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关键词: 生物化学实验教学教学改革PBL
生物化学既是高等医学院校的专业基础学科,又是当代医学和生命科学的前沿学科,其理论研究的深入与实验方法的改进、实验技术的革新息息相关,在整个生物化学及医学的发展过程中,生物化学实验起着决定性的作用,与其相关的各种技术已经渗透到生理、病理、药理、微生物,以及临床的内、外、妇、儿等诸多学科中,广泛应用于医药、卫生等各个领域。生化实验教学是理论联系实际的重要环节,它不但可以验证课堂上所学的理论知识,而且有助于加深对理论知识的理解和记忆,巩固和掌握所学的理论知识,培养学生观察问题、分析问题和解决问题的能力,其目的是让学生能够将所学的基本实验技能熟练运用到实际工作中,并具备一定的理科素质和基本的科研方法的思路。我对医学生物化学教学内容、教学模式和考核方式等的改革进行了探讨,以期提高教学效果,增强学生观察、思维及创新能力。
一、医用生物化学实验教学的现状
1.内容多,课时少。
这是很多医学院校所面临的共同问题。目前《医用生物化学》的内容包括组织胚胎学、生理学、免疫学等知识,各种知识相互渗透,体系庞大、复杂。为了减轻学生负担,各院校都不同程度地缩减课时。对于三年制的高职高专专业学生来说,要在三年的时间内完成五年制的课程,教学内容多、课时少的矛盾在教学中显得更为突出。
2.实验教学内容与医学联系少,学生缺乏兴趣。
目前,医学生物化学的实验教学仍以验证性实验为主,学生只需按实验步骤正确操作即可得出结果,而很少注重实验过程,忽视了学生基本操作技能的训练,不利于学生综合实践能力、创新精神的培养。学生无法体会到生物化学对医学的实用价值,因此,学生对学习这门课程缺乏兴趣,觉得学习化学成为负担,学习它往往是为了应付考试。
3.医学生动手机会少,基本操作技能较差。
由于实验课时少,为了保证授课内容,对于较为复杂的操作,教师往往在实验前就把设备、仪器等实验用品准备好,或安装调试好,学生实验中仅进行简单操作即可得出实验结果,且课后实验室很少开放,这样学生实践动手机会就很少,其基本操作技能差也就不足为奇了。
二、实验教学改革尝试
1.突出实验教学目的,注重基本技能训练。
生物化学实验教学的目的是让学生掌握所学的基本实验技能,并自如地运用到今后的实际工作中。我院根据实际情况改革了实验教材,注重基本操作规范化训练和基本技能训练,基本操作规范化训练包括一般玻璃仪器及容量仪器训练,常用的有分光光度计、离心机使用等内容;基本技能训练包括溶液转移、固体溶解、溶液配制、阴阳定性分析、滴定分析、固液分离、标准曲线制作、数据记录和处理等。
2.应用PBL理论,提高自主学习能力。
实验教学基于问题的学习(Problem Based Learning,PBL)是1969年美国神经病学教授Barrows提出的一种新型教育模式。它强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情境中,通过让学生合作解决真实性问题,来学习隐含于问题背后的科学知识[1],旨在培养学生获取新知识的能力,自主学习的能力,以及解决真实问题的能力。PBL中的“问题”不同于一般传统教学方式中的问题。在传统讲授式教学中,教师也经常以提问的方式帮助学生实现对概念的理解。但由于传统教学是以教学内容为中心,因此作为辅的提问式教学只是强调获取知识的思维过程,且问题本身也是结构良好的,即在限定的条件中寻找到预先设定好的答案。良构性的问题对于学生习得某种特定的方法、步骤是有帮助的,但同时也限制了学生对于真实问题的思考和把握,这也正是学生在面对现实问题时,无法实现知识迁移的主要原因。PBL中的“问题”是置于真实情景中的,强调问题情境的真实性。真实情景中的问题具有结构不良的特征,通常是多变的、不稳定的,会随着新情况的出现发生变化。同时问题的解决不是单一或一成不变的,需要综合多个领域的知识和概念,而且往往没有所谓的“正确答案”,这就使得多途径收集信息和资源成为必要,也使得小组的分工和协作成为必要[2]。在一个接近现实世界的复杂问题中训练学习,可以培养和提高学生有效解决问题的技能和高级思维能力,并确保这些能力可以有效迁移到未来实际工作问题的解决中。具体实施步骤如下。
(1)将学生分成若干PBL小组,每个小组4―6人,各选出1名组长和1名记录员,分别负责小组讨论的主持和讨论记录的整理工作。
