有趣的氨基酸“小人”

向陽

高中生物必修一第2章第2節“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，我發現氨基酸“小人”的設計可以貫穿《蛋白質》整節課，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現紙面上的異同點，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，每位同學發一張空白小人圖，每組發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，學生馬上發現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，發現學生的問題，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，歸納氨基酸數目、肽鍵數目，對于部分同學而言，思維過于跳躍，從而造成學習障礙。

在上一個環節中，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.用數學表達式構建下列詞語的關系：氨基酸數、肽鍵數、肽鏈數。

本環節的設計意圖在于，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，從具體的氨基酸數量較少的的肽鏈來歸納相關數量關系的數學表達式，符合學生由簡單到復雜，由具體到抽象的認知規律。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，也為下一個環節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，讓課堂氣氛非常活躍，學生學習的積極性很高。整節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，有幾個小細節可以進一步改進：一是同學扮演環節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，既能跟前面學習環節相聯系，也能更經濟實惠。通過彩色筆補充氨基酸“小人”來區分不同的氨基酸，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。