高中生物SDS—PAOE實驗教學建議

摘要 作為檢測蛋白質純度的方法，SDS-PAGE(十二烷基硫酸鈉一聚丙烯酰胺凝膠電泳)出現在生物技術實踐課程中。與其它選修實驗相比，SDS-PAGE步驟繁瑣，人力物力投入大，而且具有安全隱患。針對以上問題，筆者提出了SDS-PAGE的“三個聯系”，以期利用有限的教學時間，使學生的收獲達到最大化。

關鍵詞 電泳蛋白質 流程 生物技術

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

1 SDS-PAGE教學的主要問題

對于高中生而言，SDS-PAGE實驗教學的難度很大，主要體現在三個方面。

1.1 實驗的復雜性

本實驗是一個龐大的操作流程，由若干個重要環節組成，如電泳槽的組裝、樣品的變性處理、灌制分離膠與濃縮膠、樣品的加入、電路的控制、電泳圖譜的顯色、分子量的計算等，每一個環節都是一個比較復雜的、獨立的實驗技術。高中生必須具備良好的實驗操作功底，才能獨立地完成該實驗。

1.2 安全保障

本實驗技術用到了丙烯酰胺(Acr)和N，N-甲叉雙丙烯酰胺(簡稱Bis)兩種劇毒藥品，其他藥品也對人體具有不同程度的傷害作用(如注意防止SDS吸入)。從目前高中生的實驗技能水平來看，對上述有毒物品操作與防護，難度極大，稍有忽視，就可能會影響師生的健康。

1.3 不作為考試重點出現

SDS-PAGE實驗本身內容多、難度高，但不作為高考重點難點出現，在一定程度上會影響教師的備課熱情與學生的學習興趣。

2 SDS-PAGE教學的“三個聯系”

基于上述三個問題，筆者建議，SDS-PAGE實驗教學應該做到“三個聯系”，以期用有限的課時，達到教學內容的最優化。

2.1 對于電泳技術本身，要和其他電泳技術的聯系

這方面的聯系，分為橫向與縱向兩類。前者是不同學科、不同研究領域中電泳技術的變化與共性，而后者則是SDS-PAGE在蛋白質分析中按照一定的技術要求所作的一系列改進，示意圖如圖1所示。

圖1所示的電泳技術拓展圖，其實是一幅電泳技術的思維導圖。在教學當中，教師可以根據個人的知識背景及教學需要，在橫、縱兩個方向上進行延伸。這樣，學生不但能夠了解更多的電泳技術，而且能夠從眾多的電泳技術中了解到該技術的原理及應用價值，這種從眾多事實當中提取的概念。亦即，學生不會因為過多地學習各種各樣的電泳技術而感到疲勞、乏味、難于吸收，相反，他們會從中提煉電泳的共性：帶電粒子在電場中的運動。從這一點出發，按照不同的實驗要求(如提高實驗速度、增大蛋白質承載量等)或研究領域(蛋白質、核酸甚至化學領域)，而對基本的電泳實驗體系進行優化、改造，就形成了新的技術。如圖1中的“陰離子電泳”，其實是浙江版高中生物教材的蛋白質電泳實驗教學內容；利用概念圖找到各種電泳技術之間的聯系與區別，使學生能夠看到不同技術中的共性的、本質的特征，比孤立地學習各個技術更有效、更有用。這種由具體的電泳技術(如SDS-PAGE)出發，提煉出抽象的、具有普遍意義的電泳概念，再根據具體的應用領域與實驗要求在這一概念中加入具體的修飾、限制條件，就構成了新的、與最初所學電泳技術相關的、新的實驗技術。這種“具體——抽象——具體……”的“學習環”式的教學方法，其本質就是知識于技能的正遷移。學生一旦進入這個無窮無盡的“學習環”，將會受益終身。

2.2 對于電泳技術的原理及應用，要和其他在概念層面相關的技術相聯系

從教材中可以看到，電泳技術的實質有二，即利用某類物質(蛋白質、核酸等)的一個或多個性質(分子量、等電點、堿基數目等)的不同，利用一定的方法(電場等)，將這類物質進行分離。由此，按照同一性質的不同表現程度來分離物質，可以列舉一系列技術。蛋白質層析、紙層析(必修1中的“植物光合色素的提取”實驗)以及化學當中廣泛應用的各種色譜技術，都歸于此類。這是將電泳技術上升到概念層面而產生的技術教學方法，將不同技術的共性抽提出來，通過SDS-PAGE的教學，將眾多技術的概況展現在學生面前。這是一種極其高效的教學方法，即概念教學法。總體上，上述所有技術都可以成為“分離技術”，即利用溶解度、分子量、沸點等的不同，將某一混合物進行分離、提純。從概念的層面上描述，所有的分離技術可被解釋為：混合物各組分的某一性質在量上存在差異，通過一系列的技術手段，將這種差異表現出來。以SDS-PAGE為例，蛋白質樣品構成一個混合物，其中所有的蛋白質都具有分子量，但各種蛋白質之間，分子量不同。因此，通過特定凝膠構成的“分子篩”就將各種蛋白質分離開來。又如離心技術，就是根據沉降系數的不同將大分子或細胞器分開的。

