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生物选修三全套教案.doc

2021-01-19
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1 专题 1　基因工程本专题教材分析一、教学目的要求知识方面 1.简述基础理论研究和技术进步催生了基因工程。 2.简述基因工程的原理及技术。 3.举例说出基因工程的应用。 4.简述蛋白质工程。情感态度与价值观方面 1. 关注基因工程的发展。 2. 认同基因工程的应用促进生产力的提高。能力方面 1.运用所学 DNA 重组技术的知识，模拟制作重组 DNA 模型。 2.尝试运用基因工程原理，提出解决某一实际问题的方案。 3.通过讨论、进展追踪等活动，提高收集资料、处理资料、撰写专题综述报告的能力。基因工程属于生物科技前沿的内容，这一专题的教学，首先要考虑基础性。高中阶段的教学不是培养专家，而是要全面提高学生的科学素养，因此，着力点应瞄准对学生的发展起根本作用的知识、能力、思想情感上。忽视了这一点，而一味追求知识的深和透，就会本末倒置，影响学生的全面发展。本专题教学的另一个重要原则就是要在学生原有的知识、经验基础上提升。违背了渐进性，易使学生认为“基因工程难学”而产生“危乎高哉”的想法，望而却步。紧密联系学生已有的经验、生活阅历，尽量紧密联系必修课中的基础知识，一步步引领学生登上这一科技前沿的舞台，学生们才会心驰神往地投入到学习中来。在学习本专题内容时，不能忽视知识与能力、情感态度与价值观的有机结合。情感态度与价值观是学习的动力，要利用国际上重大科技成果的素材，开阔学生的视野，增强他们奋发图强的紧迫感；利用国内重大科技成果的素材，培养他们自强不息的民族精神，从而唤起他们学习的积极性。二、教学内容的结构和特点（一）教学内容的特点2 本专题的内容由题图、《科技探索之路》和四节内容构成。题图为学习者创设了一个意境。沃森和克里克对 DNA 双螺旋结构的重大发现和随后的技术创新孕育了基因工程。在复制的 DNA 双螺旋结构上展示的转基因工程菌、牛、羊、鱼、番茄、甜椒、牵牛等，代表了基因工程在三个重要方面的研究成果：转基因微生物、转基因动物和转基因植物。在上述画面的基础上，点出基因工程的主题：“基因工程是按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外 DNA 重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。”此题图不仅寓意深刻，且十分生动。《科技探索之路──基础理论和技术的发展催生了基因工程》是正文的前奏曲。没有基础理论的研究成果，没有技术方面的创新发明，基因工程不可能诞生，也不可能迅速崛起。其内容分两部分：一部分介绍基础理论研究成果，一部分介绍在技术层面上发明的各种操作手段。编者精选这些最重要的成果，其目的是使学生从科技史实中，感悟创新是科学技术发展的不竭动力。专题 1 基因工程本专题参考学时为 7 课时，其中第一节《DNA 重组技术的基本工具》2 课时；第二节《基因工程的基本操作程序》2 课时；第三节《基因工程的应用》2 课时；第四节《蛋白质工程的崛起》1 课时。对本专题的特点分析如下。 1.纵观全章内容──折射创新与发展的光辉纵观本章科技探索之路和四节内容，鲜明揭示出理论创新、技术进步是促进基因工程问世和迅猛发展的主导因素。例如，在《科技探索之路》中，有关基础理论研究，相关操作工具的发现，催生了基因工程。在《基因工程的基本操作程序》中，PCR 基因扩增技术的发明，又将基因工程提升到一个新阶段。由于基因导入方法的不断创新和完善，使基因工程技术在微生物、植物、动物领域硕果累累。在《基因工程的应用》中，不仅可以看到转基因技术在微生物、植物、动物中的应用，而且看到这项技术已经发展到基因工程药物治疗、基因治疗等医药卫生领域。在《蛋白质工程的崛起》中，描述基因工程虽然硕果累累，但仍满足不了日益发展的生活、生产的更多要求，从而崛起了第二代基因工程──蛋白质工程。基因工程从诞生到现在，时间虽短，但包括的内容已折射出人类不断开拓创新、不断寻求发展的精神光辉。 2.透视字里行间──体现“科学、技术、社会（STS）”教育思想在科技探索之路──《基础理论和技术的发展催生了基因工程》中，以精选的史实，说明了科学和技术的关系。在《DNA 重组技术的基本工具》中，“工欲善其事，必先利其器”3 又一次说明科学和技术是一对孪生兄弟。在《基因工程的基本操作程序》中，目的基因获取等一系列步骤，把社会需求、基础理论和先进技术融合在一起。在《基因工程的应用》中，社会的需求推动着科学技术的迅猛发展；基因工程的迅猛发展，促进了社会的不断进步。而《蛋白质工程的崛起》一节说明，社会的更高需求召唤着科学、技术的再创新──第二代基因工程的崛起。 3.感悟呈现方式──体现“简约、形象、诱思”原则由于基因工程内容上的“高”与“新”，处理不好，会提高学习难度，令学生视高科技为畏途，致使教学流于形式，为此，教材的编写采用简化手法，化复杂为简约。在科技探索之路中，摘其基础理论和技术创新中主要内容呈现给学生，在《DNA 重组技术的基本工具》中摘其基本工具介绍给学生。在《基因工程的基本操作程序》和《基因工程的应用》中，呈现主干，割舍枝杈，将非主干内容以资料卡、拓展视野等方法呈现，做到有主有次。对于基因工程，学生接触得少，为此，教学内容的另一种呈现方式是形象化。在文字描述感到抽象时，课文中都配以插图，力争图文并茂。对课文中难以理解的名词、概念，通过打比方，使其“形象化”。例如，基因文库中把基因组文库比作国家图书馆，而把 cDNA 文库比作某市图书馆，这样便于学生理解和掌握。 “简约”和“形象”不是为了降低学生智力参与的力度，恰恰相反，“简约”给学生留有了思维的时间和空间。“形象”为学生左右脑协同思考创设了情境。为此，在本章教学内容中，结合图文，都提出了一些相应的问题，诱导学生思考，从而把学习的注意力，从简单的死记硬背引导到分析、批判、创新等有利于学生终身发展的能力上来。例如，在模拟制作中，通过提出问题，引导学生进一步思考特定限制酶的功能、DNA 连接酶的作用位点。又如，在学习限制酶时，提出“限制酶在原核生物中的作用”的问题，是为学生创设一个问题情境，从而为深入理解限制酶在生物体中的作用打开思路。（二）教学内容的结构科技探索之路──基础理论和技术的发展催生了基因工程4 三、与学生经验的联系报刊、杂志、广播、电视等媒体都有基因工程技术的介绍。高中学生已经或多或少了解5 一些基因工程的内容，知道人的生长激素基因可在鲤鱼中表达，使鲤鱼生长迅速；知道寒冷水域中鱼的抗寒基因可在植物中表达，从而培育出抗寒性能高的植物……由于基因工程的诞生，实现了在微生物、动物、植物之间的基因交流，人类以前不能实现的种种奇思妙想将变为现实。在现实生活中，转基因生物也来到了人们的身边：超市中摆放着转基因大豆榨出的油；大田里种植了转基因的抗虫棉；药品商店出售着转基因微生物生产的胰岛素……可以说，以上内容都是学生学习新知识可联系的经验。还有一些必修课中学习过的知识可作为学习新知识的铺垫。在学习限制酶与 DNA 连接酶时，可与必修本中有关 DNA 结构的知识紧密联系。有了 DNA 结构的基础知识，才能较好地理解这两种酶的功能。在学习目的基因检测时，可与必修本中 DNA 指导蛋白质合成的过程联系。这样学生才能理解，为什么要在三个层次上检测：①检测转基因生物是否插入了目的基因；②检测目的基因是否转录出 mRNA；③检测目的基因是否翻译成蛋白质。在学习基因组文库时，可联系必修本中人类基因组计划的内容，从而获得一些感性认识。而在学习 cDNA 文库时，联系 DNA 转录的有关知识：获得 mRNA 后，以它为模板，反转录则可获一条 DNA 单链，再以单链为模板合成双链 DNA。在学习 PCR 扩增技术时，可联系必修本中的 DNA 复制的内容。在学习基因工程的应用一节时，应鼓励学生主动联系当地生产、生活中的具体事例，引导学生思考用基因工程的方法解决实际问题。四、与其他专题的联系本专题多数内容都与其他专题有紧密的联系。关于转基因生物，在学习技术知识的基础上应引导学生主动学习《生物技术的安全性和伦理问题》专题。《胚胎工程》中有关胚胎移植技术的内容，可使学生对培育转基因动物有更加透彻的理解。《细胞工程》中介绍植物细胞培养技术，是目的基因导入植物细胞、培育转基因植物的重要环节。另外，学习本专题内容时，密切关注《生态工程》专题中呈现的生态环境问题，思考利用基因工程的方法，解决生态环境问题中常规技术难以解决的问题。6 1.1　DNA 重组技术的基本工具一、教学目标 1.简述 DNA 重组技术所需三种基本工具的作用。 2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。二、教学重点和难点 1.教学重点 DNA 重组技术所需的三种基本工具的作用。 2.教学难点基因工程载体需要具备的条件。三、教学过程 1.设置问题情境，引导学生在思索中学习新知识。本节内容主要是介绍 DNA 重组技术的三种基本工具及其作用。如果我们采用直白、平淡的方式介绍，不利于调动学生学习的积极性，也不利于学生科学素养的全面提高。应当通过创设情境，提出问题，诱导学生积极参与教学活动，开启他们思想的闸门。限制酶──“分子手术刀”，主要是介绍限制酶的作用，切割后产生的结果。可在进入这部分内容学习时，设置学生关心的问题“限制酶从哪里寻找”，诱导学生联想从前学过的内容──噬菌体侵染细菌的实验，进而认识细菌等单细胞生物容易受到自然界外源 DNA 的入侵。那么这类原核生物之所以长期进化而不绝灭，有何保护机制？进而诱导学生产生“可能是有什么酶来切割外源 DNA，而使之失效，达到保护自身的目的”。这样就将书中直白的 “这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来”的写法，变成了一个自主探索的思想活动。 DNA 连接酶──DNA 片段的“分子缝合针”，写得比较简洁。我们可以从原有的知识出发，诱发学生思考，达到辨析、明理的作用。要想连接被切割开的 DNA，学生根据从前学过的知识，第一反应就想到“DNA 聚合酶”。学生这种想法的产生是很自然的。但实际上并不能用这种酶进行 DNA 片段的连接。应引领学生分析 DNA 聚合酶与 DNA 连接酶的不同作用，从而达到更深层次认识 DNA 连接酶的目的。基因进入受体细胞的载体──“分子运输车”的学习内容，提到作为载体必需的四个条件。教学不能仅仅着眼于让学生记住这几个条件，而应该通过诱导思索，明确为什么要有这四个条件才能充当载体。 2.让抽象的语言在直观的插图中找到注释，在实际动手中形成正确认识。语言文字具有抽象、概括的特点；插图等信息媒体，具有形象、直观的特点，容易被感7 知和理解，但抽象、概括功能差。要想真正理解本节语言文字中的含义，必须将抽象的语言文字与形象的插图等非语言信息媒体有机地结合起来，做到优势互补。这样学生一时琢磨不透的抽象语言，就能在具体、直观的插图中找到注解。抽象的黏性末端、平末端的叙述以及磷酸二酯键的部位，与直观的插图协同运用，可使学生准确地理解切割或连接部位，理解“黏性”的内涵。DNA 连接酶是“缝合”磷酸二酯键的，在重组 DNA 过程中到底体现在何处，结合插图会易于理解。紧密结合质粒载体结构的模式图教学，也将使学生对构建载体条件的有关内容变得容易理解。在模拟制作 DNA 重组模型时，单纯动手剪纸板只能算是手工劳动，而模拟制作是富含科学内涵的动手过程。当拿来剪刀时，首先意识到这是一把 EcoRI 的特异剪刀，应去寻找 G —A—A—T—T—C 的碱基序列，然后从 G 和 A 之间剪开。当拿来不干胶时，意识到只能黏连磷酸二酯键处，而不能去黏连碱基对处。当出现模拟制作失误时，也要想想，这在真实情况下可能是什么原因所致。 3.引导学生从基因工程的整体思考问题，解决本节教学难点。本节的难点是对载体必须具备条件的分析。要想解决这个问题，就事论事的做法不能奏效。只有将这局部的内容整合到整个基因工程的设计过程中才能理解。例如，我们选用从霍乱弧菌中的质粒来做载体，结合基因工程的实际目的来想：谁敢用它来做受体细胞的载体？显然人们对分离出的基因产物运用后果有顾虑，从而认清载体必须对细胞无害。当然这里主要考虑载体不能有害于受体细胞，影响其生命活动的正常进行。又如，载体上没有标记基因，我们用肉眼又看不到载体是否真正进入，那么如何鉴定？因此只有真正想到实际工作中这方面的困难，才会明白预先为什么要选具备标记基因的载体。再如，没有一个和多个切割位点，就不能进行 DNA 的重组。重组 DNA 不能复制，就可能丢失。所以要引导学生，将一个个的问题置于整体过程中考虑，这样才能理解局部的做法是为了实现整体的目标。 1.2　基因工程的基本操作程序8 一、教学目标 1.简述基因工程原理及基本操作程序。 2.尝试设计某一转基因生物的研制过程。二、教学重点和难点 1.教学重点基因工程基本操作程序的四个步骤。 2.教学难点（1）从基因文库中获取目的基因。（2）利用 PCR 技术扩增目的基因。三、教学过程本节是《基因工程》专题的核心，上承《DNA 重组技术的基本工具》一节，下接《基因工程的应用》。本节教学难点多，学生学习有一定的困难，因此采取化整为零、各个击破的教学过程。 1.加强预习环节，先解决为什么要分四个步骤的问题，然后解决每一步骤的技术方法问题。为了突破难点及培养自学能力，在上节课结束时，可布置学生预习本节内容。在上新课时，首先解决基因工程的基本操作程序为什么要分四个步骤，即分析每一步骤的必要性。为什么要有“目的基因的获取”这一步？引导学生看本专题题图中基因工程的概念： “基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外 DNA 重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。”可以说这既是概念，也是原理。这里所说的“更符合人们需要”，就是目的，那么更符合人们需要的那个基因就是目的基因了。有了目的基因，我们才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性。为什么要有“表达载体的构建”这一步？单独的 DNA 片段──目的基因是不能稳定遗传的。课文中谈到构建表达载体的目的是为了使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能表达和发挥作用。为什么要有“目的基因导入受体细胞”这一步？教材指出含有目的基因的表达载体只有进入受体细胞，并且维持稳定和表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化。为什么要有“目的基因的检测与鉴定”这一步？这是因为目的基因是否真正插入受体细胞的 DNA 中，是否能够在受体细胞中稳定遗传和正确表达，只有通过检测、鉴定才能得知。在解决上述为什么基因工程操作程序分四个步骤的基础上，进入每一程序的有关技术和9 方法的学习。 2.加强教学媒体的运用，解决每一程序中的技术难点。在各个操作程序中都有一些技术和方法层面上的难点不好理解，成为学生学习过程的拦路虎。形象化是解决这一难题的好办法。例如，在目的基因获取的常用方法中有“从基因文库中获得目的基因”的说法。尽管课文中运用了比喻的方法，但语言文字仍显抽象。应尽可能在教学中编制软件、绘制投影片或利用挂图来解决这一难点。让学生了解有了基因文库，就可随时从中提取所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。而有关 PCR 扩增技术，则可结合书中插图，明示出文字中概括出的变性、退火、延伸、多次重复等四个过程。又如，在学习基因表达载体的构建方法时，可结合插图，说明插入必要的元件──目的基因、启动子、终止子和标记基因的位置及其作用。再如，学习目的基因导入方法时，可借用目的基因导入植物细胞的方法──农杆菌转化法以及相关的图，讲清具体方法。