Урок розведення та піпетування за допомогою харчових барвників

Анотація

На цьому уроці студенти дізнаються, як за допомогою мікропіпеторів точно вимірювати невеликі об’єми рідини та виконувати розведення за допомогою харчових барвників. Студенти розводять чотири харчових барвники в концентрації 10X до 1X робочих запасів. Використовуючи формулу c1v1 = c2v2, кожен студент заповнює таблицю, що вимагає чотирьох розрахунків розведення для різних кінцевих обсягів. Використовуючи отримані ними значення, учні готують розчини харчового барвника 1X. Довідкові рішення, надані викладачами, надають студентам негайний зворотний зв’язок та самооцінку. Щоб потренуватися в регулюванні обсягу мікропіпетки, студенти поєднують свої 1X рішення для створення чотирьох нових кольорів. Порівняння цих з еталонними рішеннями дає студентам негайний зворотний зв'язок. Цей урок працює для учнів 6-14 класів та дорослих, які навчаються на майстер-класах безперервної освіти. Це вимагає близько години, і після того, як вони закінчать урок, студенти впевнені, щоб перейти до більш складних препаратів для розчинів з безбарвними реагентами.

Цитування

Burnette, J.M., Kanizay, L., Chester, N., and Wessler, S.R. 2016. Урок розведення та піпетування за допомогою харчових барвників. CourseSource. https://doi.org/10.24918/cs.2016.5

Цілі вивчення уроку

Студенти зрозуміють принцип розведення концентрованих розчинів.
Студенти продемонструють правильне використання мікропіпетки.
Студенти знатимуть, як готувати рішення.

Цілі вивчення уроку

Студенти можуть використовувати формулу c1v1 = c2v2 для обчислення розведень.
Студенти можуть точно встановити та використовувати мікропіпетку.
Студенти вміють готувати складні розчини, такі як ферментні реакції.

Активне навчання

Активна вправа вимагає від учнів роботи як індивідуально, так і в малих групах. Інструкції розподіляються між короткими дискусіями та виконанням письмових вправ або лабораторних робіт із вбудованими самоконтролями, щоб помилки можна було швидко виправити. Урок включає всі навчальні здібності, оскільки не передбачає попереднього знання піпетування або розведення, а також вимагає використання математичних міркувань, рухових навичок та самооцінки. Дальтонізми пройшли урок без труднощів.

Контекст статті

Зміст

ВСТУП
НАУКОВІ ТЕМИ НАВЧАННЯ
ПЛАН УРОКУ
НАВЧАННЯ ДИСКУСІЇ
ОПОРНІ МАТЕРІАЛИ
ПОДЯКИ
ЛІТЕРАТУРА

ВСТУП

Цільова аудиторія

Урок був розроблений для використання в класі динамічного геному в УЦР студентами першого курсу (6) та курсом еволюційної генетики в Афінській академії студентами другого курсу середньої школи. Обидва курси є справжнім дослідницьким досвідом, в якому студенти вивчають навички молекулярної біології, включаючи ПЛР, гель-електрофорез та аналіз послідовності ДНК. Ми також використовували урок із учнями середніх та старших класів під час роз'яснювальних програм та з викладачами середніх шкіл на семінарах безперервної освіти. Урок вимагає близько шістдесяти хвилин і може бути виконаний за один лабораторний період або розподілений протягом декількох днів. Урок не передбачає попереднього знання розведення або піпетування.

НАУКОВІ ТЕМИ НАВЧАННЯ

ПЛАН УРОКУ

Підготовка до класу

Реагенти

Ми купуємо загальні рідкі харчові барвники (червоний, синій, зелений та жовтий) у місцевому продуктовому магазині та розбавляємо запаси 1:20 для отримання рішень "10X" (Малюнок 1A). Парі студентів дають 500 мкл кожного 10X розчину барвника в окремій пробірці об’ємом 1,5 мл (малюнок 1А) разом з пробіркою води об’ємом 15 мл. Інструктор готує один комплект еталонних розчинів для класу в пробірках об'ємом 1,5 мл, використовуючи таблиці 2 і 3, і розміщує ці посилання на білому папері, маркованому відповідно до таблиць 2 і 3, або в стійці для труб (див. Малюнок 1). Усі учні виконують вправу індивідуально. Інструктори можуть захотіти включити перелік типових помилок (див. Рисунки 2 та 3 легенди) поряд із довідковими рішеннями.

