用模型构建法突破难点——“生命活动的主要承担者蛋白质”一节的教学

□ 江苏省苏州市吴中区木渎第二高级中学　王丽红

用模型构建法突破难点
——“生命活动的主要承担者蛋白质”一节的教学

□ 江苏省苏州市吴中区木渎第二高级中学王丽红

在生物教学中通过让学生动手构建模型，边做边学，变微观为宏观，变抽象为具体，学生就能深入浅出，自然而然地在体验、分享与合作交流中突破教学重点和难点。

模型建构氨基酸脱水缩合结构多样性

“生命活动的主要承担者———蛋白质”是人教版普通高中生物学新课程必修一《分子与细胞》第二章第二节的内容。主要是让学生了解蛋白质的组成、结构和功能的多样性，及其能够成为生命活动的主要承担者的原因。蛋白质是构成细胞和生物体的重要有机物，在细胞及生物体生命活动中起着至关重要的作用。它不仅在必修一中讲到，在必修二、必修三中也涉及。因此是一个十分重要的课题。但本节课内容比较抽象，难点如下：（1）氨基酸的结构特点；（2）氨基酸的脱水缩合过程；（3）蛋白质结构多样性的原因。由于高一学生没有学过有机化学，这些内容的学习显然与学生的认知水平跨度很大。例如，学生对于氨基酸结构通式的理解较难，往往会出现把氨基的结构通式认为是一个平面结构，只要氨基、羧基、R基和H的位置互换一下就难以辨认的情况；对氨基酸的脱水缩合过程和肽链形成时的氨基酸数、肽键数、脱去的水分子数三者的关系，肽链中至少含有几个羧基、几个氨基的计算等知识点也很难理解掌握。为避免学生产生抽象、难理解、枯燥、无味的感觉，教师就要想方设法调动学生的学习积极性，让学生主动去探索。笔者对本节教学内容构想为：让学生动手构建模型、在“做中学”，边做边学，把一些抽象难懂的知识点通过模型建构，变抽象为具体，化繁为简；在操作实践中理解、领悟知识；在体验、分享与合作交流中突破教学重点与难点。

一、氨基酸结构通式的模型构建

氨基酸是构成蛋白质的基本单位，学生结合书本P20“思考与讨论”中所给的 4种氨基酸的结构式和讨论的问题，找出 4种氨基酸结构的共同点，很容易推出氨基酸的结构通式。我们的教材上画的是氨基酸的化学结构式，是根据氨基酸的组成结构简化而来的。书本上为了让学生容易归纳出氨基酸分子结构通式，把所有的氨基酸的氨基统一画在中心C原子的左面，羧基在右面，R基在上面，H原子在下面。实际上氨基酸分子结构通式中，和中心C原子的四根化学键相连的四个基团是没有固定顺序的，是一个立体结构，因为高一的学生还没有学习有机化学，理解起来有一定的难度；而题目中经常把氨基、羧基、R基和H原子的顺序互换，因此学生常常会觉得很难辨别。如何在学生有机化学零基础的前提下解决这个问题呢？笔者决定让学生动手构建氨基酸分子结构通式的模型。笔者给学生每人准备了一个直径3cm的泡沫小球作为中心C原子，用四根牙签代表和中心C原子相连的四根化学键，每根牙签的一端分别黏着用纸制作的氨基、羧基、R基（不同的R基用不用同颜色的纸来表示）、H原子，让学生尝试动手组装氨基酸的分子模型（把带着不同基团的四根牙签戳到泡沫球上）。在组装的过程中，教师可以一边巡视学生一边提示学生：和中心C碳原子连的四个基团是否在一个平面上，有没有一定的顺序？让学生通过亲自组装模型，在“做中学”，较好地理解氨基酸的结构特点；让学生从不同角度观察组装好的R基相同的氨酸模型，其看到的是不同的侧面，但都是同一个模型，这能进一步理解氨基酸的立体结构特点，以避免“把四个基团调换位置，一些学生认为不是氨基酸”的常见错误。（参考附图1）