攻破一点后，再扩展到其他导入方法。 3.通过设计某一转基因生物，将基因工程的操作程序有机地串联起来。本节学习的基因工程的基本操作程序和方法是对转基因植物、动物、微生物的概括。如果在本课将要结束时，做个练习，带领学生结合设计某一转基因生物的具体过程，可将基因工程操作程序有机地串起来，从而加深对这一程序的认识。例如，烟草是人类健康的“杀手”。如果让它生产出人类需要的药物蛋白，应如何操作？通过这一实例引导学生结合目的基因从何而来，表达载体如何构建，如何导入烟草，如何检测药物蛋白产生与否等问题加以设计。可加深学生对基因工程原理的理解。不同学生会有不同的方法，让学生通过相互比较，相互借鉴，达到相互学习的目的。学生在课下还可查阅《科学》杂志等参考读物，了解科学家成功的做法。 1.3　基因工程的应用10 一、教学目标 1.举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。 2.关注基因工程的进展。 3.认同基因工程的应用促进生产力的提高。二、教学重点和难点 1.教学重点基因工程在农业和医疗等方面的应用。 2.教学难点基因治疗。三、教学过程 1.加强收集信息和处理信息环节的指导。基因工程的应用是基因工程基本操作程序的一个必然结果。如果本节只作为成果的学习，那么就显得思维力度不足了。为此，加强指导学生收集和处理信息这一环节。具体做法如下：无论是学习转基因植物方面的应用，还是学习转基因动物方面的应用，乃至转基因工程菌生产药物方面的应用，首先必须寻找目的基因。可利用下表，指导学生整理课本中提供的信息，填写此表。这样做既可以调动学生学习的积极性，也增强了他们分析和处理信息的能力。表转基因生物与目的基因的关系转基因生物目的基因目的基因从何来抗虫棉 Bt 毒蛋白基因苏云金芽孢杆菌抗真菌立枯丝核菌的烟草几丁质酶基因和抗毒素合成基因抗盐碱和干旱作物调节细胞渗透压的基因耐寒的番茄抗冻蛋白基因鱼抗除草剂大豆抗除草剂基因增强甜味的水果降低乳糖的奶牛甜味基因肠乳糖酶基因生产胰岛素的工程菌人胰岛素基因人指导学生提高处理信息的能力，还可以体现在对教材内容的重组上。例如，我们可以解决当前世界上存在的重大问题作为主题，如以解决“粮食”、“环境污染”、“能源危机”、“攻11 克不治之症”等问题作为主题，让学生将课文中的知识或学生知道的课外的基因工程应用方面的知识进行重组。这样的活动不仅培养了学生处理信息的能力，还会使学生感悟到肩负的社会责任，从而激发用科学技术报效祖国的志向。 2.课文中的一些难点，采用小组讨论，师生共同归纳的方法学习。课文中有几处是学生学习感兴趣的知识，但文字说明不多，学生学习有一定难度。例如 “什么叫乳腺生物反应器”、 “什么叫工程菌”、 “什么是基因治疗” 等。可创设问题情境，让学生讨论，加深用已有知识认识新事物的能力。学生想不到的地方，可由师生共同归纳。例如，学习乳腺生物反应器时，学生提出“给我们讲讲乳腺生物反应器究竟是怎么回事”。这时可提出以下问题，让学生讨论。（1）用动物乳腺作为反应器，生产高价值的蛋白质（如教材中列举的血清白蛋白、抗凝血酶等）比工厂化生产的优越之处有哪些？（2）用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？第一个问题，既可以解决乳腺生物反应器的优越性问题，而且显示了社会需求是乳腺生物反应器这一创新成果产生的动力。学生在充分讨论和发表观点的基础上，师生共同归纳出乳腺生物反应器的优点：①产量高；②质量好；③成本低；④易提取。第二个问题，用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程与转基因动物操作过程相同。而不同之处可由提出：为了将目标产品在奶中形成，需要使用乳腺组织中特异表达的启动子，要在编码目的蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构建成表达载体。操作过程大致归纳为：获取目的基因（例如血清白蛋白基因）→构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）→显微注射导入哺乳动物受精卵中→形成胚胎→ 将胚胎送入母体动物→发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。关于工程菌的学习，也可结合基因工程操作程序，予以说明，并结合微生物生长和代谢的特点，说明工程菌生产药物的优越性。关于基因治疗，可结合课文中的具体实例，归纳出大致治疗过程。至于是否采用讨论方式，可根据课堂时间而定。如果时间紧，也可采用引导学习的方法。 1.4　蛋白质工程的崛起12 一、教学目标 1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。 2.简述蛋白质工程的原理。 3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。二、教学重点和难点 1.教学重点（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？（2）蛋白质工程的原理。 2.教学难点蛋白质工程的原理。三、教学过程 1.采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。本节内容是基因工程的延伸和发展。由于蛋白质工程刚刚起步，学习内容较少。如何学得充实，又让学生悟出些终身学习的道理，采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。新课一开始，可以带领学生回忆原有知识：要想让一种生物的性状在另一种生物中表达，在种内可以用常规杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了。基因工程的诞生，为克服这一远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望。于是取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白……至此，人们也只是实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。为了加深这一点的认识，可调动学生从书中找实例（干扰素例子、工业用酶的例子）加以佐证。于是要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。 2.加强与已有知识的联系，用逆向思维的方法解决新问题。学生在必修课中已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识。中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图所示。13 遗传信息的流动方向这是学习新知识的基础。既然蛋白质的功能是由 DNA 决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造 DNA。所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。结合课本中插图，可以较明确地说明这一点。还有两点教学需要说明。第一，蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件支撑的，正如课本中开头描述的，它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展而诞生的，也与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的发展等因素有关（本书“前沿动态”中有简要介绍）。第二，说明蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。这样学习，可以使学生认识到科学探索之路的漫长、艰辛和永无止境。专题 2　细胞工程本专题教材分析14 一、教学目的要求知识方面 1.简述植物组织培养和体细胞杂交技术及其应用。 2.简述动物细胞培养和体细胞核移植技术及其应用前景。 3.举例说出动物细胞融合和单克隆抗体技术及其应用。情感态度与价值观方面 1.体验植物组织培养技术。 2.讨论细胞工程技术的社会意义。 3.认同细胞学基础理论研究与技术开发之间的关系。 4.关注细胞工程研究的发展和应用前景。能力方面 1.尝试进行植物组织培养。 2.运用细胞的基础知识，分析细胞工程的理论基础。 3.搜集有关细胞工程研究进展和应用方面的资料，进行整理、分析和交流。二、教学内容的结构和特点（一）教学内容的特点本专题内容包括两部分，即《植物细胞工程》和《动物细胞工程》，其中《植物细胞工程》可用 3 课时教学，《动物细胞工程》可用 3 课时教学。本专题的题图是由三幅图合成的：克隆羊多利的照片、细胞核移植和植物组织培养。题图的寓意是表明细胞工程是细胞水平上的操作，它包括植物细胞工程和动物细胞工程等方面。在章引言中通过列举细胞工程的应用，把学生带进细胞工程的科技领域。《科技探索之路──细胞工程的发展历程》，以图配文的形式介绍了细胞工程的来龙去脉，使学生认识到细胞工程不是凭空得来的，而是经过了一代代科学家执著地探索；科学与技术是相互促进的，科学理论要经过技术才能转化为生产力。第一节《植物细胞工程》包括两小节：《植物细胞工程的基本技术》和《植物细胞工程的实际应用》。第一小节，是让学生了解最基础的知识──植物细胞工程基本原理和技术，第二小节是让学生了解它的实际应用。第一小节《植物细胞工程的基本技术》讲述了细胞的全能性、植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术等三方面内容，其中，植物细胞的全能性是植物组织培养的基础，而植物体细胞杂交技术又是在植物组织培养的基础上发展起来的。15 在本小节的教材中，首先用实例引出“花瓣是怎样长成一株完整的植株的？植物的花瓣为什么能培育出一株完整的植株？”等问题，由此导入植物细胞全能性的学习。因为学生在必修模块《分子与细胞》中，已经学习过细胞的全能性及分化的知识，所以教材在此只简单叙述了细胞全能性的概念和细胞分化的实质。关于植物组织培养技术，是植物细胞工程中最基本的技术，教材中安排了“胡萝卜的组织培养”实验，让学生通过动手操作，感到细胞工程并不神秘，并且培养学生的动手能力。在植物体细胞杂交技术中，首先是以一个实例“番茄—马铃薯”杂种植株提出问题：“科学家是怎样得到此杂种植株的？” 接下来以图文结合的形式介绍了植物体细胞杂交技术的基本过程、概念、已取得的进展和尚未解决的问题。意在使学生认同科学是一个探究过程，激发学生探索生命科学奥秘的兴趣。插入的旁栏──“异想天开”意在活跃学生的思维。第二小节《植物细胞工程的实际应用》讲述了植物繁殖的新途径、作物新品种的培育，以及细胞产物的工厂化生产等三方面的内容。在植物繁殖的新途径中，教材选择了三个实例：微型繁殖、作物脱毒和神奇的人工种子。之所以首先介绍了微型繁殖，因为它是植物组织培养技术应用最为广泛的领域。在作物新品种的培育中，教材仅举了单倍体育种和突变体的利用两个实例。考虑到学生已了解单倍体、突变育种等基本知识，所以教材只对此部分内容做了简单的介绍。细胞产物的工厂化生产是植物组织培养技术与发酵工程相结合的一项新技术。教材先介绍了细胞产物的种类，再简要介绍人参皂甙的工厂化生产过程。为配合抗癌药物──紫杉醇的生产的内容，教材以资料分析的形式介绍了我国红豆杉惨遭浩劫的例子，引导学生讨论植物组织培养在节约资源，保护环境方面的重要意义。第二节《动物细胞工程》包括动物细胞的培养、动物体细胞核移植技术及克隆动物、细胞融合和单克隆抗体四部分内容。关于动物细胞的培养，教材用人造皮肤等实例引入主题，同时，配以人造皮肤的图片，以激发学生的兴趣，接着很自然地导入动物细胞培养的内容。教材首先介绍了动物细胞培养的概念，接着以文字叙述、图片、小资料、讨论相结合的形式，介绍细胞培养过程及原理，最后又从学生已有的内环境知识出发，用提问的形式引出细胞培养的条件。对于细胞培养条件，教材用了较多的笔墨，其意图是细胞培养条件的讲述中蕴含了细胞培养的原理。动物体细胞核移植技术及克隆动物，既是动物细胞工程的重点内容，又是近几年来的热点问题，学生对它们有一定的了解，如何做到在原有基础上提高呢？教材首先解释了动物体细胞核移植技术和克隆动物的关系，随后简单介绍了哺乳动物核移植技术的分类，接着用小16 字介绍核移植技术的发展简史，再将文字、流程图、思考、小资料、讨论等多种形式结合，以我国的克隆牛为例，详细讲解了体细胞核移植技术的过程，最后说明体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题。力图使学生在学习知识的同时，受到科技史、科学价值观和爱国主义的教育。在“动物细胞融合”部分，由于考虑到其基本原理与植物的原生质体融合相同，方法也类似，所以只用简洁的文字介绍了动物细胞融合的概念、原理、方法、意义及应用，其间插入了小资料、细胞融合过程的示意图及小字的动物细胞融合技术发展简史。既避免了重复，又突出了动物细胞融合的特点。单克隆抗体是动物细胞工程的新技术，也是本节教材的重点、难点内容。教材先由动物细胞融合的应用引入单克隆抗体，接着又从传统抗体生产存在的问题入手，引出单克隆抗体的概念。随后又提出问题──怎样才能获得单克隆抗体？由此自然过渡到单克隆抗体的制备上。关于单克隆抗体的制备，用讲故事的形式，讲述了两位科学家对单克隆抗体的研究过程，让学生认识到丰富的联系和想像在科学创新中具有重要作用。（二）教学内容的结构三、与学生经验的联系细胞工程看似微观、抽象，很难与学生的生活经验相联系，其实不然。由于植物微型繁殖技术的迅速发展，学生经常会从各种媒体上看到“试管苗”、“组培苗”的字眼。而克隆羊多17 利的诞生更使“克隆”这个生物学的专业术语，成为媒体频频出现的、已不用注解的名词。细胞工程是建立在对细胞结构、功能、生理等研究基础上的新技术，在必修模块《分子与细胞》中，学生已学过动植物细胞的结构和功能、细胞的分化和全能性；在必修模块《遗传和进化》中，学生已学过生物变异在育种上的应用；在必修模块《稳态与环境》中，学生学习过人体内环境及免疫的知识，而这些都是学习本专题的知识基础。四、与其他专题的联系生物技术各个分支领域是相互渗透、相互促进的。细胞是生物体结构和功能的基本单位，细胞工程中的技术是其他生物工程的基础。例如，细胞工程最主要和基础的技术是动植物细胞的培养技术，而基因工程中受体细胞的培养和筛选，胚胎工程中动物细胞的培养都需要细胞培养的技术。 2.1　植物细胞工程一、教学目标18 1. 简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。 2. 列举植物细胞工程的实际应用。 3. 尝试进行植物组织培养。二、教学重点和难点 1.教学重点（1）植物组织培养的原理和过程。（2）植物体细胞杂交的原理。（3）植物细胞工程应用的实例。 2.教学难点植物组织培养的实验。三、教学过程本节教材内容对学生来说，虽说在必修模块中学了一些细胞的知识，但仍然是一个新的领域，学习起来有一定的困难。可采用讲授为主结合讨论的方法进行教学。具体如下。在细胞的全能性及细胞分化的实质、植物组织培养技术这部分内容的教学中，首先可用教材上的菊花图引入本节的标题，同时提出一个问题──为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？以引入本节课的第一个问题──细胞的全能性及分化。关于细胞的全能性和细胞分化这部分内容，因为学生在必修模块中学过，所以可以提问的方式让学生回顾，再根据学生的回答情况按教材上的内容进行讲解。然后再通过“怎样把植物的一个花瓣培育成完整的植株”这个问题引入本节课的重点及难点问题──植物组织培养技术。教材这部分的内容是通过实验“胡萝卜的组织培养”来进行讨论和总结的，应当尽量创造条件完成这个实验。