巧借LED燈帶演示分泌蛋白的合成和運輸過程

首都師范大學(xué)教師教育學(xué)院(100048) 高 玲 張穎之

生活中LED燈帶常被用于制作各種廣告牌，通過燈光展示廣告牌中的字樣或圖案，如果將其運用到生物教具的制作上來，可以巧妙化動為靜，將原本需要人為操作的過程自動化，使得教具更具有實用性、直觀性和美觀性，更好地為生物學(xué)課程服務(wù)。

2017版《普通高中生物學(xué)課程標準》中，將“細胞各部分結(jié)構(gòu)既分工又合作，共同執(zhí)行細胞的各項生命活動”作為必修模塊1中的大概念“細胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位”下面的重要概念。具體而言，是要求學(xué)生“舉例說明細胞各部分結(jié)構(gòu)之間相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)一致，共同執(zhí)行細胞的各項生命活動”。為此，課程內(nèi)容中安排“分泌蛋白的合成和運輸”這一小節(jié)的內(nèi)容，幫助學(xué)生更好地理解細胞各部分結(jié)構(gòu)之間的密切關(guān)系，但是因其概念抽象、過程動態(tài)復(fù)雜,教學(xué)起來較困難，學(xué)習(xí)效果也不佳，而采用自制教具進行直觀演示能取得較好的教學(xué)效果。以往的教具大多采用鐵絲這類材料來演示分泌蛋白的運輸路徑，這就需要教師全程控制整個過程，本研究運用LED燈帶來展示分泌蛋白在細胞器之間的運輸路徑，教師只需要控制燈帶的開關(guān)便可以清晰地將該路徑展示在學(xué)生面前，體現(xiàn)出細胞各結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，實現(xiàn)生物課堂中技術(shù)和教具模型的緊密結(jié)合。這不僅能夠幫助學(xué)生認識各細胞器之間的聯(lián)系以及統(tǒng)一性，而且為細胞結(jié)構(gòu)膜面積變化的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

1 制作材料及用途

高度為2 cm左右泡沫板(制作各種細胞器)，3條帶有電池盒的LED燈帶(展示分泌蛋白運輸?shù)穆窂?，2個乒乓球(作為包裹著蛋白質(zhì)的囊泡)，多種顏色的膠帶(對細胞器進行美化)，馬克筆，小刀(切割泡沫板)，剪刀，90 cm×90 cm白色紙板(作為底板)。材料與工具示意圖見圖1。

2 制作過程

2.1 細胞器的制作

用馬克筆在泡沫板上繪制出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和線粒體的大體輪廓，保證每個細胞器的大小在20 cm×30 cm左右，用小刀切割下來，得到各個細胞器的模型，如圖2所示。

2.2 分泌蛋白合成和運輸路徑的制作

分泌蛋白的運輸是一個動態(tài)的過程，該教具用LED燈帶里的燈泡來展示蛋白質(zhì)的合成和運輸路徑，實現(xiàn)教具使用的“自動化”過程。要完成這個過程，需要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體模型中挖出一條凹槽，穿過相應(yīng)顏色的燈帶，分別代表內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對多肽鏈進行初步加工的過程和高爾基體對初級成熟的蛋白質(zhì)進一步加工的過程(見圖3)。除此之外，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面粘貼上白色小紙片來代表核糖體，在核糖體附著的地方再穿過一條燈帶，代表著氨基酸在核糖體上進行脫水縮合的過程。挖出的凹槽放置燈帶后，將燈帶與細胞器模型固定，用有色膠帶對細胞器模型進行裝飾，把燈帶置于細胞器模型的內(nèi)部(見圖4)。

2.3 “分泌蛋白合成和運輸?shù)倪^程”模型的組裝

將白色紙板作為底板，用膠帶對紙板的邊界進行裝飾，作為細胞的邊界——細胞膜。隨后，按照一定的位置關(guān)系將制作完成的細胞器模型擺放在底板上，用膠帶粘貼在底板上。接下來，將燈帶的電路穿到底板背部和電池板接通。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的燈帶上，需要套1個乒乓球代表內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽形成的囊泡。在高爾基體與細胞膜之間也需要放置1個乒乓球作為囊泡，體現(xiàn)出分泌蛋白在不同細胞器之間的運輸方式。此外，整個過程還需要線粒體來提供能量，因此，線粒體模型也粘貼在白色底板的適當位置，最后得到完整的教具模型(見圖5)。

3 教具的運用及過程

首先，打開第1個電池板上的控制開關(guān)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)模型表面的白色燈泡亮起，代表氨基酸在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核糖體上進行脫水縮合形成多肽鏈(見圖6)。隨后，打開第2個電池板上的控制開關(guān)，紫色燈帶接通，燈光亮起的線路代表著多肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中進行初步的加工和運輸路徑(見圖7)。隨后，將乒乓球從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)附近沿著燈帶轉(zhuǎn)移到高爾基體附近，代表內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽形成的囊泡將初級成熟的蛋白質(zhì)運輸?shù)礁郀柣w上，囊泡與高爾基體膜融合，釋放初級成熟的蛋白質(zhì)。最后，打開第3個電池板上的控制開關(guān)，藍色燈泡亮起，燈光線路代表著初級成熟的蛋白質(zhì)在高爾基體中進行再加工的過程(見圖8)。隨后，將高爾基體附近的乒乓球沿著燈帶轉(zhuǎn)移到細胞膜附近，代表著成熟的蛋白質(zhì)通過囊泡被運輸?shù)郊毎じ浇遗菖c細胞膜融合，釋放分泌蛋白(見圖9)。

在此過程中，除了要重視各細胞器的分工與細胞器之間的聯(lián)系外，還要突出乒乓球所代表的囊泡在分泌蛋白合成和運輸過程中的運動。囊泡將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)加工的初級成熟的蛋白質(zhì)運輸?shù)礁郀柣w附近，又將高爾基體加工的成熟的蛋白質(zhì)運輸?shù)郊毎じ浇⑴c細胞膜融合。因此，乒乓球位置的變化也反映了細胞結(jié)構(gòu)膜面積的變化，即內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜面積減小，高爾基體膜面積基本不變，細胞膜面積增大。

4 教具的創(chuàng)新點

4.1 教具演示自動化

該教具以LED燈帶中點亮的燈泡作為分泌蛋白的運輸路徑，代替之前教具制作時所用的鐵絲等材料，將原本需要教師手動操作的過程自動化，強化了教具的動態(tài)感，使得教具模型更簡單更清晰的呈現(xiàn)在學(xué)生面前，提高了教具模型的實用性和吸引力，促進教師有效教學(xué)。

4.2 教具模型新穎化

采用LED燈帶為材料的教具模型對于學(xué)生而言較為新穎。該教具不僅展示了分泌蛋白從合成到分泌到細胞外所經(jīng)過的細胞器和相應(yīng)的運輸過程，而且能夠通過乒乓球所代表的囊泡運動體現(xiàn)出細胞結(jié)構(gòu)膜面積的變化。

4.3 教學(xué)成果多樣化

生物學(xué)教師在課堂上向?qū)W生進行該教具的演示，不僅能夠作為視頻等多媒體資源的有力輔助，幫助學(xué)生更好的理解分泌蛋白的相關(guān)內(nèi)容，而且對于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性、促進技術(shù)與科學(xué)相融合、加強生物學(xué)與生活之間的聯(lián)系等方面都有一定程度的啟發(fā)。