余骥

摘要以“蓝白斑筛选实验”为主线，整合发酵工程和基因工程中的关键技术，在项目化学习过程中通过3个环节帮助学生掌握和理解相关的知识和技术，促进学生生物学学科核心素养的提升。

关键词 蓝白斑筛选 发酵工程 基因工程

中图分类号G633. 91文献标志码B

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）提出教学过程重实践的基本理念，倡导教学方式的转变，要求关注学生学习过程中的实践经历，通过探究性学习活动或完成工程学任务，加深对生物学概念的理解，提升应用知识的能力，发展生物学学科核心素养。项目化学习充分选择和利用最优化的资源，使学生在实践体验、内化感悟、探索创新中获得较为完整而具体的知识，形成专门的技能并获得发展的实践活动。经过高三的一轮复习，学生基本构建了选修模块的学科知识体系，并掌握了相应的实验技能。这些都为二轮复习中开展综合性的项目化学习奠定了较好的基础。

1自主选题，培养创新能力

1.1指向素养，确定实践主题

根據《课程标准》，学生在学习完发酵工程和基因工程模块后，能针对某一主题，选取恰当的技术和方法，尝试提出初步的工程学构想，并进行设计和实施。该模块的技能体系庞杂，涉及到培养基的制备、无菌操作、微生物的培养分离和计数、转基因技术、受体细胞的筛选等实验操作。经过文献调查，最终确定本项目的主题是“蓝白斑筛选实验”。该实验的原理如图1所示，实验流程如图2所示。教学的明线是围绕该主题贯穿发酵工程和基因工程中各个孤立的技术，暗线是借助项目化的实践有效整合相关技术，使知识能力综合化和系统化，以知促行、知行合一，让学生在做中学、做中思，全面促进生物学学科核心素养的提升。

1.2把握学情，提供技术保障

为确保能够顺利完成项目，教师引导学生通过文献检索等方式论证方案的可行性，协助寻求技术保障，为学生完成预定方案（表1），搭建切实可行的“台阶”。

2实践体验，训练工程思维

2.1制备选择培养基

根据LB培养基通用配方，经称量、溶解、调pH、分装、高压蒸汽灭菌后，添加氨苄青霉素（质量浓度为100 mg/mL）后均匀混合，倒平板制成含氨苄青霉素的LB固体培养基，置于4℃待用。

2.2制备转基因大肠杆菌

根据表2中的反应体系构建重组载体。

根据以下步骤制备转基因大肠杆菌：

①取出-80℃保存的E.coli JM109的感受态细胞置于冰上融化；

②将重组载体反应体系与感受态细胞混匀，冰浴30 min；

③转移至42℃水浴，保持90s，转移至冰浴2min；

④往离心管中加1 mLSOC medium培养基，置于37℃摇床中缓慢振动培养30 min，使细菌复苏。

2.3涂布分离

取适量ITPG、X-Gal溶液过滤除菌，均匀涂布于含氨苄青霉素的LB固体平板表面（每个平板添加25μL的ITPG和50μLX-Gal溶液），晾干后待用。取100μL获得的转化菌涂布于添加了IPTG和X-Gal的培养基表面，在37℃下倒置培养16 h。

2.4观察和计数

经培养后，培养基表面出现两种颜色的菌落，如果显色不明显，可将平板置于4℃培养2 h后再观察，分别统计蓝斑数和白斑数（表3），并计算转化效率。

3拓展延伸，提升核心素养

3.1课后反思，拓展思维视角

在低温、低浓度的CaCl2溶液处理下，大肠杆菌细胞会膨胀，细胞膜通透性改变，成为感受态细胞；低温条件下，将感受态大肠杆菌与重组DNA分子混合，使外源DNA黏附于受体细胞表面；再经过短暂的热刺激处理，可使外源DNA转入细胞。外源DNA的插入会导致LacZ基因的正常表达，从而无法使无色的X-Gal转变为蓝色产物，理论上转基因受体菌的菌落呈现白色，但实际上本实验转化效率介于50%～85.7%。推测其原因可能与重组质粒的形成效率和导入效率有关。影响重组质粒形成效率的因素有很多，如插入基因和质粒的浓度、限制酶和连接酶的活性、反应时间等。影响重组质粒导入受体细胞效率的因素也有很多，如重组质粒的浓度、受体菌的状态和密度、转化时间等。根据表3实验结果可知，适当延长混匀和复苏时间有助于提高转化效率。

3.2完善方案，撰写课题报告

经过课后反思、交流与讨论后，学生的思维得到进一步拓展，对于本项目的实施有了更全面的评价，从项目的困难预估、关键点及解决策略等角度切入，很容易形成一份课题报告。正所谓“知困，然后能自强也”。学生在撰写报告的过程中，对项目涉及到的原理和技术都会有更系统、更深入的理解和认识，进一步提升文献检索、书面表达等能力。

本项目把枯燥的知识技能转化为生动的实践过程，让学生感受到所学知识的趣味性和真实性。作为传统复习方式的跟进，整合式的项目化学习使得知识更有活力，结构更有体系，思维更有高度。