Рисунок 1. Результати вправ з розведення. 1А. 10Х барвників, що постачаються студенту. 1В. Довідкові (R) та студентські (S) 1X рішення на основі значень, розрахованих з таблиці 2. 1C. Поширені помилки, допущені студентами під час підготовки 1Х рішень. Найпоширеніша помилка спостерігається у червоному розчині. Гучність занадто висока через те, що студент штовхає поршень до другої зупинки. Для синього рішення студент використовував P200, встановлений на 10 мкл, замість P1000, встановлений на 100 мкл. Об'єм зеленого розчину студента трохи зменшений, оскільки студент штовхнув поршень до другої зупинки, перш ніж піпетувати зелений барвник 10X. Готуючи жовтий розчин, студент використовував Р20 замість Р200 як для води, так і для барвника. Зверніть увагу, що всі рішення були зроблені з одних і тих же запасів. Різні кольори обумовлені різницею освітленості на фотографії

Рисунок 2. Вправа з піпетуванням. 1А. Довідкові (R) та студентські (S) результати на основі обсягів, наведених у Таблиці 3. 2B. Приклади помилок, допущених студентами. Жовтий розчин занадто темний, тому що студент використав маточний розчин 10Х. Для рішення 2 під час піпетування води студент штовхнув поршень до другої зупинки. Об'єм розчину 3 занадто високий, оскільки студент використовував Р1000 замість Р200 і піпетував 270 мкл зеленого барвника. При підготовці остаточного розчину студент використовував піпетку P200, в результаті якої піпетували 120 мкл синього барвника замість 12 мкл.

Рисунок 3. Піпетне вправу «мистецтво».

Обладнання

Кожен студент забезпечений набором піпетронів (P1000, P200 та P20) з запасом наконечників та порожніми пробірками об’ємом 1,5 мл. Ми використовуємо Gilson Classic Pipettmen (Міддлтон, штат Вісконсин), але будь-яка марка повітряних трубопроводів буде працювати.

Сценарій у класі

Виконання розрахунків розведення

Використання піпетки для виготовлення розчинів

Спочатку викладачі демонструють правильне використання різних піпетронів, а потім кожен студент готує чотири розведення. Детальний опис використання піпеток див. У Miller et al (3). Студенти також можуть переглянути відео, яке демонструє правильне використання піпетки (7). Студенти отримують негайний зворотний зв'язок, коли порівнюють свої результати з еталонними рішеннями, наданими викладачем (рис. 1В та С). Приклади помилок показані на малюнку 1С. Після виготовлення барвників 1X студенти можуть сфотографувати свої результати на мобільному телефоні або планшетному комп’ютері для включення в лабораторний зошит. Електронний лабораторний блокнот e-LN використовується в курсі динамічного геному (8, http://dgenotebook.ucr.edu/notebooks/public/2015/03/25/example-dilution-.). Якщо учні допускають помилки, вони можуть сфотографувати трубки та прокоментувати, що вони зробили неправильно. Потім вони повторюють розведення, щоб виправити помилки, поки кожен студент не отримає по одному правильному розведенню для кожного з чотирьох кольорів.

Після приготування розчинів 1Х студенти маркують чотири нові пробірки та змішують розчин 1Х відповідно до таблиці 3. Якщо вони успішно прокапали правильні розчини у правильних кількостях, студенти згенерують помаранчевий, фіолетовий, блакитний та оливковий кольори (рис. 2А). Щоб оцінити навички піпетування, вони знову порівнюють свої результати з контрольним набором. Невеликі помилки при піпетуванні призведуть до кольорових варіацій (Рисунок 2B), а невеликі різниці в обсязі легко помітити завдяки барвнику. Знову результати фотографуються для включення до зошита. Студенти можуть коментувати запис у зошиті про помилки, які вони допустили, перш ніж повторити спробу. Студентам дається час повторити будь-який крок, поки вони не зрозуміють його правильно.

НАВЧАННЯ ДИСКУСІЇ

Включення цього уроку в наш курс динамічного геному (Burnette and Wessler 2013) та курс еволюційної генетики в Афінській академії призвів до збільшення рівня успішності першого експерименту ПЛР. Візуальний зворотний зв'язок від харчових барвників привертає увагу студента та забезпечує негайний зворотний зв'язок, тому є час для виправлення помилок, якщо це необхідно. Студенти особливо любили використовувати свої персональні електронні пристрої для фотографування трубок, і багато хто навіть ділився ними в соціальних мережах. Крім того, багато студентів запитують, чи можна брати барвники додому, щоб показати родині та друзям. Урок недорогий та безпечний, оскільки в ньому використовуються лише харчові барвники та вода. Чотири набори барвників коштують менше 5 доларів і обслуговуватимуть щонайменше 500 студентів.

На додаток до курсу коледжу, ми успішно використали цей урок на виїзних майстер-класах для учнів середньої та старшої школи. Сотні студентів використовували цей урок, перш ніж переходити до експериментів з молекулярної біології, які вимагають навичок точного піпетування. Учителі середньої та середньої школи, які брали участь, оцінили поєднання навичок математики та біології, а деякі включили модуль до своєї навчальної програми.

Розширення та адаптація

Якщо час дозволяє веселе продовження уроку, це показано на малюнку 3 і дає студенту більше практики з піпетторами, щоб далі вдосконалити свої навички, перш ніж переходити до змішування ферментних реакцій. Групи студентів отримують 96-лункову тарілку, і вони створюють зображення власного дизайну, заповнюючи лунки, використовуючи всі доступні барвники (10Х, 1Х та нові кольори) або використовуючи встановлений шаблон (4). Завершені тарілки можна фотографувати на мобільні телефони та ділитися ними в соціальних мережах, а тарілки можна мити та використовувати повторно. Інші розширення можуть включати обговорення точності та точності піпетування за допомогою процедури, включеної в Посібник Гілсона з піпетування (9).