畢可雷

摘 要 以實(shí)驗(yàn)探究為主要策略的概念教學(xué)中，探究的過(guò)程就是學(xué)生思維展開(kāi)、問(wèn)題解決的過(guò)程，也是概念形成的過(guò)程。在科學(xué)探究體驗(yàn)活動(dòng)中，讓學(xué)生理解和掌握“科學(xué)探究”的內(nèi)容和思想方法的同時(shí)，進(jìn)一步嘗試著解釋現(xiàn)實(shí)生活中的相關(guān)生物學(xué)問(wèn)題。利用蛋白質(zhì)電泳技術(shù)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)蛋白質(zhì)種類(lèi)多樣性理解。

關(guān)鍵詞 科學(xué)探究 現(xiàn)代生物技術(shù) 蛋白質(zhì)種類(lèi)檢測(cè) 蛋白質(zhì)電泳

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》中倡導(dǎo)的探究性學(xué)習(xí)理念，主要有兩方面的含義：一方面，在科學(xué)探究體驗(yàn)活動(dòng)中，讓學(xué)生理解和掌握“科學(xué)探究”的內(nèi)容和思想方法；另一方面，通過(guò)已經(jīng)具備的科學(xué)探究能力，進(jìn)一步嘗試解釋生物學(xué)科的一些現(xiàn)象、規(guī)律以及現(xiàn)實(shí)生活中的相關(guān)生物學(xué)問(wèn)題。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，是高中生物學(xué)中一個(gè)非常重要的概念。人們每天都要攝入一定量的蛋白質(zhì)，合理搭配食物才能保證身體健康；恰當(dāng)運(yùn)用生物理論或?qū)嶒?yàn)技術(shù)可以更好地指導(dǎo)日常飲食。下面以檢測(cè)豆?jié){和牛奶中蛋白質(zhì)的種類(lèi)為例，通過(guò)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究課程，有效激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，提高自主學(xué)習(xí)的積極性。

1 學(xué)情分析

人教版教材高中生物必修一主要圍繞著分子與細(xì)胞展開(kāi)學(xué)習(xí)。第一章生物大分子，蛋白質(zhì)種類(lèi)多樣性的原因晦澀難懂，主要原因是學(xué)生對(duì)蛋白質(zhì)種類(lèi)多樣性沒(méi)有直觀的認(rèn)識(shí)。蛋白質(zhì)種類(lèi)多樣性是如何體現(xiàn)的？留心生活，會(huì)發(fā)現(xiàn)：豆?jié){和牛奶中就含有很豐富的蛋白質(zhì)，而且它們的蛋白質(zhì)含量相差不多，基本上都是3 g/100 mL；但是這兩種飲品不能互相替代，是因?yàn)楹械牡鞍踪|(zhì)種類(lèi)不一樣。由此，本研究的主題和生活緊密聯(lián)系。

教師提問(wèn)：用什么樣的方法才能直觀地看到蛋白質(zhì)種類(lèi)的差異？這就需要利用現(xiàn)代生物技術(shù)——蛋白質(zhì)電泳來(lái)幫助學(xué)生理解。蛋白質(zhì)電泳原理簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)材料隨處可得、實(shí)驗(yàn)技能易于掌握，因此很適合在高中課堂上普遍開(kāi)展。此實(shí)驗(yàn)不但可以加深學(xué)生對(duì)蛋白質(zhì)種類(lèi)多樣性的理解，還可以提高學(xué)生動(dòng)手操作能力；另外，對(duì)他們養(yǎng)成合理飲食習(xí)慣也有教育意義。

2 教學(xué)過(guò)程

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

蛋白質(zhì)種類(lèi)的多樣性主要是由蛋白質(zhì)所含的氨基酸的種類(lèi)、數(shù)目、排列方式以及多肽鏈的折疊盤(pán)繞方式?jīng)Q定的。教師給學(xué)生展示2個(gè)熟悉的蛋白質(zhì)氨基酸序列（每一個(gè)氨基酸都用一個(gè)英文字母的簡(jiǎn)寫(xiě)形式代替），如下：

胰島素氨基酸序列：

過(guò)氧化氫酶氨基酸序列：

教師引導(dǎo)學(xué)生觀察比較這兩個(gè)蛋白質(zhì)的氨基酸序列，找出它們?cè)谖锢硇再|(zhì)上的差別。教師同時(shí)給出一個(gè)氨基酸性質(zhì)的表格啟發(fā)學(xué)生（表1）。

通過(guò)小組討論，學(xué)生不難得出結(jié)論：① 不同種類(lèi)的蛋白質(zhì)分子量可能是不同的；② 不同蛋白質(zhì)所帶的電荷數(shù)也應(yīng)該有差異，因?yàn)槊總€(gè)氨基酸的等電點(diǎn)有差別。根據(jù)這些性質(zhì)的差別，可以用不同的電泳方法來(lái)區(qū)分蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)電泳是分離、鑒定不同種類(lèi)的蛋白質(zhì)的一種現(xiàn)代生物技術(shù)手段，分為兩類(lèi)：① 非變性蛋白質(zhì)電泳，又稱(chēng)為native蛋白質(zhì)電泳，是根據(jù)蛋白質(zhì)的電荷差異將蛋白質(zhì)進(jìn)行區(qū)分；② 變性蛋白質(zhì)電泳，利用去污劑SDS破壞蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)使之變性并且使蛋白質(zhì)帶上等量的負(fù)電荷，然后根據(jù)蛋白質(zhì)分子量的差異來(lái)將蛋白質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，是一種更為普遍使用的技術(shù)方法。本實(shí)驗(yàn)主要是根據(jù)分子量的不同來(lái)區(qū)分蛋白質(zhì)，即變性蛋白質(zhì)電泳。

