细胞生物学实验--设计性实验方案--二组
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细胞生物学学习计划第一部分:基础知识的学习1. 细胞的结构和功能-学习目标:了解细胞的组成结构和功能,并能够描述细胞膜、细胞器及细胞质的组成和功能。
- 学习内容:细胞膜的结构和功能、内质网、高尔基体和溶酶体的结构和功能,核糖体、线粒体和叶绿体的结构和功能。
- 学习方法:通过阅读教科书,参加学校的课程,观看相关视频并进行笔记。
2. 细胞的代谢和能量转化- 学习目标:了解细胞的代谢过程和相关能量转化,并能够描述细胞的呼吸过程和光合作用的机理。
- 学习内容:细胞的代谢过程、葡萄糖的分解、有氧呼吸和无氧呼吸过程、光合作用的过程和要素。
- 学习方法:通过阅读教科书,参加学校的课程,观看相关视频并进行笔记。
3. 细胞的遗传物质- 学习目标:了解细胞的遗传物质的结构和功能,并能够描述DNA、RNA和蛋白质的合成过程。
- 学习内容:DNA的结构和功能,RNA的结构和功能,蛋白质的合成过程。
- 学习方法:通过阅读教科书,参加学校的课程,观看相关视频并进行笔记。
第二部分:实验技能的学习1. 细胞培养技术- 学习目标:学习细胞培养的基本技术和操作方法,并能够进行细胞培养的实验操作。
- 学习内容:无菌操作技术,培养基的配制和消毒,细胞的传代和细胞计数等实验操作。
- 学习方法:通过实验室指导老师的示范和指导,进行实验室操作并记录实验数据。
2. 细胞分离和纯化技术- 学习目标:学习细胞分离和纯化的基本技术和操作方法,并能够进行相关实验操作。
- 学习内容:细胞的离心分离,离心过滤技术,柱层析技术,电泳技术等实验操作。
- 学习方法:通过实验室指导老师的示范和指导,进行实验室操作并记录实验数据。
第三部分:综合实验设计与分析1. 细胞生物学实验设计- 学习目标:学习细胞生物学实验的设计原则和方法,并能够独立设计和实施细胞生物学实验。
- 学习内容:实验设计的原则,实验方案的撰写,实验过程的控制和实验结果的分析等内容。
- 学习方法:通过参与实验室课程和学术讨论,了解实验设计的原则和方法,并尝试设计和实施细胞生物学实验。
《细胞生物学实验》教学大纲课程名称:细胞生物学实验英文名称:Cellular biological experiment课程编号:14070101 实验课性质:非独立设课课程负责人:张尚立开放实验项目数:25大纲主撰人:杨晓梅曹慧仁大纲审核人:张尚立时永香石梅一、学时、学分课程总学时:54 实验学时:54 课程总学分:1.5 实验学分:1.5二、适用专业及年级生物科学、生物技术、生态学、生物工程和生命基地三年级三、实验教学目的与基本要求细胞生物学实验是为生命科学学院1~3年级各专业学生开设的实验课程,本实验课程的教学目标是:培养学生的基本实验技能,专业基础类实验能力及创新思维能力;训练学生依据实验方案能够自主完成实验项目。
通过实验训练,使学生能够具有观察、比较、分析、专业基础类,实验动手,数据处理和书写实验报告、生物绘图、制表等方面的能力。
四、主要仪器设备普通光学显微镜、倒置显微镜、荧光显微镜、复式光学显微镜及其摄影装置、电子显微镜、超薄切片机、冷冻切片机、石蜡切片机、制刀机、离心机、恒温箱、冰箱、培养箱、二氧化碳培养箱、恒温蜡箱、恒温水浴锅、解剖器械、超净工作台、组织捣碎机、分析天平、放大机、电热板、流式细胞仪、电泳仪、湿盒、细胞电泳仪、计算机、酶联免疫仪。
六、考核方式根据细胞生物学理论及实验教学的要求,结合细胞生物学实验课程教学的特点,制定以下考核办法:实验课考核的最终成绩,由平时成绩和期末考评组成,平时成绩占40%,考试成绩占60%。
