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2019年3月13日 星期三

DNA粗萃取 ( 奇異果、人類口腔粘膜細胞) 與DNA摺紙



這個實驗可以說是廚房中的分子生物學實驗,簡單又快速,只是結果有些學生會有點失落(常說~~ㄚ我的DNA就這樣喔XD),另一方面,時間上又往往沒有到兩節課,剩下的十幾二十分鐘很零碎,講正課又沒有甚麼效果。
想改進實驗流程,並且設計成剛好兩節課,又能增加學生操作動力的課程

時間 : 兩節課

流程 : 奇異果DNA粗萃取--->人類DNA粗萃取--->DNA摺紙

特色 : 
1.精簡實驗器材與步驟,減少實驗操作時汙染
2.可外帶兩種自己的DNA 給親愛的.........爸爸媽媽
(自己身上萃取出來的跟折紙摺出來的DNA分子)
3.折紙作的快的可以吃到DNA餅乾(被揍)




(一) 奇異果DNA粗萃取步驟

1.1/2顆奇異果(每組要分兩份也可以) 剝皮放到5號封口袋裡面

2.加 20mL水 進入封口袋


3.加 洗碗精(壓一下壓頭)  進入封口袋,用手按壓混勻封口袋內容物5分鐘


4.加 濃食鹽水 5M 5ml  進入封口袋,用手按壓混勻封口袋內容物5分鐘


5.加 新鮮現打鳳梨汁 或 5%市售嫩精 5ml 進入封口袋,用手按壓混勻封口袋內容物5分鐘 (我個人是用嫩精,真的比較方便XD)


6.將封口袋內液體,用雙層紗布過濾到燒杯


7.取濾液5ml 到試管中


8.緩慢加入冰酒精 5ml,不要攪拌,在酒精與下層溶液中間會出現棉絮狀物體,即為DNA  


*步驟1~5都在封口袋內進行,封口袋可清洗回收使用
*步驟6的紗布也可以清洗重複使用



(二)人類口腔粘膜細胞步驟

1.用飲用水漱口1分鐘吐到100ml小燒杯中

2.加洗碗精(壓一下),攪拌1分鐘


3.加濃食鹽水 5M 5ml,攪拌1分鐘


4.緩慢加入冰酒精10ml,不要攪拌,在酒精與下層溶液中間會出現棉絮狀物體,即為DNA


5.依照學生意願,將DNA撈起,裝入1.5ml 微量離心管,加入酒精,用石臘膜封口,將自己的DNA帶回家。



 ***(一)(二)實驗設計說明***
1.封口袋萬歲!!!
用封口袋取代果汁機打碎,可以不用前置作業或是各組排隊等,只需要將奇異果對切,發給各組,我重複使用了四個班基本上都還可以繼續用。

2.冰酒精的量可以與底層的液體等量,如奇異果濾液取5ml,冰酒精也可以5ml即可,而且加冰酒精這個步驟放在試管中觀察很清楚

3.人類DNA萃取並非每個版本高三實驗都有放進去課本,所以我是印講義,每桌一份,各班重複使用,放在U型夾中,要不然會一個班用完就濕掉了。

4. 一般的實驗課,下課就結束了,內容好像停留在實驗室。很少有可以外帶的實驗結果。雖然增加了微量離心管與石蠟膜的使用量,但讓學生將自己的DNA帶回去,好像課堂上的東西是可以延續的,當學生要向家人朋友說這個透明的液體當中神祕的物質時,會是另一種實驗課學習的重整。

5.將(一)(二)實驗完成收拾好桌面後,擦乾,才可以進行第(三)個步驟,可避免摺紙過程不小心打破玻璃儀器,或是紙被沾濕爛掉。


(三) 摺紙DNA 

這個我是利用每桌一份的講義中,印出兩個QR code,一個是阿簡的生物筆記中詳細的說明步驟,另一個QR code 就是操作摺紙的步驟。然後在每組放講義的U型夾中,課前先放入彩色紙。學生操做完前面兩個,就可以依照自己的時間,用手機掃QR code 來進行摺紙DNA的步驟。

在整堂實驗開始前的實驗說明,我最後說了,先摺完紙的同學可以拿摺紙DNA給我看,來換一個DNA餅乾 (但是沒有人知道DNA餅乾是什麼XD)

