Abstract

diluare

În această lecție, elevii învață cum să folosească micropipetori pentru a măsura cu precizie volume mici de lichide și să efectueze diluări folosind coloranți alimentari. Studenții diluează patru coloranți alimentari la o concentrație de 10X până la 1X stocuri de lucru. Folosind formula c1v1 = c2v2 fiecare elev completează un tabel care necesită patru calcule de diluare pentru volume finale diferite. Folosind valorile pe care le-au generat, elevii realizează soluțiile de colorant alimentar 1X. Soluțiile de referință furnizate de instructori oferă elevilor feedback imediat și autoevaluare. Pentru a practica reglarea volumelor de micropipete, elevii își combină soluțiile 1X pentru a produce patru culori noi. Compararea acestora cu soluțiile de referință oferă elevilor feedback imediat. Această lecție funcționează pentru elevii din clasele 6-14 și cursanții adulți din atelierele de educație continuă. Necesită aproximativ o oră și, după ce au terminat lecția, elevii au încredere să treacă la soluții mai dificile, cu reactivi incolori.

Citare

Burnette, J.M., Kanizay, L., Chester, N. și Wessler, S.R. 2016. Lecția de diluare și pipetare folosind coloranți alimentari. CourseSource. https://doi.org/10.24918/cs.2016.5

Obiective de învățare a lecției

  • Elevii vor înțelege principiul diluării soluțiilor concentrate.
  • Elevii vor demonstra utilizarea corectă a micropipetelor.
  • Elevii vor ști să pregătească soluții.

Obiective de învățare a lecției

  • Elevii pot folosi formula c1v1 = c2v2 pentru a calcula diluțiile.
  • Elevii pot seta și utiliza cu precizie o micropipetă.
  • Elevii sunt capabili să pregătească soluții complexe, cum ar fi reacțiile enzimatice.

Învățarea activă

Exercițiul activ solicită elevilor să lucreze atât individual, cât și în grupuri mici. Instrucțiunile sunt împărțite între discuții scurte și finalizarea unui exercițiu scris sau a unei lucrări de laborator cu auto-verificări încorporate, astfel încât erorile să poată fi corectate rapid. Lecția include toate abilitățile de învățare, deoarece nu presupune cunoștințe prealabile despre pipetare sau diluare și necesită utilizarea raționamentului matematic, a abilităților motorii și a autoevaluării. Persoanele daltoniste au finalizat lecția fără dificultate.

Contextul articolului

Cuprins

  • INTRODUCERE
  • TEME DIDACTICE ȘTIINȚIFICE
  • PLANUL LECȚIEI
  • DISCUȚIE DIDACTICĂ
  • MATERIALE DE SPRIJINARE
  • MULȚUMIRI
  • REFERINȚE

INTRODUCERE

Public-țintă

Lecția a fost dezvoltată pentru a fi utilizată în clasa Dynamic Genome la UCR de către studenții din anul I (6) și cursul de Genetică Evolutivă la Academia din Atena de către elevii de liceu din anul II. Ambele cursuri sunt experiențe autentice de cercetare în care studenții învață abilități de biologie moleculară, inclusiv PCR, electroforeză pe gel și analiza secvenței ADN. De asemenea, am folosit lecția cu elevi de gimnaziu și liceu în timpul programelor de sensibilizare și cu profesori de liceu în ateliere de educație continuă. Lecția necesită aproximativ șaizeci de minute și poate fi finalizată într-o perioadă de laborator sau poate fi răspândită pe mai multe zile. Lecția nu presupune cunoștințe prealabile despre diluții sau pipetare.

TEME DIDACTICE ȘTIINȚIFICE

Exercițiul activ solicită elevilor să lucreze atât individual, cât și în grupuri mici. Instrucțiunile sunt împărțite între discuții scurte și finalizarea unui exercițiu scris sau a unei lucrări de laborator cu auto-verificări încorporate, astfel încât erorile să poată fi corectate rapid. Lecția include toate abilitățile de învățare, deoarece nu presupune cunoștințe prealabile despre pipetare sau diluare și necesită utilizarea raționamentului matematic, a abilităților motorii și a autoevaluării. Persoanele daltoniste au finalizat lecția fără dificultate.

PLANUL LECȚIEI

Pregătirea pre-clasă

Reactivi

Achiziționăm coloranți generici pentru alimente lichide (roșu, albastru, verde și galben) de la un magazin alimentar local și diluăm stocurile 1:20 pentru a genera soluții "10X" (Figura 1A). O pereche de studenți primesc 500 ul din fiecare soluție de colorant 10X într-un tub separat de 1,5 ml (Figura 1A) împreună cu un tub de 15 ml de apă. Instructorul pregătește un set de soluții de referință pentru clasă în tuburi de 1,5 ml, folosind tabelele 2 și 3, și plasează aceste referințe pe hârtie albă etichetată conform tabelelor 2 și 3 sau într-un raft pentru tuburi (vezi Figura 1). Toți elevii finalizează exercițiul individual. Este posibil ca instructorii să dorească să includă o listă de erori frecvente (vezi Figura 2 și 3 legende) alături de soluțiile de referință.