记分办法:1.实验课课堂表现:包括实验态度、操作技能,实验记录及实验结果。
(10分)2.实验报告:要求实验报告书写规范,简明扼要,结果真实,对出现的问题、现象能以科学态度分析,进行结果讨论。
(20分)3.纪律卫生:不迟到、不旷课,不在实验室打闹、不大声喧哗。
实验结束,认真整理实验室台面,值日生负责清扫实验室卫生,离开实验室前检查实验室水电安全情况。
(10分)期末考试:实验动手能力,实验设计能力和实验创造性能力检验,老师设计各种命题让学生抽签选择,学生根据命题要求回答、操作,给出考查成绩(60分)。
基金项目: 海军军医大学教学模式方法改革课题面上项目(JYP2020B04)作者简介: 汪超,男,1987-08生,博士,讲师,E mail:wangchaosmmu@126.com收稿日期: 2020-12-28医学细胞生物学探索性实验教学设计与应用汪 超,张竞予,李嘉言,张红霞,李文林,朱海英△ (海军军医大学基础医学院细胞生物学教研室, 上海 200433;△通迅作者)摘要: 在医学细胞生物学实验课教学实践中,以个性化、高效率学习为教学目标,结合授课对象实际,采用学生自主设计为主、教师指导为辅的探索性实验教学方法。
教学手段上通过使用智慧树学习平台、数码互动显微成像系统等设备实现学生在实验过程中的自主性。
教学过程中增加实验条件的可选择性进而增强学生探索性体验。
该实验教学设计的主要目的是在达到实验课双基训练要求的同时,发挥实验课在培养学生科研思维、学习科研设计和形成科研规范中的作用。
文章以小鼠骨髓细胞染色体标本的制备与观察实验为例介绍海军军医大学基础医学院细胞生物学教研室的具体做法。
关键词: 医学细胞生物学; 实验教学; 教学改革; 探索性实验中图分类号: Q2 文献标志码: A 文章编号: 2095-1450(2021)02-0098-03 DOI:10.13754/j.issn2095-1450.2021.02.09 实验课教学是高校教学体系的重要组成部分,实验课教学改革也是经常被讨论的话题。
大家普遍认同的观点是实验课对学生动手能力以及科研基本素质的培养有着不可替代的作用[1,2]。
从顶层设计层面,国家级的虚拟仿真实验项目的设立以及各高校教学实验中心的建设,目的都是从实验条件方面为学生的能力培养搭建更好的平台。
而建立在这些实验条件基础上的更加有效的授课设计是帮助学生逐步建立科研思维、学习科研设计和形成科研规范的重要环节。
目前,PBL教学法、发现教学法、对分课堂、翻转课堂、自主性实验等多种教学方式在医学细胞生物学理论及实验教学中得以开展,其目的都是为了实现教学从重教授、重结果、重模式化向重学习、重过程、重个性化的转变[1-3]。
《细胞生物学实验》课程教学大纲课程名称(中文) 细胞生物学实验课程名称(英文) Experiment of Cell Biology课程编号022410353课程性质独立设课课程属性基础课必修教材及实验指导书名称王金发编著细胞生物学科学出版社 2003王金发何炎明主编细胞生物学实验教程科学出版社 2004学时学分:学时 54实验学分 2开出时间:三年级五学期适用专业生物科学、生物技术、生物技术应用、生态学先修课程生物学基础、生物化学、细胞生物学一、课程简介及基本要求细胞生物学实验课程是生命科学学院本科各专业一门重要的必修基础课程,在生命学科的本科教学中有着十分重要的地位。
课程内容包括基础验证和基本技能性实验;综合性实验和开放式、研究型、创新性实验三大类。
基础验证和基本技能性实验主要是配合理论课的教学,使学生加深理解和掌握有关的知识,同时能够规范地掌握细胞生物学研究的基本操作与基本的实验技能。
