投影片、音像资料、多媒体 教学软件和网络资源等。 有条件的学校还应建设生物园, 充分利用校园中的生物。 有的学生家庭中有供学生做探究使用的材料用具,有的家庭栽种植物、饲养 动物。 信息技术方面的课程资源主要包括网络资源和多媒体课件等。 网络资源具有 信息量大、链接丰富、实时性和互动性等特点,有条件的学校,教师应当积极参 与校园网的建设,使校园网上的生物课程资源尽可能的丰富,并不断补充最新的 生物科学信息,及时反映生物科学的新进展。有网络教室的学校,有些实践活动 无条件开展时,也可以采取网络教学模式:课前将有关活动的资料、图片等内容 制成网页,并使之形成完善的链接,让学生上网学习,网上模拟实验,教师给予适 当的指导。这种方式能够体现学生的自主性。


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