“蛋白質相關計算”教學優化記錄

（汕頭市潮陽區河溪中學 廣東汕頭 515100）

新人教版高中生物學教科書《必修1·分子與細胞》第二章第四節“蛋白質是生命活動的主要承擔者”一課在要求學生掌握蛋白質的結構和功能的過程中形成基本的生命觀念，同時在對蛋白質結構的深層次學習方面進一步引導學生探究蛋白質相關計算的問題，培養學生的科學思維和科學探究能力。這個過程既是對蛋白質知識的系統化認知，更是對學生的動手能力和探究能力的一種考驗。在“蛋白質相關計算”的教學過程中，筆者先在一個班級中采用普遍的教學方式，結合教材中脫水縮合的模型圖，引導學生間接或直接得出蛋白質相關計算的公式。教學后，發現這個知識點過于抽象、復雜，學生通過“看”模型圖去總結歸納出蛋白質的相關計算，只是在跟隨老師的教學思路去被動的學，最終對相關計算難題依舊未能解決。有鑒于此，筆者對“蛋白質相關計算”的教學思路進行優化，利用組合法、分割法、切割法對氨基酸分子模型進行優化重構，引導學生在動手實踐中，主動探究“蛋白質相關計算”的分析思路。現將教學優化記錄如下。

1 運用“組合法”，理解脫水縮合的有關計算

初次教學：結合教材圖2-10氨基酸脫水縮合示意圖，并借助幻燈片演示脫水縮合的過程，企圖讓學生在觀看“一個氨基酸分子的羧基（-COOH）和另一個氨基酸分子的氨基（-NH2）相連接，同時脫去一分子水”的演示動畫時，理解脫水縮合的定義，并發現“肽鍵數=脫水數=氨基酸數-肽鏈數”的規律。很明顯，這是非常傳統的教學方法。學生只“看”不“做”，屬于被動接受知識，未能從本質上去理解脫水縮合的過程。這個教學方式缺乏對學生科學思維和科學探究能力的培養，不符合新課程標準的要求。

優化教學：教師結合模型構建法，在氨基酸脫水縮合示意圖的基礎上，設計學生動手實踐、自主探究的環節。通過創設活動情境，學生使用筆、紙、剪刀、膠水的簡單工具，動手制作氨基酸分子模型：用筆在卡紙上分別畫出1號、2號、3號單元模型（圖1）。1號模型左側（-NH）剪成舌狀，設計成卡舌，右側（-CO）設計卡口，卡口沿虛線折疊，背面用膠水粘住，這樣卡舌可以插入卡口進行對接；2號單元模型設計卡口；3號單元模型設計卡舌。1號、2號、3號單元模型構成一套單元模型，其卡口和卡舌對接，可以組合成一個氨基酸分子模型。教師要求學生制作出10套單元模型。

圖1 學生畫出的1號、2號、3號單元模型

學生先將1號、2號、3號單元模型的卡口和卡舌進行連接，組合出圖2所示的1號組合模型，即氨基酸的通式。學生在制作和組合1號組合模型的過程中，一邊動手實踐，一邊自主思考，對氨基酸通式進行再次學習，進一步歸納總結氨基酸的特點：“至少含有一個氨基和一個羧基，并且連接在同一個碳原子上。”

圖2 學生制作的1號組合模型

接著，學生利用2個或2個以上的1號組合模型動手模擬脫水縮合的過程、構建如圖3所示的2號組合模型。因此，學生從而理解脫水縮合的定義：一個氨基酸分子的羧基（-COOH）和另一個氨基酸分子的氨基（-NH2）相連接，并脫去一分子的水。并推導出：1條多肽的肽鍵數=脫水數=氨基酸數-1。

圖3 學生制作的2號組合模型

然后，學生使用不同數目的1號組合模型模擬不同數目氨基酸脫水縮合得到不同長度的多肽（2號組合模型），并引入“有的蛋白質是由一條或多條肽鏈構成的具有一定空間構象的有機物”。由此，教師引導學生推導：蛋白質分子的肽鍵數=脫水數=氨基酸數-肽鏈數

教師提出拓展問題：以上構建的多肽模型都是直鏈狀的，還有一種多肽首尾的羧基和氨基相互連接，形成環狀多肽。你能利用2號組合模型模擬環狀多肽的形成嗎？學生利用2號組合模型模擬環狀多肽首尾的羧基和氨基脫水縮合相互連接的過程，從而得到如圖4所示的3號組合模型。通過對環狀多肽進行分析，學生從中推導出：環狀多肽的肽鍵數=脫水數=氨基酸數。

圖4 學生制作的3號組合模型（環狀多肽）

教學反思：教師設計問題情境，引導學生制作單元模型，組裝出多肽的組合模型，模擬了氨基酸脫水縮合形成多肽的過程。學生在動手實踐中，不斷進行思考，在自主探究中推導出公式：直鏈多肽：肽鍵數=脫水數=氨基酸數-肽鏈數；環狀多肽：肽鍵數=脫水數=氨基酸數。教師最后可以進行歸納總結，進一步引導學生將兩個公式合并為一個通用公式：肽鍵數=脫水數=氨基酸數-直鏈肽鏈數。