對于高中學生而言，大多數人不會在將來的求學或工作當中接觸科研工作，過于細致的科學教育對于這些學生來說是沒有現實意義的。他們只需要知道眾多技術(眾多科學事實)的共性，對某一領域的概況有一定的了解，就能夠起到提高科學素養進而提高工作與生活質量的效果。而對于少數有志于科研工作的學生而言，在高中階段能夠抓住眾多科學事實、科研手段的共性，進而訓練他們在任何學習過程中抓住任何一般性事實的共性的能力，將有利于優化他們的思維品質。

2.3 在SDS-PAGE實驗教學中，與通用技術課程的主要思想相聯系

SDS-PAGE實驗操作復雜，且有劇毒藥品，在教學中，必須由教師指導，多名(2人或以上)分工、分步驟進行。在分工、分步驟方面，教師不妨參照高中《通用技術》課程中關于“系統”、“流程”的內容。理科實驗與《通用技術》課程的結合，是優化課程、提高課堂有效性的突破點之一。一方面，理科實驗亟需規范化、科學化的指導；另一方面，《通用技術》雖然將工程技術的一般性規律提取出來，但在具體的教學過程中，又缺乏生動的載體，只能以“組裝自行車”、“制作板凳”等為例進行教學，比較單一。其實，理科實驗到處體現著通用技術的主要思想，系統與流程就是其中的典范。

《通用技術》認為：

①活動或事件在其發展的過程中，依據某種特征或方式，可將該過程分解為若干個小過程，稱這些小過程為環節；

②過程的經歷中，各環節按照一定的時間順序先后出現，完成。這種時間順序關系，成為時序；

③具有以上兩大特征(關鍵點)的過程，即若干環節隨著時間的變化，依序完成的進程流，稱為流程。

按照上述標準，SDS-PAGE完全可以按照流程的思想進行分工合作。表1以灌制分離膠的環節為例，制作了該環節的操作流程，特別注明了操作注意事項和細節問題。用流程圖來幫助教師開展實驗教學，不但便于實驗教學的過程控制，而且給學生提供了清晰的思路，促使其在小組合作學習當中自覺、高效、安全地進行自我監測，提高了課堂的有效性。讀者可按照個人的教學風格與習慣，設計不同的流程圖。一般而言，SDS-PAGE實驗分為兩人一組，其中一人操作，一人記錄(監督操作是否規范以及每個步驟是否已經操作完畢)。

3 小結

技術學習，概念與聯系是關鍵，教師切忌就技術講技術。對于聯系。總體上說有兩種，一是學科內的聯系，如SDS-PAGE與其他電泳技術的聯系、電泳技術與層析技術的聯系等。另一方面，生物技術以至整個生物學內容與其他學科之間的聯系也是十分重要的。綜觀初、高中生物教材，不難發現，生物課程與所有的學科都有密切的聯系，甚至包括人文領域(高中選修2“生物技術與社會”是這方面的典范)。這種學科之間的廣泛聯系，是符合當代生命科學的發展規律的。在此背景之下，作為高中生物教師，更要以一種綜合理科、甚至是綜合所有學科的視角來審視生物學教學。以SDS-PAGE為例，在講授“電泳”這一概念的時候，教師要啟發學生思考：生物學的電泳和化學的電泳是什么關系?和物理的“電離”是什么關系?如何按照通用技術課程的要求，為SDS-PAGE實驗設計操作流程圖?諸如此類的問題，對于學生而言是一種跨越學科界限進行橫向思考、優化思維品質、構建概念體系的訓練；對于教師而言，則是學科之間相互借鑒、相互補充的切入點。這種學科內部及學科之間的廣泛聯系，必然會使包括SDS-PAGE在內的實驗技術教學更加有活力。

參考文獻：

[1]陳琦，劉儒德，當代教育心理學[M]，北京：北京師范大學出版社，2009：285。

[2]印莉萍，祁小廷，細胞分子生物學技術教程[M]，北京：科學出版社，2005：110～111。 [3]張家余，通用技術·必修2(技術與設計②)[M]，北京：地質出版社，2006，39.