有趣的氨基酸“小人”

向陽

高中生物必修一第2章第2節(jié)“生命活動的承擔者——蛋白質”，是高一學生面臨的第一個知識難點。氨基酸的結構特點和氨基酸形成蛋白質的過程既是重點，又是難點。學生有機化學的知識比較膚淺，沒有看過比較復雜的化學結構式、化學鍵，也沒有學過有機物反應的過程，因此對本節(jié)課重點內容難以把握，給課堂教學帶來比較大的障礙。很多教學設計建議將氨基酸結構通式化成氨基酸“小人”來幫助學生理解氨基酸的結構特點。在教學過程中，我發(fā)現(xiàn)氨基酸“小人”的設計可以貫穿《蛋白質》整節(jié)課，來幫助學生突破重難點，讓課堂有趣起來。

一、“全副武裝”的氨基酸——角色扮演與氨基酸的結構通式

如果如果按照教材的編排，直接讓學生觀察四種氨基酸結構，然后歸納氨基酸的結構通式，學生純粹是被動的接受陌生難懂的知識，談不上興趣，更加不能激發(fā)學生主動探究。在比較四種氨基酸結構時，受知識基礎的限制，學生首先關注的是元素組成，而不是與中心碳原子相連的各種基團。在各種提示下讓學生發(fā)現(xiàn)紙面上的異同點，還不如把結構式“搬”上講臺。

課前準備好標有“-NH”、“-COOH”、“ ”、“-H”、“-CH”等的A4紙和若干長尾夾，每位同學發(fā)一張空白小人圖，每組發(fā)幾只不同顏色的彩筆。上課之前用長尾夾分別夾在2位同學校服右袖、左袖、胸前、腹部、頭頂。在學習氨基酸結構時，“有請甘氨酸和丙氨酸！”，隨后兩位同學張開雙臂，上臺展示（如下）。讓學生小組完成合作探究任務：1.比較甘氨酸和丙氨酸的異同點；2.為纈氨酸和亮氨酸制作“帽子”；3.歸納氨基酸結構通式，用彩筆將空白氨基酸“小人”補充完整（每位同學一種顏色）。學生反應很快，并且積極性很高。在完成探究任務1時，學生馬上發(fā)現(xiàn)兩位同學除了頭上的“-H”、“-CH”不一樣，其他部位都一樣。將氨基和羧基寫成整體板塊，大大簡化了學生對于幾種氨基酸復雜結構式的認識。接下來的任務2——為纈氨酸和亮氨酸制作“帽子”，目的是讓學生在區(qū)別異同點之后，找到纈氨酸和亮氨酸的R基團，并且能正確書寫，在書寫之后的展示中，發(fā)現(xiàn)學生的問題，加以補充說明。比如補充元素核外電子排列和中心碳原子球棍模型，讓學生進一步理解“為什么R基前面的化學鍵不能少？”“中心碳原子上的基團可不可以換位置？”等問題。任務3——歸納氨基酸的結構通式在前面兩個任務順利完成之后，就非常順利了。把結構通式仍然歸納到空白“小人”上面，一是可以鞏固剛剛所學，而是能夠為下一步氨基酸脫水縮合形成肽鏈做好知識和材料鋪墊。需要注意的是，不同的同學用不同的顏色來寫結構通式。

二、氨基酸“小人”手拉手——剪刀、膠水和“小人”與脫水縮合過程

氨基酸的脫水縮合過程，有很多學生難于理解，并且在此基礎上的蛋白質相關計算更是讓不少同學云里霧里。一是學生才接觸氨基酸結構通式，還處于掌握不牢固的階段，如果僅僅利用教材上脫水縮合反應式來學習，然后直接延伸拓展多個氨基酸的脫水縮合，歸納氨基酸數(shù)目、肽鍵數(shù)目，對于部分同學而言，思維過于跳躍，從而造成學習障礙。

在上一個環(huán)節(jié)中，每位同學，手中已經有一個歸納好結構通式的氨基酸“小人”，在此基礎上，小組合作，利用剪刀和膠布，來模擬氨基酸脫水縮合過程。合作任務：1.自主學習氨基酸脫水縮合反應式；2.同桌二人嘗試用剪刀和膠帶模擬二肽的形成過程；3.整個小組的所有氨基酸脫水縮合成一條肽鏈；4.用數(shù)學表達式構建下列詞語的關系：氨基酸數(shù)、肽鍵數(shù)、肽鏈數(shù)。

本環(huán)節(jié)的設計意圖在于，通過學生用剪刀剪去兩個氨基酸相鄰羧基的“-OH”和氨基的“-H”，然后用膠帶將相鄰氨基酸連接起來的過程，加深對脫水縮合的理解。同時，從具體的氨基酸數(shù)量較少的的肽鏈來歸納相關數(shù)量關系的數(shù)學表達式，符合學生由簡單到復雜，由具體到抽象的認知規(guī)律。這里不同顏色的氨基酸結構通式，對于學生理解水分子中H和O的來源有幫助，也為下一個環(huán)節(jié)理解蛋白質結構多樣性原因做好準備。

三、氨基酸“小人”列隊集合——彩色多肽鏈與蛋白質結構的多樣性

課前給每一個小組準備的彩筆是一樣的，4種顏色各一支，在書寫氨基酸結構通式時，每組6～8同學，因而每個小組獲得的氨基酸顏色和數(shù)目都不一樣，在模擬氨基酸脫水縮合過程中，每組排列的順序不一樣，因而每個小組制作的彩色肽鏈卻不一樣。課堂上收集幾個小組制作的多肽鏈，粘貼在黑板上，比較肽鏈的不同。

在制作完成之后再來分析，為什么每個組的肽鏈不同？學生更容易認同氨基酸種類、數(shù)目和排列順序對肽鏈多樣性的影響。在此基礎上拓展肽鏈和蛋白質的不同，進而思考為什么氨基酸只有20種，而蛋白質具有多樣性？

讓氨基酸“小人”加入課堂，讓課堂氣氛非?；钴S，學生學習的積極性很高。整節(jié)課課堂探究氛圍濃厚，幾乎所有學生都能集中注意力完成層層遞進的小組合作任務，在后續(xù)補充的鞏固練習也顯示學習效果良好。

但是在實施過程中，有幾個小細節(jié)可以進一步改進：一是同學扮演環(huán)節(jié)可以讓學生課前自己準備，參演同學可以由2個變成4個，甚至更多，這樣能更好的體現(xiàn)學生的主體性，也可以加深對氨基酸種類多樣的直觀理解。此外，如果有同學在準備的過程中出現(xiàn)誤差，還可以在學完氨基酸結構特點之后，讓其他同學來糾錯，從而達到鞏固效果；二是發(fā)給學生的氨基酸“小人”可以用A4紙直接打印，每張A4紙可以打印16個“小人”，全班大概用4張A4紙就夠了。跟網(wǎng)上氨基酸立體球棍模型相比，這種方法來做氨基酸脫水縮合分組實驗，既能跟前面學習環(huán)節(jié)相聯(lián)系，也能更經濟實惠。通過彩色筆補充氨基酸“小人”來區(qū)分不同的氨基酸，準備筆比較麻煩，成本較高，并且張貼在黑板上效果不好。如果能夠跟實物投影儀相結合，或者直接選擇不同顏色的卡紙來打印氨基酸小人，粘貼出來效果會更明顯，操作也更簡單。