在不具备完成该实验条件的学校，可以带领学生参观组培实验室，或让学生观看植物组织培养技术的录像片。同时结合教材的讨论题进行教学，还可再补充两个问题：（1）离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整植物体？（2）决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？在植物体细胞杂交技术及植物繁殖的新途径的教学中，首先可通过教材上的番茄—马铃薯实例引入，让学生思考 20 世纪 60 年代，一些科学家提出这样一个设想：让番茄与马铃薯杂交，培育出地上结番茄果实，地下结马铃薯块茎的植物。如果要实现这一设想，你认为可以采用哪些方法？这样一来一下子就把学生吸引到本节课要解决的问题──植物体细胞杂交技术上。随后让学生分析植物体细胞杂交技术的概念，再根据此概念，结合学生原有的植物细胞结构特点、酶的特性及新学习的植物组织培养技术的知识来回答下述问题：19 （1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？（2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？（3）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？（4）如何将杂种细胞培育成杂种植株？与学生一起讨论后，再按教材上的植物体细胞杂交技术流程图进行总结，重点讲解以下内容。 ① 流程图中为了简化，仅画了一个马铃薯的原生质体与一个番茄的原生质体之间的融合，可真正在实际操作过程中，是把许多马铃薯的原生质体和许多番茄的原生质体放在一起，让它们自由融合，再从中筛选出所需的杂种细胞。 ② 由于不同种的细胞其细胞膜的特点不一样，如不作任何处理，把它们放在一起，让它们自然融合是不可能的，所以原生质体间的融合必须要人工诱导。最后要特别强调植物体细胞杂交技术的意义，以及植物体细胞杂交已取得的进展和尚未解决的问题，使学生认同科学是一个不断发展的过程，激发学生探索生命科学奥秘的兴趣及勇于质疑的科学精神。在植物繁殖新途径的教学中，首先可由植物组织培养技术引入，让学生回忆植物组织培养技术的基本原理和过程，思考利用这项技术能做哪些工作？再逐一讲解微型繁殖技术、作物脱毒及人工种子。微型繁殖技术的特点需从教材中提炼出来：① 繁殖速度快；②“高保真”（因为是无性繁殖）；③ 不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工设施的室内生产）。关于植物组织培养的其他应用，应当参照教材的思路，先介绍生产实践中遇到的问题，说明社会生产的实际需要，再介绍科技人员是如何应用植物组织培养技术解决这些问题的。例如，关于在作物脱毒中的应用，应当先介绍长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差，而植物的分生区一般不会感染病毒，用分生区的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。这样进行教学，一是能够让学生更好地理解先进技术的应用价值，二是能够调动学生的学习兴趣，三是有利于培养学生分析问题、解决问题的能力。在细胞产物的工厂化生产的教学中，尽管此内容是植物组织培养技术在另一方面的重要应用，但由于学生对此内容易于理解，所以可先让学生阅读教材，再结合资料分析，师生共同讨论资料分析中的讨论题。 2.2　动物细胞工程一、教学目标20 1.简述动物细胞培养的过程、条件及应用。 2.简述通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和应用前景。 3.举例说出动物细胞融合与单克隆抗体的原理和应用。二、教学重点和难点 1.教学重点（1）动物细胞培养的过程及条件。（2）用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。（3）单克隆抗体的制备和应用。 2.教学难点（1）用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。（2）单克隆抗体的制备过程。三、教学过程有了第一节的基础，学生对本节内容易于理解。因此，本节教学采用讲授、自学、讨论等相结合的教学方法。具体如下。在动物细胞培养的教学中，可把这部分内容归纳成三个问题：（1）为什么要进行动物细胞的培养？（2）什么是动物细胞的培养？（3）怎样进行动物细胞的培养？第三个问题是本节课的重点。关于动物细胞的培养过程，可参照教材中的动物细胞培养过程示意图进行讲解，讲解中要注意区分原代培养和传代培养这两个概念。对于动物细胞培养的条件，则要从学生已有的内环境的知识出发，启发学生自己动脑思考这个问题，以加深对培养条件的理解。在动物体细胞核移植技术及克隆动物的教学中，可首先让学生列举所知道的克隆动物，调动学生已有的知识。随后可向学生提问：克隆动物的方法与植物组织培养一样吗？然后向学生说明目前动物体细胞克隆是通过核移植技术来实现的，以引入本节课的主题。关于核移植技术发展简史，可让学生在课堂上阅读，本节课的重点和难点是在动物体细胞核移植技术过程，教材中选用了一个非常好的素材──以诞生在我国的高产克隆奶牛为例，来说明体细胞核移植的过程。应充分利用和挖掘教材内容，带领学生一步步弄清动物体细胞核移植技术的过程。对于体细胞核移植技术的应用前景和存在的问题这部分内容，可结合本节教材“思考与探究”中的有关问题，以及“拓展视野”中的有关克隆羊多利的早衰问题等，让学生讨论。在细胞融合和单克隆抗体的教学中，可先启发学生回顾植物体细胞杂交技术的过程，再通过动植物细胞异同点的对比，引导学生大胆推测出动物细胞融合与植物原生质体融合的原21 理及方法基本相同，以培养学生的知识迁移能力。随后通过教材上的用灭活病毒诱导动物细胞融合过程的示意图，重点讲解为什么灭活的病毒可用来做诱导物，并指出动物细胞的融合也需要把多个两种细胞放在一起，让它们随机融合后，再从中筛选杂交细胞。最后要讲明动物细胞融合技术的意义和应用，以便自然过渡到单克隆抗体上来。关于单克隆抗体的教学，要利用好教材提供的材料，突出从问题入手的思路，先介绍医疗实践中仅靠细胞培养难以获得大量抗体，然后，一步一步启发学生讨论怎样解决这个问题。要把科学家在研制单克隆抗体过程中，通过大胆的想像，创造性地解决问题的过程作为本节教学的重点和亮点，使学生在获得单克隆抗体知识的同时，受到创新精神的教育。专题 3　胚胎工程本专题教材分析一、教学目的要求22 知识方面 1.简述动物胚胎发育的基本过程。 2.简述胚胎工程的理论基础。 3.举例说出胚胎工程的应用及发展前景。情感态度与价值观方面 1.认同胚胎工程在畜牧业、医疗等领域的应用价值。 2.关注胚胎工程的研究进展。能力方面搜集胚胎工程研究进展的资料，撰写专题综述报告。有关胚胎工程的内容是首次编入高中选修教材，这部分知识对和学生来说比较陌生，在教学中应该注意以下几个问题： 1.明确学习胚胎工程知识的目的。由于现代生物科学技术对国民经济的持续发展具有举足轻重的影响，因此，它越来越成为各国研究开发的重点和科技竞争的热点。进入 21 世纪以来，各国政府十分重视生物技术的研究与产业化，加大了培育和扶持的力度。我国政府也把生物科学技术作为优先研究和发展的领域，并取得了令人瞩目的成就。胚胎工程是生物技术的重要组成部分，它的研究和应用不仅推动了制药、器官移植医学等领域的变革，而且还加速了畜牧业生产的发展。目前我国在胚胎移植改良牛、羊品种，体细胞克隆牛、羊等家畜的技术方面已经进入国际先进行列。因此，了解一些胚胎工程的知识，可以为学生将来继续学习和走向社会打下基础。在教学过程中要结合教材内容，不断强化学习目的，加强学生的使命感和自觉性。 2.充分利用各种课程资源，深化课堂教学改革，提高教学效益。课改的过程也是更新教育观念，改变教学方式的过程。要结合教学的具体内容和学生的具体情况，充分利用各种课程资源，激发学生学习兴趣，促进学生探究问题、自主学习。例如，关于胚胎工程的进展常见于各种媒体的报道，学生对此有一定的了解，可让学生从报纸、杂志、广播、电视、互联网等媒体上搜集关于胚胎工程进展的信息，作为课堂教学和组织学生讨论的素材，这样不仅可以使学生关注胚胎工程，还可以培养学生的搜集和处理信息的能力。教材中有关操作技术的内容与学生的生活经验有一定的距离，可以因地制宜，应尽可能发动学生到附近社区内的科研机构、医院、家畜良种站、畜牧养殖场等单位参观和调研，获取感性资料，在此基础上进行交流，并撰写专题综述报告。此外，还可以通过请专家讲演、座谈，制作教学课件，组织学生自学以及分组讨论等多种教学活动，培养学生的多种能力，23 提高教学效果。 3.胚胎工程技术的广泛应用推动了畜牧业、医学等的发展。本专题中关于胚胎工程技术的操作是以家畜为例进行讲述的，为了让学生能够全面地了解胚胎工程技术的应用情况，在教学过程中应该加入胚胎工程技术在医学方面的应用实例，如运用体外受精技术治疗“不育症”、胚胎移植等技术培育“试管婴儿”等。二、教学内容的结构和特点（一）教学内容的特点本专题包括《体内受精和早期胚胎发育》《体外受精和早期胚胎培养》《胚胎工程的应用及前景》三节。本专题教学的参考课时为 7 课时，《体内受精和早期胚胎发育》用 3 课时教学，《体外受精和早期胚胎培养》用 1 课时教学，《胚胎工程的应用及前景》用 3 课时教学。本专题题图中展示的是高产羊生下的几只羔羊，它们是科技工作者采用胚胎移植技术处理后同时期出生的，作为胚胎工程的成果编者将其放在题图中主图的位置。周围配有几幅小图，体现了胚胎工程的主要操作技术：右上图是科学工作者正在实体显微镜下进行观察；左上图是我国科技工作者正在手术台上对动物进行胚胎移植手术；左下图展示的是正在发育的胚胎，画龙点睛地突出了本专题的主题──胚胎工程。与其他专题一样，在题图中引出了胚胎工程的概念。这种图文并茂呈现概念的方式，有利于激发学生对胚胎工程的兴趣和对概念的理解。《科技探索之路──胚胎工程的建立》，简述了胚胎工程 100 多年来建立和发展的历史。胚胎工程是在研究胚胎移植的理论和技术的基础上建立起来的，科学家在此基础上又解决了哺乳动物体外受精的技术，继而推动了胚胎分割、性别鉴定、体细胞克隆、胚胎干细胞培养等现代胚胎工程技术的建立和发展。本专题在总体内容安排上也体现了胚胎工程的发展脉络。首先对胚胎工程的理论基础─ ─哺乳动物的受精和早期胚胎发育的规律，进行了较深入地讲述，在此基础上介绍了胚胎工程技术。目前，胚胎工程技术中应用较多的是体外受精和胚胎移植技术，因此，可以说它们是胚胎工程技术的基础；胚胎分割技术是继胚胎移植技术后迅速发展起来的技术，方法简单，效率更高；胚胎干细胞的培养不仅是胚胎工程的重要成就之一，它在基础生物学、畜牧学、医学上都有重要的应用价值，是当前研究的热门课题之一。教材基本是按照胚胎工程技术发展的时间顺序对其进行介绍的。《体内受精和早期胚胎发育》部分是学习本专题的基础。由于义务教育生物课程标准和普通高中生物课程标准的必修部分，都没有明确的要求，这就使这部分内容，显得尤为重要，24 教学中应予重视。本部分教材主要讲述了哺乳动物的体内受精和早期胚胎发育规律这两部分内容。引言中短短几句话,很清楚地点明了胚胎工程与本节内容的关系:“胚胎工程的许多技术，实际是在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作。因此，了解哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律，就显得十分重要了。” 关于哺乳动物的受精过程，有关精子和卵子的减数分裂过程在必修模块中已经学习过，教材对这部分内容只做了简要的介绍，而对学生没学习过的精子的变形、卵泡的形成、卵子成熟的两次减数分裂场所及时间等有关内容则进行了重点介绍，以使学生对精子和卵子发生的过程有更全面的了解。关于哺乳动物的受精过程，教材在初中和高中必修内容的基础上，突出了受精前精子的获能准备，受精过程中精子的顶体反应，卵子的透明带反应、卵黄膜的封闭作用及雄、雌原核的形成等生理活动的讲述，目的是为下一节内容的学习打基础。关于哺乳动物的早期胚胎发育，教材删繁就简地讲述了受精卵—卵裂—桑椹胚—囊胚— 原肠胚及胚层分化—胎儿雏形形成的过程，以及各时期的重要特点。其中特别突出讲述了与胚胎移植、胚胎分割密切相关的桑椹胚细胞的全能性，囊胚具有分化能力的内细胞团。这些内容为本专题后续知识的学习奠定了必要的基础。关于《体外受精和早期胚胎培养》一节，教材首先以设问“你听说过试管牛、试管羊吗？你知道什么是试管动物技术吗？”这一方式引出试管动物技术的概念，亲切、自然；然后在 “从试管牛说起”的标题下创设情景，提出如何解决良种牛的快繁问题，并很自然地提出 “借腹怀胎”问题。这样学生很容易理解体外受精在生产实际中的意义，也能激发学生学习抽象内容的兴趣。关于体外受精的内容，教材重点阐述了卵母细胞的采集和培养方法，精子的采集和受精前的获能处理方法等基础知识，而体外受精的方法则主要是通过“哺乳动物体外受精示意图” 进行讲述的。关于早期胚胎培养的内容，在简单介绍了早期胚胎培养方法的基础上，也主要通过“牛体外受精胚胎生产流程图”来展示了胚胎工厂化生产的过程。这种图文并茂的编写方式，可以帮助学生更直观地理解体外受精技术及其生产过程。“牛体外受精胚胎生产流程图”是对本节课主要内容的概括性总结。正文旁栏“奇思妙想”中所创设的“将屠宰场和胚胎工厂合建”的想法，是帮助引导学生在符合科学的前提下进行创新的资料。关于《胚胎工程的应用及前景》一节，教材集中讲述了胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞的分离和培养这三种胚胎工程技术。关于胚胎移植，教材首先从胚胎移植的概念导入，通25 过概念的学习使学生知道胚胎移植的含义及在胚胎工程中的地位，即体外受精、胚胎分割等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎，都必须经过胚胎移植技术才能获得后代，胚胎移植是胚胎工程的最后一道“工序”。关于胚胎移植的现状和意义，教材先用数字简述了胚胎移植的现状，以引起学生的重视，再用图解的方式，从加速育种工作和品种改良、大量节省购买种畜费用、一胎多产、保存品种资源和保护濒危物种等几方面，阐述了胚胎移植在充分发挥雌性优良个体繁殖潜力方面的意义。关于胚胎移植的基本程序，教材是在讲述胚胎移植的生理学基础之上，以图代文的方式进行讲述的。用形象的流程图来讲解生物技术的基本程序，可使学生更深入，更直观地理解所学的内容。关于胚胎分割的内容，教材是从概念、基本操作方法及存在的问题几方面进行讲述的。胚胎干细胞的分离和培养是胚胎工程的研究前沿，教材配以直观的彩图来帮助学生理解，教材主要介绍了胚胎干细胞的来源、功能及特点，重点讲述了胚胎干细胞的应用。（二）教学内容的结构三、与学生经验的联系关于哺乳动物的受精和早期胚胎发育规律的知识是胚胎工程的理论基础，哺乳动物的受精、精子和卵子发生的过程中的有关减数分裂的内容，学生已在高中生物必修模块中学习过，在此基础上学生能比较容易理解精子和卵子的发生过程。除此之外，学生通过报刊、电视等媒体对“试管动物”、“借腹怀胎”、体外受精、胚胎移植、胚胎干细胞等有关知识也有一定26 的了解。这些都是学生学习本专题的基础。四、与其他专题的联系胚胎工程中的卵母细胞及受精卵的培养、胚胎分割及胚胎干细胞培养等技术与“基因工程”、“细胞工程”等现代生物科技专题有着密切联系，可以说“动物基因工程”、“动物细胞工程”等是胚胎工程的上游技术，而胚胎工程则属于下游技术。教材中讲述的胚胎工程技术虽然多以家畜为例，但是一旦应用于人类，则会因“借腹怀胎”，“试管婴儿”等问题发生伦理方面的争议，从这个角度来看，本专题与《生物技术的安全性和伦理问题》专题也有着密切的联系。 3.1　体内受精和早期胚胎发育一、教学目标 1.简述哺乳动物的精子和卵子的发生及受精过程。 2.简述哺乳动物的胚胎发育过程及其主要特点。27 3.