專題九：選修模塊教學――生物技術(shù)實踐

專題九：選修模塊教學生物技術(shù)實踐主持專家：張怡、吳成軍嘉賓專家：朱正威第1學時各位老師，大家好！歡迎收看高中生物課程遠程研修第九專題第一講的節(jié)目。今天我們榮幸地邀請到國家生物課程標準核心組成員、北京師范大學教授朱正威先生與大家一起，圍繞“生物技術(shù)實踐”的教育價值進行交流。大家已經(jīng)了解到高中生物課程是由三個必修模塊和三個選修模塊組成的。生物教師對選修模塊“生物技術(shù)實踐”有怎樣的認識呢？面對“生物技術(shù)實踐”模塊教師及學校管理者的困惑及分析從對教師和校長的訪談中我們不難發(fā)現(xiàn)，教師和校長對“生物技術(shù)實踐”這個模塊的實施還存在疑慮。主要的問題：一是新的生物技術(shù)應(yīng)用多，教師缺乏理論和實踐，指導學生有困難；二是現(xiàn)有實驗室設(shè)備不能完成生物技術(shù)實踐中的實驗，尤其是現(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用的部分。從中學生物教學實際情況來看，老師和校長們的上述這些反應(yīng)都在情理之中。原因是這門課在我們國家生物教學的歷史上屬于全新的一門課程?；仡櫳蟼€世紀50年代生命科學研究進入到了分子水平，這樣的發(fā)展是伴隨著生物技術(shù)的迅猛發(fā)展而來的。所以從生物技術(shù)的發(fā)展來看已經(jīng)深入到我們社會生產(chǎn)和生活的很多領(lǐng)域里，這是生物學發(fā)展歷史上總體的趨勢。作為高中教育來看，給一部分同學設(shè)置了這么一個選修課程，在一定意義上說就是要體現(xiàn)我們課程的時代性，也使得我們培養(yǎng)的學生進入社會的時候，能夠?qū)ι锛夹g(shù)有更多的關(guān)注。所以第一個要解決的問題就是形勢不能改變，高中課程設(shè)置不開這門課是不行的。具體在開設(shè)這門課時，可能有這樣幾個困難：一個是教師對這門課的本身不熟悉，不僅不熟悉，這門課包括的實踐內(nèi)容、操作內(nèi)容，過去沒有學過、沒有做過，要解決這個問題要由各地的教研部門、相關(guān)的教師培訓機構(gòu)對教師進行必要的生物技術(shù)實踐的培訓。如果學校條件好，直接校本教研來解決也是可以的。對于校長感覺困難的主要是，增加這門完全是一個實踐操作的課程，大量的教學活動要在實驗室里進行，首先是實驗室的數(shù)量就不夠，所以要增加實驗室；第二就是實驗室的器材，原來沒有這門課程，也就沒有相關(guān)的器材，要想完成此課程就涉及到投資，要花錢，要解決這兩個問題，主要是要將增加實驗室和增加生物技術(shù)實踐的資金投入納入到學校的工作計劃里去，由于先開必修，后開選修，學校管理者至少還有一兩年的時間去籌備。而未雨綢繆早點做這個工作可以在一兩年甚至三年解決資金問題，設(shè)備貴重一點的先不配置，隨著學校支出計劃的逐步落實“生物技術(shù)實踐”的實施會更加順利。介紹“生物技術(shù)實踐”的教育價值高中生物課程標準設(shè)置了“生物技術(shù)實踐”選修模塊，這種專門開設(shè)以技術(shù)實踐為主題的課程在我國高中生物學教學史上是前所未有的,其意義十分重大。學習“生物技術(shù)實踐”模塊的目的和意義，在于全面提高學生的科學素養(yǎng)，滿足學生多樣化發(fā)展的要求。實際上，在實施現(xiàn)行生物大綱教材的過程中就有很多教師做了生物技術(shù)實踐方面的嘗試，比如在研究性學習中，還有的學校開展了校本選修課程，都涉及到生物技術(shù)實踐的內(nèi)容。從北京161中學學生參與植物組織培養(yǎng)的過程看，他們是非常認真的，很有“做科學”的樣子。他們不但要學習教材中相關(guān)的一些知識、技能，而且要對植物組織培養(yǎng)的整體過程有所了解，更重要的是在較長時間的培養(yǎng)過程中，學生們要分別承擔觀察、更換培養(yǎng)基等工作，還要對失敗的實驗進行反思，他們的科學研究意識得到不斷加強?？梢哉f在實驗設(shè)施好些的學校是能夠完成這樣的生物技術(shù)實踐課程的。