(2)教师根据实验教学内容,设计具有一定相关性的劣构情境问题,如针对“蛋白质含量测定―Lowry法”实验,提出如何鉴定劣质奶粉;针对“激素对家兔血糖的影响”实验,提出如何排除某肝脏肿大患者为糖原累积症患者,等等。这些问题的解决方法具有多样性,而实验内容是其中一种可以应用的手段[3]。在实验之前教师将设计的问题及部分参考书目留给每个PBL小组,由小组讨论决定解决问题的方案,即学生决定自己要学什么。在这个阶段教师发挥“引导者”作用,鼓励学生的反省性思维,促使其发现缺乏哪些阻碍问题解决的知识,从而激发其共同的学习目标。
(3)PBL小组成员利用课余时间针对小组确定的学习要点分头查找资料,然后小组成员集合,在组长主持下沟通他们所学的东西,基于他们新学习的东西生成新的解决问题的假设,再根据假设进一步查找资料,完善解决方案,设计操作流程。在此阶段,教师主要发挥“协调者”和“学科专家”的作用,协调小组矛盾,为小组成员提供一定咨询服务。
(4)由每个小组自行设计一个实验,制定实验目的、材料仪器、实验步骤,以及需要得出的实验结果等,上交教师审查通过后在教师的指导监督下做好实验前各项准备及进行实验,然后根据实验结果撰写实验报告,最后由教师进行总结归纳。
这样的自行设计实验不仅可培养学生的创新能力,而且能考查学生的动手能力、团结协作能力和综合实验能力。
3.改变传统教学手段,充分发挥多媒体教学作用。
传统教学以讲授为主,结合板书、实物和模型展示进行,课堂上“满堂灌”,占用了大部分时间,而学生自学、讨论的时间非常少,影响了学生的学习兴趣。随着多媒体教学的广泛应用,教师将传统教学与多媒体教学相结合,通过声、像、动画等形式呈现在学生面前,充分刺激学生的感官,不仅能丰富教学手段,提高学生学习兴趣,而且能使枯燥的生物化学知识变得活泼,抽象的理论知识变得容易理解。因此,我们在实验前应先进行多媒体教学,再进入实验室进行实际操作,首先进行基本操作训练,再逐步加强各种实验技能训练和综合技能训练等,最后完成教学大纲内容。这样的教学手段能使学生更容易接受。
4.开放实验室,加强学生操作能力的训练。
动手机会少是学生基本操作技能差的主要原因。我院在课外时间有计划开放实验室,提供学生动手训练的机会,在进行操作技能考核前增加实验室开放时间及次数,以对学生进行考核前强化训练。同时,在开放实验室时均安排一名教师随堂进行指导,这样可使学生的操作能力大大提高。
5.改革实验报告形式,培养学生科研意识。
在教学过程中培养学生的科研意识十分必要,影响着学生以后的科研能力及其兴趣。传统的实验报告仅仅要求学生对实验结果进行简单归纳、分析。我们则要求学生按科研小论文的形式完成实验报告,格式包括文题、摘要、关键词、正文(前言、资料、方法、结果、讨论、参考文献)等[4],评价实验报告时要从格式、内容、实验结果、归纳分析等去审查,结果要求如实反映实验结果,得不到预期结果的不可随意改动实验数据,讨论应分析实验失败的原因。这样学生不仅会掌握论文书写格式,而且能知道科学研究必须以科学实验为依据,要有严谨、求实、客观的态度。
6.改革实验考核办法。
将生物化学期末考试成绩分为两部分,一是理论考试成绩,占60%;二是实验考核成绩,占40%。实验考核又根据以下三个方面进行评分:①考勤(10分),根据学生缺课、迟到情况和态度情况进行评分;②基本技能(40分),根据随堂提问回答情况、随堂小测验完成情况、书面作业完成情况与实验报告的完成情况评分;③综合实验能力(50分),其中实验设计占15分,操作考试占35分,操作考试前两周由教师选定考试范围及要求,同时开放实验室让学生有动手训练的机会。教师按考题难易程度进行分组,各组难易程度相当,然后进行分组编号备用。考试时由学生自己抽签,按所抽到题号发题,学生根据考题内容准备仪器、药品等材料,独立完成操作,考试完成后当场评分。
我院通过以上实验教学改革,取得了良好的教学效果,不仅学生学习的兴趣明显提高,操作能力大大增强,科研意识得到了提高,而且教师的知识结构不断完善,教育观念得到了提高。
参考文献:
[1]王晶桐.以问题为中心的教学法在医学教育中的地位[J].中国高等医学教育,2006.10:11-13.
[2]姜萍,杨振宁,商庆新等.PBL教学模式在高等医学教学改革中的应用分析[J].中国中医药信息杂志,2005.12,(3):104-105.