综合性实验和开放式、研究型、创新性实验,目的旨在培养和提高学生实验设计和应用各种实验技术的能力,培养和训练学生的创新意识和创新能力,培养严谨的科学态度和实事求是的作风,提高发现问题、分析问题和解决问题的能力,为今后独立从事科学研究打下坚实的基础。
二、课程实验目的要求1. 配合理论课教学,加深和巩固所学的知识。
2. 掌握细胞生物学研究有关的基本技术,学习先进的研究方法和技能。
3. 通过开放式、研究型、创新性实验训练,培养和提高学生的实验设计能力,实验动手能力以及文献查阅、论文写作的能力。
4. 通过开放式、研究型、创新性实验训练,培养学生的科学思维方法,提高发现问题、分析问题和解决问题的能力。
在实验教学过程中,要求学生除了掌握基本的操作技能外,实验室还做到全开放,为学生提供进行开放式、研究型、创新性研究的场所,学生可以个人或小组的形式根据自己所学知识、兴趣设计研究课题进行实验,期末要提交研究论文,并做成ppt进行课堂交流。
设计性实验方案课程名称细胞生物学题目名称 DNA的原位显示专业生物科学学号学生姓名指导教师时间邯郸学院生命科学与工程学院说明一、实验设计的目的实验设计是培养学生综合运用所学知识与技能,初步训练学生获得分析和解决实际问题的能力的实践性教学环节之一。
通过实验设计培养学生运用所学知识设计课题的能力,为毕业论文的开展,以及今后从事生产、教学、科研等相关工作打下坚实基础。
二、实验设计的要求1、以小组为单位,提出与专业、课程有关的课程设计题目。
命题要求既有代表性,又有实际意义。
2、设计应包括以下几个部分构成:(1)研究的目的与意义。
应说明此项研究在生产实践上或对某些技术进行改革带来的经济、生态与社会效益。
有的课题过去曾进行过,但缺乏研究,现在可以在理论上做些探讨,说明其对科学发展的意义。
(2)国内外同类研究的概况综述。
在广泛查阅有关文献后,对该类课题研究已取得的成就与尚存在的问题进行简要综述并提出自己对一些问题的看法。
(3)课题研究方案:包括研究内容、研究方法和技术路线。
研究内容要重点突出;研究方法要具有科学性、先进性;技术路线有清晰。
(4)研究的预期结果和创新性。
3、格式要求(1)表格内容,字号用小4号,中文字体用宋体,英文字体、数字用Times New Roman;(2)正文字数1500字以上。
4、内容要求(1)立题依据充分(实验目的明确、意义定位准确,对拟解决的问题有合理预测,对国内外研究现状阐述全面);(2)研究方案(包括实验的技术路线、实验的进程安排、具体操作过程、设立的实验指标和指标的检测手段)可操作性强;(3)实验结果的记录及分析方法可行性强;(4)对实验中可能发生的问题有正确预测并提出相应的解决方法;(5)经费预算合理;(6)附有5篇以上主要参考文献。
三、实验设计题目(自拟)一、选题依据(拟开展研究项目的目的、意义)实验目的1、掌握孚尔根反应和Brachet反应的原理。
2、掌握孚尔根反应和Brachet反应显示细胞内DNA的方法。
《细胞》作业设计方案第一课时一、背景介绍:《细胞》是生物学中的基础概念之一,是构成生物体的基本单位。
细胞结构和功能的理解对于探究生命现象、研究生物生长发育和治疗疾病都至关重要。
本作业设计旨在帮助学生深入了解细胞的结构和功能,加深对生物学的理解。
二、作业目标:1. 了解细胞的基本结构和功能;2. 掌握细胞的分类和特点;3. 深入了解细胞的代谢过程和生物学功能;4. 提高学生的独立思考和综合能力。
三、作业内容:1. 观察细胞结构实验:学生通过显微镜观察动植物细胞结构,并绘制细胞结构示意图。
