Sinh viên nghiên cứu việc sử dụng các phân tử sinh học làm vật liệu và sử dụng các enzym làm cảm biến hóa học trong việc thiết kế các xét nghiệm chẩn đoán peroxide, cholesterol và glucose.
Bằng cách kết hợp các tài liệu hàng ngày vào các bài học khoa học, chương trình Mô-đun Thế giới Vật liệu (MWM) tại Đại học Northwestern đã tìm ra giải pháp giúp sinh viên hứng thú với việc học khoa học đồng thời giúp giáo viên đáp ứng các tiêu chuẩn giáo dục quốc gia và tiểu bang.
Các mô-đun dễ tổ chức và chạy không tốn kém. Chúng có thể được kết hợp vào bất kỳ lớp khoa học nào vì phạm vi rộng của các môn học được đề cập trong các phần Dự án Hoạt động và Thiết kế. Mỗi mô-đun là một đơn vị khoa học bổ sung, mất 1-3 tuần thời gian trên lớp (khoảng 10 giờ) để hoàn thành.
MWM sẽ mang đến cho sinh viên cơ hội để hiểu thế giới xung quanh theo cách mà họ chưa từng trải qua trước đây. Các học phần thúc đẩy nhận thức về vai trò của khoa học và công nghệ trong xã hội và hướng dẫn sinh viên kiểm soát tốt hơn công việc của họ.
Xem nhanh mô-đun
Hoạt động 1: Tìm hiểu phân tử sinh học và sự phát quang sinh học
Học sinh làm thí nghiệm với các mẫu đom đóm khô để xem chúng có tạo ra ánh sáng hay không và chúng phát ra ánh sáng trong điều kiện nào. Họ phát hiện ra rằng các phân tử sinh học, chẳng hạn như phân tử tạo ra ánh sáng ở đom đóm, có thể được sử dụng làm vật liệu bên ngoài cơ thể sinh ra chúng.
Hoạt động 2: Tìm hiểu về enzim và phân tử chỉ thị
Bằng cách quan sát các tín hiệu được tạo ra từ phản ứng xúc tác peroxidaza giữa peroxit và bốn phân tử chỉ thị khác nhau, học sinh hiểu được về enzim và phân tử chỉ thị, hai chất liệu thường được sử dụng trong cảm biến sinh học. Học sinh biết rằng enzim là các phân tử sinh học đóng vai trò chất xúc tác và so sánh thời gian để phản ứng xảy ra khi có hoặc không có chất xúc tác là enzim.
Hoạt động 3: Chế tạo cảm biến sinh học Peroxide
Học sinh tìm hiểu về thiết kế cảm biến sinh học bằng cách sử dụng peroxidase và một phân tử chỉ thị để tạo ra cảm biến sinh học peroxit. Họ tìm hiểu về các khái niệm về dải động, giới hạn phát hiện và độ chính xác của cảm biến sinh học bằng cách thử nghiệm cảm biến sinh học của họ để xác định xem nó có thể đo các nồng độ peroxide khác nhau hay không.
Hoạt động 4: Kiểm tra cảm biến sinh học Cholesterol
Học sinh sử dụng hai phản ứng liên kết giữa enzim và phân tử chỉ thị để tạo ra cảm biến sinh học cholesterol. Sau đó, họ sử dụng cảm biến sinh học của mình để cố gắng xác định mức cholesterol trong các mẫu “bệnh nhân” có nồng độ không xác định.
Hoạt động 5: Đánh giá cảm biến sinh học Cholesterol Sử dụng tại nhà
Học sinh xem xét các khía cạnh của thiết kế cảm biến sinh học từ quan điểm của người tiêu dùng và nhà thiết kế sản phẩm. Sau khi thiết kế bộ cảm biến sinh học cholesterol của riêng mình trên giấy, học sinh đọc và viết bài báo về một nhóm thiết kế bộ cảm biến sinh học thương mại và bộ cảm biến sinh học cholesterol mà họ thiết kế để sử dụng tại nhà. Học sinh tìm hiểu về những thách thức mà nhóm phải đối mặt và đánh giá thiết kế của nhóm.