即使在學?，F(xiàn)有的實驗條件下，克服一定的困難創(chuàng)造性的去開展生物技術(shù)實踐的教學也是可行的。高中生物課程的核心任務(wù)是在義務(wù)教育的基礎(chǔ)上進一步提高學生的生物學素養(yǎng)，其價值是為學生全面提高科學素養(yǎng)做出貢獻。標準組專家在選修“生物技術(shù)實踐”模塊的設(shè)計上，突出了以實踐活動為主要的學習方式。這一模塊要求學生“在教師的指導下自己設(shè)計并進行實驗，然后收集并整理資料，寫出報告，相互討論?！苯處煹娜蝿?wù)不是講授，而是為學生的實驗提供多方面的幫助。這樣，學生的實踐和學習活動在這一模塊中具有突出的地位。這些都反映了高中生物課程中理論與實踐之間新的平衡關(guān)系。 課標中對“生物技術(shù)實踐”的具體要求本模塊包括“微生物的利用”、“酶的應(yīng)用”、“生物技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用”和“生物技術(shù)在其他方面的應(yīng)用”4項二級主題。 第一部分是微生物的利用，有五項內(nèi)容：進行微生物的分離和培養(yǎng)、測定某種微生物的數(shù)量、研究培養(yǎng)基對微生物的選擇作用、探討微生物的利用、嘗試利用微生物進行發(fā)酵來生產(chǎn)特定的產(chǎn)物。第二部分是酶的應(yīng)用，包括四項內(nèi)容：研究酶的存在和簡單制作方法、嘗試利用酶活力測定的原理和方法、探討酶在食品制造和洗滌等方面的應(yīng)用、嘗試制備和應(yīng)用固向化酶。 第三部分是生物技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用，包括三項內(nèi)容：研究從生物材料中提取某些特定成分、運用發(fā)酵食品加工的基本方法、測定食品加工中可能產(chǎn)生的有害物質(zhì)。 第四部分是生物技術(shù)在其他方面的應(yīng)用，包括三項內(nèi)容：嘗試植物的組織培養(yǎng)、嘗試蛋白質(zhì)的提取和分離、嘗試PCR技術(shù)的基本操作和應(yīng)用。設(shè)置這個模塊的目的意義，第一個這是一個選修課，為學習理工類的學生準備的，理工類里也包括農(nóng)學、醫(yī)學、生物學，當然也還有其他工程技術(shù)類的。從這類學生得發(fā)展看，選這個模塊不但可以拿到兩個學分，重要的是具體做生物技術(shù)的實踐，親歷了專題探究的設(shè)計和實驗，對于任何一個理工類的學生都會使他的科學探究能力、操作能力、實踐能力有所提高。第二個問題就是通過這樣一門課程的學習，學生會更好的理解科學和技術(shù)是什么個關(guān)系。在設(shè)計這個模塊的時候，對教學中可能存在的一些困難是有所思考。但是我們認為，必須提倡設(shè)立這門課，因為在我們的科學教育里邊不能沒有技術(shù)的地位。再有設(shè)計這個課程時，盡可能結(jié)合中國的實際，“生物技術(shù)實踐”除“生物技術(shù)在其他方面的應(yīng)用”中一些內(nèi)容（如PCR擴增），對設(shè)備的現(xiàn)代化條件要求高外，很多內(nèi)容都是在現(xiàn)有條件下能夠完成的。教學要求 在選修l“生物技術(shù)實踐”這一模塊中，共有14個二級主題，學生和教師只要從其中選擇57個內(nèi)容研修，即可達到要求，獲得2學分。這樣的選擇可以適應(yīng)不同學校、學生的需求。生物技術(shù)實踐模塊教材呈現(xiàn)的特點現(xiàn)行的教材實際是一個課標有多個版本的教材，在呈現(xiàn)的時候不同版本的教材一定是有區(qū)別的。目前實際上有五套教材各有特點，老師喜歡哪一套就選用哪一套，教學時還可以參考別的教材。但是你不管用哪套教材根據(jù)都是課標，所以所有教材里面大概共性的是這些特點：一個突出做科學。雖然老師要講、要組織、要引導，但是不是講課。不像必修課一章一節(jié)引導學生順序?qū)W下去。而是生物技術(shù)專題，學生要在老師組織下、引導下、幫助下，相對獨立的操作去完成的。