高中生物学备课素材：碎片化的知识

如何避免知识的碎片化碎片化的知识是什么样子的？组织良好的知识又应该是怎样的？例1：蛋白质的结构与蛋白质工程蛋白质的结构在必修一中是教学的重难点，具体讲了啥，会考啥，稍有点经验的老师都心知肚明。蛋白质的结构对于学习蛋白质工程具有极其重要的意义。学习蛋白质的结构，应该建立的一个重要思想就是：多肽链中氨基酸的排列顺序决定了蛋白质的空间结构。主链基团的规则排列可以形成氢键，侧链基团的相互作用使得多肽链发生“折叠”或“盘曲”。只要明确了多肽链中氨基酸的排列顺序，在算力足够的情况下，就可以对最终的空间结构进行计算，现在谷歌的Alpha-Fold基本上可以做到这一点了。当然，这件事也可以反过来搞，人们有时候会想得到某种特定结构的蛋白质（比如药物设计中，科学家经常已经知道药物作用的位点，药物与位点是结构上互补的，了解了作用位点的结构，药物的空间结构就可以大致推测出来），就可以根据大数据和AI去推测什么样的氨基酸序列可以形成我们想要的空间结构。我们的教学局限于让学生记住蛋白质的一级结构以及蛋白质结构具有多样性的原因，但是很少见到课堂上提及蛋白质的一级结构能决定蛋白质的空间结构。这样的课堂，太泛泛而谈了，学生根本不知道它学习这些能干什么。例2：脂质（脂肪）中氢的含量更高与脂肪是良好的储能物质这两个点基本都会要求学生记住。但是它们之间有什么联系呢？也见过有人从纯化学角度分析，但是说的并不清楚。实际上，细胞呼吸的过程给出了这个问题的答案。在细胞呼吸过程中，反应底物中的氢元素将在有氧呼吸的第三阶段与氧气结合生成水，并释放大量能量。因此，反应底物中的氢越多，彻底氧化分解释放的能量就越多。这就是脂肪中富含氢元素，因此氧化分解释放能量比糖类更多的原因所在。教材中只强调了脂肪中的氢较多，实际上脂肪中碳的比例也比糖类要多。大学里面，我们学过碳的氧化并不是直接与氧气结合，而是加水脱氢（没错，这里说的就是有氧呼吸的第二阶段，丙酮酸的氧化就是加水脱氢），因此碳的比例越高，加水脱氢产生的“氢”也就越多，这样参与第三阶段释放的能量也就越多。例3：对DNA结构认识的不足影响人们对于DNA是遗传物质的认识我们的教材不喜欢讲科学家曾经犯过的错误，比如对核酸结构的认识，人们经过了三代科学家，几十年的努力，到了列文时代，才意识到核酸是核苷酸的多聚体。但是由于早期分析技术以及分析材料较少的限制，列文认为天然DNA中四种核苷酸的数量相等（这里你大概就可以窥见查戈夫的贡献有多大了），于是他提出了四核苷酸假说（也就是教材中那个对DNA结构认识不足的“认识”）：四种脱氧核苷酸各取一个形成一个四核苷酸单元，然后这种四核苷酸单元不断重复形成长链。显然，四核苷酸假说中的DNA无法储存足够丰富的遗传信息，考虑到当时列文是核酸结构研究的权威，他的权威几乎是不容置疑的，甚至在艾弗里1944年的论文中，他还引用了列文的四核苷酸假说作为支持转化因子是DNA的证据。要说明DNA是遗传物质的问题，不仅仅是通过一两个实验就可以说明的。只有在明确了DNA可以储存足够丰富的遗传信等其它性质之后，DNA作为遗传物质才能得到普遍认可。例4：诱导多能干细胞具有全能性这算是个教材制造出来的混乱了，但是教材编者在培训中也提到了，他们把全能性和多能性都叫做全能性。因此，选择性必修三讲诱导多能干细胞的时候，虽然iPS细胞名字中带有“多能”的字眼，但是iPS可以像胚胎干细胞那样发育成一个完整个体。不过，如果把全能性和多能性都说成全能性，有些人又认为造血干细胞是多能干细胞，所以造血干细胞增殖分化为各种血细胞体现了全能性；他们坚持这一观点的另一理由是，教材把这个内容放在了“细胞的全能性”这个大标题之下，所以理应反映了细胞的全能性。实际上全能性分为五个层次，分别为：totipotency（全能性），pluripotency（多能性），multipotency（造血干细胞属于这个层次），oligopotency和unipotency（后面三个不会翻译）。当然multipotency这个词，很容易被按照字面意思解释为多能性，这可能也是导致误解的原因所在。例5：动物细胞融合已成为研究细胞遗传……的重要手段从我个人的角度来看，我不知道背住这一堆的所谓意义，其意义何在？如果根本就知道这些东西在说什么，即使记住了又有什么意义呢？动物细胞融合时，会发生染色体的随机丢失（正是由于染色体会丢失失去相应的基因，所以杂交瘤细胞可能会丧失合成抗体的能力或者失去无限增殖的能力，需要进行多轮次的克隆化培养和抗体检测），这种染色体丢失对于细胞遗传研究确实是有意义的。另外，如果随机丢失某一染色体之后，相应的性状消失了，这也有助于我们将控制这一性状的基因定位到缺失的染色体上。但是如果学生对这些一无所知，记住那句话的目的又是什么呢？例6：将供体细胞注入去核卵母细胞教材中有个图，配的文字是：将供体细胞注入去核卵母细胞。但是，外面那层白白的又是什么呢？显然不是卵细胞膜，而更像是透明带。再考虑到后面提到还要用电融合法将两个细胞融合，显然，这里是把供