很清楚的影片及說明來源 : 


Fold a long Origami---Collapsible Helix 

阿簡生物筆記:DNA折紙新法 
http://a-chien.blogspot.com/2011/02/dna.html





現在智慧型手機的發達,用QR code的呈現真的可以立馬上讓學生找到學習資料,這要感謝多年前阿簡學長的指點。

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2020.4.20 補充

植物DNA粗萃取實驗
新獲得到一個好設計的概念  (灑小花)

之前跟日本老師交流的時候,隨口問了一下他們的實驗材料,靜岡的老師說,她們是用草莓......
(心痛感覺)(靜岡原來是日本草莓產地之一)(我以為會用抹茶做.....)


台妹老師說挖奔郎是用奇異果,日本老師說不是很貴嗎? (好錯亂的地域性差異衝擊阿)  (其實我只用1/4或半顆奇異果) 然後台灣又不產奇異果。一語驚醒 ! 我也沒想過這個問題,我想可能是進口沒有產季問題,再加上奇異果其實非常好保存,放過三個禮拜也不是問題,放冰箱更可以長達一個月,對於班級數眾多的學校真的是很方便的新鮮材料,不用一直買一直買一直買(這三個字無限循環)。

但是,上述問題,也可以用另一種解決方式 !(夢中人再度驚醒!) (是一直在睡逆XD)

只要在上述實驗中,請學生自行帶軟質的水果,用封口袋的實驗步驟,作出了如下圖般具有多樣性趣味的實驗結果




某些水果像是香瓜,如果不夠熟透可能無法用封口袋手壓到軟爛,這種情況下,就只需要加一個研缽研磨的步驟。
BUT,這次的測試結果,蘋果就算上了研缽大刑,也逼問不出絲狀懸浮物,但因為沒有重複多次,目前不確定是實驗操作誤差,還是蘋果難纏。 

自行帶水果我認為雖然增加了實驗結果可能的複雜度(以及可能失敗的結果),但是卻可以一節課之內,看見不同材料的在處理過程中、以及最終結果呈現中,差異與多樣。

這個DNA粗萃取的實驗放在高三中進行,對於高年級的學生來說,不再只是完全食譜式的,在成功機率很高的設計中,增加一點點的變動,讓學生去想辦法解決一些材料上的問題,去觀察結果的差異 (例如這圖片中,可以看到濾液的顏色不同),而且超級有在地性的,例如芒果啦、荔枝啦、台灣在地水果都拿來弄一弄,比起全班做一樣的材料,看到一樣的結果,有意思也有挑戰些。

隱藏版的好處,就是可以少準備一種新鮮材料(被揍) 
(不是生物老師不懂準備生鮮材料的麻煩啦) (甩手)


以上補充內容是來自雄中 Osimo老師 

感謝提供水果DNA沙龍美照及實驗課程設計概念 ^^


-----------------------------2021.1.3新增內容----------------------------

DNA粗萃取  各種水果調酒版

我終於在自己的班上也做了各種材料的DNA粗萃取,這次的材料全部由各組自己帶。

我的指示是要 "軟質" "半個拳頭大小的量""各組盡量不一樣"的水果,帶來比較多的是香蕉、番茄、橘子、火龍果、奇異果。也有木瓜、蘋果、哈密瓜、藍莓、葡萄、軟柿子(好當季XD)。

在材料的選擇上,學生問了我才想到,事實上只需要限定軟質的蔬果,蔬菜似乎也是可以進行操作的,例如大黃瓜、絲瓜等等的。而不同季節來操作這個實驗,也應該會看到水果種類的變化。

各組除了做自己組別帶來的水果之外,還可以用別人的材料再做做看。因為材料是自己認真苦思種類,並且自己帶來的(還有的說阿嬤要她帶芭樂XD)。我發現這次實驗上,學生的積極程度高於之前由教師提供相同的材料。學生會想要看看自己這一組做出來有甚麼不一樣,也想看看別組的成果。也因為操作的手續只需要封口袋,所以可以洗乾淨、重複進行操作,想多做的沒有因為共用儀器而多耗費等待時間。光是改動實驗設計的少部分,我感覺到學生願意投入的程度便增加不少。