2.2 材料與方法

2.2.1 實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)器具：移液器、蛋白質(zhì)電泳儀、蛋白質(zhì)電泳槽、電泳膠、EP管。

實(shí)驗(yàn)材料：樣品（牛奶及豆?jié){）、上樣液、電泳緩沖液、染色液。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1） 取樣：

移液器是分子生物學(xué)研究中最常用的儀器。教師首先讓學(xué)生觀察移液器的構(gòu)造并小組討論探究其使用方法，然后給學(xué)生演示如何準(zhǔn)確吸取10 μL的樣品，主要包括調(diào)節(jié)量程、吸液體、排液體等步驟。

（2） 制樣：

取好的樣品要與等體積的上樣液混合，上樣液的主要成分包括甘油、SDS變性劑、考馬斯亮藍(lán)染料。上樣液的作用有：SDS變性劑可以破壞蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)，并且包裹在蛋白質(zhì)表面，使蛋白質(zhì)帶等量的負(fù)電荷；上樣液中含有的考馬斯亮藍(lán)染料可以在電泳中起到指示劑的作用。二者混合好之后樣品就制備好了。

（3） 上樣：

吸取上述混合樣品10 μL加入到電泳膠的點(diǎn)樣孔中。此操作要求手要穩(wěn)、排液體要慢。學(xué)生一邊操作，一邊觀察現(xiàn)象。

（4） 電泳：

上樣完成后插好電源就可以開(kāi)始電泳了。學(xué)生觀察電泳的現(xiàn)象會(huì)發(fā)現(xiàn)電泳膠上出現(xiàn)藍(lán)色條帶，并且有向前端移動(dòng)的現(xiàn)象。

3 結(jié)果討論

在外加電場(chǎng)以及足夠的電泳緩沖液的條件下，處在電泳膠點(diǎn)樣孔中的蛋白質(zhì)因其帶等量的負(fù)電荷，會(huì)從陰極向陽(yáng)極移動(dòng)。蛋白質(zhì)電泳類(lèi)似于“魚(yú)網(wǎng)捕魚(yú)”。電泳膠相當(dāng)于一張魚(yú)網(wǎng)，而不同種類(lèi)的蛋白質(zhì)相當(dāng)于不同大小的魚(yú)；當(dāng)在外加電場(chǎng)的作用下，分子量小的蛋白質(zhì)在電泳膠中移動(dòng)的速度快，而處于電泳膠的前端；分子量大的蛋白質(zhì)移動(dòng)速度慢，位于電泳膠的后端，電泳結(jié)束后利用染色液經(jīng)過(guò)微波爐加熱2 min染色，再用清水加熱20 min脫色就可以在電泳膠上看到處在不同位置的藍(lán)色的條帶，如圖1所示。學(xué)生仔細(xì)觀察比較牛奶和豆?jié){樣品中蛋白質(zhì)條帶的差異，教師利用表2啟發(fā)學(xué)生思路。從圖1中，學(xué)生可以非常直觀地觀察到不同樣品中蛋白質(zhì)條帶的數(shù)目、粗細(xì)以及位置，這些信息也相應(yīng)的代表了蛋白質(zhì)種類(lèi)、含量以及不同種蛋白質(zhì)的分子量。

4 學(xué)生評(píng)價(jià)

學(xué)生通過(guò)思考、實(shí)踐、討論、分析，學(xué)會(huì)了借助現(xiàn)代生物技術(shù)手段，理解蛋白質(zhì)種類(lèi)多樣性，而且通過(guò)比較豆?jié){和牛奶中蛋白質(zhì)種類(lèi)的差異，也意識(shí)到合理膳食、均衡搭配對(duì)于身體健康的重要性。整個(gè)探究活動(dòng)有知識(shí)、有方法、有生活、有境界。

5 教學(xué)反思

科學(xué)探究是由美國(guó)著名教育家布魯納提出的，核心思想是要求學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，能像科學(xué)家發(fā)現(xiàn)真理那樣，通過(guò)自己的探索和學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)事物變化的因果關(guān)系，形成概念，獲得真理。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在課堂教學(xué)中教師要做到以學(xué)生為本，貼近學(xué)生生活，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，構(gòu)建學(xué)生主動(dòng)參與、師生共同探究、共同發(fā)展的有效策略。另外，教師要不斷學(xué)習(xí)新理論，掌握新技術(shù)，將課本知識(shí)與實(shí)際生活、現(xiàn)代生物技術(shù)相結(jié)合，讓學(xué)生學(xué)以致用，用生物技術(shù)架起理論知識(shí)與學(xué)生生活之間的橋梁。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚國(guó)平.優(yōu)化概念教學(xué)策略 提高概念教學(xué)實(shí)效[J].生物學(xué)教學(xué)，2016，8-9.

[2] 劉恩山.在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)主動(dòng)探究學(xué)習(xí)與凸顯重要概念傳遞的對(duì)接[J].生物學(xué)通報(bào)，2012，33-37.