2 運用“分割法”，推導基團類、原子類的有關計算

初次教學：基團類計算是指羧基數和氨基酸的計算；原子類計算是指N原子數和O原子數的計算。在初次教學中，筆者通過幻燈片展示多肽的分子式，引導學生比較對多個多肽分子進行比較，找出相應規律，從而總結歸納出基團類和原子類的計算公式。但在課后，發現：學生對這幾個公式理解很不到位，不少學生甚至不求甚解，死記硬背公式。很明顯，初次教學的方式是失敗的，缺乏引導學生自主思考、探究學習的過程，導致學生未能身臨其境，從實踐中去體驗公式的推導過程，導致理論與運用嚴重脫節。

優化教學：教師結合2號組合模型，引導學生對多肽的結構特點進行再次學習，并將2號組合模型分割為首尾、中間、R基，如圖5中的虛線框所示。

圖5 2號組合模型分割示意

教師引導學生對首尾、中間、R基的特點進行總結，將多肽鏈的分析歸納為“三看”（“三看”多肽）。并由此可知：凡是基團類和原子類計算，都可以采用通用計算公式“首尾+中間+R基”進行推導計算（表1）。

表1 “三看”多肽和公式推導

教學反思：在優化教學中，學生通過深入理解2號組合模型，將多肽分割為首尾、中間、R基，學生從深層次去理解多肽的特點，并通過氨基數、羧基數、N原子數、O原子數的公式推導過程，在動手實踐中感受學習的樂趣，在探究學習中感受成功的喜悅。

3 運用“切除法”，分析蛋白質相對分子質量的有關計算

初次教學：在教學設計中，筆者預想是通過3個氨基酸的脫水縮合，脫去2個水分子的動畫課件，引導學生理解3個氨基酸總的相對分子質量，減去脫去的2個水分子的相對分子質量，從而得到蛋白質的相對分子質量。雖然這個動畫演示可以讓學生理解蛋白質相對分子質量的計算方法，但學生在學習過程中缺乏自主思考和自主探究，只是在全盤接收教師強塞過來的知識，未能充分體現生物學學科核心素養的要求。

優化教學：課后，筆者反復思考，嘗試創設實踐環節，讓學生使用1號、2號、3號單元模型模擬蛋白質的合成過程，并通過對組合模型使用“切除法”，逐漸理解蛋白質相對分子質量的計算。

學生使用1號、2號、3號單元模型，模擬若干個氨基酸的脫水縮合過程，假設氨基酸的平均相對分子質量為128，思考以下問題：

（1）某蛋白質由1條肽鏈，2個氨基酸構成，求蛋白質的相對分子質量。

①學生將1號、2號、3號單元模型，組裝出2個氨基酸（1號組合模型），記錄下兩個氨基酸總的相對分子質量：128×2。

②學生利用2個1號組合模型，演示2個氨基酸的脫水縮合的形成二肽的過程。通過切除一個氨基酸的氨基（-NH2）中的“-H”，切除另一個氨基酸的羧基（-COOH）中的“-OH”。再將兩個氨基酸殘基進行組裝，形成肽鍵，并脫去1分子水，其過程可參考如圖6所示的4號組合模型。記錄下蛋白質減少水分子的相對分子質量：18×1。

圖6 4號組合模型

③學生在演示脫水縮合的過程中，通過切除“-H”和“-OH”，可以思路清晰的理解蛋白質的相對分子質量：128×2-18×1=238。

（2）某蛋白質由2條肽鏈構成，其中1條有2個氨基酸，1條有3個氨基酸，求蛋白質的相對分子質量。

①學生在問題（1）的基礎上，再組裝3個1號組合模型，并記錄下5個氨基酸的相對分子質量：128×5。

②學生利用3個1號組合模型，演示3個氨基酸脫水縮合，脫去2分子水的過程，同理，通過對3個1號組合模型進行切除處理，記錄下3個氨基酸脫去水分子的相對分子質量：18×2。

③綜合2個問題，學生在自主思考中，理解5個氨基酸形成2條肽鏈，脫去3個水分子，從而最終計算出蛋白質的相對分子質量：128×5-18×3=586。

（3）通過模型構建，學生在組裝模型和切除氨基的“-H”和羧基的“-OH”過程中，經過歸納總結，推導出蛋白質相對分子質量=氨基酸平均相對分子質量×氨基酸數-18×脫水數。

4 結語

初次教學中，學生通過“看”教師教知識，從學習行為分析，學生是在被動接受知識，其學習過程中缺乏對知識的吸收和轉化過程，未能將知識化為己用。在優化教學中，筆者通過分析學生的學習者特征，結合模型構建法，通過“組合-分割-切除”三種重構方法，對氨基酸分子模型進行分析重構。學生一方面可以提高動手能力，另一方面可以培養探究學習能力。對比兩種教學模式，教師采用后者教學時，學生可以多動手、多思考，教師也可以減少教的繁瑣。這樣學生才能快樂學，教師才能輕松教。因此，教師需要在每一節課的課后，勤于思考、善于總結，記錄下每一節課的優點和缺點，及時對教學過程進行不斷的改進和優化，從而做到淬煉每一節課，取其精華，去其糟粕，用心去教好每一節課。