二是選擇性。雖然課標、教材中列舉了多個生物技術(shù)實踐，但是按照課程標準的要求，只要選五到七個實驗，學生就可以達到兩個學分的要求。學生可以根據(jù)自己的興趣，結(jié)合學校的實驗條件進行選擇、選做，教師也可以根據(jù)自己的能力特點發(fā)揮主動性和創(chuàng)造性，這也體現(xiàn)出一種自主精神。第三是把原理和操作結(jié)合在一起。盡管“生物技術(shù)實踐”強調(diào)操作為主，但不是讓盲目的操作，學生參與實踐時都要掌握相關(guān)的基礎(chǔ)知識、基本原理。第四個特點是強調(diào)成果。每一個課題或?qū)嶒炓欢ㄒ龀鲆粋€結(jié)果來，最后有對結(jié)果的評價。這就要求學生實踐的過程要準確，做出來的產(chǎn)品要合格?！吧锛夹g(shù)實踐”對過程性的總結(jié)和成果性的總結(jié)都應(yīng)該具有。制定切實可行教學計劃的重要性制定切實可行的教學計劃和進行有效的教學管理是本專題中最重要的環(huán)節(jié)之一。本專題中的實驗基本上都是高中階段新增加的實驗,這些實驗大部分是老師們以前未曾做過的實驗,因此,在實施過程中會碰到這樣的或那樣的困難,其中主要的困難有三點:一是目前的生物實驗室缺乏相應(yīng)實驗儀器、設(shè)備和藥品（例如植物的組織培養(yǎng)需要接種操作臺、微生物培養(yǎng)需要滅菌鍋和恒溫箱、蛋白質(zhì)的提取和分離需要電泳儀等等）；部分實驗材料不容易準備；有些實驗在教學過程中不容易實施，等等；二是該模塊的一些實驗存在著教學時間相對較長,大多數(shù)實驗通常進入具體操作環(huán)節(jié)時需要的不只是1課時，有的需要連續(xù)的23課時,有的甚至需要連續(xù)觀察1個星期甚至更長的時間（例如，微生物培養(yǎng)需要連續(xù)觀察23天，腐乳的制作需要連續(xù)觀察一周以上，植物的組織培養(yǎng)則需要連續(xù)觀察一個月以上）第三個特點是生物老師通常所教的班級較多、人數(shù)也多,存在著有效地進行教學管理的問題。針對以上的情況，要順利開展本專題的教學，制定切實可行的教學計劃就顯得尤為重要，是課程的順利實施的前提保證。第四，還要考慮到本模塊的特殊性。本模塊與其他模塊的教學是有很大的區(qū)別。首先是教學時不能像必修模塊那樣按照順序一章一節(jié)地進行；其次是課程標準和教材提供了一定數(shù)量的課題，要從這些實驗里面選擇適合的課題，需要給學生一定的選擇自主權(quán)，到底選擇哪5個課題或哪 7 個課題，需要反映在計劃里，因此制定計劃就與必修模塊的計劃不一樣，有著很多的特殊性，因此，怎樣結(jié)合自己地區(qū)的情況確定一個切實可行的計劃，是課程的順利實施的前提保證。最后，還要特別注意的一些問題。例如說，本模塊的總課時為36課時，除去學?；顒雍蛯W業(yè)測試時間以及其他一些不確定的因素，剩下的課時可能只有30課時左右。如果選擇其中的6個實驗來完成，每個實驗平均為5課時，所以老師選擇好實驗后應(yīng)該對每個實驗所用的課時數(shù)做一些統(tǒng)籌的安排，應(yīng)該在規(guī)定的時間內(nèi)完成相應(yīng)的實驗。 還有，本模塊的部分實驗有些不能全部在課堂內(nèi)完成，有的需要在課外完成。例如腐乳的制作，果酒和果醋的制作需要課下進行操作和觀察，這部分時間也應(yīng)該計算在課時之內(nèi)，盡量不要增加學生的學習負擔，這也是本模塊特別需要注意的地方。 教學計劃應(yīng)該包含以下的主要內(nèi)容： 1本學期計劃完成哪幾個實驗？（結(jié)合當?shù)氐膶嶋H情況和學校已有的實驗條件考慮） 2各個實驗需要多少課時完成？每個課時應(yīng)該安排哪些內(nèi)容？（教師應(yīng)提前將這些實驗做一遍） 3各個實驗需要準備哪些實驗儀器和實驗材料（包括實驗藥品）？哪些儀器必須提前購買？購買的數(shù)量為多少？ 4哪些實驗需要教師提前做好準備？需要做好哪些準備？ 5各個實驗教學的順序怎樣安排？ 