教學有晴有雨,有時候就連實驗課,學生參與意願不高,或是喪屍般隨著指示一步步往下做,或是不在意實驗結果只想做完。遇到這樣的情況時,沮喪感油然而生,覺得他們沒有科學精神,自己的教學失敗。但是有時候也因為這樣,才有機會更正視學生在學習上面臨的問題,才感覺自己需要修改些甚麼,去更靠近現在自己心中的教學目標。有些修正像是教法的改變,但有些修正,則是我看待教學這件事情的改變,希望我自己的教學不會停留在某一點,不再前進。




各種水果的DNA萃取結果,番茄剝皮與否會有差異





這班的學生拼命帶不同的水果,有的組別還做了不同種的水果萃取




上面幾個是比較特殊的水果
左上  香蕉是蠻容易成功萃出一大團DNA的材料
左下  藍莓是比較貴,但是很夢幻的材料 (實際上只用了幾顆就夠了)
右圖  葡萄,還特別把皮剝掉

這是學生自己搞出來的拍照方式~~底下打燈
把DNA粗萃取實驗弄得很網美



課程照片記錄




嫩精、酒精、食鹽水前面放燒杯,寫明專用滴管


洗碗精用壓頭式的,直接壓一下就好




色紙一包250張 只要69元



用U型夾裝人類DNA萃取講義跟這堂課需要的色紙

紗布跟封口袋要沖乾淨(本來就有清潔劑在裡面) 重複使用


五號夾鏈袋就可以應付半顆奇異果




各種封口袋搓揉過程



紗布過濾封口袋內的液體,操作上不會有太大困難







萃取出來的各種DNA


石蠟膜

                                                                     微量離心管
 被打包外帶的自己的DNA 






 雙面的DNA(用1/2張色紙,對折後再根據影片摺出來)


單面的DNA(用1/4張色紙直接跟據影片作法摺出來)

 大小約十多公分




拿DNA摺紙來換DNA餅乾 (就是小琉球特產麻花捲兒~~~)
純粹是增加樂趣,還有學生一直猜是不是可樂果,想想也蠻像的,可是可樂果吃一個起來真得很沒Fu,麻花捲紮實的口感還有不同口味,是一人一條的好選擇 XD

2018年2月13日 星期二

整付新鮮的豬內臟觀察


這次課程外的實驗,主題是將 整付的豬內臟,生的,給學生實際觀察


去年給學生吃完內臟之後,因為都是切成片的,雖然好吃,但缺乏了整體器官的概念
在網路上看見不少生物老師有拿生的豬器官給學生看,加上高三課程中本來就有的豬心豬腎實驗,配合起來剛好在期末學完所有動物系統的時候,可以完整與課本的知識對應。畢竟豬的內臟是我們台灣常有的食材,又與人體相似性高,對於學理與生活的理解都可以更加確切。之前小吃無法整組到齊的遺憾,這次都彌補了
當然,豬的器官不完全跟人相同,例如脾臟形狀就不同。但這是最接近生活中(盤中XD) 也容易取得的材料。若能提示之間可能有的差異,我認為是很鄉土也很有趣的材料

# 本實驗所使用的材料是一般市場攤販都有在販售的內臟,而不是自行犧牲動物


這個活動的問題有三

一 、放置時間不可以過久

其實這個實驗在我們學校之前也實施過,無防腐,課間放冰箱保存。
但是如果放超過三天(就算班與班之間都放在冰箱)
消化系統的胃與小腸,還有生殖系統的味道,
比較"""濃厚"""  (請各位觀眾自行想像那般的嗅覺刺激 XD )

而且內臟放入冰箱多少會堆疊擠壓,當上課觀察時,又會表面略為乾燥,使得組織變硬或變色,與原來狀態有差異。若利用酒精防腐,組織會因為蛋白質變性,顏色與彈性會改變更多。

為了減少味道與組織變性,將實驗課程移動到一付豬內臟使用兩天,另外,每次課堂觀察前我會將內臟上灑上生理食鹽水保持濕潤,放進冰箱保存時,除了灑水之外,也另外用保鮮膜封住塑膠盒的開口,減少組織脫水。

(某班值日生看見我在對豬內臟灑水還以為我在進行甚麼邪惡的宗教儀式 =.= )


