“蛋白质相关计算”教学优化记录

（汕头市潮阳区河溪中学 广东汕头 515100）

新人教版高中生物学教科书《必修1·分子与细胞》第二章第四节“蛋白质是生命活动的主要承担者”一课在要求学生掌握蛋白质的结构和功能的过程中形成基本的生命观念，同时在对蛋白质结构的深层次学习方面进一步引导学生探究蛋白质相关计算的问题，培养学生的科学思维和科学探究能力。这个过程既是对蛋白质知识的系统化认知，更是对学生的动手能力和探究能力的一种考验。在“蛋白质相关计算”的教学过程中，笔者先在一个班级中采用普遍的教学方式，结合教材中脱水缩合的模型图，引导学生间接或直接得出蛋白质相关计算的公式。教学后，发现这个知识点过于抽象、复杂，学生通过“看”模型图去总结归纳出蛋白质的相关计算，只是在跟随老师的教学思路去被动的学，最终对相关计算难题依旧未能解决。有鉴于此，笔者对“蛋白质相关计算”的教学思路进行优化，利用组合法、分割法、切割法对氨基酸分子模型进行优化重构，引导学生在动手实践中，主动探究“蛋白质相关计算”的分析思路。现将教学优化记录如下。

1 运用“组合法”，理解脱水缩合的有关计算

初次教学：结合教材图2-10氨基酸脱水缩合示意图，并借助幻灯片演示脱水缩合的过程，企图让学生在观看“一个氨基酸分子的羧基（-COOH）和另一个氨基酸分子的氨基（-NH2）相连接，同时脱去一分子水”的演示动画时，理解脱水缩合的定义，并发现“肽键数=脱水数=氨基酸数-肽链数”的规律。很明显，这是非常传统的教学方法。学生只“看”不“做”，属于被动接受知识，未能从本质上去理解脱水缩合的过程。这个教学方式缺乏对学生科学思维和科学探究能力的培养，不符合新课程标准的要求。

优化教学：教师结合模型构建法，在氨基酸脱水缩合示意图的基础上，设计学生动手实践、自主探究的环节。通过创设活动情境，学生使用笔、纸、剪刀、胶水的简单工具，动手制作氨基酸分子模型：用笔在卡纸上分别画出1号、2号、3号单元模型（图1）。1号模型左侧（-NH）剪成舌状，设计成卡舌，右侧（-CO）设计卡口，卡口沿虚线折叠，背面用胶水粘住，这样卡舌可以插入卡口进行对接；2号单元模型设计卡口；3号单元模型设计卡舌。1号、2号、3号单元模型构成一套单元模型，其卡口和卡舌对接，可以组合成一个氨基酸分子模型。教师要求学生制作出10套单元模型。

图1 学生画出的1号、2号、3号单元模型

学生先将1号、2号、3号单元模型的卡口和卡舌进行连接，组合出图2所示的1号组合模型，即氨基酸的通式。学生在制作和组合1号组合模型的过程中，一边动手实践，一边自主思考，对氨基酸通式进行再次学习，进一步归纳总结氨基酸的特点：“至少含有一个氨基和一个羧基，并且连接在同一个碳原子上。”

图2 学生制作的1号组合模型

接着，学生利用2个或2个以上的1号组合模型动手模拟脱水缩合的过程、构建如图3所示的2号组合模型。因此，学生从而理解脱水缩合的定义：一个氨基酸分子的羧基（-COOH）和另一个氨基酸分子的氨基（-NH2）相连接，并脱去一分子的水。并推导出：1条多肽的肽键数=脱水数=氨基酸数-1。

图3 学生制作的2号组合模型

然后，学生使用不同数目的1号组合模型模拟不同数目氨基酸脱水缩合得到不同长度的多肽（2号组合模型），并引入“有的蛋白质是由一条或多条肽链构成的具有一定空间构象的有机物”。由此，教师引导学生推导：蛋白质分子的肽键数=脱水数=氨基酸数-肽链数

教师提出拓展问题：以上构建的多肽模型都是直链状的，还有一种多肽首尾的羧基和氨基相互连接，形成环状多肽。你能利用2号组合模型模拟环状多肽的形成吗？学生利用2号组合模型模拟环状多肽首尾的羧基和氨基脱水缩合相互连接的过程，从而得到如图4所示的3号组合模型。通过对环状多肽进行分析，学生从中推导出：环状多肽的肽键数=脱水数=氨基酸数。

图4 学生制作的3号组合模型（环状多肽）

教学反思：教师设计问题情境，引导学生制作单元模型，组装出多肽的组合模型，模拟了氨基酸脱水缩合形成多肽的过程。学生在动手实践中，不断进行思考，在自主探究中推导出公式：直链多肽：肽键数=脱水数=氨基酸数-肽链数；环状多肽：肽键数=脱水数=氨基酸数。教师最后可以进行归纳总结，进一步引导学生将两个公式合并为一个通用公式：肽键数=脱水数=氨基酸数-直链肽链数。

