为了更好地满足读者对优秀期刊文章的需求，本刊微信公众号择优推送当期文章，持续推送，敬请关注!
本刊2025年第3期刊发的《科研情境转化的“蛋白质是生命活动的主要承担者”教学设计》一文，通过对相关研究背景材料的梳理，铺设层层问题，引导学生完成进阶型学习任务，从而突破“蛋白质是生命活动的主要承担者”一节的学习重、难点，发展学生的核心素养。本期荐读。
科研情境转化的“蛋白质是生命活动的主要承担者”教学设计
马小年 （北京学校）
“绿色荧光蛋白的发现和改造”相关研究生动体现了荧光蛋白的结构与功能相统一的特点。基于高一学生的学情，教师通过对相关研究背景材料的梳理，铺设层层问题，引导学生完成进阶型学习任务，从而突破“蛋白质是生命活动的主要承担者”一节的学习重、难点，发展学生的核心素养。
荧光蛋白 氨基酸 功能多样性 大情境
“蛋白质是生命活动的承担者”是人教版高中生物学教材必修 1《分子与细胞》第 2 章第 4 节的内容，上承“组成细胞的分子”，下启“细胞结构、物质运输、酶、基因表达”等内容，依托于《普通高中生物学课程标准（2017 年版 2020 年修订）》“分子与细胞”模块的内容要求大概念 1“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”，重要概念 1.1“细胞由多种多样的分子组成，包括水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质和核酸等，其中蛋白质和核酸是两类最重要的生物大分子”，以及次位概念 1.1.6“阐明蛋白质通常由 20 种氨基酸分子组成，它的功能取决于氨基酸序列及其形成的空间结构，细胞的功能主要由蛋白质完成”。教材从蛋白质的多种功能切入，引导学生提出“蛋白质如何承担如此多样的功能”的问题，从而引出蛋白质的基本单位和结构多样性。教材中涉及胶原蛋白等教学情境，有助于学生结合生活实际进行思考，然而情境相对单薄，不足以支撑蛋白质主题的教学主线。教师有必要开发生动的教学大情境，通过关键问题的设计驱动学生的深入探究。
1 学情分析
学生经过初中的学习以及生活经验，已经对蛋白质有所了解，但相关知识浅显、零散；本节课相关的基团等化学背景知识与高中有机化学的学习进度不匹配，学生难以理解和掌握氨基酸的结构式和脱水缩合过程，使其成为该主题的教学难点; 同时，高一学生思维线性化，空间想象能力略显不足，结构与功能相适应的观念尚未建立。因此，本节课通过引入科学家借助荧光蛋白研究荣获诺贝尔奖的科研情境，加深学生对蛋白质结构与功能相统一的直观认识，通过模型构建、情境解读提升学生的科学思维，体会生命科学领域研究的精彩纷呈。
2 学习目标及教学重、难点
1）通过资料分析，说出蛋白质的功能特点，理解其功能实现与多样结构的关联。
2）比较不同氨基酸的结构，描述氨基酸的结构特点，阐述脱水缩合过程，发展归纳与概括的科学思维。
3）通过分析科研史料，理解荧光蛋白功能的开发离不开科学家对氨基酸序列和蛋白质空间结构的改造，发展观察与提问、交流与讨论的科学探究素养。
4）能够阐明蛋白质是生命活动的主要承担者，认同蛋白质与人体营养和健康的密切关系，体会生命科学研究对社会发展的推动作用。
阐述氨基酸的结构特点和形成蛋白质的过程，体会蛋白质的功能多样性和结构多样性的关联。
3 教学过程
通过层层铺设关键问题，引导学生在解决问题的过程中达成素养导向的学习目标。
教师展示维多利亚多管发光水母（Aequoreavictoria）的图片，讲述日本科学家 Osamu Shimomura（1928—2018）对绿色荧光蛋白锲而不舍地提取和鉴定等相关史实。
提问：绿色荧光蛋白的存在对维多利亚多管发光水母的生存有什么意义？学生欣赏图片，倾听科学家探索之路。尝试说出水母中绿色荧光蛋白的重要作用：帮助水母进行防御、狩猎、辨别方向等，初步感知蛋白质承担了水母重要的生命活动。