认同胚胎工程建立及发展的意义。二、教学重点和难点 1.教学重点（1）哺乳动物精子和卵子的发生。（2）哺乳动物的受精过程。（3）哺乳动物的胚胎发育。 2.教学难点（1）哺乳动物受精过程中精子的获能、顶体反应、透明带反应、卵黄膜封闭作用的概念和生理功能。（2）哺乳动物胚胎发育各阶段的主要特点。三、教学过程本节是本专题的起始课，课文的导入方式对激发学生的学习热情具有重要作用。本节可用题图或其他有关的背景材料导入，通过背景材料引出胚胎工程的概念。关于《科技探索之路──胚胎工程的建立》，用学生快速阅读和讲述有机结合的教学方式（快速阅读可使学生集中注意力，提高学生自学的能力，有助于理解课文）。首先指导学生在规定时间读完一遍教材，然后，将每段的第一句和最后一句重新快速阅读一遍，再从读过的段落和句子中试着分析和理解下面的问题：（1）胚胎工程的建立可大致分为几个阶段？在每一个阶段中，胚胎工程技术有什么重大突破？这些重大突破对推动生产力的发展有什么作用？（2）为什么说胚胎移植技术的成功和应用带动和加速了体外受精技术的研究？（3）美籍华人科学家张明觉在动物生殖生理学上有什么重大发现？这个发现对促进胚胎工程实现产业化有何意义？（4）通过胚胎工程的建立过程，你如何认识科学、技术、社会三者之间的关系？为了帮助学生更好地分析和理解问题，可组织学生分小组讨论交流。最后，由小组推选一人，或由随机地选择学生来讲解这些问题。当发言的学生讲完后，其他学生可以补充。的讲述着重于对学生的讨论发言进行总结和评价。要明确指出，研究胚胎工程的百年发展史，能增加我们对胚胎工程研究过程的了解，从中领悟科学的发展就是不断“发现问题—提出问题—设计实验—进行实验—得出结论”的探究过程。同时，也使我们看到，胚胎工程的研究每取得一项突破，都会给畜牧业、医学的发展带来一次飞跃；而畜牧业、医学的每一次飞跃发展，又都会给胚胎工程带来新的课题，促进胚胎工程的发展。科学、技术与社会就是在这28 种相互影响中得到发展的，但是，应该知道，科学基础理论的研究在推动技术进步中具有核心作用。为了使学生对胚胎工程的技术有一个全面的了解，简单介绍一下体细胞克隆、转基因等技术与胚胎工程的内在联系，或者请学生自己查找资料去了解。关于胚胎工程技术在畜牧业生产、医学及保护濒危动物等实践中具有的重要作用，要以生动的实例进行表述，以引起学生的求知欲。关于《体内受精》的教学过程，在学生已有的“减数分裂”和“受精作用”知识基础上，根据学生和学校的具体情况采用不同的教学方法。方法一：运用多媒体、图解等进行讲述。讲述过程中要注重调动学生的主动性，引导 “学生自己得出概念，而不是将概念灌输给学生”。例如，让学生自己比较出精子与卵子在发生上的重要区别，总结出哺乳动物的受精过程。方法二：运用合作探究学习的方法。通过合作探究学习，让学生自己亲身体会并组织所学的知识。在运用合作探究学习方法时要注意以下几点：（1）尽量使每一个学生都有任务，以使他们都能投入到教学活动中去；（2）运用这种方法进行教学时，要敢于打破传统讲述法详尽讲解内容的习惯，要精心、大胆地取舍教材内容，只须让学生充分透彻地掌握基本概念和核心内容；（3）学习的全过程必须在组织和指导下进行，使学生集中注意力，这样才能取得预期效果；（4）在对学生进行评价时要坚持评价的结果是能激发和鼓励他们的学习。尽量帮助学生在评价过程中发现自己、肯定自己，让他们感受成功的喜悦。应在上课前几天，将需要探究的内容分成课题，每个课题下还有子课题（可参考前面 “教学内容的结构”中的“体内受精和早期胚胎发育”制定子课题）；然后，把课题和子课题随机分发给已指定好的各小组组长，由每个小组长分配给小组成员，要求学生回家阅读教材后，查阅资料，认真准备（要学生运用多种方式，如图解、挂图、多媒体等方式表述课题内容，并给予协助）。上课时，先请学生将教材中新出现的知识结构提出来，进行解释；然后分小组按下列程序活动：每个学生汇报子课题准备的情况，并提出疑点→小组讨论、解疑→综合课题内容→ 选出代表→代表上讲台介绍，先介绍课题内容，然后简述资料收集的方法和小组讨论情况→ 小组成员补充→其他小组同学提问→答疑或争论→小组内部和各小组之间进行评价→总结。关于《胚胎发育》的教学过程，按教材最后的内容“课外活动：观察蛙受精卵的分裂”，29 组织课外小组的学生进行观察，并写下观察记录。有条件的学校最好将蛙受精卵的分裂过程拍摄下来。上课时，卵裂期的特点请课外小组的学生讲述，并展示拍摄的照片或录像；胚胎发育的其他时期由讲述，讲述时最好运用课件、挂图、模型、多媒体等，以增强直观性。 3.2　体外受精和早期胚胎培养一、教学目标 1.简述哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。 2.简述哺乳动物胚胎的早期培养方法。30 3.认同体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义。二、教学难点与重点 1.教学重点（1）体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义。（2）哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。 2.教学难点（1）卵母细胞的采集和培养。（2）精子的采集和获能。三、教学过程教学过程一定要根据学生的具体情况、教材的内容、教学的条件综合考虑进行。本节教材是在哺乳动物体内受精和胚胎发育的理论基础上，着重简述哺乳动物体外受精和胚胎早期培养的技术方法。本节内容简单，学生通过阅读基本能明白。另外，由于所讲内容技术性较强，与学生的生活相距较远，不易引起学习兴趣，所以可采用探究式的学习方法，以“试管牛”为例，创设出一种新的学习情景，在的带领下，让学生以胚胎工程学家的身份出现，亲历其境地去思考和探究“体外受精和早期胚胎培养”的过程，领悟其探究的方法，以达到激发兴趣、培养能力、获取知识的目的。对具体的教学方法如下。课前搜集有关“试管牛”技术及其发展的资料，并制作“利用屠宰厂牛卵巢收集卵母细胞，并工厂化生产试管胚胎”的计算机辅助教学软件（或投影片）。同时，布置学生搜集有关“试管牛”的资料。在课堂活动中，首先提出问题：“你听说过试管牛、试管羊吗？你知道什么是试管动物技术吗？”从而引出试管动物技术的概念及体外受精在家畜快速繁殖中的重要意义，提出本节主题。接着，请学生回忆第一节课的内容，并思考讨论以下各题：（1）哺乳动物体内胚胎的形成需要经过哪些过程？（精子和卵子的发生—受精—胚胎的发育）（2）哺乳动物体外胚胎的发育需要完成哪些环节？（获得精子和卵子—体外受精—体外胚胎培养）。在学生讨论出结果的基础上，告诉学生，胚胎工程专家就是根据这几个环节来研究哺乳动物体外受精和胚胎早期培养方法的。今天请大家来扮演胚胎工程专家，共同模拟研究“试管牛”工厂化生产的技术流程。首先，请学生阅读教材；然后与学生一起制定研究“试管牛”工厂化生产的技术流程，并31 拟出以下关于技术流程的研究题目：（1）卵母细胞的采集和培养；（2）精子的采集和获能；（3）受精；（4）胚胎的早期培养；（5）画出“试管牛”工厂化生产的技术流程图解让学生自由组合成课题小组，选定研究题目（全部课题都要被不同组选定）。指导学生研究的方法：查阅有关资料（可根据教材或利用自己搜集的有关“试管牛”的资料）→研讨、制定技术方法→写出研究报告。各课题小组按选定的研究课题进行研讨，并写出研究报告。各课题小组的代表公布研究报告，与学生共同进行评价。 3.3　胚胎工程的应用及前景一、教学目标 1.举例说出胚胎移植和胚胎分割。 2.认同胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。32 3.关注胚胎工程的研究进展和应用价值。二、教学难点与重点 1.教学重点（1）胚胎移植的生理学基础、基本程序和应用。（2）胚胎分割的应用意义。（3）胚胎干细胞研究的意义。 2.教学难点（1）胚胎移植的生理学基础。（2）胚胎干细胞的概念和分离途径。三、教学过程关于“胚胎移植”的教学过程，选一篇有关的资料发给同学阅读，例如下面的一则报道。中国首例体细胞克隆牛胚胎移植后代今晨降生（中新网 2003 年 10 月 8 日电）据胶东在线报道，今天凌晨 3 时 18 分，中国首例体细胞克隆牛的胚胎移植后代克隆牛“蓓蓓”在山东莱阳农学院动物胚胎工程中心实验场呱呱坠地。克隆牛“蓓蓓”是采用最新的玻璃化超快速冷冻技术和超数排卵技术繁殖的新型克隆牛。今天凌晨，记者和科研人员一起，焦急地等待“蓓蓓”的降生。3 时 18 分，在科研人员的努力下，克隆牛“蓓蓓”终于来到了这个世界。母亲黑白花奶牛“梨花”舐犊情深，忽然发起牛威，不许众人靠近，并用舌头舔干“蓓蓓”湿湿的黑色毛皮。“蓓蓓”开始睁开眼睛，怯生生地看着四周关心它的人们。凌晨 4 时左右，在母亲的帮助和周围人们的鼓励下， “蓓蓓”终于颤悠悠地站了起来，并在母亲的帮助下开始行走。科研人员费了好大的劲才遏制住了母亲的牛劲，开始对刚降生的“蓓蓓”进行科学测量。经测量，“蓓蓓”体长 66 cm，身高 78 cm，胸围 81 cm，心律 188 次/min，体温 39 ℃，体重 33 kg，各项生理指标正常。克隆牛“蓓蓓”是我国成功繁殖的首例和第二例胎儿皮肤上皮细胞克隆牛“康康”和 “双双”的后代。2001 年，我国研究人员对“康康”和“双双”进行了超数排卵处理，于 2003 年 1 月 2 日，从“双双”体内采集到 13 枚符合国际胚胎移植标准的可用胚胎（这是国际上首次对体细胞克隆牛进行超数排卵处理试验并获得可用胚胎）。研究人员将这些标准胚胎经过玻璃化超快速冷冻处理后，移植到中国黑白花奶牛“梨花”的子宫内，结果获得妊娠。采用超数排卵技术和玻璃化超快速冷冻技术的“蓓蓓”的降生证明，体细胞克隆牛“康康”和“双双”与正常繁殖母牛一样对外来激素具有较好的应答能力；体细胞克隆牛经超数排卵获得的胚胎移植后，具有正常的发育成胎儿的能力；“蓓蓓”的降生，证明了我国体细33 胞克隆技术已达到世界前列。采用超数排卵技术会给畜牧业带来巨大的变革，会促使良种克隆牛快速繁育得到实现，这一切将大大地带动畜牧业产业化的发展。名词解释玻璃化超快速冷冻技术：它是最简洁、最快速的胚胎冷冻保存技术，冷冻过程不超过 1 min，不需要昂贵的程控冷冻仪器，是促进胚胎移植产业化的关键技术之一。该项目采用玻璃化冷冻体细胞克隆牛胚胎移植产犊，在世界上尚属首例。超数排卵：也简称“超排”，是指将供体母牛经激素处理，使其发情，并能排出数量较多的发育成熟的卵子，经合理的人工授精方法，可以获得数量较多的可移植胚胎。在学生阅读后，指导学生分组讨论：什么是胚胎移植？在学生得出胚胎移植概念的基础上，引导学生完善概念。然后让学生通过阅读教材了解胚胎移植的现状，总结胚胎移植的意义。有关“胚胎移植的生理学基础”的四点内容，要重点讲述，并指导学生分析“为什么胚胎移植要在动物发情排卵后一段时间内进行”，以使学生了解胚胎移植的原则，为学生理解胚胎移植基本程序奠定基础。有关“胚胎移植的基本程序”内容，阅读教材后，让学生进行概述，这时要注意指导学生理解每一步技术操作的作用。关于“胚胎分割”的教学过程，学生自学后，讨论以下问题：（1）什么是胚胎分割？它在畜牧生产上有何意义？（2）囊胚期的内细胞团有何功能？对囊胚阶段的胚胎进行分割时要注意什么？为什么？（3）如何进行牛胚胎的分割？总而言之，在教学过程中要注重用自读、设问、讨论等多种形式来引发学生的学习兴趣，防止一言堂。具体方法可参见后面的《教学案例》。关于“胚胎干细胞”的教学过程，让学生阅读教材和通过报刊、杂志、互联网等媒体搜集资料，撰写一篇关于胚胎干细胞应用价值的综述，其中要对胚胎干细胞的来源、功能及特点进行说明。写好的综述要在班里交流，并由学生和给以评价。在学习本节时，如果有条件,可组织学生到家畜良种场参观，或请胚胎工程的专家进行专题讲座，以开阔视野，加深认识。专题 4　生物技术的安全性和伦理问题专题教材分析一、教学目的要求知识方面34 1.简述与生物技术安全性和伦理问题有关的生物学知识，能运用这些知识理解不同观点的内容和论据。 2.举例说出生物武器对人类的威胁。情感态度与价值观方面 1.关注转基因技术的安全性问题，认识到每一项生物技术的发展都有可能带来安全性和伦理问题。 2.养成关注社会问题讨论的参与意识，形成质疑、求实的科学态度，并能以理性的、积极的态度关注问题的解决──通过科技手段的进步、社会规范的建立等途径“趋利避害”。能力方面面对来自媒体和他人关于生物技术安全性和伦理问题的不同观点，能够运用已有的生物学知识进行辨析，初步形成客观的科学的评价能力。二、教学内容的结构和特点（一）教学内容的特点本专题内容包括《科技探索之路──生物技术引发的社会争论》及三节正文：《转基因生物的安全性》、《关注生物技术的伦理问题》和《禁止生物武器》。第一节《转基因生物的安全性》可用 2 课时教学，第二节《关注生物技术的伦理问题》可用 2 课时教学，第三节《禁止生物武器》可用 1 课时教学。本专题还安排了一个课外活动：“社会调查”（或“辩论会”）。本专题题图的寓意是：公众对现代生命科学研究成果的伦理关注，往往超过了对科学价值理解的兴趣。当试管婴儿、转基因食品、克隆动物等来到人间时，有人为此感到欢欣鼓舞，有人觉得犹如一场梦魇。究竟该如何应对？本专题的学习是在前面几个专题的基础上进行的。前面几个专题主要是在技术层面上介绍各种生物技术的原理与应用，其知识、技能的成分更多些，而本专题主要是进行安全性和伦理问题的讨论。例如，关于“转基因生物的安全性”问题的讨论。首先，在概述转基因成果的基础上提出问题，如食用转基因食品会不会对人体健康造成隐性伤害？转基因生物会不会对生态环境造成破坏等；然后，以“论坛”的形式，从食物安全、生物安全和环境安全三个方面分别介绍了不同的观点、态度，并列举了相关的论据。这样编写，不仅形式新颖，还使学生能够依据人们所生活的不同社会环境，从多个角度了解和认识转基因生物安全性问题，感受问题的重要性和复杂性。又如，在“关注生物技术的伦理问题”中提出了三个热点问题：“如果有朝一日克隆人真的来了，我们应该怎么办？”“你支持设计试管婴儿吗？”“你要一张基因35 身份证吗？”通过对这三个热点问题的讨论，帮助学生树立科学的态度和价值观，理性地看待生物技术中的伦理争论。最后又在“拓展视野”中介绍了“争夺基因资源”这一热点问题。本专题最后一节，通过对生物武器的介绍，让学生了解生物武器的危害。在恐怖主义猖獗且现代生物技术迅速发展的今天，了解生物武器对人类的威胁，具有一定的现实意义。本专题之所以选取了与现代生物技术的发展直接相关的几个比较突出的问题进行讨论，主要的意图有以下几方面：（1）提出在生命科学发展过程中，所引出的种种伦理、社会和法律问题。（2）在学生已有的生命科学基础知识之上，引导学生对科技成果的应用进行正确的思考。（3）要让学生了解，由于个人所处的社会在政治制度、经济发展水平、宗教信仰、历史背景、传统伦理观念等方面的差别，就会产生出不同价值观。这样，对于生命科学中同一个伦理、社会或法律问题，在不同社会中不仅会有不同的看法，而且还会引导出截然不同的社会措施、政策和法规。（4）对于中国来说，所有的判断和所立的法规，都必须符合自己的国情，符合国家的最高利益：既要有利于中国科学家占领科学研究制高点、有利于国家科学技术的繁荣，又要有利于促进国家经济的发展。另外，通过介绍我国对待转基因生物、治疗性克隆、生物武器等问题的政策和法规，使学生们认识到，生物技术立法要在国际法规的大框架下，符合自己的国情。在呈现方式上，本专题将学生的活动放在重要的位置上，安排了较多的讨论（如“论坛” 和“热点问题讨论”）、辩论、调查或进展追踪等活动。其中，“论坛”和“热点问题讨论”用一定的篇幅介绍了有关问题的不同观点、背景资料，以及争论的焦点等，其目的是让学生在了解该问题全貌的情况下，展开讨论或做进一步的调查。通过这些活动，不仅培养了学生关注社会问题的参与意识，使学生能够科学地、理性地发表自己的看法；同时也培养了学生分析复杂社会问题的能力。（二）教学内容的结构36 三、与学生经验的联系本专题的学习要联系学生已有的知识和经验，诸如遗传与变异、生殖与发育等必修模块的基础知识；以及本模块基因工程中的转基因技术，细胞工程中的核移植技术，胚胎工程中的胚胎移植技术等知识。