2. 细胞功能研究报告:学生选择一个细胞器或细胞功能,撰写小组研究报告,介绍其结构、功能和在生物体内的作用。
3. 细胞模型制作:学生利用各种材料制作细胞模型,展示细胞的结构和组成。
4. 细胞代谢模拟实验:学生进行细胞呼吸和光合作用的模拟实验,了解细胞的能量转化过程。
四、作业流程:1. 第一周:介绍细胞的基本概念和结构,进行细胞结构实验;2. 第二周:学生选择研究内容,展开细胞功能报告的撰写;3. 第三周:学生制作细胞模型,展示细胞的结构和组成;4. 第四周:学生进行细胞代谢模拟实验,探究细胞的能量转化过程。
五、评价方式:1. 细胞结构实验:观察报告和绘制图纸;2. 细胞功能研究报告:报告内容和展示方式;3. 细胞模型制作:模型的制作精美程度和准确性;4. 细胞代谢模拟实验:实验数据和分析能力。
六、总结与展望:通过本次作业设计,学生能够全面了解细胞的结构和功能,提升对生物学的兴趣和理解。
未来可以进一步探讨细胞在生物体内的作用,以及细胞在疾病治疗中的应用,拓展学生的科学思维和创新能力。
希望同学们在作业中不仅能够获得知识,更能够培养自主学习和解决问题的能力,为未来的学习和科研打下坚实基础。
第二课时一、背景介绍《细胞》是生物学领域的基础课程之一,是生物学中最基本的单位。
通过学习细胞的结构、功能和生理过程,可以深入了解生命的本质和组成。
设计性实验方案课程名称细胞生物学题目名称 DNA的原位显示专业生物科学学号学生姓名指导教师时间邯郸学院生命科学与工程学院说明一、实验设计的目的实验设计是培养学生综合运用所学知识与技能,初步训练学生获得分析和解决实际问题的能力的实践性教学环节之一。
通过实验设计培养学生运用所学知识设计课题的能力,为毕业论文的开展,以及今后从事生产、教学、科研等相关工作打下坚实基础。
二、实验设计的要求1、以小组为单位,提出与专业、课程有关的课程设计题目。
命题要求既有代表性,又有实际意义。
2、设计应包括以下几个部分构成:(1)研究的目的与意义。
应说明此项研究在生产实践上或对某些技术进行改革带来的经济、生态与社会效益。
有的课题过去曾进行过,但缺乏研究,现在可以在理论上做些探讨,说明其对科学发展的意义。
(2)国内外同类研究的概况综述。
在广泛查阅有关文献后,对该类课题研究已取得的成就与尚存在的问题进行简要综述并提出自己对一些问题的看法。
(3)课题研究方案:包括研究内容、研究方法和技术路线。
研究内容要重点突出;研究方法要具有科学性、先进性;技术路线有清晰。
(4)研究的预期结果和创新性。
3、格式要求(1)表格内容,字号用小4号,中文字体用宋体,英文字体、数字用Times New Roman;(2)正文字数1500字以上。
4、内容要求(1)立题依据充分(实验目的明确、意义定位准确,对拟解决的问题有合理预测,对国内外研究现状阐述全面);(2)研究方案(包括实验的技术路线、实验的进程安排、具体操作过程、设立的实验指标和指标的检测手段)可操作性强;(3)实验结果的记录及分析方法可行性强;(4)对实验中可能发生的问题有正确预测并提出相应的解决方法;(5)经费预算合理;(6)附有5篇以上主要参考文献。
三、实验设计题目(自拟)一、选题依据(拟开展研究项目的目的、意义)实验目的1、掌握孚尔根反应和Brachet反应的原理。
2、掌握孚尔根反应和Brachet反应显示细胞内DNA的方法。
3、掌握实验方案设计、数据整理及结果分析、论文撰写等基本技能。
实验意义1、了解和掌握两类核酸显示的原理及操作程序2、了解并掌握细胞中DNA和RNA的分布二、研究方案(主要研究内容、研究方法和技术路线)一、研究内容DNA的Unna显示法所制作的装片在细胞质和细胞核内的染色结果,以及三氯乙酸的具体作用。