2 运用“分割法”，推导基团类、原子类的有关计算

初次教学：基团类计算是指羧基数和氨基酸的计算；原子类计算是指N原子数和O原子数的计算。在初次教学中，笔者通过幻灯片展示多肽的分子式，引导学生比较对多个多肽分子进行比较，找出相应规律，从而总结归纳出基团类和原子类的计算公式。但在课后，发现：学生对这几个公式理解很不到位，不少学生甚至不求甚解，死记硬背公式。很明显，初次教学的方式是失败的，缺乏引导学生自主思考、探究学习的过程，导致学生未能身临其境，从实践中去体验公式的推导过程，导致理论与运用严重脱节。

优化教学：教师结合2号组合模型，引导学生对多肽的结构特点进行再次学习，并将2号组合模型分割为首尾、中间、R基，如图5中的虚线框所示。

图5 2号组合模型分割示意

教师引导学生对首尾、中间、R基的特点进行总结，将多肽链的分析归纳为“三看”（“三看”多肽）。并由此可知：凡是基团类和原子类计算，都可以采用通用计算公式“首尾+中间+R基”进行推导计算（表1）。

表1 “三看”多肽和公式推导

教学反思：在优化教学中，学生通过深入理解2号组合模型，将多肽分割为首尾、中间、R基，学生从深层次去理解多肽的特点，并通过氨基数、羧基数、N原子数、O原子数的公式推导过程，在动手实践中感受学习的乐趣，在探究学习中感受成功的喜悦。

3 运用“切除法”，分析蛋白质相对分子质量的有关计算

初次教学：在教学设计中，笔者预想是通过3个氨基酸的脱水缩合，脱去2个水分子的动画课件，引导学生理解3个氨基酸总的相对分子质量，减去脱去的2个水分子的相对分子质量，从而得到蛋白质的相对分子质量。虽然这个动画演示可以让学生理解蛋白质相对分子质量的计算方法，但学生在学习过程中缺乏自主思考和自主探究，只是在全盘接收教师强塞过来的知识，未能充分体现生物学学科核心素养的要求。

优化教学：课后，笔者反复思考，尝试创设实践环节，让学生使用1号、2号、3号单元模型模拟蛋白质的合成过程，并通过对组合模型使用“切除法”，逐渐理解蛋白质相对分子质量的计算。

学生使用1号、2号、3号单元模型，模拟若干个氨基酸的脱水缩合过程，假设氨基酸的平均相对分子质量为128，思考以下问题：

（1）某蛋白质由1条肽链，2个氨基酸构成，求蛋白质的相对分子质量。

①学生将1号、2号、3号单元模型，组装出2个氨基酸（1号组合模型），记录下两个氨基酸总的相对分子质量：128×2。

②学生利用2个1号组合模型，演示2个氨基酸的脱水缩合的形成二肽的过程。通过切除一个氨基酸的氨基（-NH2）中的“-H”，切除另一个氨基酸的羧基（-COOH）中的“-OH”。再将两个氨基酸残基进行组装，形成肽键，并脱去1分子水，其过程可参考如图6所示的4号组合模型。记录下蛋白质减少水分子的相对分子质量：18×1。

图6 4号组合模型

③学生在演示脱水缩合的过程中，通过切除“-H”和“-OH”，可以思路清晰的理解蛋白质的相对分子质量：128×2-18×1=238。

（2）某蛋白质由2条肽链构成，其中1条有2个氨基酸，1条有3个氨基酸，求蛋白质的相对分子质量。

①学生在问题（1）的基础上，再组装3个1号组合模型，并记录下5个氨基酸的相对分子质量：128×5。

②学生利用3个1号组合模型，演示3个氨基酸脱水缩合，脱去2分子水的过程，同理，通过对3个1号组合模型进行切除处理，记录下3个氨基酸脱去水分子的相对分子质量：18×2。

③综合2个问题，学生在自主思考中，理解5个氨基酸形成2条肽链，脱去3个水分子，从而最终计算出蛋白质的相对分子质量：128×5-18×3=586。

（3）通过模型构建，学生在组装模型和切除氨基的“-H”和羧基的“-OH”过程中，经过归纳总结，推导出蛋白质相对分子质量=氨基酸平均相对分子质量×氨基酸数-18×脱水数。

4 结语

初次教学中，学生通过“看”教师教知识，从学习行为分析，学生是在被动接受知识，其学习过程中缺乏对知识的吸收和转化过程，未能将知识化为己用。在优化教学中，笔者通过分析学生的学习者特征，结合模型构建法，通过“组合-分割-切除”三种重构方法，对氨基酸分子模型进行分析重构。学生一方面可以提高动手能力，另一方面可以培养探究学习能力。对比两种教学模式，教师采用后者教学时，学生可以多动手、多思考，教师也可以减少教的繁琐。这样学生才能快乐学，教师才能轻松教。因此，教师需要在每一节课的课后，勤于思考、善于总结，记录下每一节课的优点和缺点，及时对教学过程进行不断的改进和优化，从而做到淬炼每一节课，取其精华，去其糟粕，用心去教好每一节课。