只有运用这些知识才能更好地辨析每一种观点背后论据的科学性。每一个问题的讨论及其辩论活动的实施都是对学生已有知识、经验的调动和考查。在学生的生活经验中，也存在有与转基因生物、试管婴儿、基因歧视等问题直接或间接接触的机会；加上媒体的相关报道，在学生中会产生各种认识。虽然这种认识可能是模糊不清的，但至少学生对生物技术的安全性与伦理问题是不陌生的。四、与其他专题的联系在这一专题中，学生要能够对生物技术的安全性和伦理问题进行一些反思和辨析，需要运用到基因工程、细胞工程，以及胚胎工程等现代生物技术的基础知识。因此，前三个专题的学习是本专题的基础。本专题的学习又是整个模块中不可或缺的一部分。通过对转基因生物安全性的关注，以及对生物技术伦理问题的讨论，学生才能真正地将现代生物技术的发生、应用和发展与人们的现实生活切实地联系起来。同时，在分析和讨论相关的生物技术安全性和伦理问题的过程中，学生对现代生物技术核心的基础内容的掌握和运用水平也将得到提升，从而提高学生的生物科学素养和兴趣，这也是本模块基本理念的重要体现。37 4.1　转基因生物的安全性一、教学目标 1.关注转基因生物的安全性问题，认同对生物技术安全性问题讨论的必要性。 2.举例说出对转基因生物安全性问题的不同观点及论据。 3.形成对待转基因生物安全性问题的理性、求实的态度。二、教学重点和难点 1.教学重点（1）对转基因生物的安全性问题多层面、多角度的关注。（2）运用生物学知识对不同观点的理由进行辨析和讨论。 2.教学难点（1）从关注整个生物圈的和谐、稳定与发展的高度去审视转基因生物的安全性。（2）了解有关转基因生物安全性问题争论背后复杂的政治、经济、宗教和伦理道德背景。（3）保证课堂讨论、辩论会，以及社会调查的组织工作有序而有效地实施。三、教学过程 1.将学生已有的知识和经验作为本节学习的切入点。在学生通过专题 1 的学习对转基因技术及其成果有了较深入的了解之后，还可能对转基因技术的应用前景怀有不尽的畅想；同时，学生在社会生活中，也接触到了转基因产品，如来自转基因大豆的食用油、巧克力中的卵磷脂。学生从媒体上也听到了一些对转基因产品安全性争论的意见，每个人都会有自己的一些疑虑和想法。那么，对于转基因产品我们该如何看待？转基因产品安全性问题讨论的焦点是什么？人们心中的疑虑有多少是盲目的，有多少是有科学依据的呢？从这些问题出发，能够很自然地引起学生对转基因生物安全性的关注，同时，也点出了本专题学习的主题。 2.本节教学应主要采用讨论和交流的方式进行，在问题讨论、辩论会准备等活动中应充分发挥学生学习的自主性。让学生在阅读教材的基础上，再从多种渠道收集相关信息，展开小组讨论、提出问题。在理解教材相关内容的基础上，学生还可以提出个人经过选择、鉴别、整理而形成的观点和依据。在讨论和辩论中，让这些信息得以运用和共享。应鼓励学生充分发表自己的意见。在本节的学习中，教材提供了学习的蓝本和思维的某些线索，发挥的是指导和评价的作用，特别是对学生有些不科学的想法要予以指正，对学生知识水平达不到的环节予以点拨。38 3.从某种意义上说，主动参与的学习过程比单纯获得现成的结论更重要。关于转基因生物安全性问题的讨论，不同于其他生物技术专题，因为其他生物技术专题的原理和技术都具有确定性的特点。本节应注重于学习的过程，通过本节的学习，不仅引起学生对转基因生物安全性的关注，而且能以科学的态度予以思考，即对不同的观点能够运用生物学知识加以理解和辨析。在态度取向上，正如教材所说“应该趋利避害，而不能因噎废食”──理性地看待转基因技术。 4.本节的最后，通过“理性地看待转基因技术”的学习，让学生认识到不能单纯从技术角度去理解人们对待转基因产品的态度，其中包含有复杂的政治、经济和文化的背景。再通过对我国基因工程安全法规的学习，引导学生了解与转基因生物安全性相关的科学保障手段。39 4.2　生物技术的伦理问题一、教学目标 1.认同对生物技术伦理问题讨论的必要性，简述克隆人、试管婴儿、基因检测等生物技术在应用中可能和已经带来的利与弊。 2.通过讨论、阅读、查找资料等活动，关注上述问题可能给人类生活带来的影响，形成自身的心理准备和理性的思考。二、教学重点和难点 1.教学重点通过讨论与交流，让学生既要了解到克隆技术、体外受精和胚胎移植技术，以及基因检测技术在人类生活中的积极作用，同时还要关注它们带来的有关伦理问题。 2.教学难点在讨论问题过程中，引导学生运用科学的原理和语言、严谨的逻辑表述自己的观点，防止随意的猜测、盲目的疑虑和偏激的态度。三、教学过程 1.利用热点问题的冲击力调动学生的学习兴趣。虽然这些问题目前在一定范围内还存在争议，但若干年以后，却是学生在未来的生活中所要面对的。这些问题与他们的切身利益有一定的相关性，让学生从这一角度认识问题，会让问题的讨论活泼而又严肃，会让每个学生都认真地去思考生物技术带来的伦理争论。 2.本节课在教学方式、态度取向以及对待问题的态度等方面，与第一节有相似之处。有关热点问题的背景资料和争论焦点的内容，可以安排学生自己阅读，还可以让学生在互联网上查阅和收集更多相关的信息，在课堂上就问题展开充分的讨论，让学生感受到生物技术的伦理问题已经或正在进入我们的生活，以及这些问题对个人、家庭和社会可能产生的影响。如果可能的话，还可以就其他一些学生感兴趣的生物技术安全性和伦理问题展开讨论。40 4.3　禁止生物武器一、教学目标 1.列举生物武器的主要种类。 2.举例说出生物武器给人类带来的威胁。 3.形成坚决禁止生物武器、维护世界和平的态度。二、教学重点和难点 1.教学重点举例说出生物武器对人类带来的威胁。 2.教学难点如何看待禁止生物武器与转基因技术在生物武器方面的应用。三、教学过程 1.运用直观素材──教科书中的图片、其他图片和影像资料，以帮助学生了解生物武器的种类以及生物武器的危害。让学生感觉到生物武器离我们并不遥远，不论是历史上的遭遇，还是现实中的事件；也不论是中国，还是外国。通过图片和影像资料的直观性，来完成教学的重点内容。 2.对待生物武器的态度应明确而坚定──坚决禁止生物武器。这部分内容与前面转基因生物安全性的讨论大不一样。在转基因生物安全性的问题上，教科书中陈述了两种不同的立场，然后让学生讨论并形成自己的观点；而关于生物武器，必须帮助学生形成明确的立场── 不论在何种情况下，生物武器的生产、储存和使用都将对受害国的民众，以及所有爱好和平的人们造成极度的恐慌和致命的危害。这种立场不仅应始终蕴涵在的情感态度之中，还应体现在对教学素材的选择和言语的表述之中。 3.转基因技术与生物武器的问题──转基因技术的应用，使生物武器给人类可能带来更大的威胁。在这一问题上，一方面应引发学生对转基因技术的理性思考，防止转基因技术的滥用；另一方面要尽可能通过实例，使学生树立坚决禁止生物武器的态度。41 专题 5　生态工程本专题教材分析一、教学目的要求知识方面 1.简述生态工程兴起的原因。 2.简述生态工程的基本原理。 3.举例说出生态工程建设的实例。情感态度与价值观方面 1.关注生态工程建设。 2.初步形成物质循环利用、协调与平衡、多样性、局部与整体相统一的观点，树立可持续发展的观念。 3.重视理论联系实际。能力方面 1.利用多种媒体搜集信息，运用所学的生态工程原理，结合当地的社会发展状况研究当地生态工程的建设方向和途径。 2.分析并评价生态工程的实例，运用生态工程原理尝试设计简单的生态工程。生态工程是多学科交叉形成的新兴学科。进行生态工程建设时，会遇到各种错综复杂的问题，因此，既要遵循生态学原理，又要考虑社会、经济等各种因素，分析生态工程案例时只从生态学角度分析是片面的。教材中生态工程的原理和生态工程的实例内容比较丰富，给和学生很大的空间。应根据学生的实际情况，选择与学生生活经验较为贴近的内容。教材的内容选择和呈现方式力求鼓励学生进行探究性学习：如实践活动、资料分析、讨论、设计和进展追踪等，应充分调动学生的积极性，鼓励他们进行自主、探究、合作式的学习活动。二、教学内容的结构和特点（一）教学内容的特点本专题内容包括《科技探索之路──生态工程的兴起》及两节正文：《生态工程的基本原理》和《生态工程的实例和发展前景》。第一节《生态工程的基本原理》可用 2 课时教学，第二节《生态工程的实例和发展前景》可用 3 课时教学。本专题还安排一个实践活动《调查42 沼气工程的实施情况》。本专题的题图寓意深刻：干裂的土地，赤红的荒山（例如江西赣中、赣南一带植被破坏后的山丘都呈现赤红色）；幼苗的上方是蔚蓝的地球。地球似乎化作一滴甘露，滋润着幼苗和大地；幼苗又可寓意生态工程，虽然柔弱，但却顽强地支撑着地球；地球和幼苗组合和谐，象征着希望。题图设计的目的是引起同学的思考，引导学生进入本专题的学习。引言部分紧扣题图，从太空遥望地球的壮丽，到近看地球环境被破坏，提出“地球需要我们细心的呵护”，并用简洁的语言解释生态工程的概念和生态工程的深刻内涵。《科技探索之路──生态工程的兴起》以提出问题—不同观点的争论—解决问题的思路来呈现生态工程的兴起过程。配图以学生容易理解的漫画的形式，呈现当前国际上对发展的不同理解。这种以漫画图呈现复杂内涵的形式，不仅学生容易理解，还会使学生联想周围的类似行为，留下较大的思考空间。书中可持续发展的定义是引用国际上经典的说法，来自于联合国环境与发展委员会的著名报告《我们共同的未来》。文中配有一段英文原文，既便于学生对原文的理解，又使学生很自然地体会到这一问题的全球性。第一节《生态工程的基本原理》，包括关注生态工程的建设和生态工程的基本原理两部分内容。第一部分“关注生态工程建设”，指出经济的不当发展对环境的破坏，引导学生关注环境问题。提出解决经济发展与环境问题的根本原则是循环经济，而实现循环经济的重要手段之一是生态工程。呈现方式是通过资料分析对问题进行思考。资料分析 1 是以长江洪水为例来分析。1998 年的长江洪水是近些年来我国发生的较大的环境事件，选择它作为材料能较好地达到“关注环境问题”的目的。资料分析 2 是以国际上普遍存在的“石油农业”为例来分析现代农业的弊病。我国是农业大国，用农业生产上存在的破坏环境的问题，如大量使用化肥等问题来分析具有代表性。通过对这一实例的分析，可以使学生较深入地理解生态工程的必要性和生态工程建设的重要意义。最后，通过著名生态经济学家 L.R.布朗的中英文对照的一段话，对本段的学习内容作了深刻而富于哲理的总结。第二部分是“生态工程的基本原理”。生态工程是生态学、系统学和工程学等学科的交叉学科，所以生态工程的基本原理包含内容较多。按照必修课学生学习的生态学基础，编者选择了物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理及两个系统学和工程学原理。本部分的呈现方式是先介绍原理的理论基础，后有相应的实例帮助理解。实例主要选择我国生态工程建设中遇到的实际问题，其中，一些问题已得到了解决，也有一些是失败的教训，这样从正反两个方面进行总结，有助于培养学生全面分析问题的能力。43 在上述实例选择中，既有最早和生动的生态工程──我国古代“无废弃物农业”，也选择了目前生态工程遇到的问题。例如，我国三北防护林建设中某地区只种植单一树种，结果出现营养结构单一，稳定性差。又如，太湖的环境污染造成水体的富营养化，打破了生物与环境的平衡，造成了极大的环境和生物破坏等。课文中，还列举了多数学生可能关注的一些问题，如农村的烧柴问题，以帮助学生从整体性角度综合考虑生态工程建设中遇到的社会、经济等实际问题，培养学生综合分析问题的能力。关于系统的结构决定功能原理和系统整体性原理，旨在使学生了解生态工程建设需要系统学和工程学的知识，教会学生综合分析思考问题的重要性。考虑这部分内容比较抽象，前一个原理，以学生熟悉的计算机网络结构做比喻，通俗地将原理加以理解；后一个原理，则利用必修课中学习的“整体大于部分之和”的基础，再通过分析有关生态系统的营养循环关系来理解。本节内容后安排了一个实践活动《调查沼气工程的实施情况》。安排此活动的原因之一是沼气工程意义重大，目前我国政府大力提倡沼气工程，把它作为我国农村生态工程综合发展的一个重要环节。另一个原因是让学生通过联系实际，来学习有关的知识。在取得一定的经验后，再通过讨论和交流，加深对实际问题的认识。第二节《生态工程的实例和发展前景》包括生态工程的实例和生态工程的发展前景两部分内容。在“生态工程的实例”中共分析了六个实例：农村综合发展型生态工程、小流域综合治理生态工程、大区域生态系统恢复工程、湿地生态恢复工程、矿区废弃地的生态恢复工程和城市环境生态工程。选择这些实例的原因，一方面是这些实例包含着我国科学工作者已探索出来的成功经验（每种实例都是从当地的实际情况出发，因地制宜地进行生态工程的建设）；另一个方面是我国幅员辽阔，不同地域的环境问题不尽相同，选择这些有代表性的生态工程，为学生和的选择性学习提供了背景和资料。可根据当地的实际情况有重点地选择其中一些实例进行学习。例如，农村学校特别是生态农业试点地区的学校，可以重点学习农村综合发展型生态工程的内容，并通过参观沼气工程的实践活动，理解以沼气工程为中心，促进农村全面发展的对策。又如，我国有些地区土地的沙漠化和水土流失问题极为严重，这些地区的学生可以重点学习大区域生态系统恢复工程。再如，我国的很多矿区生态环境破坏严重，土壤变得贫瘠，环境污染十分严重，课本以赤峰市元宝山矿区恢复工程为例进行了有关内容的讲述，这一内容对矿区的学生具有实际意义。第二节内容呈现的方式是首先指出面临的问题，然后，提出解决的对策，最后通过案例44 介绍了生态工程的实际应用。这种呈现方式不仅层次清楚，更重要的是将生态工程融入实际应用之中，生动、形象地体现了生态工程的巨大作用，便于学生对生态工程基本原理的理解，并对于学生树立生态学的观点，培养理论联系实际的学风，具有较好的作用。课文通过实例的学习，最后回扣主题，肯定生态工程的重要作用；同时也指出，生态工程也有局限性，只有预防生态破坏，发挥生态系统的自然修复能力才是根本的出路。让学生懂得为什么要强调树立保护自然环境，呵护地球母亲的思想。 “生态工程的发展前景”主要包括两部分内容：“生物圈 2 号”生态工程的实验及启示；对我国生态工程发展前景的分析与展望。选择以生物圈 2 号作为对生态工程未来发展启示的原因是：作为世界上唯一的完全人工建立的生态系统，从它投资的规模、设计思路的奇妙，以及实验过程的长久来看，都是其他人工生态系统无法比拟的，因此引起人们极大的兴趣和关注。但是这一实验的结局带给人们更多的是深刻反思，以此作为生态工程发展的全方位思考是再恰当不过了。这部分内容的呈现方式是：首先讲述了人类做这一探索的美好愿望；然后，从生态工程设计者的角度分析该工程设计的特点；最后，客观地讲述了这一实验的结果，分析了实验失败的原因，并以凝重的语气讲述了它带给人们的经验教训和对未来的思考。对我国生态工程发展前景的分析与展望部分的呈现方式，是通过对中西方生态工程建设进行比较，说明应根据中国国情，走自己的生态工程之路。同时用一些数据及我国安徽省颍上县小张庄的实例讲述了生态工程在中国的广阔发展前景。（二）教学内容的结构45 三、与学生经验的联系本章内容所涉及的生态环境问题是学生关注的热点问题。在必修模块中学生学习了生态系统的结构；生态系统的物质循环和能量流动的基本规律和应用，本专题的内容都与其有密切的联系。例如，物质循环再生原理的理论基础是必修课中学习过的生态系统的物质循环；物种多样性原理的理论基础是必修课中学习过的生态系统的稳定性；协调与平衡原理的理论基础──生物与环境的协调与平衡，与必修课中的种间关系、环境容纳量等内容有联系；整体性原理的理论基础是人类所处的社会、经济、自然复合系统，特别是社会和经济对生态系统的影响力（如农民的生计问题与林业工程建设的矛盾等），这点在农村生活的学生会有切身的感受和体会。学生能够从身边生活和媒体的介绍中感到环境受损问题的严重，如空气的污染、水的污染等，他们能够理解对于受损的生态系统进行修复和重建的重要意义。由于学生在初中生物课中学习过“生物圈 2 号”生态工程，通过媒体的介绍了解了一些有影响的生态工程，如对全国有重要影响的三北防护林、国家重视的小流域治理、大力提倡的沼气工程，等等，因此，46 对于这部分内容，学生理解起来并不难。