二、研究进展不同染色剂染色对观察洋葱根尖细胞有丝分裂相的影响根据实验研究结果分析得知,用醋酸洋红染色存在染色不均匀的问题造成图像模糊,有的细胞染色很重,有的是细胞质与细胞核内染色分辨不清楚,从而影响观察。
而用改良品红染色,染色体染色清晰,细胞质不着色,背景明亮,易于分辨,但是改良品红染色时间要远远长于醋酸洋红的时间,否则很难染色。
在用改良品红染色与醋酸洋红的对比的实验中,用改良品红染色细胞质与细胞核明显可辨别,其染色体部分染色较深,细胞质基本不着色,但要注意的是用改良品红染色时一定要把握好染色的时间问题,尽量延长染色的时间,否则染色浅就不容易观察到染色体。
不同时间取材对观察洋葱根尖细胞有丝分裂相的影响根据实验研究结果分析得知,在上午 10∶ 00 时取下的洋葱根尖,细胞有丝分裂比较旺盛,其中前期和中期的分裂相最多。
而在下午15∶ 00 时取的洋葱根尖细胞有丝分裂不如上午分裂旺盛,下午也是前、中、后期相较多,上午和下午的末期相差别不大。
实验结果表明:植物细胞的有丝分裂活动受生物钟的制约,在一天的24h 里,细胞有丝分裂是有节律性的,即在白天 10∶00 ~11∶ 00 时最旺盛,可能在夜间22∶ 00 ~ 23∶ 00 时又是最旺盛的时间。
所以,洋葱根尖有丝分裂在不同的时间观察到的分裂相是不同的。
虽然是在不同的时间取下的根尖,但是有可能观察到相同的分裂相,只是按平均数统计来算在不同的时间分裂相数目,这样得出的在不同时间分裂相是不同的。
结合环保的理念更进一步证明了采用冷藏和常温交替培养预处理方法进行处理洋葱根尖,是得到分裂期细胞的一个好方法,值得在教学中推广使用。
以上探究,仅限于洋葱根尖的分裂期的控制,还有很多问题可以在中学生物教学中进一步启发学生进行自主探究实验。
比如是否可以采用类似 SM 营养液来培养根尖;是否可以长时间地让洋葱球茎处于光照15℃~20℃的环境中生长; 是否可以提高冷藏常温交替培养预处理组的分裂期的稳定性等等。
压片: 染后材料水洗几分钟后入蒸馏水待压片。
取表面皿加45%冰醋酸后将根尖放于皿内并夹碎进行软化和分色,大约1h 后可陆续压片;取清洁载片,上放少许软化材料、加盖片后用镊子尖轻轻地向有材料的地方敲打,使之细胞分离成一薄层、再用两镊尖执住盖片材料的两边,用铅笔杆或小木棒轻轻敲压, 见材料细腻可镜检,挑选分散好,分散相多的压片将盖片朝下斜入50%的酒精中脱盖片,分离后进行脱水透明,如材料分别粘在载片上可分别进行封藏。
洋葱根尖作为染色体组型分析的材料与蚕豆、玉米等相比较其根尖更容易获得, 而且洋葱鳞基部的发根数量比较多, 呈梯次发根,可多次取材。
我们在实验中用一个洋葱经过反复利用完成了植物染色体观察、组型分析和分带等三个实验。
经饱和对二氯苯处理过的洋葱根尖停留在中期分裂相较多,而两次低渗处理可以使在固定和解离过程中因酸而凝缩的染色体膨大。
我们在处理的过程中更换低渗液可以使KCl的浓度相对保持的0.75M不发生变化,保证了低渗液的浓度。
在染色过程中用染色液压片可使临时装片在观察的过程中不会因为在强光中暴露时间过长, 着色变淡。
解离可使根尖变得酥软易于压片,在解离的过程中一定要保持在60,温度过高会破坏染色体的结构,温度太低又达不到解离的效果。
关于解离时间以8 m in左右为宜,根据我们的实验解离的根中能够看到气泡说明解离完全, 这时应该停止解离进行下一步实验。
