“檢測(cè)生物組織中的蛋白質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)

摘 要：色度傳感器具有高靈敏度、高精確度、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。本文利用色度傳感器對(duì)含蛋白質(zhì)的溶液進(jìn)行定量檢測(cè)，將傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)優(yōu)化成為探究性實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：色度傳感器；定量；探究性實(shí)驗(yàn)

文章編號(hào)：1003-7586（2024）07-0046-02 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

“檢測(cè)生物組織中的蛋白質(zhì)”是蘇教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》（以下簡(jiǎn)稱“教材”）第1章第3節(jié)中經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)的材料容易獲得，實(shí)驗(yàn)試劑配制簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)步驟相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為明顯，因此在高中生物學(xué)課堂中的開(kāi)設(shè)率較高。但在學(xué)時(shí)緊張的情況下，部分學(xué)校在教學(xué)過(guò)程中，會(huì)將其和還原糖及脂肪的鑒定實(shí)驗(yàn)整合為一節(jié)課來(lái)完成。

1 背景分析

1.1 學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)中的要求

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）中在教學(xué)建議部分明確指出：組織以探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)是落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是促成學(xué)生發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐。

教師在重視定性實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，也應(yīng)重視定量實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在量的變化中了解事物的本質(zhì)。

在檢測(cè)生物組織中的蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，蛋白質(zhì)會(huì)與雙縮脲試劑進(jìn)行反應(yīng)，溶液顯紫色，從而得出生物組織中含有蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。教材在該節(jié)的練習(xí)部分，也設(shè)置了一道關(guān)于不同食物中蛋白質(zhì)含量的資料分析題，學(xué)生在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生疑問(wèn)：如何檢測(cè)組織中蛋白質(zhì)的含量？

1.2 傳感器進(jìn)入課堂，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程轉(zhuǎn)型

在中學(xué)階段開(kāi)展定量實(shí)驗(yàn)，對(duì)教師、學(xué)生及實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備儀器都提出了較高的要求。以檢測(cè)溶液中的蛋白質(zhì)含量為例，雙縮脲試劑檢測(cè)法是一種常用的方法，其原理是蛋白質(zhì)分子中的肽鍵與Cu2＋在堿性溶液中發(fā)生顯色反應(yīng)，且顏色的深淺與蛋白質(zhì)的含量在一定范圍內(nèi)成正比關(guān)系。一般實(shí)驗(yàn)思路是配制一系列濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)溶液并使用雙縮脲試劑處理后，使用分光光度計(jì)檢測(cè)反應(yīng)后溶液的吸光度，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)溶液的濃度梯度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，進(jìn)而確定待測(cè)溶液的蛋白質(zhì)濃度。［1］［2］由于受到條件限制，高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室能夠提供的分光光度計(jì)數(shù)量較為有限，因此很難在有限的課堂時(shí)間內(nèi)完成所有小組的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

將傳感器引入中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，能使實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫離實(shí)驗(yàn)器材的限制，而更集中于如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、減小實(shí)驗(yàn)誤差等方面，進(jìn)而發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。傳感器種類眾多，如二氧化碳傳感器、pH傳感器等，在很多中學(xué)實(shí)驗(yàn)中都有廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)采用色度傳感器替代傳統(tǒng)的分光光度計(jì)，其具有體積小、靈敏度高、使用便捷等優(yōu)點(diǎn)，更適用于高中階段的分組實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)流程

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1.1 教師準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)材料：結(jié)晶牛血清白蛋白、雞蛋清、乳制品等。

實(shí)驗(yàn)儀器及試劑：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、色度傳感器、電子秤、移液槍、100mL容量瓶、試劑瓶、試管、比色杯、雙縮脲試劑。

2.1.2 學(xué)生準(zhǔn)備

3～4人為一個(gè)小組，選擇實(shí)驗(yàn)材料；學(xué)生通過(guò)查找相關(guān)資料和商品信息，了解待檢測(cè)溶液的蛋白質(zhì)含量；明確實(shí)驗(yàn)原理，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