6如何評價學生的學習情況 下面提供兩個可供選擇參考的實驗方案：方案1： 1腐乳的制作 （4課時） 2微生物的實驗室培養(yǎng)（4課時） 3土壤中分解尿素的細菌的分離與計數(shù)（3課時） 4探討加酶洗衣粉的洗滌作用（4課時） 5酵母細胞的固定化（3課時） 6植物芳香油的提取（4課時） 說明：這6個實驗從材料來源來看，取材容易，同時與農(nóng)村的生活聯(lián)系比較緊密，如腐乳的制作和探討加酶洗衣粉的作用。另外的一些課題所需要的材料和儀器也相對容易獲取。 方案2：適合經(jīng)濟條件相對較好的城市的學校和學生 1果酒和果醋的制作（或制作泡菜并檢測亞硝酸鹽的含量）（4課時） 2微生物的實驗室培養(yǎng)（4課時） 3土壤中分解尿素的細菌的分離與計數(shù)（3課時） 4果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用（4課時） 5酵母細胞的固定化（3課時） 6植物芳香油的提?。?課時） 7植物的組織培養(yǎng)（5課時）（選做） 說明：考慮到大城市它的經(jīng)濟條件非常好，實驗設(shè)備也相對較好，學生的動手能力可能要強一些，該方案共有七個課題：第一個課題是果酒和果醋的制作，或者是制作泡菜并檢測亞硝酸鹽的含量，這兩個課題可以二選其一，之所以選擇果酒和果醋的制作，是因為學生經(jīng)常喝果汁，而且對制作果汁飲料特別感興趣。另外該方案中還特別增加了一個植物的組織培養(yǎng)這樣的一個課題，其原因是城鎮(zhèn)的學校其實驗條件要好一些。第二個方案比第一個方案來看稍稍難了一點，因為他是考慮到經(jīng)濟條件相對較好學校和學生，但從難的地方來看，也就是換了一點，腐乳的制作換成了果酒和果醋的制作，果酒和果醋的制作要稍稍難一點。它涉及到酵母菌和醋酸菌，制作的設(shè)備和條件要多一些。用加酶洗衣粉換成了果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用，果膠酶價格挺高，步驟也要麻煩一些，城市的學生常喝果汁，也喜歡做。另外，還增加了植物的組織培養(yǎng)技術(shù)，需要的設(shè)備和條件更多，難度更大，成本也更高，目前，城市里的很多學校都專門開設(shè)了組培實驗室，因此是可以完成的。當然了這兩個方案都不是絕對就要求這樣做，各個地區(qū)各個學校還要根據(jù)要求和自己的條件來形成實驗方案。通過討論“生物技術(shù)實踐”模塊的教育價值及教學計劃的制定，我們認識到本模塊是實踐性很強的課程，要求我們教師在認同本模塊教育價值的基礎(chǔ)上，勇于在生物教學上進行新的嘗試。 第2學時各位老師，大家好！歡迎收看高中生物課程遠程研修第九專題第二講的節(jié)目。今天我們榮幸地邀請到國家生物課程標準核心組成員、北京師范大學教授朱正威先生和原十五中的吳成軍老師與大家一起，圍繞如何組織好“生物技術(shù)實踐”教學活動以及“生物技術(shù)實踐”的實施策略進行交流。 一、組織好“生物技術(shù)實踐”教學活動 1.充分利用學生已有的資源，課內(nèi)和課外相結(jié)合。 設(shè)計思想：腐乳的制作涉及的時間較長，需要三到五天進行初期發(fā)酵，后期發(fā)酵也需要七天左右。由于涉及的時間較長，從操作層面上講，原理的學習在課堂上完成，但具體的實踐需要學生在家里完成，如何利用學生家里已有的資源，讓學生在家里和父母一起制作腐乳，既激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生的操作技能、加深學生對原理的理解，使學生獲得成功的滿足感，同時又可以加深學生與父母之間的情感溝通。 案例1：腐乳的制作 2.精心安排實驗方案，做到井然有序。 我們知道，微生物實驗 涉及的儀器特別多 ， 而且老師帶領(lǐng)班級也挺多 ， 那么 如何 在限定的時間內(nèi)有效 地 安排班級實驗順序 ， 避免操作的一些失誤 呢？ 所以希望老師們認真的組織 和 安排 ， 否則到時候手忙腳亂的 ， 這個班做完了下一個班怎么安排 ， 還有那么多的培養(yǎng)皿平板要觀察 ， 觀察的時間 怎樣安排， 都需要精心做好準備 ，微生物培養(yǎng)技術(shù)操作技能是要求學生掌握的基本技能之一，而這恰恰是生物學教學的薄弱環(huán)節(jié)，是亟待加強的地方。 