◇陳 芊 何佳穎 彭龍?jiān)?導(dǎo)師：許德富（四川：四川樂(lè)山師范學(xué)院教育科學(xué)學(xué)院）

從19 世紀(jì)末開(kāi)始，科學(xué)的迅猛發(fā)展使人類(lèi)的生活方式、價(jià)值觀念、知識(shí)素養(yǎng)都發(fā)生了翻天覆地的改變，也為世界創(chuàng)造了巨大的物質(zhì)財(cái)富。人們開(kāi)始日益重視科學(xué)?？茖W(xué)地位的提高，也為科學(xué)教育的發(fā)展鋪就了墊腳石?？茖W(xué)本身散發(fā)著的獨(dú)特魅力，吸引著探索世界萬(wàn)物的學(xué)生。

學(xué)生的好奇心是與生俱來(lái)的，從小就會(huì)對(duì)自己身邊的科學(xué)現(xiàn)象十分感興趣，如：為什么樹(shù)葉會(huì)變黃？為什么白醋和白開(kāi)水一模一樣卻是酸的，能發(fā)出刺鼻的味道？人是怎么來(lái)的？先有雞，還是先有蛋？學(xué)生的天性就像科學(xué)家一樣，喜歡提問(wèn)、思考、動(dòng)手做，對(duì)周?chē)囊磺惺挛锒寂d趣十足，想一探究竟。因此，科學(xué)教育就成了學(xué)生解開(kāi)萬(wàn)物之謎的一把鑰匙，而科學(xué)實(shí)驗(yàn)又是科學(xué)教育的基礎(chǔ)。

一、開(kāi)展家庭科學(xué)實(shí)驗(yàn)的意義

（一）對(duì)課堂教學(xué)的補(bǔ)充與延伸

1.對(duì)科學(xué)課堂教學(xué)的延伸

校內(nèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間有限，家庭科學(xué)實(shí)驗(yàn)極大地彌補(bǔ)了在學(xué)?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)課上未完成的教學(xué)知識(shí)。體現(xiàn)在家庭科學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，讓學(xué)生復(fù)習(xí)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容，并延伸了一些課外知識(shí)或更深層次內(nèi)容。

2.對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效補(bǔ)充

首先，家庭科學(xué)實(shí)驗(yàn)與學(xué)生的日常生活密切相關(guān)，它的開(kāi)展有利于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，體驗(yàn)與感知在課堂上不能親身體驗(yàn)的科學(xué)現(xiàn)象以及日常生活中有趣的科學(xué)知識(shí)。其次，家庭科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行У嘏囵B(yǎng)學(xué)生的自主動(dòng)手能力、自主創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力。它還能將我們?nèi)粘ＵJ(rèn)為“高大上”的科學(xué)奧秘帶到生活中，提升科學(xué)的親和力。

因此，開(kāi)展家庭科學(xué)實(shí)驗(yàn)，既要引導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)和觀察，又要盡可能地挖掘知識(shí)的深度。

（二）促進(jìn)學(xué)生將科學(xué)與生活聯(lián)系起來(lái)

科學(xué)與生活是密不可分的，科學(xué)來(lái)源于生活，生活中創(chuàng)造科學(xué)。家庭科學(xué)實(shí)驗(yàn)，用到的材料都是十分常見(jiàn)的生活用品，如洗潔精、小蘇打、色素、牙簽等等。學(xué)生用自己身邊的東西，就能感受到科學(xué)無(wú)限的魅力。除此之外，用家中常見(jiàn)的物品開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅能讓學(xué)生學(xué)到科學(xué)知識(shí)，還能影響到自己身邊的人，能讓爺爺奶奶等老一輩的人重新接觸科學(xué)知識(shí)，一舉多得。這正是我們大力提倡家庭科學(xué)教育的初衷所在。

（三）有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力

素質(zhì)教育以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為目標(biāo)，對(duì)小學(xué)生來(lái)說(shuō)，由于先天條件的和后天家庭環(huán)境、學(xué)習(xí)環(huán)境等的不同，思維方式也略有不同。在生活中，當(dāng)學(xué)生有新的想法時(shí)，因?yàn)楸磉_(dá)能力以及年齡的原因，存在被家長(zhǎng)忽略或者認(rèn)為是頑皮的情況，而學(xué)生迸發(fā)出新的主意和新的想法，是值得肯定的。

進(jìn)行家庭科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生提出新的問(wèn)題，也是一種創(chuàng)新。例如，當(dāng)學(xué)生觀察到玻璃是透明的，而其他物體不是透明的，詢(xún)問(wèn)為什么的時(shí)候，家長(zhǎng)卻不以為然，即使注意到了，但因?yàn)椴幻靼自蚨卮鸩簧蟻?lái)，因而選擇了忽略。在家進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生有充足的時(shí)間去觀察實(shí)驗(yàn)材料，如從發(fā)現(xiàn)雞蛋是橢圓的，到雞蛋殼是硬的而且還有許多小坑，在實(shí)踐中用手去觸摸和用眼觀察的過(guò)程中，能鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，在實(shí)踐中探索知識(shí)。