[1]王辉,石延茂,李双铃,等. 2008.不同预处理对花生根尖细胞有丝分裂制片的影响.花生学报, 37( 2) :28 ~31[2]杨洁,柳红. 1999.洋葱根尖细胞有丝分裂高峰期的研究.辽宁师专学报, 2( 2) :26 ~29[3]徐伟平. 2001.根尖细胞有丝分裂装片制作新见解.生物学教学,26( 6) :15 ~17[4]高汝勇.低温预处理对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响.农业科技与设备,2009( 1)[5]赵东利等.秋水仙素对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响.北京农学院学报,2009( 1)三、实验原理利用核酸分子上的磷酸根和碱性染料形成盐键而在原位沉淀显色的原理,根据DNA和RNA对碱性染料的亲和力有差别,用Unna试剂(甲基绿-派洛宁染色液)进行选择性染色是显示核酸的方法之一。
在Unna试剂中甲基绿与空间构型完整的DNA亲和力高,并且甲基绿分子中的两个含N基团带正电荷正好与DNA分子的负电基团相结合,这样DNA被Unna试剂中的甲基绿染成绿色或蓝绿色。
而RNA则被Unna试剂中的派洛宁(Pyronin G)染成红色。
三、实验用品(一)材料洋葱鳞茎或根尖、植物幼苗。
(二)仪器、用具显微镜、恒温水浴箱、温度计、解剖针、酒精灯、试管、烧杯、载玻片、盖玻片、吸水纸,混匀器,高速冷冻离心机、移液器、液氮罐、1.5mleppendorf 管、2mleppendorf管等。
(三)试剂1、1mol/L乙酸缓冲液(pH4.8):A液:冰乙酸6ml ,加水至100ml。
B液:乙酸钠13.5g,加水至100ml。
使用时,将A液和B液按2:3比例混合。
置于4℃冰箱中备用。
2、Unna试剂:甲基绿-派洛宁染色液。
甲液:5%派洛宁水溶液6ml,2%甲基绿水溶液6ml,去离子水16ml。
乙液:1mol/L乙酸缓冲液(pH4.8)16ml。
甲、乙两液置于4℃冰箱中备用,使用前再将甲、乙两液混匀待用。
3、5%三氯乙酸。
4、卡诺固定液:无水酒精3份:冰醋酸1份或无水乙醇6份,氯仿3份,冰醋酸1份。
乙醇对样品具有收缩作用,冰醋酸则对样品有膨胀作用。
氯仿:三氯甲烷。
四、方法步骤DNA和RNA的Unna显示法1. 取材与固定:待洋葱根尖长1cm 时,于上午8时剪下根尖,经过预处理后投入卡诺固定液中固定2-24h。
固定后,保存在70%的酒精中,放入冰箱中冷藏供用。
2.水解试管1:取洋葱根尖数条,投入试管,用清水洗3次。
试管2(对照)取洋葱根尖数条,投入试管,先用清水洗3次,再用5%三氯乙酸(TCA)浸没根尖,放入恒温水浴锅中在90±0.5℃下水解15分钟,再用清水洗5min。
以下各步骤两试管相同。
(水解是本实验成败的关键之一。
重要的是温度,应保持在90±0.5℃之间。
如果温度过高或时间过长,造成水解过度,醣与醛基之间的键被破坏,醛基流失到水解液中,反之,不能出现潜在的醛基,都不能呈现颜色反应。
)3. 染色两试管中均滴加Unaa染液,浸没根尖,立即置于暗处处理0.5h,然后用水漂洗3次,丙酮分色3-20秒,再用水漂洗2次,每次2min。
4.压片镜检。
分别取上述两试管中的根尖,置于载玻片上,滴加1滴45%醋酸,然后压片镜检。
三、预期的结果和创新性DNA的Unna显示法染色的结果:DNA被甲基绿染成绿色,RNA被哌洛宁染成红色DNA的Schiff显示法染色的结果:DNA被染成紫红色,RNA由于孚耳根反应被分解。
创新性:DNA的Unna显示法和DNA的Schiff显示法均采用对照的方法来研究三氯乙酸的作用,且DNA的Unna显示法和DNA的Schiff显示法也可以互为对照来研究染色后细胞质和细胞核内的染色结果有何不同,也可比较两种染色方法的优缺点。
四、导师的评语及评分签字:年月日。