用模型構(gòu)建法突破難點
——“生命活動的主要承擔者蛋白質(zhì)”一節(jié)的教學(xué)

□ 江蘇省蘇州市吳中區(qū)木瀆第二高級中學(xué)　王麗紅

用模型構(gòu)建法突破難點
——“生命活動的主要承擔者蛋白質(zhì)”一節(jié)的教學(xué)

□ 江蘇省蘇州市吳中區(qū)木瀆第二高級中學(xué)王麗紅

在生物教學(xué)中通過讓學(xué)生動手構(gòu)建模型，邊做邊學(xué)，變微觀為宏觀，變抽象為具體，學(xué)生就能深入淺出，自然而然地在體驗、分享與合作交流中突破教學(xué)重點和難點。

模型建構(gòu)氨基酸脫水縮合結(jié)構(gòu)多樣性

“生命活動的主要承擔者———蛋白質(zhì)”是人教版普通高中生物學(xué)新課程必修一《分子與細胞》第二章第二節(jié)的內(nèi)容。主要是讓學(xué)生了解蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和功能的多樣性，及其能夠成為生命活動的主要承擔者的原因。蛋白質(zhì)是構(gòu)成細胞和生物體的重要有機物，在細胞及生物體生命活動中起著至關(guān)重要的作用。它不僅在必修一中講到，在必修二、必修三中也涉及。因此是一個十分重要的課題。但本節(jié)課內(nèi)容比較抽象，難點如下：（1）氨基酸的結(jié)構(gòu)特點；（2）氨基酸的脫水縮合過程；（3）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因。由于高一學(xué)生沒有學(xué)過有機化學(xué)，這些內(nèi)容的學(xué)習顯然與學(xué)生的認知水平跨度很大。例如，學(xué)生對于氨基酸結(jié)構(gòu)通式的理解較難，往往會出現(xiàn)把氨基的結(jié)構(gòu)通式認為是一個平面結(jié)構(gòu)，只要氨基、羧基、R基和H的位置互換一下就難以辨認的情況；對氨基酸的脫水縮合過程和肽鏈形成時的氨基酸數(shù)、肽鍵數(shù)、脫去的水分子數(shù)三者的關(guān)系，肽鏈中至少含有幾個羧基、幾個氨基的計算等知識點也很難理解掌握。為避免學(xué)生產(chǎn)生抽象、難理解、枯燥、無味的感覺，教師就要想方設(shè)法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性，讓學(xué)生主動去探索。筆者對本節(jié)教學(xué)內(nèi)容構(gòu)想為：讓學(xué)生動手構(gòu)建模型、在“做中學(xué)”，邊做邊學(xué)，把一些抽象難懂的知識點通過模型建構(gòu)，變抽象為具體，化繁為簡；在操作實踐中理解、領(lǐng)悟知識；在體驗、分享與合作交流中突破教學(xué)重點與難點。

一、氨基酸結(jié)構(gòu)通式的模型構(gòu)建

氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位，學(xué)生結(jié)合書本P20“思考與討論”中所給的 4種氨基酸的結(jié)構(gòu)式和討論的問題，找出 4種氨基酸結(jié)構(gòu)的共同點，很容易推出氨基酸的結(jié)構(gòu)通式。我們的教材上畫的是氨基酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)式，是根據(jù)氨基酸的組成結(jié)構(gòu)簡化而來的。書本上為了讓學(xué)生容易歸納出氨基酸分子結(jié)構(gòu)通式，把所有的氨基酸的氨基統(tǒng)一畫在中心C原子的左面，羧基在右面，R基在上面，H原子在下面。實際上氨基酸分子結(jié)構(gòu)通式中，和中心C原子的四根化學(xué)鍵相連的四個基團是沒有固定順序的，是一個立體結(jié)構(gòu)，因為高一的學(xué)生還沒有學(xué)習有機化學(xué)，理解起來有一定的難度；而題目中經(jīng)常把氨基、羧基、R基和H原子的順序互換，因此學(xué)生常常會覺得很難辨別。如何在學(xué)生有機化學(xué)零基礎(chǔ)的前提下解決這個問題呢？筆者決定讓學(xué)生動手構(gòu)建氨基酸分子結(jié)構(gòu)通式的模型。筆者給學(xué)生每人準備了一個直徑3cm的泡沫小球作為中心C原子，用四根牙簽代表和中心C原子相連的四根化學(xué)鍵，每根牙簽的一端分別黏著用紙制作的氨基、羧基、R基（不同的R基用不用同顏色的紙來表示）、H原子，讓學(xué)生嘗試動手組裝氨基酸的分子模型（把帶著不同基團的四根牙簽戳到泡沫球上）。在組裝的過程中，教師可以一邊巡視學(xué)生一邊提示學(xué)生：和中心C碳原子連的四個基團是否在一個平面上，有沒有一定的順序？讓學(xué)生通過親自組裝模型，在“做中學(xué)”，較好地理解氨基酸的結(jié)構(gòu)特點；讓學(xué)生從不同角度觀察組裝好的R基相同的氨酸模型，其看到的是不同的側(cè)面，但都是同一個模型，這能進一步理解氨基酸的立體結(jié)構(gòu)特點，以避免“把四個基團調(diào)換位置，一些學(xué)生認為不是氨基酸”的常見錯誤。（參考附圖1）