Hoạt động 6: Nghiên cứu cảm biến sinh học
Học sinh nghiên cứu và viết một báo cáo chính thức về cảm biến sinh học mà họ lựa chọn. Báo cáo nên bao gồm lịch sử phát triển của cảm biến sinh học và giải thích về cách thức hoạt động và cách sử dụng của nó. Từ nghiên cứu của mình, sinh viên sẽ hiểu được các cách thức liên kết giữa khoa học, công nghệ và xã hội.
Dự án thiết kế: Thiết kế cảm biến sinh học Glucose
Học sinh sử dụng những gì đã học về các enzym, phân tử chỉ thị và cảm biến sinh học để thiết kế, kiểm tra và đánh giá cảm biến sinh học glucose.
Kết nối với chương trình giảng dạy của bạn
Các mô-đun của Thế giới Vật liệu rất đơn giản để tổ chức và chạy không tốn kém. Chúng được thiết kế để dễ dàng kết hợp vào bất kỳ phòng thí nghiệm khoa học hoặc bài giảng khoa học cấp trung học cơ sở hoặc trung học phổ thông nào. Biểu đồ dưới đây liệt kê các chủ đề được đề cập trong các phần Hoạt động và Dự án Thiết kế của học phần này.
|
Vật lý & Khoa học Vật lý
Sức khỏe
Nghệ thuật ngôn ngữ
|
Hóa học
Giáo dục nghề nghiệp
|
Sinh học và Khoa học Đời sống
toán học
|
Các biện pháp dân gian
| Ở Nam Mỹ, một số người điều trị vết cắn của một loài bò sát cực độc – cây thương – bằng cách bôi thuốc chiết xuất từ một loại cây bản địa xinh đẹp, tên Latinh Aristolochia Odoratissima |
Căn chỉnh tiêu chuẩn
| Tiêu chuẩn điểm chuẩn AAAS |
|
Tiêu chuẩn NSES |
|
| Lớp 9-12 |  Kiểu dáng |
Lớp 9-12 | Kiểu dáng |
| 1. Bản chất của Khoa học |
|
A. Khoa học như sự điều tra |
|
|
Nghiên cứu khoa học |
   |
Khả năng nghiên cứu khoa học |
   |
|
Doanh nghiệp khoa học |
|
Tìm hiểu nghiên cứu khoa học |
 |
| 2. Bản chất của Toán học |
|
B. Khoa học vật lý |
|
|
Toán học, khoa học và công nghệ |
|
Cấu trúc và tính chất của vật chất |
|
|
Yêu cầu toán học |
|
Phản ứng hoá học |
|
| 3. Bản chất của công nghệ |
|
Tương tác giữa năng lượng và vật chất |
|
|
Công nghệ và khoa học |
|
C. Khoa học Đời sống | |
|
Thiết kế và hệ thống |
|
Tế bào |
|
| 4. Cài đặt vật lý |
|
D. Khoa học Trái đất và Không gian | |
|
Cấu trúc của vật chất |
|
Khả năng thiết kế công nghệ |
|
|
Sự biến đổi năng lượng |
|
Hiểu biết về khoa học và công nghệ |
|
| 5. Môi trường sống |
|
F. Khoa học trong quan điểm cá nhân và xã hội | |
|
Tế bào |
|
Sức khỏe cá nhân và cộng đồng |
|
| 8. Thế giới được thiết kế |
|
Quan điểm lịch sử |
|
|
Vật liệu và sản xuất |
|
|
|
| 12. Thói quen của Tâm trí |
|
|
|
|
Tính toán và ước lượng |
|
|
|
|
Kĩ năng giao tiếp |
|
|
|
Đoạn ghi hình
| Sharon McCoy nói về Mô-đun cảm biến sinh học |
Bảng An toàn Dữ liệu Vật liệu (MSDS) có thông tin có giá trị liên quan đến các chất được sử dụng trong bộ MWM này.