生活在不同地域的学生生活经验不同，如城市的学生十分关注城市绿化工程，一些学生参观过生态农场和污水处理厂，而农村的学生比较了解农村经济建设和环境保护的情况，关心沼气工程的建设，很多学生的家乡都开展了生态工程建设。这些都是学生学习本专题内容时很好的切入点。生四、与其他专题的联系随着现代生物技术的发展，人们已经将更多的成果应用于生态工程建设中，例如，基因工程中，抗虫、抗病转基因植物的种植减少了农药的使用，保护了生态环境等。细胞工程中组织培养技术的应用，对城市环境的综合治理也起到重要作用。酶工程的原理可以帮助学生理解沼气工程中对菌群的控制。生态建设中同样存在着伦理问题，即生态伦理问题，因此可以说，本专题与专题 4《生物技术的安全性和伦理问题》的内容有相通之处，同样需要学生学会站在不同的角度，全面分析问题。47 5.1　生态工程的基本原理一、教学目标 1.简述生态工程的概念，关注生态工程的建设。 2.简述生态工程的原理，举例说出各原理的内容。 3.尝试运用生态工程原理，分析生态环境问题及解决对策。二、教学重点和难点 1.教学重点生态工程的基本原理。 2.教学难点生态工程的系统学和工程学原理。三、教学过程新课的引入可采取三种方法。一种方法是：充分地利用题图进行课堂讨论，思考这个电脑合成作品的寓意。认真阅读引言，分析“地球需要我们细心的呵护”的含义，从而引出主题。另一种方法是：利用自己收集的资料或课本中提供的信息，如利用第二节的“思考与探究”第 1 题的资料分析内容，讨论如何使受损环境修复，从而引出生态工程这一主题。第三种方法是：让学生说出当地生态环境中存在的问题，并提出解决这些问题的方法，再进一步引出生态工程的概念。《科技探索之路──生态工程的兴起》，从人们的认识发展变化的角度写出了在可持续发展背景下提出的生态工程的含义。布置学生课外阅读，并搜集有关可持续发展观提出的背景资料，布置展板，进行学习交流。在课堂教学时，可利用查阅的资料，从可持续发展提出的背景入手，组织学生讨论教材中的漫画。还可以模拟历史上的关于“增长极限”的讨论，在课堂上举行小型辩论会。让学生自己归纳出为什么提出可持续发展和生态工程。可持续发展的最初定义来自《我们共同的未来》一书，中文翻译可能有些拗口，学生可以和原文对比学习，理解这一定义。此外，应该给学生推荐一些课外参考书。《关注生态工程的建设》的教学，从资料分析中总结出建设生态工程的意义。可以用教材提供的两则资料分析讨论问题。一则是 1998 年长江发生的特大洪水灾害问题，首先，通过分析图“被洪水淹没的大地”，让学生感受环境问题的紧迫性，再通过搜集长江沿岸湖泊面积减少的资料和有关长江成为悬河的资料（最好是图片），引入对问题的分析讨论。课前（或课后）可布置学生搜集资料，了解最近几年来，我国采取了哪些治理措施防治洪灾，从48 而提出生态工程是恢复被破坏的生态环境的重要途径。另一则是分析目前我国农业上存在的一些环境污染的问题，对这一问题，可采取与上述同样的方法进行教学。通过对这两则资料的分析、讨论，让学生理解进行生态工程建设的必要性，理解通过生态工程实现“生态经济” 和“循环经济”这一思路。另一种教学方式是或学生可搜集本地区的资料，从本地区发生的事件或其他热点实例入手，认识进行生态工程建设的必要性。这部分教材着力阐述了可持续发展的实践中必须推行“生态经济”和“循环经济”这一思想，但没有给这两个词一个严格的定义，主要是因为学生从媒体中可以接触到这些词，从字面上也能够理解其含义。L.R.布朗的一段话，寓意深刻，希望能阅读一些有关的参考书，与学生共同交流对这段话的理解和认识。生态系统的基本原理，包括生态学、系统学和工程学的原理。由于前四个原理的理论基础是必修模块中学习过的内容，在教学时，用案例引出对原理的学习，再利用原理分析讨论对案例问题的解决。例如，从植树造林中出现的不注意多样性的问题，引出对物种多样性原理的学习，在此基础上再阅读珊瑚礁生态系统的多样性特点，以此为鉴，鼓励学生为当地植树造林设计生态工程。物质循环再生原理引用的实例是我国古代“无废弃物农业”，讲授这部分内容时，要注意强调我国人民的聪明才智，以加强民族自豪感教育。整体性原理的理论基础是社会系统和经济系统对生态系统的影响力，可以列举学生关注的一些实例，例如，农村的烧柴问题，湿地保护中遇到的农民生活问题等，来帮助学生从整体性上考虑解决生态工程建设中遇到的实际问题。教学中可采取角色扮演的方式，让学生通过模拟决策，把整体性原理学习得更为透彻。在学习生态工程的基本原理时，要注意培养学生的社会参与意识和分析问题的能力。本节最后安排了一个实践活动，应该早做计划和安排，调查前应对学生进行安全教育。调查的目的是通过调查沼气工程，了解沼气工程的基本原理，生产方法，工艺流程，并且通过调查理解我国推广沼气工程的目的和意义。也可以将此活动组织成学生的研究性学习，分成不同的课题小组进行研究，培养学生的科学探究能力。49 5.2　生态工程的实例和发展前景一、教学目标 1.举例说出生态工程的实例，说出这些实例所运用的主要生态工程原理。 2.评述生态工程发展前景，说出生态工程的局限性，举例说出我国生态工程的特点。 3.尝试设计简单的生态工程。二、教学重点和难点 1.教学重点生态工程的实例。 2.教学难点应用生态工程的原理，设计简单的生态工程。三、教学过程教材选择的六个生态工程各有特色，可以根据学生的经验，区域的特点进行选择，“搭配”出适于学生学习的内容。例如，在第一节的教学中组织了实践活动《调查沼气工程的实施情况》，要精心设计参观内容，让学生通过调查，总结出以沼气工程为中心的农村综合发展型生态工程的特点。小流域综合治理生态工程的教学可以通过资料分析进行；如果学生的家乡有这类问题，就应从社会调查入手开展教学活动，使学生对具有我国特色的生态工程有一定的了解。教学中要注意强调我国农民和科技工作者在实践中的创造，让学生理解实践出真知的道理，培养学生求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度。大区域生态系统恢复工程的教学，师生可以通过搜集资料了解我国沙漠化现状和三北防护林建设的背景、发展前景及存在的问题。在有条件的地区，应组织学生开展植树等志愿者活动，积极参加生态工程的建设。湿地生态恢复工程的教学，可适当加入湿地的生态功能、我国湿地面临的问题，以及生物多样性的保护等内容。可采取聘请专家开设专题讲座等多种方式进行，也可以组织志愿者活动，如去湿地观鸟、考察等，让学生重视湿地生态系统的保护，关注湿地生态恢复工程的建设，在教学中注意整体性原理的应用。关于矿区废弃地生态恢复工程的教学，如果学生没有这方面的经验，除教材中的实例外，可查阅相关资料，如向学生介绍德国的矿区废弃地生态恢复工程（德国在这方面的工作很有特点）。50 城市环境生态工程的教学，一种方式是对环境问题进行调查，组织学生进行研究性学习，如将学生分成不同的课题小组，分专题研究城市生态系统的主要问题，调查城市生态工程的现状，以小专题（如校园或小区绿化）的形式设计城市生态工程，撰写调查报告和开答辩会等。另一种方式是可以带领学生调查城市生态系统存在的问题，讨论目前所采用办法的利与弊，并在有条件的地方，组织学生参观城市环境生态工程，如污水处理厂、生态园区等。但无论哪种教学模式，都要把教学落实在学生的行动上，积极组织学生参加生态工程的建设和环保活动，提高学生的环保意识，并用行动教育周围的居民自觉地保护环境。关于“生物圈 2 号”内容的教学，虽然“生物圈 2 号”在初中和高中必修模块中都有介绍，但作为人工模拟自然生态系统的工程，在本专题中还有必要进行认真地分析。对这部分内容的讲授，一方面是从科学实验的角度学习，如提出实验方案，与学生讨论其设计思路，最主要的是总结分析其失败原因和带来的启示。另一方面，可以从一个导游者的角度，带领学生进行“生物圈 2 号”虚拟参观，让学生以游记的形式记录所见所闻，或以当年进入“生物圈 2 号”的科学家的口气描述实验的过程，反思其失败的原因。关于我国生态工程前景的分析与展望的教学，应在总结中西方生态工程区别的基础上，突出我国生态工程的特点，还可以让学生搜集古代哲学家的思想对生态工程和环境保护影响的名句。同时，应让学生理解建立生态工程是人们不得已而为之的，存在一定的局限性，而保护环境、建立循环经济是最根本的。可以引领学生分析“思考与探究”第 1 题中关于朝鲜三八线的例子，思考从一片没有生命的焦土到生机勃勃的野生生物的乐园这一过程中带给人们的启示。51 专题 1　传统发酵技术的应用课题 1　果酒和果醋的制作一、课题目标说明果酒和果醋制作的原理，设计制作果酒和果醋的装置，完成果酒和果醋的制作。二、课题重点与难点课题重点：说明果酒和果醋的制作原理，设计制作装置，制作出果酒和果醋。课题难点：制作过程中发酵条件的控制。三、课题背景分析课题背景从人类酿酒制醋的历史切入，说明酒与醋的制作不仅仅是发酵食品的制作加工，还是一种文化现象，反映了人类文明发展的足迹。可以充分利用这一素材，渗透“科学、技术、社会”的教育。在此基础上，教材简述了果酒和果醋的特点及其在日常生活中的作用，以激发学生动手制作的兴趣。四、基础知识分析与教学（一）果酒制作的原理知识要点：1. 酵母菌的兼性厌氧生活方式；2.发酵需要的适宜条件；3.传统发酵技术所使用的酵母菌的来源。教学：在介绍传统发酵酿酒时，首先应让学生了解酵母菌的兼性厌氧生活方式，理解发酵需要一定的条件，然后再介绍传统发酵方法，分析传统发酵技术中所使用的酵母菌的来源。最后，可以组织学生讨论，在发酵过程中，怎样才能保证发酵液不受污染、如何控制好温度。（二）果醋制作的原理知识要点：1.酒变醋的原理；2.控制发酵条件的作用；3.制醋所利用的醋酸菌的来源。教学：可采用多种形式让学生了解由酒变醋的原理以及在制醋过程中醋酸菌的作用。例如，可以组织学生在查找资料的基础上进行讨论和交流。通过学生的自主活动，让学生了解传统制醋的流程、醋酸菌的生活特点、醋酸菌在自然界的分布以及使果酒变为果醋的方法等基础知识。五、实验案例制作葡萄酒和葡萄醋将实验安排在秋季的 9 月或 10 月进行。在这段时间内进行实验，有如下优点：（1）正值收获季节，葡萄的价格便宜，品种多样；（2）此时葡萄上的酵母菌数量多且生活力强，52 发酵酿酒的效果好；（3）温度适宜，发酵现象非常明显。实验的具体操作步骤如下。 1.对发酵瓶、纱布、榨汁机、盛葡萄汁的器皿等实验用具进行清洗并消毒。先用温水反复冲洗几次,再用体积分数为 75%的酒精擦拭消毒，晾干待用。 2. 取葡萄 500 g，去除枝梗和腐烂的子粒。 3. 用清水冲洗葡萄 1～2 遍除去污物，注意不要反复多次冲洗。 4. 用榨汁机榨取葡萄汁后，将其装入发酵瓶中（装置参见教材图 1-4b），或将葡萄打成浆后，用洁净的纱布过滤至发酵瓶中，盖好瓶盖。如果没有合适的发酵装置，可以用 500 mL 的塑料瓶替代，但注入的果汁量不要超过塑料瓶总体积的 2/3。 5. 将发酵瓶置于适宜的温度下发酵。 6. 由于发酵旺盛期 CO2 的产量非常大，因此需要及时排气，防止发酵瓶爆裂。如果使用简易的发酵装置，如瓶子（最好选用塑料瓶），每天要拧松瓶盖 2～4 次，进行排气。 7. 10 d 以后，可以开始进行取样检验工作。例如，可以检验酒味、酒精的含量、进行酵母菌的镜检等工作。 8. 当果酒制成以后，可以在发酵液中加入醋酸菌或醋曲，然后将装置转移至 30～35 ℃ 的条件下发酵，适时向发酵液中充气。如果找不到醋酸菌菌种或醋曲，可尝试自然接种，但效果不是很好。如果没有充气装置，可以将瓶盖打开，在瓶口盖上纱布，以减少空气中尘土等的污染。六、课题成果评价（一）果酒的制作是否成功发酵后取样，通过嗅味和品尝进行初步鉴定。此外，还可用显微镜观察酵母菌，并用重铬酸钾检验酒精的存在。如果实验结果不理想，请学生分析失败原因，然后重新制作。（二）果醋的制作是否成功首先通过观察菌膜的形成、嗅味和品尝进行初步鉴定，再通过检测和比较醋酸发酵前后的 pH 作进一步的鉴定。此外，还可以通过在显微镜下观察发酵液中是否有醋酸菌，并统计其数量作进一步鉴定。53 课题 2　腐乳的制作一、课题目标以制作腐乳为例了解传统发酵技术的应用，说明腐乳制作过程的科学原理，设计并完成腐乳的制作，分析影响腐乳品质的条件。二、课题重点与难点课题重点：说明腐乳制作过程的科学原理，设计并完成腐乳的制作。课题难点：在实践中摸索影响腐乳品质的条件。三、课题背景分析课题背景首先介绍了腐乳是一种发酵的大豆食品，其制作在我国已有悠久的历史。豆腐中的蛋白质和脂肪经微生物分解为小分子肽、氨基酸和甘油、脂肪酸等，再经加工腌制成为腐乳，其主要生产过程离不开微生物的发酵。教学时可从学生熟悉的腐乳类型入手，逐步引入制作腐乳需经一定种类微生物的发酵。有条件的学校还可以组织学生到腐乳生产厂家进行参观，了解腐乳的制作过程，然后自己动手制作腐乳。还可以发动学生在课外查阅资料，了解更多的有关腐乳生产的背景知识。四、基础知识分析与教学知识要点：相关的微生物，如毛霉等在腐乳制作中的作用。教学：可以利用关于腐乳制作方法的传说，结合旁栏思考题，组织学生讨论，认识微生物的发酵作用，总结腐乳制作的大致过程。五、实验案例制作腐乳实验的具体操作步骤如下。 1.将豆腐切成 3cm×3cm×1cm 的若干块。所用豆腐的含水量为 70％左右，水分过多则腐乳不易成形。水分测定方法如下。精确称取经研钵研磨成糊状的样品 5～10 g (精确到 0.02mg )，置于已知重量的蒸发皿中，均匀摊平后，在 100～105 ℃电热干燥箱内干燥 4 h，取出后置于干燥器内冷却至室温后称重，然后再烘 30 min，直至所称重量不变为止。样品水分含量（%）计算公式如下。 (烘干前容器和样品质量-烘干后容器和样品质量)/烘干前样品质量 2.将豆腐块平放在铺有干粽叶的盘内，粽叶可以提供菌种，并能起到保温的作用。每块54 豆腐等距离排放，周围留有一定的空隙。豆腐上面再铺上干净的粽叶。气候干燥时，将平盘用保鲜膜包裹，但不要封严，以免湿度太高，不利于毛霉的生长。 3.将平盘放入温度保持在 15～18 ℃的地方。毛霉逐渐生长，大约 5 d 后豆腐表面丛生着直立菌丝。 4.当毛霉生长旺盛，并呈淡黄色时，去除包裹平盘的保鲜膜以及铺在上面的粽叶，使豆腐块的热量和水分能够迅速散失，同时散去霉味。这一过程一般持续 36 h 以上。 5.当豆腐凉透后，将豆腐间连接在一起的菌丝拉断，并整齐排列在容器内，准备腌制。 6.长满毛霉的豆腐块（以下称毛坯）与盐的质量分数比为 5∶1。将培养毛坯时靠近平盘没长直立菌丝的一面统一朝向玻璃瓶边，将毛坯分层盘立摆放在容器中。分层加盐，并随层加高而增加盐量，在瓶口表面铺盐厚些，以防止杂菌从瓶口进入。约腌制 8 d。 7.将黄酒、米酒和糖，按口味不同而配以各种香辛料（如胡椒、花椒、八角茴香、桂皮、姜、辣椒等）混合制成卤汤。卤汤酒精含量控制在 12％左右为宜。酒精含量的高低与腐乳后期发酵时间的长短有很大关系。酒精含量越高，对蛋白酶的抑制作用也越大，使腐乳成熟期延长；酒精含量过低，蛋白酶的活性高，加快蛋白质的水解，杂菌繁殖快，豆腐易腐败，难以成块。 8.将广口玻璃瓶刷干净后，用高压锅在 100 ℃蒸汽灭菌 30 min。将腐乳咸坯摆入瓶中，加入卤汤和辅料后，将瓶口用酒精灯加热灭菌，用胶条密封。在常温情况下，一般六个月可以成熟。六、课题成果评价（一）是否完成腐乳的制作学生是否完成腐乳的制作依据是：能够合理地选择实验材料与用具；前期发酵后豆腐的表面长有菌丝，后期发酵制作基本没有杂菌的污染。（二）腐乳质量的评价制作成功的腐乳应该具有以下特点：色泽基本一致、味道鲜美、咸淡适口、无异味、块形整齐、厚薄均匀、质地细腻、无杂质。（三）能否总结不同条件对腐乳风味和质量的影响。学生能从盐、酒的用量、发酵的温度、发酵时间的长短，以及香辛料等因素中的某一因素来说明其对腐乳风味或质量的影响。55 课题 3　制作泡菜并检测亚硝酸盐含量一、课题目标尝试制作泡菜，并尝试用比色法测定泡菜中亚硝酸盐含量的变化。讨论与此相关的食品安全问题。二、课题重点与难点课题重点：制作泡菜并测定泡菜中亚硝酸盐含量。