案例2：微生物的實驗室培養(yǎng) 3.重視實驗原理的學習和實驗方案的設(shè)計 生物技術(shù)實踐重在提高學生的實踐能力，特別是探究能力和操作技能，在土壤中分解尿素細菌的分離與計數(shù)中，我們可以通過精心設(shè)計，達到提高學生這兩種能力的目的。 案例3：土壤中分解尿素細菌的分離與計數(shù) 4.重視原理的介紹和實驗操作的細節(jié) 理解實驗原理保證實驗成功的前提，本模塊強調(diào)實驗操作，但是僅僅有實驗操作是不夠的，如果對原理不理解，操作就很盲目，只有真正理解 實驗原理，理解每一步操作的意義，才能正確地完成實驗操作。在學習原理的過程中，老師不應(yīng)該空洞地講授，而應(yīng)該依據(jù)于學生原有的學生知識基礎(chǔ)，與生產(chǎn)、生活實踐緊密結(jié)合。酵母細胞的固定化的實驗原理，就可以通過 生產(chǎn)實踐 來一步一步的引導學生學習。 案例4：酵母細胞的固定化 5.創(chuàng)造條件,讓學生親自動手操作 創(chuàng)造條件，讓學生盡量親自操作實驗，讓他們來體驗成功的喜悅，是培養(yǎng)學生學習生物技術(shù)實踐的興趣，提高實驗技能的最重要的方面。 我們知道， 植物組織培養(yǎng)的過程比較復雜，有些實驗步驟比較難，技術(shù)的要求比較嚴格，但學生對這項實驗有著極大的興趣。課例中的老師能夠利用學校的優(yōu)越條件，精心設(shè)計和準略去，在有限的3 4節(jié)課的時間內(nèi)充分創(chuàng)設(shè)條件，讓學生親自動手操作和課外的觀察活動，通過對繁難的實驗步驟進行重點演示和指導，帶領(lǐng)學生比較順利的完成了實驗活動，達到了預期的教學目標。 案例5：植物的組織培養(yǎng)二、“生物技術(shù)實踐”實施策略充分發(fā)揮“生物技術(shù)實踐”模塊的教學功能是確定實施策略的基本點。本模塊的教學特點是：讓學生有機會真正通過自主的實踐活動，充分發(fā)展個性；開闊學生的科學視野，促進學生在現(xiàn)實生活的背景下學習生物學，緊密聯(lián)系現(xiàn)實生活和現(xiàn)代科技的進展；讓學生像科學家一樣去參與實踐，發(fā)現(xiàn)真理。在上述過程中，體現(xiàn)出教師為主導、學生為主體，學生主動、合作和探究性的學習特征。“生物技術(shù)實踐”的實施策略主要有以下兩大方面： 從教師角度講，就是要加強計劃性。加強計劃性第一是要根據(jù)學分來選擇課題，或者是通過五到七個課題怎么獲得這個學分。教師要根據(jù)不同專題的要求確定每個課題中實驗得學分分值。因為實驗的難易程度不一樣，復雜程度不一樣，獲得的學分也是不一樣的。這就要求教師對這個課程的評價有整體的思考。當然教師要了解本省高考中對“生物技術(shù)實踐”模塊的要求，然后根據(jù)學校的具體條件，幫助學生確定最終應(yīng)該選擇哪些個課題，這樣學生就能夠有效地完成，并能夠應(yīng)考。第二個就是具體的課題或者實驗到底是如何安排的。因為有一些實驗是可以在課內(nèi)完成的，有的要用兩個課時或三個課時在課內(nèi)就完成，也有些實驗是要課內(nèi)外結(jié)合完成的。這就需要教師在安排課題或?qū)嶒灂r要“長短結(jié)合”，每個實驗用多少時間得分配好，否則只考慮課內(nèi)不考慮課外，就會加重學生的負擔。第三個是要教師對實驗設(shè)備、材料用具等條件有所計劃，就是在學期一開始要開這得門課需要哪些的條件要清楚，準備好。教學實施中的一些可行性策略包括： 1針對本模塊實施前的準備：學習課標，熟悉教材，知識準備，實驗儀器、藥品以及實驗材料的準備。2進行預實驗，分析教學過程和學生實驗活動中可能遇到困難，找到解決問題的方法。4制定切實可行的教學計劃，精心安排實驗順序。6組織課外活動小組或開設(shè)選修課，培養(yǎng)學生中的積極分子，保護和激發(fā)學生學習的積極性。7對學生進行及時有效地評價。評價主要包括：學