【关键词】场依存 场独立 无意视盲
一、引言
场独立和场依存是认知风格中的一种。其差异主要表现在人对外部环境(“场”)的不同依赖程度。场独立的人在信息加工中对内在参照有较大的依赖倾向,他们的心理分化水平较高。而场依存型的人在加工信息时,对外在参照有较大的依赖倾向,他们的心理分化水平较低。Witkin在垂直视知觉的一系列研究中,发现了认知方式的这种个体差异。场独立型和场独立型认知风格的差异一般用镶嵌图形测验来测量。[1]
认知风格的不同,常常表现在人心理活动及行为的不同。无意视盲的发生会不会与认知风格有关?无意视盲的发生是否会在真实试验中和观看视频的不同情况下有所差别?我们假设场独立型的人容易出现无意视盲的现象,而场独立型的人不容易出现无意视盲的现象。
二、场认知方式对无意视盲的实验研究
(一)实验被试
本实验选取了大学生共130名作为被试,其中参加现场实验的有34名,而参加视频实验的被试则有96名。
(二)实验材料与仪器
本实验用来评定认知风格的量表是北京师范大学心理系修订的《镶嵌图形测验》(EFT)[2]、实验视频(含无意视盲的测试项目)、黑白球衣各三套、大猩猩服装一套,相同的篮球两个、计时器等。
(三)实验步骤
实验分为为现场实验和视频实验。
实验一
1.视频实验的步骤
首先,让被试在规定的时间内独立完成《镶嵌图形测验》,随后回收问卷。再给被试呈现事先制作好的视频,要求被试数出视频中穿白色球服的队员的传球次数,要求他们在视频放完后,写出他们的答案。并且在视频结束后,询问他们在视频中是否观察到其它异常现象。如果有,把它们写下来,最后收回他们的答案。
2.现场实验的步骤
先让被试独立在规定的时间内完成《镶嵌图形测验》,随后回收问卷。之后由6位身高、体型都相似的实验人员和一名身着大猩猩服装的主试人员模仿视频中的实验。传球结束后,询问他们在真实情境中是否观察到其它异常现象。如果有,把它们写下来,最后收回他们的答案。
三、实验结果
(一)视频实验中的认知风格与无意视盲
视频实验中的认知风格与无意视盲的关系(见表1)。
从表1中,我们发现,场依存型的被试中约有95.2%出现了无意视盲现象,而场独立型的被试中有82.4%出现了无意视盲现象。实验结果如下:χ2=4.24,P
(二)现场实验中的认知风格与无意视盲
接着我们探讨了在现场实验中认知方式与无意视盲的关系。
现实试验中,我们同样可以发现,73.5%的被试出现了无意视盲的现象。然而,实验结果显示,χ2=0.114,P>0.05,也就是说,不同认知风格对无意视盲的出现是没有影响的。
四、讨论与分析
实验结果表明,现场试验的情况下,认知风格对无意视盲的影响不显著。造成该结果的原因可能是由于真实场景中人的注意力更容易分散。[3]
在观看视频的情况下,认知风格对无意视盲有显著的影响。并且,场依存型的被试更容易出现无意视盲。场依存的被试在选择性注意时是做出全部刺激的反应倾向,而实验过程中的刺激太多,他们很可能有选择性的过滤掉部分信息,所以在观看视频过程中很难发现其他的刺激,而场独立的被试,在选择性注意发生时做出了对部分刺激反应的倾向,所以较容易地发现实验中的意外刺激。这个实验证明不是被试没有看到意外刺激,只是在看到意外刺激之后,意外刺激并没有进入被试的大脑中进行加工。也就是我们普遍说的没有认识到。[5]
五、小结
通过对实验数据的统计分析,我们发现:在观看视频的试验中,认知方式与无意视盲之间存在显著性相关。并且,场依存的被试更容易产生无意视盲现象。而观看真实情况下的试验中,认知方式与被试的数球情况没有显著性的差异。
参考文献:
[1]黄晓霞.场依存性特征对计算机辅助教学与常规教学效果的影响[D].天津,天津师范大学,2002:3-6
[2]张厚璨.认知方式图形测验说明[J].心理科学.1981,2
(4)2-3
[3]林崇德.发展心理学[M].北京教育出版社,1992:56-80
[4]张厚璨.关于认知方式的实验研究[J].心理科学.1981,
3(3):4-6