二、真實內臟與課本內容對應不起來  老師要在內臟旁邊講解

但是當時有豬心實驗同時進行,老師有時候也要注意各種安全與爆走狀況,如果必須在旁邊一直講解,就無法處理實驗課其他狀況。
(實驗課最刺激的就是永遠有無法預料的事情會發生,更不要說手上有揮舞著解剖儀器 )


我的解決方式是以下3種同時並行
1.印出圖片,護貝後放在內臟盆的旁邊,學生一邊對照一邊自己打撈內臟確認
   每班上完課之後,護貝的圖片都要用抹布擦過血水 =.=
   所以沒有護貝應該第一班用完就浸泡血水稀巴爛 (各位觀眾也可以自行想像畫面)

2. 請值日生先看圖片,自己找內臟後,用標籤紙加上大頭針,定位器官名稱
   每班上完課都會重新清理一次,因為標籤紙會濕掉
 
    讓每一班值日生都練習看圖自己找器官也可以訓練連接圖片與真實器官的能力

3.請先做完豬心實驗的一批學生,先聽我講每一個器官,之後一人負責講解一盆內臟

    順便讓學生自己練習怎麼講一個實體的構造


三、到底該怎麼分內臟   (標題好驚悚=.=) 


整條豬的內臟非常多,先前從豬販那邊拿來的時候,是一大袋全部在裡面,光是與其奮戰分割就花掉不少準備時間

該以系統區分還是位置區分,也是考慮的點。以系統區分必須由老師拿到材料之後,再進行拼湊 (特別是消化系統橫跨胸腔與腹腔),才會變成課本上連貫的器官等。

但真實的豬內臟許多系統是有結締組織將其連結,
例如  心臟與肺臟連在一起
          生殖系統與大腸頭還有膀胱是原本連在一起的
          膽與肝相連
          橫膈也與肝臟相連。
如果認為橫膈與呼吸有關,將橫膈分在與肺臟一起,那似乎無法表示橫膈台語稱為 "肝連" 的精妙。

我自己的方式是考慮系統,更考慮相關位置。
所以消化道的食道與氣管放置於肺,而不另外切割下來與胃小腸放置一起。我認為系統的學習是方便理解,但實際上不同系統的器官會排在旁邊,這樣立體空間位置的建立,只有透過真實的器官觀察才能知道,所以在處理的時候,會刻意留下不同系統器官間的結締組織,不完全切割開來,使學生知道內臟們塞在胸腔跟腹腔的相對位置關係。
             
    
這次跟豬販取材料的時候,已經先依照上述方式分類,整理起來比較快速。


課程主題 : 整付新鮮的豬內臟觀察


時數 : 兩小時  (搭配高中原有的豬心與豬腎觀察實驗)

目地 :  1. 實際觀察內臟間的相對位置關係
            2. 配合圖片,學生可以自行觀察
            3. 請學生講解,練習口語表達

 材料 : 1. 一付內臟,大約使用兩天

            2. 請豬販拿內臟的時候,已經大約分為

                (1) 心臟 (含有圍心膜及周圍脂肪)、肺臟 (連著喉頭、氣管、食道)
             
                (2) 肝、膽、橫膈 (肝連)
         
               (3) 豬舌

               (4) 胃 (豬肚)
   
               (5) 小腸、大腸
   
               (6) 大腸頭接肛門、膀胱(小肚)、卵巢、輸卵管、子宮、陰道
 
               (7) 腎臟 (腰子) 一對  + 脾臟 (腰尺)
                      (腎切開一個,可以找輸尿管或腎動脈靜脈)
                      (另一個腎完整包括外面包覆的結締組織跟圍心膜)
                     
               (8) 豬腦  (無敵幹事說的秘訣 : 一定要請豬販另外放,要不然拿到的都是破碎的腦) 
           
                     *  這要感謝我們設備組的無敵幹事,幫我們前置作業處理得很好
                       ,這次的材料完整漂亮又好整理 (灑小花)

步驟 :

1. 事前準備 : (1) 各內臟裝盆子,倒出血水,可灑上生理食鹽水防止內臟乾燥

    將解說的圖片放在旁邊。

    腎臟一副可以切開一個,另一個保持脂肪包覆住的原狀

    肺也可以切開 一部分 (但很可惜就從氣管灌水或吹氣使肺膨大的效果就會變差)