二、氨基酸脫水縮合的模型構(gòu)建

蛋白質(zhì)的形成過程很難理解。在以往的教學(xué)生中教師往往會在課堂上通過播放多媒體動畫課件來演示兩個氨基酸脫水縮合的過程，讓學(xué)生先從感官上了解此過程，然后讓學(xué)生各代表一種氨基酸來表演兩個氨基酸連接的過程；接著創(chuàng)設(shè)情境由多名學(xué)生各代表一種氨基酸來模擬多肽的形成過程，讓學(xué)生從中理解脫水縮合、肽鍵等概念。這樣做固然可以讓學(xué)生對氨基酸的脫水縮合有一個比較形象的認識，但無疑又把氨基、羧基、R基和H原子都固定在同一個平面上，甚至讓學(xué)生認為整個肽鏈都在一個平面上，為后續(xù)學(xué)習蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性埋下了隱患。而且在整個教學(xué)活動中氨基和羧基的結(jié)構(gòu)都沒有體現(xiàn)出來，所以學(xué)生往往對氨基酸的脫水縮合過程中一些常見的問題并沒有真正清楚：氨基脫去了什么，羧基脫去了什么，脫去的水分子中的H原子和O原子分別來自什么；為什么脫去的水分子數(shù)=形成的肽鍵數(shù)=氨基酸的數(shù)目-肽鏈的條數(shù)，肽鍵的化學(xué)結(jié)構(gòu)是怎樣表示的；為什么一條肽鏈至少含有一個游離的氨基和一個游離的羧基。那么怎樣解決這些問題呢？筆者讓學(xué)生按同桌單位先把前面做好的兩個氨基酸的立體結(jié)構(gòu)連起來，然后一整排學(xué)生再把所有的氨基酸連起來形成多肽鏈。學(xué)生在連的時候教師可以在一旁指導(dǎo)：氨基脫去了H原子，因此把H原子折進去；羧基脫去了一個羥基，因此可以把羥基折進去；然后把折進去的兩部分用回形針別起來，正好是一個水分子。（參考附圖2）剩下的部分正好連成一個肽鍵。連好以后再讓學(xué)生自己討論前面的問題，并上講臺演示。還可以再讓學(xué)生上黑板自己寫出氨基酸的脫水縮合過程。

三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的模型構(gòu)建

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性是本節(jié)內(nèi)容的又一個難點。在以往的教學(xué)中教師往往讓學(xué)生在課本上找出來，然后歸納成四點：（1）氨基酸的數(shù)目不同；（2）氨基酸的種類不同；（3）氨基酸的排列順序不同；（4）肽鏈的數(shù)目和盤曲折疊方式及其形成的空間結(jié)構(gòu)不同。學(xué)生在不理解的情況下死記硬背下來，這樣不僅增加了學(xué)生的負擔，而且讓學(xué)生對生物的學(xué)習失去興趣。針對這樣的情況，筆者一開始講氨基酸的立體結(jié)構(gòu)的時候就把學(xué)生分為六組：第一、二組學(xué)生的氨基酸R基相同，兩組的學(xué)生人數(shù)不同（氨基酸數(shù)目不同）；第三、四組學(xué)生的氨基酸R基不同，兩組學(xué)生的人數(shù)相同（氨基酸的種類不同）；第五、六組學(xué)生的氨基酸的R基是隨機發(fā)的，兩組學(xué)生人數(shù)相同（氨基酸的排列順序相同）。上一個環(huán)節(jié)中已經(jīng)讓學(xué)生把一大組的氨基酸都連接起來了，因此在這個環(huán)節(jié)中，只需要讓一二組的學(xué)生各派一個代表上臺，比較他們兩組的多肽鏈，說出兩者的區(qū)別，然后一起歸納出氨基酸數(shù)目的不同導(dǎo)致形成的多肽連不同，其他幾組也用同樣的方法歸納出第（2）（3）點（參考附圖3）。最后讓各組學(xué)生都起立拖起自己組的多肽鏈盤曲，折疊成不同的空間結(jié)構(gòu)。

本節(jié)課，筆者緊扣“模型構(gòu)建”展開，先是分組讓學(xué)生自己組裝氨基酸的模型，強調(diào)氨基酸的立體結(jié)構(gòu)，然后讓學(xué)生動手模擬氨基酸的脫水縮合過程，最后讓學(xué)生兩兩對比連好的多肽鏈及以不同的方式盤曲折疊多肽鏈，讓學(xué)生自己歸納出蛋白質(zhì)多樣性的原因。層層鋪墊，環(huán)環(huán)緊扣，一氣呵成，輕而易舉地突破了本課的難點，真正實現(xiàn)了新課程標準提倡學(xué)生“能自主學(xué)習、合作學(xué)習”的學(xué)習理念。

附圖1：氨基酸的立體結(jié)構(gòu)模型。

附圖2：

附圖3：氨基酸的數(shù)目不同模型。

附圖5：氨基酸的排列順序不同模型。