高中生物學備課素材：碎片化的知識

如何避免知識的碎片化碎片化的知識是什么樣子的？組織良好的知識又應該是怎樣的？例1：蛋白質(zhì)的結構與蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)的結構在必修一中是教學的重難點，具體講了啥，會考啥，稍有點經(jīng)驗的老師都心知肚明。蛋白質(zhì)的結構對于學習蛋白質(zhì)工程具有極其重要的意義。學習蛋白質(zhì)的結構，應該建立的一個重要思想就是：多肽鏈中氨基酸的排列順序決定了蛋白質(zhì)的空間結構。主鏈基團的規(guī)則排列可以形成氫鍵，側鏈基團的相互作用使得多肽鏈發(fā)生“折疊”或“盤曲”。只要明確了多肽鏈中氨基酸的排列順序，在算力足夠的情況下，就可以對最終的空間結構進行計算，現(xiàn)在谷歌的Alpha-Fold基本上可以做到這一點了。當然，這件事也可以反過來搞，人們有時候會想得到某種特定結構的蛋白質(zhì)（比如藥物設計中，科學家經(jīng)常已經(jīng)知道藥物作用的位點，藥物與位點是結構上互補的，了解了作用位點的結構，藥物的空間結構就可以大致推測出來），就可以根據(jù)大數(shù)據(jù)和AI去推測什么樣的氨基酸序列可以形成我們想要的空間結構。我們的教學局限于讓學生記住蛋白質(zhì)的一級結構以及蛋白質(zhì)結構具有多樣性的原因，但是很少見到課堂上提及蛋白質(zhì)的一級結構能決定蛋白質(zhì)的空間結構。這樣的課堂，太泛泛而談了，學生根本不知道它學習這些能干什么。例2：脂質(zhì)（脂肪）中氫的含量更高與脂肪是良好的儲能物質(zhì)這兩個點基本都會要求學生記住。但是它們之間有什么聯(lián)系呢？也見過有人從純化學角度分析，但是說的并不清楚。實際上，細胞呼吸的過程給出了這個問題的答案。在細胞呼吸過程中，反應底物中的氫元素將在有氧呼吸的第三階段與氧氣結合生成水，并釋放大量能量。因此，反應底物中的氫越多，徹底氧化分解釋放的能量就越多。這就是脂肪中富含氫元素，因此氧化分解釋放能量比糖類更多的原因所在。教材中只強調(diào)了脂肪中的氫較多，實際上脂肪中碳的比例也比糖類要多。大學里面，我們學過碳的氧化并不是直接與氧氣結合，而是加水脫氫（沒錯，這里說的就是有氧呼吸的第二階段，丙酮酸的氧化就是加水脫氫），因此碳的比例越高，加水脫氫產(chǎn)生的“氫”也就越多，這樣參與第三階段釋放的能量也就越多。例3：對DNA結構認識的不足影響人們對于DNA是遺傳物質(zhì)的認識我們的教材不喜歡講科學家曾經(jīng)犯過的錯誤，比如對核酸結構的認識，人們經(jīng)過了三代科學家，幾十年的努力，到了列文時代，才意識到核酸是核苷酸的多聚體。但是由于早期分析技術以及分析材料較少的限制，列文認為天然DNA中四種核苷酸的數(shù)量相等（這里你大概就可以窺見查戈夫的貢獻有多大了），于是他提出了四核苷酸假說（也就是教材中那個對DNA結構認識不足的“認識”）：四種脫氧核苷酸各取一個形成一個四核苷酸單元，然后這種四核苷酸單元不斷重復形成長鏈。顯然，四核苷酸假說中的DNA無法儲存足夠豐富的遺傳信息，考慮到當時列文是核酸結構研究的權威，他的權威幾乎是不容置疑的，甚至在艾弗里1944年的論文中，他還引用了列文的四核苷酸假說作為支持轉化因子是DNA的證據(jù)。要說明DNA是遺傳物質(zhì)的問題，不僅僅是通過一兩個實驗就可以說明的。只有在明確了DNA可以儲存足夠豐富的遺傳信等其它性質(zhì)之后，DNA作為遺傳物質(zhì)才能得到普遍認可。例4：誘導多能干細胞具有全能性這算是個教材制造出來的混亂了，但是教材編者在培訓中也提到了，他們把全能性和多能性都叫做全能性。因此，選擇性必修三講誘導多能干細胞的時候，雖然iPS細胞名字中帶有“多能”的字眼，但是iPS可以像胚胎干細胞那樣發(fā)育成一個完整個體。不過，如果把全能性和多能性都說成全能性，有些人又認為造血干細胞是多能干細胞，所以造血干細胞增殖分化為各種血細胞體現(xiàn)了全能性；他們堅持這一觀點的另一理由是，教材把這個內(nèi)容放在了“細胞的全能性”這個大標題之下，所以理應反映了細胞的全能性。實際上全能性分為五個層次，分別為：totipotency（全能性），pluripotency（多能性），multipotency（造血干細胞屬于這個層次），oligopotency和unipotency（后面三個不會翻譯）。當然multipotency這個詞，很容易被按照字面意思解釋為多能性，這可能也是導致誤解的原因所在。例5：動物細胞融合已成為研究細胞遺傳……的重要手段從我個人的角度來看，我不知道背住這一堆的所謂意義，其意義何在？如果根本就知道這些東西在說什么，即使記住了又有什么意義呢？動物細胞融合時，會發(fā)生染色體的隨機丟失（正是由于染色體會丟失失去相應的基因，所以雜交瘤細胞可能會喪失合成抗體的能力或者失去無限增殖的能力，需要進行多輪次的克隆化培養(yǎng)和抗體檢測），這種染色體丟失對于細胞遺傳研究確實是有意義的。另外，如果隨機丟失某一染色體之后，相應的性狀消失了，這也有助于我們將控制這一性狀的基因定位到缺失的染色體上。但是如果學生對這些一無所知，記住那句話的目的又是什么呢？例6：將供體細胞注入去核卵母細胞教材中有個圖，配的文字是：將供體細胞注入去核卵母細胞。但是，外面那層白白的又是什么呢？顯然不是卵細胞膜，而更像是透明帶。再考慮到后面提到還要用電融合法將兩個細胞融合，顯然，這里是把供