二、“水果DNA粗提取”家庭科學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

如何能夠用一些方便、簡(jiǎn)單的材料，在家就能做科學(xué)實(shí)驗(yàn)，探索科學(xué)的秘密，是我們一直在思考和探索的問(wèn)題。家庭科學(xué)小實(shí)驗(yàn)的提出，為學(xué)生創(chuàng)造了一片科學(xué)的天地，引導(dǎo)他們探索科學(xué)知識(shí)，進(jìn)入科學(xué)的世界。

筆者以“粗提取水果中的DNA”為例，引導(dǎo)學(xué)生在家中，用一些簡(jiǎn)單的材料，就能與科學(xué)碰撞出不一樣的火花。

（一）一起認(rèn)識(shí)DNA

在小學(xué)教學(xué)中，將DNA 的概念引入課題并非易事，因?yàn)閷W(xué)生在日常生活中并不能意識(shí)到細(xì)胞、DNA 等物質(zhì)的存在，并且他們也不可能用感官去接觸這些東西，因而很難理解這些生物學(xué)的知識(shí)。但如果他們?nèi)狈NA 等方面的知識(shí)，就很難理解生物技術(shù)等科技知識(shí)。因此，為了跟上時(shí)代的步伐，滿(mǎn)足學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心，在小學(xué)階段加入DNA等方面的生物科學(xué)知識(shí)，是十分必要的。

為了幫助小學(xué)生簡(jiǎn)單地理解DNA 的概念，我確立了如下教學(xué)思路。

1.抽象化具體

分小組，每個(gè)小組照著不同的食譜，制作一個(gè)蛋糕。以不同的食譜會(huì)做出不同的蛋糕為比喻，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到每個(gè)人的DNA 都不同，DNA 就像食譜一樣，決定著人的不同特征。每個(gè)人都有屬于自己的食譜，因此每個(gè)人的相貌都不相同。

DNA 對(duì)小學(xué)生來(lái)說(shuō)是十分抽象的，看不見(jiàn)、摸不著。用蛋糕來(lái)比作DNA，將抽象轉(zhuǎn)化為一個(gè)具體的事物，能夠使學(xué)生易于理解DNA的概念。

2.具體化抽象

找每個(gè)人的不同。教師選擇三位學(xué)生為模特，讓其余學(xué)生發(fā)現(xiàn)他們的不同，如性別、眼睛、鼻子、耳垂等，引導(dǎo)其認(rèn)識(shí)到DNA 分布于我們?nèi)梭w的不同部位，我們身體的各種特征都是由DNA控制的。

3.跟細(xì)胞打交道

創(chuàng)設(shè)情境，以一個(gè)房子內(nèi)不同的組成部分比作人體的器官，將砌房子的磚比作細(xì)胞，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到人是由很多細(xì)胞組成的，DNA 存在于細(xì)胞中，介紹細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。讓學(xué)生自己制作一個(gè)細(xì)胞模型，使其更加深刻直觀地認(rèn)識(shí)細(xì)胞。

4.知識(shí)延伸

學(xué)生認(rèn)識(shí)了人是由DNA 和細(xì)胞組成的，每個(gè)人都有不同的特征，世界上不可能存在完全一模一樣的兩個(gè)人。聯(lián)系到植物、水果等有生命的東西，都是同樣的道理，世界上不可能存在完全一模一樣的植物、水果。認(rèn)識(shí)植物和水果等也是由DNA 和細(xì)胞組成的，DNA控制著它們的形態(tài)特征。

（二）粗提取水果DNA

學(xué)生認(rèn)識(shí)了DNA 后，一定很好奇真實(shí)的DNA到底是長(zhǎng)什么樣子的。我們利用家庭中簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)材料，就能提取水果的DNA，讓學(xué)生真實(shí)直接地接觸DNA。能夠充分激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，感受科學(xué)的魅力，并且提升其科學(xué)素養(yǎng)。

1.實(shí)驗(yàn)材料的選取

我們選取的水果為草莓、香蕉、獼猴桃。任何水果都可以提取DNA，但是選擇草莓主要是因?yàn)槠洹鞍吮扼w”的特征，每個(gè)草莓細(xì)胞中有8 份基因組，選取香蕉，是因?yàn)橄憬杜c人類(lèi)的基因相似度高達(dá)50%，能夠更加直觀地感受DNA；選取獼猴桃是因?yàn)楂J猴桃被稱(chēng)為“水果之王”含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其基因非常值得我們研究。

我們要用到的實(shí)驗(yàn)材料有鹽、洗潔精、冰酒精，本次實(shí)驗(yàn)我還增加了菠蘿汁。

2.實(shí)驗(yàn)步驟及原理

從植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)來(lái)看，我們要提取DNA，首先要攻破細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、核膜，最后抵達(dá)細(xì)胞核中，提取細(xì)胞核中的DNA。