评价：能否说出蛋白质对于生命体的重要作用。
教师展示绿色荧光蛋白的折叠“桶装”结构。学生观察结构，总结出绿色荧光蛋白的结构特点：折叠“桶装”结构，内部有发色基团；体会蛋白质巧妙复杂的空间结构与其发出绿色荧光的功能相适应。
评价：能否说出绿色荧光蛋白的空间结构特点如何与其发光功能相适应。
教师“拆解”大分子绿色荧光蛋白的结构：“拉伸”绿色荧光蛋白，得到一条由 238 个单体构成的肽链；“剪断”238 个单体之间连接的化学键，得到单体氨基酸。提供蛋白质干馏实验资料：将蛋白质进行干馏实验，结果产生 NH3、H2O、烃类有机物，产生黑色固体并能燃烧产生 CO2 等，提问：氨基酸的元素组成是什么？提供多种氨基酸结构并展示其结构模型，提问：氨基酸的结构有什么共同特点？氨基酸这一名称与其分子结构有怎样的对应关系？演示氨基酸脱水缩合的动画等。
学生辨认大分子是由多个小分子单体通过化学键连接而成，绿色荧光蛋白的小分子单体称为氨基酸；结合实验结果，推测出蛋白质的组成元素有 C、H、O、N；归纳氨基酸的结构特点：中心碳原子上均连接有-NH2、-COOH、-H。完成课上练习：辨认几种化合物是否属于氨基酸，总结氨基酸结构不同的原因；观察动画演示，阐述氨基酸脱水缩合形成肽链的过程。
评价：能否准确识别氨基酸，能否准确阐述氨基酸的结构特点和脱水缩合的过程，评估练习正确率。
教师展示肽链的结构模型（图 1），提问：肽链的基本骨架是什么？
学生结合氨基酸的结构和教师展示的模型，说出碳链是肽链的基本骨架。
评价：能否准确阐述基本骨架。
教师讲述氢键、二硫键的形成原理，提问：肽链如何形成蛋白质？展示科学家 MartinChalfie（1947—）的研究成果。提出绿色荧光蛋白的使用局限性，提问：如何实现荧光的颜色改造？结合学生的猜测，提供科学家对荧光颜色和稳定性改造的相关史实资料（图 2）：插入一个非天然氨基酸，发出金色荧光；将发色团中的 66 号酪氨酸替换为组氨酸或者色氨酸，可发出蓝光或青光；将 203号苏氨酸替换为酪氨酸，可以发黄光；提供脑彩虹图片和科学家基于荧光蛋白的发现和研究荣获 2008 年诺贝尔奖的资料。
学生回答：肽链通盘曲折叠形成具有空间结构的蛋白质；感受科学探索的艰辛过程，感知科学成果的喜悦；猜测：通过改变氨基酸的序列及蛋白质的空间结构可使荧光蛋白发出不同颜色的荧光；结合教师提供的史实资料，验证自己猜想；通过脑彩虹的绚烂图片，感知科学研究的魅力。
评价：能否构建蛋白质功能（荧光颜色）的改变和结构（氨基酸序列和蛋白质空间结构）变化之间的关联。
教师展示生物体内蛋白质的多种样态：肌肉、酶、胰岛素、血红蛋白、抗体等。学生举例说出蛋白质功能：结构物质、催化、调节、运输、免疫等。
评价：能否准确举例、说出功能。
教师提供镰刀状红细胞的相关图片。学生结合图片，科学表述病因：氨基酸的替换导致排列顺序发生改变，从而血红蛋白的空间结构发生变化，导致红细胞形态变化、运输氧的能力极大降低。
评价：能否表述单个氨基酸的变化导致血红蛋白结构异常，进而造成红细胞形态异常、运输氧功能降低。
4 教学反思
在 2008 年诺贝尔奖“绿色荧光蛋白的发现和改造”的研究背景中，荧光蛋白的氨基酸序列改变和空间结构改造导致其发出颜色各异的荧光，是生动的、充满趣味的学习素材。本设计通过对该材料进行改编，注重大情境在教学过程中的渗透。针对学生在学习氨基酸的结构和氨基酸如何形成蛋白质过程中面临的困难，教师创设活动引导学生层层递进、解决真实问题，构建相关概念，领略科学家的求知精神和风采，增强学习使命感，体会科学发展的推动作用。
本次推送仅节选了文章部分内容，全文阅读详见本刊2025年第3期。欢迎订购！