课题难点：泡菜中亚硝酸盐含量的测定。三、课题背景分析课题背景通过日常生活中人们喜爱的泡菜食品，引入主题──制作泡菜并测定泡菜中亚硝酸盐含量，引导学生关注食品安全，维护身体健康。教学时，可以让学生列举一些自己喜欢的泡菜，以充分调动学生的兴趣，激发学生的求知欲，从而顺利进入本课题的研究。四、基础知识分析与教学 (一)乳酸菌发酵知识要点：1. 乳酸菌在自然界的分布；2. 乳酸菌发酵的原理。教学：在介绍乳酸菌的相关知识时，可以利用教材上的图片，也可以发动学生搜集资料，以增进学生对乳酸菌的感性认识，使学生能够有效地将生物学知识与日常生活相联系。（二）亚硝酸盐知识要点：1.亚硝酸盐的有关知识；2.我国食品卫生标准规定的亚硝酸盐含量标准；3. 亚硝酸盐的危害。教学：讲解亚硝酸盐的知识时，可引导学生将生物学内容与有关化学知识结合起来思考，引导学生认识亚硝酸盐的危害，启发学生利用已有知识寻求简单而有效的鉴定亚硝酸盐的方法。五、实验安排及注意事项氢氧化铝乳液的配制将 125 g 硫酸铝［Al2(SO4)3 ·18H2O］溶解在 1 000 mL 蒸馏水中，形成氢氧化铝胶状物（为促进胶状物的形成，可适当加入氨水溶液，使 pH 为 4）。利用真空抽滤瓶对胶状物进行真空抽滤，并用蒸馏水反复洗涤沉淀，直至洗涤液分别用氯化钡或硝酸银溶液检验不发生混浊为止。取下沉淀物，加适量蒸馏水，将胶状物沉淀调至稀浆糊状，捣匀备用。制备的氢氧化铝胶体能吸附泡菜汁液中的杂质，使泡菜汁透明澄清，以便进行后续的显色反应。56 六、课题成果评价（一）泡菜腌制的质量如何可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定，还可以在显微镜下观察乳酸菌形态，比较不同时期泡菜坛中乳酸菌的含量。（二）亚硝酸盐含量的测定配制的亚硝酸盐标准使用液与样品液显色后，目测比色效果如何，是否与标准液的浓度相吻合。如果不吻合，还应在已知浓度范围内，改变浓度梯度，进一步配制标准使用液。（三）是否进行了及时细致的观察与记录在实验进行过程中，应及时对泡菜中亚硝酸盐含量进行鉴定，比较不同时期亚硝酸盐含量的变化及其对泡菜质量的影响。57 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一、课题目标简述果胶酶的作用；检测果胶酶的活性；探究温度和 pH 对果胶酶活性的影响以及果胶酶的最适用量；搜集有关果胶酶应用的资料。二、课题重点与难点课题重点：温度和 pH 对果胶酶活性的影响。课题难点：果胶酶的最适用量。三、课题背景分析随着生活水平的提高，水果几乎成为人们生活中的必需品，果汁饮料也深受人们的喜爱。将水果制成果汁，不仅有利于解决水果丰收季节的产、销、运输和保存等多方面的问题，而且提高了水果的附加值，满足了人们不同层次的需要。课题背景从与社会的联系、与学生生活的联系入手，引入课题研究。在教学过程中，可以以本地某种水果的生产、贮存、加工和运输为素材，让学生做一个简单的估算，从而认识到果汁加工的经济效益。例如，可以让学生计算生产一升苹果汁大约需要多少斤苹果，苹果与苹果汁的价格相差多少；等等。此外，还可以联系学生已有的关于酶的知识，引导学生认识果胶酶的特性及其作用。四、基础知识分析与教学知识要点：1.果胶酶的作用；2.酶的活性的定义；3.影响酶活性的因素；4.果胶酶的用量。教学：关于果胶酶作用的教学，可以先展示下图，介绍植物细胞壁的成分和细胞与细胞之间的胞间层成分，说明这些成分对果汁制作的影响，从而引出果胶酶在果汁生产过程中的作用。图植物细胞壁及细胞之间胞间层的成分58 五、实验安排及注意事项本课题的研究建立在必修模块“探究影响酶活性的条件”的基础之上，与必修模块的探究的不同之处主要体现在两个方面：一是酶的活性不是通过定性分析而是通过定量分析来进行探究的；二是本课题并不仅仅满足于探究温度和 pH 对酶活性的影响，还探究了果胶酶的最适用量，对生产实践具有指导意义。本课题可用 3～4 课时。其中，探究温度对果胶酶活性的影响的实验可以参考下面的教学思路进行。在实际的操作过程中，还需要注意下列事项。 1．与其他工业用酶基本相同，果胶酶的适宜温度范围也比较宽泛，因此，可以选用 10 ℃作为温度梯度，设置的具体温度为 10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃和 60 ℃等，也可以尝试以 5 ℃作为温度梯度。 2．苹果、橙子和葡萄等水果都可以作为反应物，水果不用去皮。如用苹果为原材料，一般可按每个中等大小的苹果加水 100～200 mL 的比例进行搅拌，获得稀的苹果泥。 3．果泥的用量可以采用 5 mL 左右，果胶酶的用量可采用质量浓度为 2%的果胶酶溶液 2 mL。 4．水浴时间可以为 20～30 min。 5．过滤果汁时，漏斗中应放置滤纸。59 6．探究 pH 对果胶酶活性的影响，只须将温度梯度改成 pH 梯度，并选定一个适宜的温度进行水浴加热。反应液中的 pH 可以通过体积分数为 0.1%的氢氧化钠或盐酸溶液进行调节。探究果胶酶的用量是建立在探究最适温度和 pH 对果胶酶活性影响的基础之上的。此时，研究的变量是果胶酶的用量，其他因素都应保持不变。实验时可以配制不同浓度的果胶酶溶液，也可以只配制一种浓度的果胶酶溶液，然后使用不同的体积即可。需要注意的是，反应液的 pH 必须相同，否则将影响实验结果的准确性。六、课题成果评价本课题评价的重点应放在对学生探究报告的评价上。报告的主要内容应该包括：根据实验数据绘制出的温度和 pH 对果胶酶活性影响的曲线图；不同果胶酶用量对出汁量影响的曲线图（在浓度和体积相同的条件下）；并最终得到果胶酶最适温度、pH 以及果胶酶的最适用量。60 课题 2　探讨加酶洗衣粉的洗涤效果一、课题目标说出加酶洗衣粉的洗涤原理；探讨温度对加酶洗衣粉洗涤的影响；探讨不同种类的加酶洗衣粉对同一污物和不同污物洗涤效果的区别。二、课题重点与难点课题重点：区别不同种类的加酶洗衣粉对同一污物和不同污物的洗涤效果。课题难点：实验过程中各种变量的控制。三、课题背景分析本课题探究的是加酶洗衣粉与普通洗衣粉洗涤效果的区别，以及不同的加酶洗衣粉对不同污渍洗涤效果的区别。本课题与学生的生活比较接近，因此，具有较强的现实意义，同时，因为探究的结果可用于指导日常生活中衣物的洗涤，所以很容易激发学生的学习兴趣。在引导学生开展本课题的研究时，不要只注重基本原理，而忽视了本课题在现实生活中的作用。四、基础知识分析与教学知识要点：1.蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶的作用；2.影响酶活性的因素。教学：在教学过程中，可以引导学生回顾初中和高中生物课已经学习过的有关消化酶作用的知识，以加深学生对加酶洗衣粉中酶作用的理解。五、实验安排及注意事项本实验可以安排 3 课时，第 1 课时完成课题背景和基础知识的学习，并进行初步的实验方案的讨论、设计和确定；第 2 课时进一步对实验方案进行修订，完成“不同温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响”的探讨；第 3 课时在第 2 课时的基础上进一步修订和完善实验方案，并探讨“不同种类的加酶洗衣粉对不同污物的洗涤效果的比较”。本课题可进一步划分为不同的子课题，其中涉及的变量较多，如果思路不清晰，是难以顺利完成的。因此，应该引导学生理清思路，设计课题进展的流程图，并根据流程图一步一步地完成实验。以下流程图供教学时参考。确定子课题→针对课题分析变量→讨论如何控制变量→设计实验方案→动手实验→得出结论本课题有两个子课题。第 1 个子课题是探究“不同温度对加酶洗衣粉的洗涤效果的影响”；第 2 个子课题是探讨“不同种类的加酶洗衣粉对同一污渍或不同污渍的洗涤效果的比较”。这两个子课题并非相互并列，而具有递进关系。其中，第 1 个子课题是第 2 个子课题61 的基础，它所获得的有关温度的数据可以为第 2 个子课题的进一步研究提供参考。下面是有关两个子课题的一些具体教学。子课题一探究不同温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响 1.变量的分析和控制阅读课本资料一、资料二，结合已有的生活经验可以知道，影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的用量，衣物的质料、大小及浸泡时间和洗涤的时间等。在这些因素中，水温是我们要研究的对象，而其他因素应在实验中保持不变。选择什么样的水温进行实验最符合实际情况呢？这就需要实验者根据当地一年中的实际气温变化来确定水温，这既是确定实验变量的基本原则，也可以引导学生将课堂学习与现实生活相联系。通常情况下，冬季、春季、秋季和夏季可分别选取 5 ℃、15 ℃、25 ℃和 35 ℃的水温，因为这 4 个水温是比较符合实际情况的，对现实也有指导意义。可以引导学生通过实验分析：“在自然条件下，什么季节适合使用加酶洗衣粉”，“在什么样的水温下不适合使用加酶洗衣粉”，等等。第二个问题是洗涤方式和材料的选择。在洗涤方式中有机洗和手洗两种方式，应考虑其中哪一种比较科学？哪一种更有利于控制变量？再有，洗衣机又可以分为半自动和全自动两种，相比之下，采用全自动洗衣机比较好，并且应该尽量使用同一型号小容量的洗衣机，其机械搅拌作用相同。关于洗涤材料的选择也有一些讲究。用衣物作实验材料并不理想，这是因为作为实验材料的衣物，其大小、颜色、洁净程度等应该完全一致，而这并不容易做到；此外，人为地在衣物上增加污物，如血渍、油渍等，也令人难以接受。因此，选用布料作为实验材料比较可行。在作对照实验时，可以控制布料的大小、颜色以及污物的量，使其相同；同时，也便于洗涤效果的比较。第三个问题是水量、水质和洗衣粉用量的问题。水的用量和布料的大小是成正比的。做实验用的布料不易过大，水量不易过多，但应该让布料充分浸泡在水中。水量和洗衣粉的用量可以参考下表。实验时可根据表中的数据换算出实际用量。如果在实验中使用手洗的方法，如课本中图 4-4 所示，使用 1 000 mL 的烧杯作为容器，可以用 500 mL 的水，洗衣粉的用量可以用 1 g 或 1.5 g。洗涤方式机洗手洗水量 0.5 L 0.5 L 洗衣粉量 0.5 g 1 g 或 1.5 g62 其他相关问题简述如下。实验中可以用滴管控制污物的量，待污物干燥后再进行实验；布料应放在洗衣粉溶液中浸泡相同的时间；采用玻璃棒或筷子搅拌的方式模拟洗衣过程；模拟搅拌的时间、次数和力量应基本相同。 2.实验方案的设计应该要求学生写出完整的实验方案，方案中应包括实验材料、方法步骤等各个方面。下面的实验方案供参考：实验材料：添加了复合酶的洗衣粉，大小相同的白棉布 4 块（在上面分别滴加 4 滴同种的植物油，放置至干燥）。水温、水质及水量：水温的温度梯度为 5 ℃、15 ℃、25 ℃和 35 ℃（其中 5 ℃可以通过冰箱冷藏室来控制，其他温度可以通过水浴控制）；水质为自来水；水量为 500 mL。实验仪器：1 000 mL 的烧杯、玻璃棒等。子课题二不同种类的洗衣粉对同一污渍或不同污渍洗涤效果的比较比较子课题一与子课题二：在子课题一中，水温是变量，其他因素在实验中保持不变；而在子课题二中，水温则应保持不变。在实施子课题二时，通常应采用当地的常温，如果是冬季水温过低，就应采用水浴的方法，使温度达到 25 ℃～35 ℃。市场中的洗衣粉有多种类型，应选择不同种类的加酶洗衣粉和普通洗衣粉。污物的选择也应该多样化，只有这样才具有实践指导意义。下表的选择供参考，表中的“√”号表示可以进行实验。此外，学生也可以针对污渍相同、布料（如化纤或棉布）的不同情况，探究不同种类洗衣粉的洗涤效果。污染物蛋白酶洗衣粉复合酶洗衣粉普通洗衣粉油渍 √ √ 血渍 √ √ √ 奶渍 √ √ √ 果汁渍 √ √ √ 六、课题成果评价本课题的评价可以分为三个方面：一是设计的实验方案是否思路清晰、科学性和操作性强；二是实验报告是否全面，是否涵盖了本课题所要求达到的目标；三是能否根据自己的探究成果，结合生活中的实际情况，设计一份宣传板报或有关加酶洗衣粉的使用说明材料，供家人或本校的教职员工参考。学生完成课题后，应该得出以下三方面的结论。63 1．加酶洗衣粉与普通洗衣粉洗涤效果的比较分析。 2．各种不同品牌的加酶洗衣粉对油渍、血渍和奶渍等污物的不同的洗涤效果分析。 3．使用加酶洗衣粉时应注意的一些事项。64 课题 3　酵母细胞的固定化一、课题目标 1．说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。 2．尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。二、课题重点与难点 1．课题重点：制备固定化酵母细胞。 2．课题难点：制备固定化酵母细胞。三、课题背景分析课题背景简单介绍了从酶到固定化酶、再到固定化细胞的发展过程。这一过程体现了科学技术的发展是不断地提出问题和解决问题的动态过程。在教学中，可以参考课题背景提供的素材，联系生产实践和学生已有的认识，引导学生认同上述观点，并进而认识到：科学知识既来源于科学实验，也来源于生产生活实践，知识的学习应该与生产实践相联系；人们在生产实践中所发现的问题能够促进科学技术的发展。四、基础知识分析与教学（一）固定化酶的应用实例知识要点：1.利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例；2.固定化酶的反应柱示意图；3. 固定化酶在生产实践中的优点。教学：课程标准中要求学生尝试制备和应用固定化酶，但考虑到制作固定化酶的技术要求比较高，中学生难以掌握，因此只要求学生制作技术难度较低的固定化酵母细胞，对于固定化酶的作用、原理及其在生产中的应用，主要是让学生通过生产实例来了解。在教学时可以采用让学生阅读自学的方式，并在阅读之前，布置一些思考题让学生思考。例如，在葡萄糖的异构反应中，如果不将葡萄糖异构酶固定化，而是直接使用葡萄糖异构酶，会对生产过程产生哪些影响？（二）固定化细胞技术知识要点：1.将酶或细胞固定化的方法；2.固定化酶和固定化细胞的联系与区别；3.固定化酶和固定化细胞常用的载体材料。教学：固定化酶和固定化细胞通常采用包埋法、化学结合法和物理吸附法。在教学过程中，可以通过提问的方式，引导学生认识这三种方法的特点与适用范围。此外，还可以引导学生思考课本中提出的问题，引导学生理解固定化细胞和固定化酶这两种技术的区别与联系，辩65 证地认识这两种技术的优势与不足。例如，固定化细胞操作容易、对酶活性的影响更小、可以催化一系列的反应、容易回收等，但由于大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞的应用也受到限制。五、实验安排及注意事项本课题可以安排 2 课时。第 1 课时完成课题背景和基础知识的学习，准备好基本的实验仪器，同时还可以组织学生提前配制好 CaCl2 溶液和用于发酵的葡萄糖溶液。第 2 课时进行酵母细胞的固定化操作。在具体的操作过程中，还应该注意下列问题。（一）酵母细胞的活化。在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要 0.5～ 1 h，需要提前做好准备。此外，酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。（二）加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败，一定要提醒学生按照教材的提示进行操作。海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。（三）刚形成的凝胶珠应在 CaCl2 溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。六、课题成果评价（一）观察凝胶珠的颜色和形状如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。