一、生物学教学与尝试教学法
通过初步生物学教学实验,实验班其中考试成绩人平均分比对照班高出 14.2 分,并且实验班学生的学习兴趣、学习积极性、自学能力和思维能力等也明显地比对照班好。笔者通过教学实践与研究体会到尝试教学法是生物学教学行之有效的重要方法。我们试从以下几个方面分析。
1. 尝试教学法着眼于培养学生装的探索精神 , 这与生物教材所倡导和贯穿的指导思想不谋而合。新编初中生物第一册(上),绪论部分,一改原教材“绪论 ” 一标题,而是开宗明议冠以“探索生物的奥秘 ” 这一醒目标题。学生生物学要有探索精神,从教的角度看,这一标题“其实它就是全部乃至第一课教法的指导思想的要义。 ” 这一标题所蕴涵的思想甚至将全套教材的植物,细菌、真菌、病毒、动物、人体生理卫生、生物的遗传、进化和生态五大部分有机地结合起来形成一个完整的生物学知识体系,探索精神贯穿于整个课程的学习之中。
2. 学生学习生物科学更需要敢于尝试、勇于探索的精神。尝试 成功为其学习的主旋律,生物学不仅有其完整系统的知识理论体系,而且与现实生活息息相关,与学生的日常生活密切相关,与学生身边的花草虫鸟相联系,这一切学生既时时刻刻接触到,有很熟悉的一面,但其中又有许许多多的奥秘学生还未解知,一旦与生物学知识的学习发生碰撞,必将产“火花 ” ,进入跃跃欲试的状态,都想“试一试 ” ,极大地激发了学生学习的内驱力。
3. 尝试教学法应用于生物学教学具有良好的操作性和实效性。新编初中生物教材每节课的教材,一般由以下十二个部分组成: ( 1 ) 引言; ( 2 ) 看一看,想一想; ( 3 ) 演示实验; ( 4 ) 课文; ( 5 ) 学生实验; ( 6 ) 彩图; ( 7 ) 黑白插图; ( 8 ) 题图; ( 9 ) 你知道吗?; ( 10 ) 动动脑;( 11 )动动手;( 12 )课外读。从这些部分看,几是有关形态内容的,一般都先写“看一看,想一想 ” 这一栏目;而有关生理方面的,则一般先写入“演示实验 ” 栏目。在栏目中除提出观察的具体要求外,还提出有关思考性的问题。也就是说,课文要求学生先观察实物,或先观察由教师演洋的生理实验,并要求经过自己的思考。可见,教材处处体现让学生先观察、先思考、先阅读、先学习、先动手操作的意图,这与尝试教学法所提出的以尝试为核心的教学模式,“先练后讲,先学后教 ” 的基本精神配合默契。“将教法引入教材 ” ,这是新编初中生物教材的新意和特色,引入的教法有许多似与尝试教学法异曲同工之处,这与其说是两者的巧合,倒不如说两者之间存在着天然的共同点。如此看来,尝试教学法应用于生物学教学的操作性和实效性可想而知。
二、生物学尝试教学法教学程序
“‘尝试教学法’它既有一定的理论基础,而实践的方法又简便易行,几乎每个教师都能适应,它虽有一个大致的模式,但又反对机械搬用,强调从实际出发灵活动用,它在实践中显示了巨大的效果。 ” 正因为如此,尝试教学法应用于生物学教学实践变为现实。
邱学华老师创立了尝试教学法的五步基本教学程序;出示尝试题 自学课本 尝试练习 学生讨论 教师讲解,并且还提出了多种变化,这些教学程序对生物学尝试教学具有其指导意义,但生物学科有其特点,生物学教学更有其个性。根据生物学及其教学特点、生物教学实践,提出如下生物学尝试教学法教学程序。
1. 生物学尝试教学法一般教学程序:出示尝试题 自学课本 尝试练习(或实验操作) 学生讨论结合教师讲解 第二次尝试练习(或实验操作)。
我们以“尿的形成和排出 ” 这一教材内容为例作出如下讨论:
(1) 联系前课,以准备题导入,出示尝试题。准备题: ① 肾脏是人体形成的器官。 ② 肾脏结构和功能的基本单位是,它由(包括和)和肾小管两部分组成(这些是上一课时的教学内容,是本节教学内容的基础和准备知识)。导入新课,提出、出示尝试题: ① 尿是怎样形成的? ② 尿又是怎样排出人体外的?
(2) 分解尝试题,指导自学课本。 ① 尿的形成通过哪些过程?分别在何部位进行? ② 尿排出经过哪些通道?如何控制?