Figura 1. Rezultatele exercițiului de diluare. 1A. 10X coloranți furnizați elevului. 1B. Soluții de referință (R) și student (S) 1X pe baza valorilor calculate din tabelul 2. 1C. Erori frecvente făcute de studenți în timpul pregătirii soluțiilor 1X. Cea mai frecventă eroare se vede în soluția roșie. Volumul este prea mare datorită faptului că elevul împinge pistonul la a doua oprire. Pentru soluția albastră, studentul a folosit setul P200 la 10µl în loc de setul P1000 la 100µl. Volumul soluției verzi a studentului este ușor oprit, deoarece studentul a împins pistonul la a doua oprire înainte de a pipeta vopseaua verde 10X. În timp ce pregătea soluția galbenă, elevul a folosit P20 în loc de P200 atât pentru apă, cât și pentru vopsea. Rețineți că toate soluțiile au fost făcute din aceleași stocuri. Variația culorii se datorează diferențelor de lumină din fotografie

Figura 2. Exercițiu de pipetare. 1A. Rezultatele referințelor (R) și ale studenților (S) pe baza volumelor găsite în tabelul 3. 2B. Exemple de erori comise de elevi. Soluția galbenă este prea întunecată, deoarece studentul a folosit soluția stoc 10X. Pentru soluția 2, elevul a împins pistonul la a doua oprire atunci când pipetați apa. Volumul pentru soluția 3 este prea mare, deoarece studentul a folosit P1000 în loc de P200 și a pipetat 270 ofl de colorant verde. La pregătirea soluției finale, studentul a folosit pipeta P200, rezultând pipetarea a 120µl de colorant albastru în loc de 12 µl.

Figura 3. Exercițiu de „artă” de pipetare.

Echipament

Fiecare student este prevăzut cu un set de pipete (P1000, P200 și P20) cu o sursă de vârfuri și tuburi goale de 1,5 ml. Folosim Gilson Classic Pipettmen (Middleton, WI), dar orice marcă de pipete cu deplasare a aerului va funcționa.

Script în clasă

Efectuarea calculelor de diluare

Folosirea unui pipetor pentru a face soluții

Instructorii demonstrează mai întâi utilizarea corectă a diferitelor pipete și apoi fiecare student pregătește cele patru diluții. Pentru o descriere detaliată a utilizării pipetatorilor, vezi Miller și colab. (3). Elevii pot viziona, de asemenea, un videoclip care demonstrează utilizarea corectă a unui pipetor (7). Elevii primesc feedback imediat atunci când își compară rezultatele cu soluțiile de referință oferite de instructor (Figura 1B și C). Exemple de erori sunt prezentate în Figura 1C. Odată ce coloranții 1X sunt făcuți, studenții își pot fotografia rezultatele cu un telefon mobil sau un computer tabletă pentru includere în caietul de laborator. Un caiet de laborator electronic, e-LN, este utilizat în cursul Dynamic Genome (8, http://dgenotebook.ucr.edu/notebooks/public/2015/03/25/example-dilution-.). Dacă elevii greșesc, pot fotografia tuburile și pot comenta ce au greșit. Apoi repetă diluarea pentru a corecta orice greșeli până când fiecare elev are o diluție corectă pentru fiecare dintre cele patru culori.

După pregătirea soluțiilor 1X, elevii etichetează patru tuburi noi și amestecă soluția 1X conform Tabelului 3. Dacă au pipetat cu succes soluțiile corecte în cantități corecte, elevii vor genera culori portocalii, violet, cian și măslin (Figura 2A). Pentru a evalua abilitățile de pipetare, își compară din nou rezultatele cu setul de referință. Erorile mici la pipetare vor avea ca rezultat variații de culoare (Figura 2B), iar diferențele mici de volum sunt ușor de observat datorită vopselei. Din nou, rezultatele sunt fotografiate pentru includere într-un caiet. Elevii pot comenta în intrarea caietului despre orice greșeli pe care le-au făcut înainte de a încerca din nou. Studenților li se acordă timp pentru a repeta orice pas până când reușesc.

DISCUȚIE DIDACTICĂ

Includerea acestei lecții în cursul nostru de genom dinamic (Burnette și Wessler 2013) și cursul de genetică evolutivă de la Academia din Atena a dus la o creștere a ratei de succes a primului experiment PCR. Feedback-ul vizual de la coloranții alimentari atrage atenția elevilor și oferă feedback imediat, deci există timp pentru a corecta erorile, dacă este necesar. Elevilor le-a plăcut mai ales să folosească dispozitivele lor electronice personale pentru a fotografia tuburile și mulți le-au distribuit chiar și pe rețelele de socializare. În plus, mulți studenți întreabă dacă pot lua coloranții acasă pentru a le arăta familiei și prietenilor. Lecția este ieftină și sigură, deoarece folosește doar coloranți alimentari și apă. Setul de patru coloranți costă mai puțin de 5 USD și va deservi cel puțin 500 de studenți.

Pe lângă cursul facultății, am folosit cu succes această lecție în ateliere de sensibilizare pentru elevii de liceu și gimnaziu. Sute de studenți au folosit această lecție înainte de a trece la experimente de biologie moleculară care necesită abilități de pipetare de precizie. Profesorii de liceu și de liceu care au participat au apreciat combinația de abilități de matematică și biologie și mai mulți au inclus modulul în programa lor.

Extensie și adaptări

Dacă timpul permite o extensie distractivă a lecției este prezentată în Figura 3 și oferă elevului mai multă practică cu pipetatorii pentru a-și perfecționa abilitățile înainte de a trece la amestecarea reacțiilor enzimatice. Grupurilor de studenți li se oferă o placă cu 96 de godeuri și generează o imagine a propriului design prin umplerea fântânilor folosind toate coloranții disponibili (10X, 1X și noi culori) sau folosesc un șablon prescris (4). Plăcile completate pot fi fotografiate cu telefoane mobile și distribuite pe social media, iar plăcile pot fi spălate și refolosite. Alte extensii ar putea include o discuție despre precizia și precizia pipetării folosind procedura inclusă în Ghidul Gilson pentru pipetare (9).