將水果搗碎攪拌。搗碎水果主要是物理破壞細(xì)胞壁，攪拌的作用是盡可能多地將水果細(xì)胞暴露。有條件，還可以將水果先在冰箱中冷凍，冷凍過(guò)的水果細(xì)胞壁能被冰晶破損，提取效果更好。

加鹽。在搗碎的水果中，加鹽攪拌，混合均勻，可加適量清水。食鹽中的鈉離子和氯離子可以中和DNA 上的電荷，使其在后續(xù)提取中，更易沉淀出來(lái)。

加洗潔精、菠蘿汁。在所得懸液中加入5～10毫升洗潔精和幾滴菠蘿汁，輕輕攪拌混合均勻，可靜置10 分鐘，后用濾網(wǎng)過(guò)濾。物理破壞細(xì)胞壁后，我們要攻破細(xì)胞膜和核膜。細(xì)胞膜和核膜的主要成分都是脂質(zhì)，洗潔精中的表面活性劑可以破壞這一結(jié)構(gòu)，將細(xì)胞核中的DNA釋放于溶液中。

在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我新增了加入菠蘿汁，因?yàn)椴ぬ}汁中的菠蘿蛋白酶可以進(jìn)一步地將與DNA 緊密結(jié)合的蛋白質(zhì)消化掉，讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果更明顯。

加冰酒精。在濾液中沿器壁緩慢倒入事先冷藏好的酒精，靜置觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)酒精和濾液的明顯分層現(xiàn)象，在兩種液體的交界處，有大量的白色絮狀物產(chǎn)生，這就是沉淀的DNA，并在浮力的作用下，上升到酒精層的表面。這就是提取的水果DNA。

DNA 是極性分子，酒精是非極性分子。根據(jù)“相似相溶”的原理，DNA 可以溶于水，但難溶于酒精，因此會(huì)在高濃度的酒精中相互吸附形成沉淀。酒精在使用之前冷藏是為了進(jìn)一步降低DNA 的溶解度，獲得更多的沉淀。

（三）水果也有DNA

研究發(fā)現(xiàn)，人體的基因構(gòu)造為30 多億堿基對(duì)，其中只有0.1%是完全屬于自己的，其余99.9%的部分，都是與其他人共享的。簡(jiǎn)而言之，無(wú)論你認(rèn)不認(rèn)識(shí)對(duì)方，你們體內(nèi)的基因重復(fù)率，都高達(dá)99.9%。例如，如果將人類(lèi)體內(nèi)30多億堿基對(duì)都編寫(xiě)成一本書(shū)，這本書(shū)的頁(yè)數(shù)大約是27 萬(wàn)頁(yè)，其中真正屬于你的頁(yè)數(shù)不到500頁(yè)。

當(dāng)然，除了人類(lèi)與人類(lèi)之外，我們與地球上大部分生物都共享基因。研究認(rèn)為，人類(lèi)與黑猩猩的基因重合率為96%，人類(lèi)與老鼠的基因重合率為85%。當(dāng)然，這并不代表我們與它們就是近親。畢竟從地球的生命演化過(guò)程來(lái)看，一切的生物都來(lái)自最初的單細(xì)胞。

如前所述，人類(lèi)與香蕉的基因有50%的重合，但香蕉可是一種水果，一直以來(lái)，我們進(jìn)行基因重合的對(duì)比，都是與動(dòng)物進(jìn)行對(duì)比的，和水果對(duì)比后，難道也含有人類(lèi)的基因嗎？是的，其實(shí)和剛剛說(shuō)的一樣，我們?cè)谏畛蹰_(kāi)始的地方，都有一個(gè)共同的祖先——露卡?，F(xiàn)代研究認(rèn)為，露卡是一種微生物，看起來(lái)與細(xì)菌相似，它生活在溫暖的水中，科學(xué)上普遍認(rèn)同的說(shuō)法是，露卡來(lái)自淺海地區(qū)。不過(guò)，近年來(lái)，一些科學(xué)家認(rèn)為，露卡可能最早出現(xiàn)于火成巖的裂縫中，很多元素都成了它的主要食物，后來(lái)，露卡不斷演化，才成就了地球上的萬(wàn)物。

這項(xiàng)研究其實(shí)也可以證明，人類(lèi)并不是外來(lái)物種，人類(lèi)與地球上生物的基因重合率如此高，可以表明人類(lèi)與地球上所有物種一樣，都來(lái)自同一個(gè)祖先。

三、結(jié)語(yǔ)

對(duì)水果DNA 的粗提取實(shí)驗(yàn)，雖然只是一個(gè)小小的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，但是其中蘊(yùn)含的道理卻十分豐富。學(xué)生親自動(dòng)手完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)，去感受世間萬(wàn)物生命的意義，直觀生命密碼DNA 的存在。實(shí)驗(yàn)的本身原理其實(shí)并不難，但潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)的核心素養(yǎng)。我們希望通過(guò)廣大教育工作者的不懈努力，能夠創(chuàng)造出更多的家庭科學(xué)小實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在家就能感受科學(xué)的神奇魅力，成為學(xué)生放飛科學(xué)夢(mèng)想的起點(diǎn)。