(3) 提供知识结构性尝试题,促进知识认知同化,导致知识结构的形成。
(4) 学生讨论结合教师讲解,系统知识,强化重点,突破难点。结合讲解演示肾单位动态模拟尿的形成,使之直观化,加深理解。
(5) 进行第二次尝试练习,强化知识。根据生物学教学特点,以生物教育目标分类学为指导,编拟第二次尝试练习(习题略),供第二次尝试练习用,使学生掌握的知识完全达到所规定的认知目标,也便于教师掌握学生理解新知识所达到的程度。
2. 探究式实验课课型生物学尝试教学法教学程序:出示尝试题 自学课本 实验操作 学生讨论 教师讲解。
中学生物探究式实验,一般说,是所需要的基础知识不多、实验材料易成,实验操作比较容易的实验。新编初中生物第一册(上)( P26 )“ [ 实验五 ] 探究种子的成分 ” 即是一个典型的探究式实验,教材紧接着安排“第二节种子的成分 ” ( P28 ),教材的这种安排,旨在先探究 -- 尝试操作,后归纳总结 -- 讲解。
按上述教学程序,在此节课教学过程中,特别要注意:学生一边做实验,教师一边及时给予指导,不仅要求学生叙述观察到的现象,而且要求学生解释所观察的现象,引导学生把感性认识上升到理性认识上来。在全部实验做完之后,教师还要指导学生进行讨论,将一个个独立的结论相互联系起来,教师再作总结性的讲解,使学生所学的知识融合贯通。
3. 验证式实验课型生物学尝试教学法教学程序:出示尝试题 自学课本 教师讲解 实验操作 学生讨论 尝试练习。
动物部分“家鸽 ” 一节内容,教材在其后安排了 [ 实验八观察和解剖家鸽 ] ,这是一个验证工实验,是这节教材的核心实验。
首先,理顺三条教学思路:第一条,整体(一般) 局部(个别) 类(一般) 验证。具体体现于:家鸽具有一系列适行的形态结构特点 外部形态,内部结构及其生理特点 写鸽的主要特征 观察和解剖家鸽。第二条,学 教。具体体现于:先引导学生自学教材,在自学教材之后施教。第三条,练 讲。具体体现于:先让学生多种感官接受练习,挂图的观察,活标本的观察与触摸,模型的摆弄,演示等,然后进行精讲。此内容的教学采用前述教学程序,循着上述三条思路进行。
4. 演示实验课课型生物学尝试教学法教学程序;出示尝试题 自学课本 边实验边观察边讲解,并结合学生讨论 尝试练习。
人体生理卫生部分,“肺的通气 ” 一节教材中的“呼吸运动 ” 这一内容是此节的重点之一,也是难点,教材和教学是通过“ [ 演示实验 ] 呼吸运动与肋骨和膈的运动的关系 ” 来解决的,通过模型的演示,引导学生进行探索,在此基础上还可进一步提高到指导学生动手制作模型,从而引导学生创造性地进行探索。
总之,生物学尝试教学法教学程序有其基本的、规律性的东西,但贵在灵活运用,不断探索与创新。三、生物学尝试教学法的研究与实践
生物教学法从一种具体的教学法发展成为教学法体系,再上升到尝试教学理论,这为尝试教学法应用于生物学教学实践提供了理论指导,为生物学尝试教学法的研究提供了理论基础。
“ 如果说把‘教论’、‘学论’、‘课论’作为生物学教学论的三大支柱,这是颇有意思的一种思索。 ” 生物学尝试教学法作为尝试教学法的一个学科的教学方法,如果也从“教论 ” 、“学论 ” 、“课论 ” 三大方面进行探索,同样是很有启发性的。
1. 教论方面:有指导的尝试原则为其标志。从教认的角度来思考在生物学教学中贯彻有指导的尝试性原则,明显体现“强化了‘学’的动力系统,使‘教’更有针对性 ” ;揭示了生物学教学“教 ” 与“学 ” 概念的全面涵义;充分发挥生物学“教学进程中的相互作用 ” 。
2. 学论方面:尝试 -- 成功为其学习理论特征。通过生物学教学全方位的研究如何使学生由尝试达到成功,获得生物学知识及其能力。
一、问题型开课
根据教学内容、教学目标、教学要求设置问题情境,是培养学生探索精神的关键,因为人的思维不是凭空产生的,必须借助于外界环境的某种刺激作用。教师在教学中创设的问题情境,正是引发学生创造性思维活动的重要外部条件。在生物学教学中,问题型开课虽是一种传统的开课方式,但却是一种卓有成效的开课方式。
问题就是尚待解决,需让人去弄明白的一种情境。“好奇之心,人皆有之”,开课时恰当地提出问题,把学生带入一种“愤、悱”状态,让其“心求通而未得,口欲言而未能”,激发学生强烈的求知欲,然后在师生互动的共同努力之下,学生定能自主地“开其心,达其辞”。
