高中生物學(xué)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(yīng)該是怎樣的？例1：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)在必修一中是教學(xué)的重難點(diǎn)，具體講了啥，會考啥，稍有點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)的老師都心知肚明。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)對于學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)工程具有極其重要的意義。學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)該建立的一個(gè)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(jié)構(gòu)。主鏈基團(tuán)的規(guī)則排列可以形成氫鍵，側(cè)鏈基團(tuán)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(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，現(xiàn)在谷歌的Alpha-Fold基本上可以做到這一點(diǎn)了。當(dāng)然，這件事也可以反過來搞，人們有時(shí)候會想得到某種特定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)（比如藥物設(shè)計(jì)中，科學(xué)家經(jīng)常已經(jīng)知道藥物作用的位點(diǎn)，藥物與位點(diǎn)是結(jié)構(gòu)上互補(bǔ)的，了解了作用位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，藥物的空間結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。我們的教學(xué)局限于讓學(xué)生記住蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)能決定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。這樣的課堂，太泛泛而談了，學(xué)生根本不知道它學(xué)習(xí)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(gè)點(diǎn)基本都會要求學(xué)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(xué)角度分析，但是說的并不清楚。實(shí)際上，細(xì)胞呼吸的過程給出了這個(gè)問題的答案。在細(xì)胞呼吸過程中，反應(yīng)底物中的氫元素將在有氧呼吸的第三階段與氧氣結(jié)合生成水，并釋放大量能量。因此，反應(yīng)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(qiáng)調(diào)了脂肪中的氫較多，實(shí)際上脂肪中碳的比例也比糖類要多。大學(xué)里面，我們學(xué)過碳的氧化并不是直接與氧氣結(jié)合，而是加水脫氫（沒錯(cuò)，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(jié)構(gòu)認(rèn)識的不足影響人們對于DNA是遺傳物質(zhì)的認(rèn)識我們的教材不喜歡講科學(xué)家曾經(jīng)犯過的錯(cuò)誤，比如對核酸結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，人們經(jīng)過了三代科學(xué)家，幾十年的努力，到了列文時(shí)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(shù)以及分析材料較少的限制，列文認(rèn)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(xiàn)有多大了），于是他提出了四核苷酸假說（也就是教材中那個(gè)對DNA結(jié)構(gòu)認(rèn)識不足的“認(rèn)識”）：四種脫氧核苷酸各取一個(gè)形成一個(gè)四核苷酸單元，然后這種四核苷酸單元不斷重復(fù)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(dāng)時(shí)列文是核酸結(jié)構(gòu)研究的權(quán)威，他的權(quán)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(zhuǎn)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(gè)實(shí)驗(yàn)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(rèn)可。例4：誘導(dǎo)多能干細(xì)胞具有全能性這算是個(gè)教材制造出來的混亂了，但是教材編者在培訓(xùn)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(dǎo)多能干細(xì)胞的時(shí)候，雖然iPS細(xì)胞名字中帶有“多能”的字眼，但是iPS可以像胚胎干細(xì)胞那樣發(fā)育成一個(gè)完整個(gè)體。不過，如果把全能性和多能性都說成全能性，有些人又認(rèn)為造血干細(xì)胞是多能干細(xì)胞，所以造血干細(xì)胞增殖分化為各種血細(xì)胞體現(xiàn)了全能性；他們堅(jiān)持這一觀點(diǎn)的另一理由是，教材把這個(gè)內(nèi)容放在了“細(xì)胞的全能性”這個(gè)大標(biāo)題之下，所以理應(yīng)反映了細(xì)胞的全能性。實(shí)際上全能性分為五個(gè)層次，分別為：totipotency（全能性），pluripotency（多能性），multipotency（造血干細(xì)胞屬于這個(gè)層次），oligopotency和unipotency（后面三個(gè)不會翻譯）。當(dāng)然multipotency這個(gè)詞，很容易被按照字面意思解釋為多能性，這可能也是導(dǎo)致誤解的原因所在。例5：動物細(xì)胞融合已成為研究細(xì)胞遺傳……的重要手段從我個(gè)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(xì)胞融合時(shí)，會發(fā)生染色體的隨機(jī)丟失（正是由于染色體會丟失失去相應(yīng)的基因，所以雜交瘤細(xì)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(jìn)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(xì)胞遺傳研究確實(shí)是有意義的。另外，如果隨機(jī)丟失某一染色體之后，相應(yīng)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(xué)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(xì)胞注入去核卵母細(xì)胞教材中有個(gè)圖，配的文字是：將供體細(xì)胞注入去核卵母細(xì)胞。但是，外面那層白白的又是什么呢？顯然不是卵細(xì)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(gè)細(xì)胞融合，顯然，這里是把供