(2) 請當天值日生大約4~8人,看解說的圖片,幫忙將器官用大頭針釘上名字

(3) 學生進來後先進行豬心實驗,先結束的組別,可以抓到後面來解說內臟

(4) 每班結束後,將內臟灑水冰入冰箱。(我們學校的冰箱不大但是稍微塞一下可以全部放入)

(5) 最後一班學生開放讓她們切開所有器官觀察裡面的組織。


解說用的圖片










              實戰情況



每組器官放在塑膠盆中,旁邊放解說,上課前請值日生提早到,用大頭針加上解說牌
 1.泌尿系統




                     腎臟一個切開 看切面 另一個保持脂肪包裹的樣子 旁邊是豬的脾臟 又叫做腰尺

輸尿管蠻清楚的 動脈跟靜脈就要靠運氣在一片脂肪海中打撈



脾臟開出漂亮的油花 上面有網西 (豬腹膜)
這個是台灣料理中做蝦捲或是肉捲常用來包裹材料取代腐皮的外層




 影片截圖

                                                       
這一套比較複雜 包括生殖系統的子宮 (俗稱生腸) 卵巢 
泌 尿系統的膀胱 (俗稱小肚) 
還有大腸末端 (俗稱大腸頭) 連接肛門   








卵巢不大,按壓起來蠻有彈性的,也可以看到一顆顆的泡泡在邊緣
大約只有一元硬幣的大小



                                                                   同樣有彈性的膀胱




消化系統從豬舌開始 




胃 (俗稱豬肚)


胃也有網油


         打開胃觀察  黃色的顆粒感覺似乎有吃玉米飼料



 學生非常愛玩油花 =.= 還跟我說油花以後可以當頭紗 =.=



這一盆主要是消化系統的小腸與大腸


小腸比較細而裡面料比較多

腸繫膜與上面的血管可以看得蠻清楚的
看過腸繫膜之後 比較能理解為什麼數公尺長的小腸不會輕易打結

通常12指腸的小腸段比較鼓,而且裡面大概都是膽汁的顏色


     打開大腸後的看到內側
     一般市面上的大腸都是翻轉之後清洗,所以吃大腸麵線看到的大腸是內外翻轉相反的
     所吃的大腸裡面油油的應該是外面附著的脂肪



消化系統中的肝、膽與呼吸系統的橫膈(俗稱肝連) 連在一起


分成數葉的暗紅色很大塊的豬肝 中間黃黃的是膽囊 右邊的肉是橫膈


                           右邊可以比較清楚看到結締組織包裹肌肉的橫膈



肝切開可以看到其中的管道 




                                              呼吸系統的喉頭、氣管(脆管) 、肺
                                              循環系統的心臟
                                              消化系統的食道
                                              這些器官相連在一起


這是腹面觀  可以看到有圍心膜包起來的心臟就位在兩邊肺臟中間



                                         圖左的管子是氣管,實際按壓可以感受到C型軟骨回彈的力量


圍心膜包起來的心臟


圍心膜去除的心臟

肺臟切面,可以看到很清楚的支氣管,用手去按壓也有彈性
肺臟摸起來的質感很特別,很像濕潤的化妝海綿

大動脈 在這一堆裡也可以找到

食道 切面 又俗稱軟管 在氣管的背面 
管子側面看肉色




有腦當思無腦之苦
之前拿到的豬腦像是豆花打爛的樣子XD
這次的腦子很棒,紋路形狀都算完整,但可惜腦幹的部分好像不多
整體大概一個少女的拳頭大


趁紋路清楚的時候拍下來的
隨著冰藏與學生手癢戳戳戳,後來就快爛掉了
我後來把一塊腦子撥到旁邊,讓學生可以按按看,其他部分不可以再戳了



學生在觀察豬舌的時候,看著旁邊兩塊肉,摸著自己的臉頰  XD

分成數桌,這樣全部學生可以分散到不同組聽同學解說

最後一班的學生,在我宣布可以自由取材料切割觸摸之後,拿了一盤內臟buffet

班與班之前會冰進冰箱,但冰箱會有些脫水,位置也不足
所以可以把軟的器官放在硬的器官上面
灑上些水 包上保鮮膜,防止脫水

到這一班腦子都快壞了