如:“花的结构和花序”一节内容,教师提出递进式问题,可以引发学生思考,激起学习兴趣。提问:“绿色开花植物有那些器官?其中生殖器官是那些?花、果实、种子是怎样发育而来的?”学生回答花是由花芽或混合芽发育而来的之后,教师接着问:“那么果实和种子又是怎样形成的呢?”爱美之心,人皆有之,艳丽的鲜花谁不爱;丰硕的果实和种子谁不喜。教师讲述果实和种子的形成与花的结构密切相关,学生必然急欲步入花的海洋去了解花的结构,探索开花后能结出果实和种子的奥秘。这样,学生去解剖、观察花,理解花的结构和功能是如何相适应的,学习效果甚佳。
二、娱乐型开课
根据初中学生的年龄特征和认知规律,采用学生喜闻乐见的娱乐方式开课,如猜谜语、演小品、讲故事、唱儿歌等,既能把学生课间分散的注意力收回来集中到课堂上,又能活跃课堂气氛,营造一个民主、和谐的教学氛围,使学生愿学、乐学,达到会学。
1.猜谜语。关于生物的谜语很多,以一则谜语来开课,能立即点明学习的对象,进入主题,学习的针对性强,有利于突出重点、突破难点。如一则动物谜语:“南阳诸葛亮,稳坐中军帐,摆下八卦阵,专捉飞来将。”学生立即猜出是蜘蛛,随即出示挂图“蜘蛛捕食”,并设问:“同学们可能都讨厌蜘蛛网,但你知道蜘蛛是怎样结网的吗?蜘蛛结网又有什么意义呢?”这样主题鲜明地引入对“圆蛛”(蛛形纲)知识的学习,让学生和教师一道去了解圆蛛的生活习性、形态结构及其对人类所作的巨大贡献。
2.演小品。小品是一种寓意深刻的文学形式,把它恰当地运用到生物学课堂上能起到激发学习兴趣、提高学习效率的作用。如在上“种子的结构”时,从复习形形的植物过渡到被子植物,可以用演小品的形式来实现。头戴不同植物头饰(代表不同植物类群)的五位学生按其所扮演植物类群的进化顺序隆重登场,各述说本“家族”(类群)的特征,并争论哪个“家族”的种类最多?哪个“家族”对自然界和人类的贡献大?目前地球上哪个“家族”最为繁盛?面对同学收集的种子,争论它们各是哪个“家族”的成员。请同学评判,引出被子植物;再由饰演被子植物的学生介绍(自豪地):“我们被子植物多达20多万种,是地球上种类最多、分布最广的植物,与人类关系最为密切。所以,你们人类如果要更好地利用我们被子植物为自己服务,首先就须多了解我们的生活,这里有许多‘为什么’等着你们来探究哦!”然后教师提问:“被子植物一般是如何繁殖后代的呢?一粒小小的种子为什么能长成一个新的植物体?”这与种子的结构有关,从而引出本节课的学习内容。
3.讲故事。关于动物的小故事很多,通过让学生讲他们熟悉的动物故事引开课题,不失为一种新颖而富有创意的开课方式。如:“小猫钓鱼”是学生们非常熟悉的一则故事,请一位学生讲述,他最后讲道:“小猫集中精力,全心钓鱼,终于钓起了一条大鱼!”教师用课前准备好的鲫鱼(放在装水的水槽里)就能立即激起学生的探究欲望,学生观察鲫鱼的形态、结构及其生活习性,直观、生动而又形象。又如故事“小蝌蚪找妈妈”能激发学生们探究两栖动物知识的激情。这些小故事能让学生进入主动学习的状态,且寓教于乐,还能培养学生做事专心致志、遇到问题不耻下问、对锁定的目标去努力地不懈追求等科学态度和探究精神,教育教学效果奇佳。
三、直观型开课
教学中利用直观的教具、学具,直观展示学习的材料,既烘托了学习的气氛,创设了学习的情境,又使知识的可接受性强,是生物学课堂教学常用的开课方式。几条蚯蚓、一朵桃花、一个蝗虫的形态结构模型、几张挂图、一段“青蛙捕虫”的录像、一件多媒体课件等直观手段都能营造一种良好的学习氛围,激发学生的探究热情。“新陈代谢”内容是综合性较强的知识,对旧知识的复习很重要,课前我在黑板上贴出“皮肤、消化系统、呼吸系统、血液循环系统、泌尿系统”等器官系统的挂图,打出“新陈代谢图解”的投影片,营造一种以新陈代谢为中心,结合其它各系统知识一起的学习情境,学生一走进教室,立即进入了一种我们将要对人体各种生理功能“算算总账”的准备状态。教师引导学生观察这些挂图并回忆学过的相关知识,利用教材上“看一看,想一想”中的问题,在复习旧知识的基础上很自然地过渡到新的学习内容。
关键词:生物学实验室;仪器故障;生物仪器;仪器维修