2.2.1 配制不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)溶液

學(xué)生稱取結(jié)晶牛血清白蛋白0.5g，加入蒸餾水溶解，并定容至100mL，即可得到5g／L的蛋白質(zhì)溶液。使用移液槍進(jìn)行梯度稀釋，分別得到濃度為1.25g／L、2.5g／L、3.75g／L的標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)溶液。

2.2.2 對(duì)待測(cè)溶液進(jìn)行合理稀釋

學(xué)生分別以稀蛋清和某乳制品為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，并各自取樣1mL，分別加蒸餾水定容至100mL。兩組待測(cè)稀釋液分別命名為蛋清組和乳制品組。

2.2.3 蛋白質(zhì)鑒定

學(xué)生取6支試管進(jìn)行編號(hào)，1號(hào)試管加入2mL蒸餾水，2～5號(hào)試管分別加入2mL不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)溶液，6號(hào)試管加入稀釋后的待測(cè)溶液。在1～6號(hào)試管中分別加入1mL 0.1g／mL的氫氧化鈉溶液搖勻，再分別滴加6滴0.01g／mL的硫酸銅溶液搖勻，最終記錄每個(gè)試管的顏色變化。

2.2.4 蛋白質(zhì)含量測(cè)定

學(xué)生將各試管中的溶液轉(zhuǎn)移至比色杯中，打開(kāi)專用檢測(cè)軟件，設(shè)置濃度范圍和吸光值范圍，建立坐標(biāo)，并在數(shù)據(jù)記錄表中依次輸入0、1.25、2.5、3.75、5。打開(kāi)色度傳感器的蓋子，依次將比色杯放入，點(diǎn)擊“開(kāi)始實(shí)驗(yàn)”按鈕，選擇G值記錄數(shù)據(jù)，當(dāng)吸光值穩(wěn)定后，點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”按鈕，將所測(cè)數(shù)值記錄在表格中。點(diǎn)擊“計(jì)算”即可獲得稀釋后待測(cè)溶液蛋白質(zhì)含量。點(diǎn)擊“繪圖”按鈕獲得蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線，保存圖片記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1.1 蛋清組

本實(shí)驗(yàn)中雞蛋約為50 g，蛋清體積約為30mL，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，稀蛋清液與雙縮脲試劑反應(yīng)顯紫色，說(shuō)明稀蛋清液中含有蛋白質(zhì)。通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)可知，蛋清液中約含有蛋白質(zhì)3.21g。蛋清組所查資料中顯示，一個(gè)雞蛋清的蛋白質(zhì)含量約為3g，與該組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合。

3.1.2 乳制品組

該乳制品體積為100mL，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知該乳制品稀釋液與雙縮脲試劑反應(yīng)顯紫色，說(shuō)明該乳制品含有蛋白質(zhì)。通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)可知，蛋白質(zhì)含量約為1.1g。

某乳制品組按照商品包裝上相關(guān)信息所示，該乳制品含有蛋白質(zhì)1.2g，與該組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)基本一致。

4 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新及反思

本節(jié)課巧妙地利用了色度傳感器，將測(cè)定蛋白質(zhì)含量的實(shí)驗(yàn)融入到中學(xué)課堂中，形成探究性實(shí)驗(yàn)課。課堂以學(xué)生為主體，教師作為引導(dǎo)者和觀察者，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法和思維過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)的過(guò)程是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程，而驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)課程通常具有規(guī)范的操作步驟，學(xué)生按部就班地實(shí)施，易導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)思維得不到充分的鍛煉，降低學(xué)生的求知欲望。本節(jié)課屬于半開(kāi)放式課堂，既有常規(guī)的實(shí)驗(yàn)步驟，也有學(xué)生親自設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方法，例如對(duì)于實(shí)驗(yàn)材料的選擇；配制標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)溶液時(shí)牛血清白蛋白的質(zhì)量；待測(cè)樣液的稀釋倍數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)的濃度梯度等。

參考文獻(xiàn)

［1］林建春.基于課程標(biāo)準(zhǔn)的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)——以“檢測(cè)生物組織中的蛋白質(zhì)”為例［J］.中學(xué)生物學(xué)，2021，37（4）：35-37．

［2］張峰.高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)探究與指導(dǎo)［M］.福建：福建人民出版社，2019：67-68．