（二）观察发酵的葡萄糖溶液利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味。不仅要对学生制作的固定化酵母细胞进行评价，还要对学生的操作过程进行评价。此外，对酵母细胞固定化原理和实验操作方法的理解，也应是评价的有机组成部分。66 专题 5　DNA 和蛋白质技术课题 3　血红蛋白的提取和分离一、课题目标本课题通过尝试对血液中血红蛋白的提取和分离，使学生能够体验从复杂体系中提取生物大分子的基本过程和方法，并了解色谱法、电泳法等分离生物大分子的基本原理，为今后学习运用这些技术打下基础。二、课题重点与难点课题重点：凝胶色谱法的原理和方法。课题难点：样品的预处理；色谱柱填料的处理和色谱柱的装填。三、课题背景分析课题背景通过当今生物科学在蛋白质研究领域的进展，说明提取、分离高纯度的蛋白质的重要性和必要性，进而明确地提出课题目的：以血红蛋白为实验材料，学习蛋白质提取和分离的一些基本技术。可以发挥学生的主动性，让学生介绍当前有关蛋白质研究的新进展，激发学生的学习兴趣，然后指出本课题的学习意义，让学生初步体会分离纯化蛋白质的过程和方法。四、基础知识分析与教学（一）凝胶色谱法知识要点：1.凝胶色谱法的用途；2.凝胶色谱法分离蛋白质的原理。教学：在介绍凝胶色谱法的基本原理时，可以结合教科书提供的插图，让学生对凝胶色谱法分离蛋白质的过程有一个直观的认识。可以通过发动学生查阅资料，让学生了解有关凝胶色谱法的知识，如凝胶的种类、理化性质及凝胶的选择和保存，并结合实验操作，让学生分析实验中的注意事项。还可以向学生介绍凝胶色谱法的其他用途，如测定生物大分子的分子量、蛋白质的脱盐等。（二）缓冲溶液知识要点：1.缓冲溶液的组成和作用机理；2.熟悉一般缓冲溶液的配制方法；3．缓冲溶液广泛应用于生化实验、微生物的培养、组织切片和细菌染色以及酶的研究等方面。教学：首先可以结合生活中的一些缓冲现象，让学生充分理解缓冲溶液的重要性。在进行本课题的实验操作之前，可以让学生查阅相关资料，练习一些常用缓冲液的配制。（三）电泳67 知识要点：1.电泳的基本原理；2.不同类型的电泳。教学：电泳技术广泛应用于生化实验，在分离分析酶、蛋白质、核酸等生物大分子方面具有较高的分辨率。可以通过一个简单的实验使学生理解电泳现象，比如在盛有红褐色 Fe(OH)3 胶体的 U 形管的两个管口，各插入一个电极。通直流电后，发现阴极附近的颜色逐渐变深，阳极附近的颜色逐渐变浅。这表明 Fe(OH)3 胶体粒子带正电荷，在电场作用下向阴极移动。这种在外加电场作用下，带电粒子发生迁移的现象就叫做电泳。教科书中用楷体字简单地介绍了聚丙烯酰胺凝胶电泳的基本原理，可以结合资料，开拓学生的知识面，围绕聚丙烯酰胺凝胶电泳，介绍其他类型的电泳原理及应用。本实验的选做部分是通过 SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳对血红蛋白进行纯度的鉴定，同时也可以测定血红蛋白亚基的分子量。此外，还可以通过聚丙烯酰胺凝胶梯度电泳来测定天然蛋白的分子量；通过聚丙烯酰胺凝胶等电聚焦电泳来测定蛋白的等电点；等等。相关原理可以查阅生物化学技术的有关书籍。使用 SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳测定蛋白质分子量时，可选用一组已知分子量的标准蛋白同时进行电泳，根据已知分子量的标准蛋白的电泳区带位置，用电泳迁移率和分子量的对数作标准曲线，可以测出未知蛋白的分子量。市场上有高分子量、次高分子量及低分子量的标准蛋白试剂出售。五、实验安排及注意事项（一）第 1 课时完成基础知识的教学。需要用简单直观、通俗易懂的方式讲解凝胶色谱法和电泳的基本原理。可以根据学生的接受情况，适当增加一些相关知识的教学，加深对本课题的理解。第 1 课时还要学习缓冲溶液的配制。本课题所用的缓冲液是 20 mmol/L 的 pH7.0 的磷酸缓冲液。在 pH5.8～8.0 的缓冲范围内，磷酸缓冲液的配制方法见下表。配制前需要准备 0.2 mol/L 的 Na2HPO4 溶液和 0.2 mol/L 的 NaH2PO4 溶液。Na2HPO4 溶液的配制方法：将 71.64 g 的 Na2HPO4·12H2O 溶解在 1 000 mL 的蒸馏水中。NaH2PO4 溶液的配制方法：将 31.21 g 的 NaH2PO4·2H2O 溶解在 1 000 mL 的蒸馏水中。 pH 0.2 mol/L NaH2PO4/mL 0.2 mol/L NaH2PO4/mL pH 0.2 mol/L NaH2PO4/mL 0.2 mol/L NaH2PO4/mL 5.8 6.0 8.0 12.3 92.0 87.7 7.0 7.2 61.0 72.0 39.0 28.068 6.2 6.4 6.6 6.8 18.5 26.5 37.5 49.0 81.5 73.5 62.5 51.0 7.4 7.6 7.8 8.0 81.0 87.0 91.5 94.7 19.0 13.0 8.5 5.3 （二）第 2 课时进行凝胶色谱柱的制备。教材中已经详细地介绍了凝胶色谱柱的制作，可根据学生小组的数目，课前准备好所需的材料。值得一提的是，凝胶色谱柱直径的大小不影响分离的效果，但是直径过大会造成洗脱液体积增大，样品的稀释度过大，因此应选择直径不超过 2 cm 的色谱柱。凝胶色谱柱的高度与分离度有关，一般不超过 1 m。在装填凝胶前，一定要按教材描述的方法将凝胶充分溶胀，溶胀时可以用蒸馏水，也可以用洗脱缓冲液。如果发现凝胶的表面不平，可以用玻璃棒将表面的凝胶轻轻搅起，让其自然沉淀至表面平整。凝胶装填完毕一定要充分洗涤平衡，可以平衡过夜，但切记不得发生洗脱液流干、露出凝胶颗粒的现象，否则凝胶色谱柱需要重新装填。（三）第 3 课时进行样品的处理。可以在课前从学校附近的屠宰场索取新鲜的猪血，切记要在采血容器中预先加入抗凝血剂柠檬酸钠。取血回来后，马上进行离心。血红蛋白溶液在透析袋中可以透析过夜。第 2 课时和第 3 课时在同一天进行，这样可使凝胶色谱柱的平衡和血红蛋白溶液的透析同时进行。（四）第 4 课时进行血红蛋白的提取。此步骤是本课题的关键，每一步操作都要按照教科书的要求进行。加样前可以在样品中加入质量分数为 1%的葡萄糖或蔗糖（糖不会干扰分离效果），以调节样品的比重，使之稍大于洗脱液，从而缩短加样时间。如果样品出现浑浊、有沉淀，可以离心或过滤后再加样。在实验过程中，洗脱液的流速也是影响分离效果的重要因素之一，因此，洗脱时应维持流速的恒定，即维持洗脱液加在色谱柱上的压力恒定。有条件的学校，可以在洗脱液瓶与凝胶色谱柱之间加一个蠕动泵来控制洗脱液的流速，以保持恒定。（五）由于血红蛋白呈现红色，因此分离过程中能够观察到一条红色的带向下移动的现象，实验结果也一目了然。收集到红色的流出液就可以确定提取到了血红蛋白。有条件的学校，可以用聚丙烯酰胺凝胶电泳的方法鉴定血红蛋白的纯度。具体操作参见本课题参考资料。（六）实验结果如果不理想,需要重做时，必须进行凝胶色谱柱的再生。一般情况下，凝胶不会与其他溶质发生任何作用，因此，在一次分离以后，稍加平衡就可以进行下一次的操作。平衡时，需用 3 倍柱体积的洗脱液过柱。如果实验操作中有一些杂质污染了色谱柱，可以用物质的量浓度为 0.2 mol/L 的氢氧化钠和物质的量浓度为 0.5 mol/L 的氯化钠混合液69 处理交联葡聚糖凝胶。如果凝胶长期不用，可以加入浓度为 0.02%的叠氮钠、0.01% 的三氯丁醇和物质的量浓度为 0.1 mol/L 的氢氧化钠等抑菌剂低温保存，使用时再进行充分的平衡。六、课题成果评价（一）是否完成对血液样品的处理观察你处理的血液样品离心后是否分层（见教科书图 5-18），如果分层不明显，可能是洗涤次数少、未能除去血浆蛋白的原因。此外，离心速度过高和时间过长，会使白细胞和淋巴细胞一同沉淀，也得不到纯净的红细胞，影响后续血红蛋白的提取纯度。（二）凝胶色谱柱的装填是否成功。由于凝胶是一种半透明的介质，因此可以在凝胶柱旁放一支与凝胶柱垂直的日光灯，检查凝胶是否装填得均匀。此外，还可以加入大分子的有色物质，例如蓝色葡聚糖—2000 或红色葡聚糖，观察色带移动的情况。如果色带均匀、狭窄、平整，说明凝胶色谱柱的性能良好。如果色谱柱出现纹路或是气泡，轻轻敲打柱体以消除气泡，消除不了时要重新装柱。（三）血红蛋白的分离是否成功如果凝胶色谱柱装填得很成功、分离操作也正确的话，能清楚地看到血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整，随着洗脱液缓慢流出；如果红色区带歪曲、散乱、变宽，说明分离的效果不好，这与凝胶色谱柱的装填有关。70 专题 6　植物有效成分的提取课题 1　植物芳香油的提取一、课题目标本课题通过设计简易的实验装置来提取植物芳香油，使学生了解提取植物芳香油的基本原理，研究从生物材料中提取特定成分的方法，初步学会某些植物芳香油的提取技术。二、课题重点与难点课题重点：植物芳香油的提取技术；针对原料的不同特点，采用适宜的提取方法。课题难点：植物芳香油的提取技术；针对原料的不同特点，采用适宜的提取方法。三、课题背景分析课题背景从古代人类将芳香植物或花卉制成干品，当作药物和香料使用谈起，引入到欧洲中世纪香料贸易的发展，促成了植物芳香油提取技术的诞生，反映了社会生活的需要对科学技术的推动。随着有机化学的发展，人造香料日益普及，但人们对天然植物芳香油仍情有独钟，它一方面说明了科学技术的发展赋予了人类更多的自由，同时也反映了人造物依旧很难取代自然产物的事实。在充分体现了植物芳香油与人类社会生产生活的紧密联系后，教材说明了本课题的目标：了解提取植物芳香油的原理，设计简单的实验装置，从橘皮或玫瑰花中提取芳香油。在教学中可充分利用上述素材，对学生进行生动的科学、技术、社会的教育，并激发学生动手实践的兴趣。四、基础知识分析与教学（一）植物芳香油的来源知识要点：1.植物芳香油的来源和发展历史；2.植物芳香油的主要化学成分。教学：在介绍植物芳香油的来源时，宜结合教材提供的旁栏资料进行讲解，让学生对植物芳香油的广泛来源有一个初步的了解。还可以采取学生查阅资料和介绍相关的小故事等方式，使学生大致了解植物芳香油的发展历史。（二）植物芳香油的提取方法知识要点：提取植物芳香油的三种基本方法：蒸馏、压榨和萃取。教学：可以通过列举日常生活中的一些具体事例，帮助学生熟悉提取植物芳香油的三种基本方法，并理解其原理。例如，实验室制备蒸馏水就用到了蒸馏的方法；超市出售的手动榨汁器，其原理与教材介绍的压榨法是类似的；等等。此外，还应引导学生分析这三种方法的优点与不足，让学生尝试根据不同的原料，选用适宜的提取方法。71 五、实验案例玫瑰精油的提取 5 月上、中旬是玫瑰的盛开期，最好是选用当天采摘的鲜玫瑰花。将花瓣用清水冲洗，去掉上面的灰尘等杂质，沥干水分。由于玫瑰精油化学性质稳定，从玫瑰花中提取玫瑰精油可采取水中蒸馏法。本实验的具体操作步骤如下。 1.称取 50 g 玫瑰花瓣，放入 500 mL 的圆底烧瓶中，加入 200 mL 蒸馏水。按教科书图 6-2 所示安装蒸馏装置。蒸馏装置包括：铁架台两个、酒精灯、石棉网、蒸馏瓶、橡胶塞、蒸馏头、温度计、直型冷凝管、接液管、锥形瓶，以及连接进水口和出水口的橡皮管。所有仪器必须事先干燥，保证无水。整套蒸馏装置可分为左、中、右三部分，其中左边的部分通过加热进行蒸馏，中部将蒸馏物冷凝，右边的部分用来接收。安装仪器一般都按照自下而上、从左到右的顺序。拆卸仪器的顺序与安装时相反。具体安装顺序和方法如下。（1）固定热源──酒精灯。（2）固定蒸馏瓶，使其离热源的距离如教科书中图 6-2 所示，并且保持蒸馏瓶轴心与铁架台的水平面垂直。（3）安装蒸馏头，使蒸馏头的横截面与铁架台平行。（4）连接冷凝管。保证上端出水口向上，通过橡皮管与水池相连；下端进水口向下，通过橡皮管与水龙头相连。（5）连接接液管（或称尾接管）。（6）将接收瓶瓶口对准尾接管的出口。常压蒸馏一般用锥形瓶而不用烧杯作接受器，接收瓶应在实验前称重，并做好记录。（7）将温度计固定在蒸馏头上，使温度计水银球的上限与蒸馏头侧管的下限处在同一水平线上。 2.蒸馏装置安装完毕后，可以在蒸馏瓶中加几粒沸石，防止液体过度沸腾。打开水龙头，缓缓通入冷水，然后开始加热。加热时可以观察到，蒸馏瓶中的液体逐渐沸腾，蒸气逐渐上升，温度计读数也略有上升。当蒸气的顶端达到温度计水银球部位时，温度计读数急剧上升。在整个蒸馏过程中，应保证温度计的水银球上常有因冷凝作用而形成的液滴。控制蒸馏的时间和速度，通常以每秒 1～2 滴为宜。蒸馏完毕，应先撤出热源，然后停止通水，最后拆卸蒸馏装置，拆卸的顺序与安装时相反。 3.收集锥形瓶中的乳白色的乳浊液，向锥形瓶中加入质量浓度为 0.1 g/mL 的氯化钠溶液，使乳化液分层。然后将其倒入分液漏斗中，用分液漏斗将油层和水层完全分开。打开顶塞，72 再将活塞缓缓旋开，放出下层的玫瑰精油，用接收瓶收集。向接收瓶中加入无水硫酸钠，吸去油层中含有的水分，放置过夜。为了更好地将油、水两层液体分离，操作时应注意正确使用分液漏斗。分液漏斗的使用方法如下。（1）首先把活塞擦干，为活塞均匀涂上一层润滑脂，注意切勿将润滑脂涂得太厚或使润滑脂进入活塞孔中，以免污染萃取液。（2）塞好活塞后，把活塞旋转几圈，使润滑脂分布均匀。并用水检查分液漏斗的顶塞与活塞处是否渗漏，确认不漏水后再使用。（3）将分液漏斗放置在大小合适的、并已固定在铁架台上的铁圈中，关好活塞。将待分离的液体从上部开口处倒入漏斗中，塞紧顶塞，注意顶塞不能涂润滑脂。（4）取下分液漏斗，用右手手掌顶住漏斗顶塞并握住漏斗颈，左手握住漏斗活塞处，大拇指压紧活塞，将分液漏斗略倾斜，前后振荡（开始振荡时要慢）。（5）振荡后，使漏斗口仍保持原倾斜状态，左手仍握在漏斗活塞处，下部管口指向无人处，用拇指和食指旋开活塞，使其释放出漏斗内的蒸气或产生的气体，以使内外压力平衡，这一步操作也称做“放气”。（6）重复上述操作，直至分液漏斗中只放出很少的气体时为止。再将分液漏斗剧烈振荡 2～3 min，然后将漏斗放回铁圈中，待液体静置分层。橘皮精油的提取课前准备在实验前一天，需要准备新鲜的、没有霉烂的橘皮，用量可根据实验人数来决定。用清水冲洗橘皮，去掉灰尘等杂质，沥干水分后，将橘皮摊放在干燥通风处。将晾干的橘皮浸泡在 pH 大于 12、质量分数为 7%～8%的石灰水中，时间为 16～24 h，中间翻动 2～3 次。浸泡好的橘皮呈黄色、无白芯、稍硬、脆而不断、具有弹性。这样的橘皮在压榨时不易打滑，橘油的喷射力强；压榨后的残渣呈颗粒状，残渣中的含水量低，黏稠度不太高，过滤时比较顺利，不易堵塞筛孔。提取橘皮精油的具体步骤如下。 1.将浸泡后的橘皮，用流动的水漂洗，洗净后捞起、沥干。一定要将橘皮彻底冲洗干净。然后将橘皮粉碎至 3 mm 大小，放入家用榨汁机或手动压榨机中粉碎。粉碎时加入与橘皮同质量的质量分数为 0.25%的小苏打和质量分数为 5%的硫酸钠溶液，并调节 pH 为 7～8。 2.在榨出的油水混合液中加入明矾，使之沉淀并变澄清，然后用布袋过滤，除去糊状残73 渣。再将得到的混合物，用 6 000 r/min～8 000 r/min 的转速进行高速离心。在正常情况下，离心后获得的香精油将是澄清透明的。 3.分离出的香精油往往带有少量水分和蜡质等杂质，为了进一步除去杂质，可以将分离的产品放在 5 ℃～10 ℃的冰箱中，静置 5～7 d，让杂质与水下沉。然后用吸管吸出上层澄清的油层，再通过垫有滤纸或石棉纸的漏斗进行减压抽滤，得到黄色油状的橘皮精油。六、课题成果评价（一）是否提取出了植物精油观察学生提取出的玫瑰精油或橘皮精油，从颜色、气味等方面来评价所提取的精油的纯度和质量。从玫瑰花提取的芳香油是浅黄色至黄色的液体，并带有甜韵的玫瑰香；从橘皮提取的橘皮精油无色透明，具有诱人的橘香味。本课题只是对两种精油进行了初步的提取，其中仍然含有大量的杂质。（二）出油率的计算根据教科书提供的公式计算出油率。如果出油率高，说明实验方案设计合理；如果出油率低，可以帮助学生从实验方法的选择、实验过程的操作等各方面分析原因，改进后再作尝试。查看更多