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)42-0270-02
引言:
在进行分子生物学和细胞生物学实验时,常常会遇到仪器运行异常或不稳定等小故障,这些故障严重阻碍了实验进展和科研效率。积累故障分析与排除方法的资料,有利于对生物仪器的故障做出判断并提高排除技能。根据所在实验室进行科研实验中使用仪器时遇到的一些小问题或故障,以及排除、分析和解决这些故障的方法与经验,整理出8种常见仪器的故障分析与处理方法,供实验室管理人员及同行参考,同时希望对实验人员的仪器操作使用有所帮助。
一、低温超速离心机常见故障与排除方法
1.转动声音异常。(1)操作程序不熟练,离心管放置不对称,重量不平衡;(2)离心管和离心转子选用不合适,造成人为损伤;(3)轴上端的螺帽松动,转轴磨擦发出噪音;(4)转子孔内可能存在异物,使负荷不平衡;(5)转子长期磨损导致机体震动剧烈或响声异常等。
2.冷冻机启动及制冷效果差。(1)仪器安装在通风不良或日光直射处,或散热器盖满灰尘等,都会影响散热器效果,导致制冷效果差。(2)电源不通或保险丝异常是导致冷冻机制冷效果差及启动故障的主要原因。(3)安全装置出现故障或电压过低导致冷冻机启动出现故障。
3.电机不能正常启动。(1)首先检查主电源指示灯,当灯不亮时,检查电源线接触是否良好、保险丝是否熔断等,确保电路畅通。(2)主电源指示灯亮而电机无法启动时,检查炭刷的磨损情况,当磨损量大时及时更换新炭刷。(3)定期检查转头平衡性,当转头不平衡时导致离心管破损,样品渗漏,从而损坏转子。
二、超低温冰箱常见故障与排除方法
1.警报器启动报警。(1)检查电源是否出现故障或插头与插座接触不良等。(2)检查冰箱内部的温度计是否超出合适的范围,否则放入样品时会使冰箱进一步升温,从而触发警报器。(3)避免一次性置入物品过多,引起冰箱快速升温而导致报警器启动报警。
2.冰箱冷却效果差。(1)检查冰箱背部是否离墙面太近,影响散热和压缩机功能。(2)检查冰箱是否出现大量结霜,如出现,应尽早化霜。(3)避免频繁开关冰箱门,影响冰箱内温度的稳定性。(4)一次性放入过多样品时,会导致冰箱内温度快速升高而影响其冷却性能。
3.冰箱噪音过大。检查底板是否坚固、冰箱是否稳固。如不稳,调好活动螺丝以使四角稳固地支撑在底板上,并检查是否有物件接触到冰箱背部。如果制冷效果差,散热管不热,蒸发器有很小气流声,是因为慢渗漏造成制冷剂严重缺损的缘故。
三、PCR仪常见故障与排除方法
1.反应管壁出现液滴。由于运行程序前没有开启热盖加热功能或反应结束后低温保存时间过久。运行时开启热盖加热功能后,冷凝就会自然出现,这不影响实验结果,将反应管瞬时离心使液滴回到管子底部即可。
2.反应液出现明显蒸发。(1)若使用的微孔板,反应后反应液有明显蒸发。使用高质量的微孔板,反应前要严格密封;确保盖紧热盖,适当提高热盖的温度,增大反应体积。(2)反应后PCR管内反应液有明显蒸发。使用高质量的PCR管或仪器配套的PCR管,保证热盖压在各PCR管上的压力均匀。
3.不同PCR仪上扩增出的条带亮度有差异。不同型号的PCR仪所用的升降温优化策略不同,当换用另一类PCR仪时,PCR参数要进行试验优化。
四、酶标仪常见故障及解决方法
1.酶标仪开机后无反应。出现这种情况先检查电源线是否接好,保险丝是否烧断。也可能是由于酶标仪后部DIL开关设置不正确。DIL标准设置:左下下下下下下上下上上下下上下上上右。
2.仪器显示“酶标板错误”。(1)检查有无液体溅在透镜和光接收元件上,如发现应及时用擦镜纸轻轻吸掉。(2)检查酶标板是否按平,防止活板条进入测量室后被卡住。若被卡住,应先关机,再拆下测量室盖上的螺丝,将载板架连同活板条推出测量室。
3.酶标仪打印机出现异常。(1)检查打印机无纸或纸未装好,此时装好打印纸便可。(2)检查打印机是否联机,确保酶标仪内置打印机开关处于开的位置。(3)打印机有开机顺序,需先开打印机,后开仪器。
五、恒温摇床常见故障与排除方法
1.转速失控。有时实验瓶子打翻,有时振荡不工作,一般为传动带坏或打滑。检查轴承的润沪脂,确保填充量约占轴承总空间的三分之一,仪器连续工作期间,每半年加注一次脂。
