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选修1 生物技术实践生物《生物技术概述 第四部分 浅尝现代生物技术 实验13 DNA片段的PCR扩增》精品课教案
本实验有助于学生理解PCR反应的原理，掌握PCR和琼脂糖凝胶电泳技术，认同现代生物技术的应用价值，培养学生运用数学方法探究生物学问题的能力，提高核心素养，因而是十分重要的内容。
基于北京四中高中部的分子生物学实验室，拥有PCR仪、凝胶电泳成像等先进教学设备；且本校的学生学习能力较强、求知欲高,对现代生物学技术非常感兴趣，会以积极认真的态度参与实验过程。因此，我校开设本实验多年。
二、实验器材
PCR仪、琼脂糖凝胶电泳设备（含梳子、胶盒、水平电泳槽和电泳仪电源）、微量移液器及枪头、微量离心管、培养皿、三角瓶、封口膜、橡皮筋、冰盒、记号笔、三脚架、微波炉或水浴锅（枪头、微量离心管使用前需进行高压蒸汽灭菌）。
材料：食用高活性干酵母（酿酒酵母）。
PCR相关试剂
（以下溶液在-20℃条件下冷冻保存，课前放于冰盒内或冰块上）
市售10×扩增缓冲液(含Mg2+)、市售 10 mmol/L 4种脱氧核苷三磷酸（dNTP）、市售 2 U/μL Taq DNA 聚合酶、10μmol/L引物A溶液：序列为5’-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3’、10μmol/L引物B溶液：序列为5’-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3’、无菌水。
电泳相关试剂
Tris-硼酸（TBE）电泳缓冲液：取20 mL市售50×电泳缓冲液,加蒸馏水980 mL、市售6×上样缓冲液（loading buffer）、市售DNA标准溶液（Marker）。
染色相关试剂
0.1% 亚甲基蓝溶液（称取0.1 g 亚甲基蓝溶于100 mL 蒸馏水中，避免接触皮肤和眼睛,避光保存）、75% 乙醇、藏于4℃冰箱的蒸馏水。或使用0.002% 亚甲基蓝溶液（将2 mL 的0.1% 亚甲基蓝溶液加入10 mL电泳缓冲液中,再加88 mL蒸馏水，避光保存）。
其他资料准备：教师进行预实验，录制示范操作的特写视频并拍摄实验操作和结果的照片，编写并印发实验讲义。
三、实验改进要点
本实验选用的实验材料是市售的λ噬菌体DNA或大肠杆菌，前者较为昂贵，后者需进行培养。该实验流程约为3课时，其中的电泳和染色需安排2节课连堂，教师调课有困难。此外，课本对实验数据的处理没有具体要求，通过实验培养学生科学思维的预期目标也难以实现。
针对以上问题，笔者在近年来的教学实践中逐步对该实验进行了些许探索：以易于取得和培养的酵母菌为实验材料，对其部分rDNA片段进行PCR扩增和凝胶电泳。缩短电泳及染色的时间，提供替换的染色方法，不仅能够节约1课时，还能获得理想的实验效果。进一步运用数学方法分析实验结果中蕴含的信息，实施STEM教学。将原本的验证性实验转化为探究性实验，从而培养学生的科学思维，达到预期教学效益。具体改进如下：
表1 实验改进前后对比表
课本中实验操作
尝试性实验探索
PCR
扩增λ噬菌体DNA片段或大肠杆菌的16S rDNA片段
改进1:PCR扩增酵母细胞的核糖体DNA部分片段
①以酵母菌为实验材料
②采用新引物，扩增核糖体DNA部分片段
③设计PCR反应体系