积木模型在“蛋白质的结构及其多样性”教学中的应用

熊孝尊

(四川省成都市新都区升庵中学 610500)

“蛋白质的结构及其多样性”是人教版高中生物学教材必修1第2章第2节“蛋白质——生命活动的主要承担者”的重难点。很多教师运用模型构建法来进行教学，如“彩色卡纸法”“人体自身教具法”和“连锁法”[1]等。塑料积木具有色彩鲜艳、形态多样、拆卸方便和不易损坏等特点，是生物学教学制作教具的理想材料。塑料积木经过简单改造，可弥补其他模型的缺陷，使之更贴合教学实际，极大地提高生物学教学效率。本文以“蛋白质的结构及其多样性”一节为例，以塑料积木模型为载体，阐述组织学生开展模型构建的方法与过程。

1 塑料积木自制教具的过程

1.1 制作材料 塑料积木、直径1.5 cm的圆形小磁铁(图1)。

图1 塑料积木蛋白质结构(含二硫键)模型

1.2 制作方法 根据实际需要，在一些积木头部的凹槽里嵌入磁铁。

1.3 主要功能 本教具应用于“蛋白质的结构及其多样性”的教学，可帮助学生掌握：①氨基酸的结构；②氨基酸形成蛋白质的过程；③蛋白质结构多样性的原因；④蛋白质中氨基酸数、肽链条数、肽键数、脱水数、游离的氨基数与羧基数和相对分子质量减少量等数量关系等知识。

1.4 教具特点 该教具的特点：①外形形象、色彩鲜艳、可爱轻巧和拆装方便；②制作材料常见易得、方法简单、节约时间、节省空间和全员参与；③成本低廉、可重复使用。

2 积木模型在教学中应用

2.1 观察类比 学生阅读氨基酸的结构通式，并与积木教具进行对比。尝试描述积木与氨基酸结构的对应关系。积木与氨基酸通式的结构十分相似，学生很容易总结出如下结论：积木的躯干代表中心碳原子、头部代表R基、左手代表氨基(羧基)、右手代表羧基(氨基)和下肢代表氢基。不同积木颜色不同，即R基决定氨基酸的种类。两个积木的左手右手交叉组合，可以类比脱水缩合过程(图1)。

2.2 分组合作 教师给每个小组提供一个工具袋，内装30个积木(其中有若干个积木头部的凹槽里含有磁铁)，一张白纸，学生任选若干个积木模拟氨基酸形成蛋白质的过程，并在白纸上标明所用氨基酸的数目和肽链的条数。不到五分钟，所有小组都完成蛋白质模型的构建。但是，学生会简单认为盘曲折叠就是肽链的不规则弯曲,现行的高中生物学教材要求学生能阐明蛋白质的空间结构，会解释蛋白质结构多样性的原因。盘曲折叠是形成蛋白质空间结构的重要过程，盘曲折叠方式的不同，也是导致蛋白质结构多样性的原因之一。而教材只在插图中呈现了肽链盘曲折叠的形态，学生通过观察难以想象蛋白质空间结构形成的过程，对于盘曲折叠的方式不同也没有直观的认识。

二硫键参与蛋白质一级结构的形成，也是形成高级结构的共价键。习题中通常以二硫键的形成展示肽链盘曲折叠的方式。因此，有必要以二硫键的形成为例，带领学生探索盘曲折叠的具体过程。教师展示结晶牛胰岛素的结构简图(内含二硫键)(图2)，描述二硫键的形成过程：两个—SH脱去氢，连接在一起形成二硫键(—S—S—)，二硫键可以在肽链内部形成，也可以在肽链之间形成。设问：二硫键的形成涉及到氨基酸的哪部分结构？学生在认真观察后，就不难答出：-SH存在于氨基酸的R基中，因此氨基酸的R基之间可以形成二硫键。教师提示积木头部内的磁铁代表R基中的-SH，指导学生调整肽链盘曲折叠的方式(图1)。

2.3 组间交流 学生分组互相观察并指出有无连接错误，及时改正。学生通过组间对比，发现各小组的蛋白质结构均不同。教师引导学生总结蛋白质的结构具有多样性及其原因，并强调蛋白质的结构是由控制其合成的遗传物质决定的，同种蛋白质的结构具有特异性，强化学生学习生物学时的辩证思维，并为必修2“基因指导蛋白质合成”的学习打下基础。

图2 结晶牛胰岛素的结构简图

2.4 列表归纳 各小组观察各自构建的蛋白质模型，找出其中的数量关系，并列表归纳。各小组找出的数量关系不尽相同，通过归纳总结法，汇总得出各种数量关系。如在氨基酸形成蛋白质的过程中，相对分子质量减少量=18×脱水数。根据二硫键的形成过程，有学生指出：相对分子质量减少量=18×脱水数+2×二硫键数。期间，有学生提出问题：一条肽链两端的氨基和羧基是否可以脱水缩合。教师赞赏仔细观察、善于思考的学生，并给予肯定的回答。顺势提出环肽的概念，并引导学生适度拓展，重新归纳环肽中各种数量的对应关系是否发生变化？有什么样的变化？

3 总结与反思

蛋白质的空间结构包括：一级结构、二级结构和三级结构，有些甚至还有四级结构。课后还可安排学生以“蛋白质的空间结构”为题，撰写学习报告。利用自习课进行小组交流，拓展学生对蛋白质空间结构的认识，锻炼学生收集信息、解决问题的能力，提高写作水平和语言表达能力，培养学生研究生物学的兴趣。