2.温度失控。常见为不加热、加热管坏或温控仪坏。实验样品在高温中瞬间毁坏,或无法长时间进行低温培养运行,设备积霜或化霜,工作室温度大起大落,低温实验根本无法连续进行。
3.整机不工作。电源保险丝断,电源开关坏或定时器出现故障。仪器连续工作时应定期检查保险丝、控制元件及紧固螺钉等是否正常,确保接触良好;检查电机和控制元件的整洁性,防止液体、污物等落入;定期清洁轴流风机上的异物及灰尘。
六、高效液相色谱仪常见故障处理与排除方法
1.系统噪音大,色谱图上出现毛刺。(1)泵垫圈的磨损易造成泄漏,引起高压下的压力不稳,若发现应立即换上新的垫圈,并定期更换泵垫圈。(2)管道中溶入流动相中的空气或吸入空气等均可引起噪音增加,系统压力不稳,导致色谱图上出现毛刺。应定期检查,确保不锈钢滤器沉到瓶底,避免吸入空气。(3)微粒污染单向阀。拆下单向阀、超声清洗、甲醇溶液清洗两次,安装单向阀。
2.柱压增高。(1)常见原因为样品沉积在柱内。拆开柱与检测器之间的接头,根据所测样品,选择能溶解的溶剂进行正向冲洗后接上检测器。(2)若冲洗不见效,考虑柱内滤片阻塞,这种情况下应更换新的柱头滤片。
3.出峰异常。(1)若出现双峰,原因为柱头填料塌陷。用不锈钢杆压紧、装入新填料填平、滴甲醇、再压紧,反复多次直至装满填平为止。(2)换柱后若出现峰肩,表明柱安装位置不佳。轻轻松开柱、转动角度、重新安装、甲醇冲洗即可。(3)峰面积改变,原因为加样针没有插到底或需要进行保养。确保针插到底,定期清洁储液器、检查流动相是否脱气、更换缓冲液等。
七、酸度计(PH计)常见故障与排除方法
1.指示灯或指针异常。(1)电源接通,但指示灯不亮。先检查仪器是否有电压输出,若有再检查指示灯是否烧坏;若保险丝没有熔断,则变压器电路出现局部短路。(2)接通电源,表头指针不定位或不稳定。检查并联电阻焊接是否牢固、面板内的表头是否出现卡针、线圈上有无异物、仪器机壳是否接地。
2.数值显示异常。(1)数字显示不稳定或出现漂移现象。通电后,先检查数字式PH计的各接口及插件是否接触良好、线路板有无被腐蚀、电压是否稳定等,再进行相应处理。(2)通电后,PH计显示的数字缺笔画,表明仪器的插件或接口处接触不良。若排除这些原因后仍显示不全,表明显示屏损坏,需要更换显示屏。
八、流式细胞仪常见故障与排除方法
1.开机出现异常。常见为长时间不能进入Ready状态,原因为接口漏气、试管出现裂缝导致漏气、喷嘴上的像胶圈老化或破损,也可能是电源部分出现问题。
2.喷嘴发生堵塞。正常情况下,喷嘴喷出的是一道水柱,若发现喷出的是气泡,表明喷嘴发生堵塞。排除故障时先放开机器托臂,用注射器套上胶管,在喷嘴上反复抽吸,直至喷出的水柱呈直线时表明堵塞现象已经排除。
3.图像异常或信号中断。流式细胞仪图像信息来源集中于激光照射区,散点图细胞群的分布和直方图信号的显示能够直观地反映检测状态,提示有无故障发生。若出现图像异常或信号中断,检查时先打开所有开关,观察顶盖、侧板,检查激光是否点亮、仪器接地是否良好及输入电源是否稳定等。
结语:
生物学实验室仪器的良好运行和正常操作是进行科学研究的有利保障。实践证明,任何仪器在使用时往往都会出现一些小故障。要使仪器处于良好的运行状态,除了做好仪器的日常保养、严格按照仪器使用指南正确操作外,更离不开实验室的规范化管理、仪器的精心维护与保养。在实验操作过程中,仪器故障的分析与排除方法需要不断地积累经验,每次处理完故障后,及时告知使用者注意事项,避免发生同类故障。同时详细、完整地记录故障分析及维修过程,补充操作指南,这有助于提高排除故障和维修仪器的技能。长时期、分类别地积累故障分析与排除方法资料,不但有利于对生物仪器的故障分析做出更准确判断,而且为实验操作者及仪器管理人员排除仪器故障提供有用的经验总结,使得实验室各种生物仪器达到最佳的工作状态。
Common Failures and Elimination Methods of Equipment in Biology Laboratory
KANG Ya-ni,CHENG Ming
(School of Biomedical Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China)