高中生物学习中荧光标记方法的理解
在现代高中生物教学过程中,为了反映生物科学和技术新进展相结合的成果,在高中生物的选修和必修教材中均有对荧光标记法的理解和应用,例如为了验证细胞膜的流动性、荧光鼠的培育、荧光标记技术与基因定位等,我们用荧光标记之后的小白鼠细胞与人体细胞相互融合的实验来表现。
荧光标记法是高中生物中甚至以后生物学习中一种重要的生物学探究方法,近年来许多地区的生物学高考都不同程度的有所涉及。
但在实际高中教学过程中,经常有学生混淆了荧光标记法与同位素标记法两者之间的概念和应用点,从而导致在两种标记法的原理,特点,应用等方面的错误理解。
下面我们就对高中生物教学时的荧光标记法为例,教授学生学习知识和掌握知识的方法——比较学习法。
1荧光标记法简介
荧光标记法,也称之为“萤光标记法”,它是指某种光致即发光的冷发光的现象。利用特别的荧光染料与被研究对象物体(蛋白、多肽等等)吸附或者共价结合后,其荧光特性也随之发生改变,从而能够反映出有关研究对象特性。“荧光标记法”的原理是将荧光基团共价联接至蛋白、核酸等分子上的过程。一般情况下会选择能选择性地跟目标分子上所存在的功能基团发生反应的荧光素基团衍生物完成这样“荧光标记”的过程。
2课堂设计
在上课开始之前,以现实生活中的例子来激发学生对于荧光标记法的兴趣,例如,在2008年,美国哥伦比亚大学的生物学教授马丁·沙尔菲,美国加州大学圣迭戈分校的生物化学及化学系教授、美国国家科学院院士钱永健,日本有机化学家兼海洋生物学家村修三人由于在绿色荧光蛋白上的贡献而获得诺贝尔化学奖,他们的杰出成就充分肯定了绿色荧光蛋白在生物学的研究中的重要地位。在讲完这段案例之后,逐步地就可以进入课堂的主题了。
2.1荧光标记法跟同位素标记法比较
无论是荧光标记法或者是同位素标记法,对于新学习知识的高中生而言都是非常抽象的概念,如果教师强硬地直接把两种相近的研究方法教给学生,对于学生的理解和接受是非常不利的,学生容易混淆概念,以至于在以后学习过程中恶性循环。教师可以基于特定学生的现阶段知识水平,从两种研究方法中利用到的工具入手,逐步引发思索,层层递进,从而完整地掌握这个知识点。
首先,学生在化学课上已经系统学习过了同位素的相关知识,教师应该以此为着手点逐步引入教学主题,通过回顾同位素的知识,让学生回忆起同位素是具有相同质子数,不同中子数的同一元素,即质量不同而化学性质相同的原子。
然后,适时地引入荧光蛋白的概念,让学生知道,荧光标记法的关键就在于荧光蛋白,常用的荧光蛋白为绿色和红色两种。绿色荧光蛋白(GFP)常用的是来源于发光水母的一种功能独特的蛋白质,其分子量为27kD,并且具有238个氨基酸、蓝光或近紫外光照射发射绿色荧光。其中红色荧光蛋白来源于珊瑚虫,这是一种跟绿色荧光蛋白同源的荧光蛋白,在紫外光的照射下,可发射出红色荧光,在现代生物技术中有非常广泛的应用。
2.2两种研究方法概念的比较实例
在学生理解了两种研究方法使用工具的差异的基础上,就可以进一步对比性的引入二者的概念。荧光标记法是指:把利用荧光蛋白或荧光蛋白基因作为特定的标志物对研究对象物体进行标记的分析方法;而同位素标记法也叫同位素示踪法,是指:用示踪元素标记的化合物,根据这种特定化合物的放射性,对有关发生的一系列化学反应进行追踪的分析方法。
然后通过教学内容中具体例子的比较,更加直观的理解两种研究方法。荧光标记法可以引入以前学习过的人教版必修1“生物膜的流动镶嵌模型”一节中所列举的实例:科学家们用发出绿色荧光的染料进行标记小鼠细胞的膜蛋白,用红色发光的染料进行标记人体细胞的膜蛋白,将两者的细胞相互融合后,再进行观察发生的现象,从而可以证明细胞膜具有一定的流动性。
2.3比较两种研究方法应用情况
在学生把握好两种研究方法概念的基础上,教师应该举出更多的应用实例,让学生从知识点的感性认识逐步向理性认识过渡。
荧光标记法在教材中的例子有很多,例如:人教版必修2“基因是有遗传效应的DNA片段”中,在鼠的DNA分子上联接一个取自于海蜇的绿色荧光蛋白的基因,使转基因小白鼠在紫外线的照射下能够发出绿色的荧光,从而可以说明基因与DNA的关系;还有人教版必修2中“基因在染色体上”提及的,把一个特定DNA分子与染色体上某一个特定的基因相互结合,而这个DNA分子又能被带有荧光标记的物质所识别,通过荧光显示,就可以确切的知道基因在染色体上的位置。
同样同位素标记法可以引入的例子有:人教版必修2“噬菌体侵染细菌的实验”中用35S和32P分别标记噬菌体外壳和DNA、人教版选修3“DNA分子杂交技术”中用放射性同位素32P标记的探针进行目的基因的检测等等。
通过这样的比较学习,稍加巩固后学生可以清楚地掌握荧光标记法和同位素标记法的概念、原理、应用等。
课堂设计是教学过程中一个重要阶段,需要仔细捋清知识点逻辑关系,从易至难,逐步引导学生去学习和掌握。对待不同的学生需要对症下药,让他们各自的学习优势发挥出来,弥补不足的地方。
3结论
在高中的生物教学中,存在许多诸如荧光标记法这种容易混淆的概念,每个知识点都需要确切的学习和掌握,对于荧光标记法建议让学生采用比较学习法,将相关知识点全部串联在一起比较学习,此方法同样适用于其他知识点甚至其他学科,所谓触类旁通就是这个道理。高中教学不仅需要教会学生学习知识点,更要教会学生如何去学习新的知识,以提升学生的学习能力,让学生明白:学习如何学习之后再去学习知识。
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