二、氨基酸脱水缩合的模型构建

蛋白质的形成过程很难理解。在以往的教学生中教师往往会在课堂上通过播放多媒体动画课件来演示两个氨基酸脱水缩合的过程，让学生先从感官上了解此过程，然后让学生各代表一种氨基酸来表演两个氨基酸连接的过程；接着创设情境由多名学生各代表一种氨基酸来模拟多肽的形成过程，让学生从中理解脱水缩合、肽键等概念。这样做固然可以让学生对氨基酸的脱水缩合有一个比较形象的认识，但无疑又把氨基、羧基、R基和H原子都固定在同一个平面上，甚至让学生认为整个肽链都在一个平面上，为后续学习蛋白质结构的多样性埋下了隐患。而且在整个教学活动中氨基和羧基的结构都没有体现出来，所以学生往往对氨基酸的脱水缩合过程中一些常见的问题并没有真正清楚：氨基脱去了什么，羧基脱去了什么，脱去的水分子中的H原子和O原子分别来自什么；为什么脱去的水分子数=形成的肽键数=氨基酸的数目-肽链的条数，肽键的化学结构是怎样表示的；为什么一条肽链至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基。那么怎样解决这些问题呢？笔者让学生按同桌单位先把前面做好的两个氨基酸的立体结构连起来，然后一整排学生再把所有的氨基酸连起来形成多肽链。学生在连的时候教师可以在一旁指导：氨基脱去了H原子，因此把H原子折进去；羧基脱去了一个羟基，因此可以把羟基折进去；然后把折进去的两部分用回形针别起来，正好是一个水分子。（参考附图2）剩下的部分正好连成一个肽键。连好以后再让学生自己讨论前面的问题，并上讲台演示。还可以再让学生上黑板自己写出氨基酸的脱水缩合过程。

三、蛋白质结构多样性的模型构建

蛋白质结构的多样性是本节内容的又一个难点。在以往的教学中教师往往让学生在课本上找出来，然后归纳成四点：（1）氨基酸的数目不同；（2）氨基酸的种类不同；（3）氨基酸的排列顺序不同；（4）肽链的数目和盘曲折叠方式及其形成的空间结构不同。学生在不理解的情况下死记硬背下来，这样不仅增加了学生的负担，而且让学生对生物的学习失去兴趣。针对这样的情况，笔者一开始讲氨基酸的立体结构的时候就把学生分为六组：第一、二组学生的氨基酸R基相同，两组的学生人数不同（氨基酸数目不同）；第三、四组学生的氨基酸R基不同，两组学生的人数相同（氨基酸的种类不同）；第五、六组学生的氨基酸的R基是随机发的，两组学生人数相同（氨基酸的排列顺序相同）。上一个环节中已经让学生把一大组的氨基酸都连接起来了，因此在这个环节中，只需要让一二组的学生各派一个代表上台，比较他们两组的多肽链，说出两者的区别，然后一起归纳出氨基酸数目的不同导致形成的多肽连不同，其他几组也用同样的方法归纳出第（2）（3）点（参考附图3）。最后让各组学生都起立拖起自己组的多肽链盘曲，折叠成不同的空间结构。

本节课，笔者紧扣“模型构建”展开，先是分组让学生自己组装氨基酸的模型，强调氨基酸的立体结构，然后让学生动手模拟氨基酸的脱水缩合过程，最后让学生两两对比连好的多肽链及以不同的方式盘曲折叠多肽链，让学生自己归纳出蛋白质多样性的原因。层层铺垫，环环紧扣，一气呵成，轻而易举地突破了本课的难点，真正实现了新课程标准提倡学生“能自主学习、合作学习”的学习理念。

附图1：氨基酸的立体结构模型。

附图2：

附图3：氨基酸的数目不同模型。

附图5：氨基酸的排列顺序不同模型。