通过玩蛋白质学习生物学

马萨诸塞州剑桥市 7 月的一个多云下午，麻省理工学院埃哲顿中心的讲师阿曼达·梅耶尔正在使用颜色鲜艳的塑料制造蛋白质。她拿了一个黄色的小方块，把它移到一串蓝色和绿色方块的末端，点击它就位。“恭喜，”她对引导她把手放在 Zoom 上的四名高中生说。“你们都成了合成生物学家。”

该小组一起组装了一个在他们的食物和身体中发现的复杂分子的模型。“我曾经认为蛋白质只是一回事，”一位名叫法蒂玛的高中生说，她在家里摆着同样的积木。“现在我知道我吃的东西含有大量的氨基酸。”

Mayer 是为全国乃至全世界的学校教师制作模型和课程计划的两位生物学家之一：细胞如何利用 DNA 制造蛋白质。她和麻省理工学院埃哲顿中心顾问兼麻省理工学院环境健康科学中心社区外展教育和参与核心主任凯西·范迪夫 (Kathy Vandiver) 在完成博士学位后发现了他们对与学童分享生物学的热爱

Vandiver 在 2005 年加入麻省理工学院之前，曾在中学科学教了 16 年，在她的整个职业生涯中都创造了课堂模型。2008 年，Mayer 加入了她的 Edgerton 中心，帮助她完善模型随附的课程和活动手册。两人使用他们的套装来教学生和学校教师，以及护士和生物技术专家。“这是为了帮助其他人更多地了解生物学，并使其更容易获得，”范迪弗说。

创造生活：从蓝图到积木

在学校，学生们了解到 DNA 决定了他们从父母那里继承的特征，比如眼睛的颜色。这是因为 DNA 包含制造蛋白质的指令，而蛋白质又构成了我们的细胞。Vandiver 说，尽管蛋白质合成是每位生物老师都必须教的一课，但蛋白质并不总是得到应有的关注。“DNA 是魅力分子——它随处可见，”她说。“但 DNA 只是存储构建蛋白质的指令。它们在细胞中完成所有工作。”

Vandiver 认为，如果学生要掌握蛋白质合成等棘手的过程，他们需要的不仅仅是科学课堂中常见的标记图表。她说，触觉决策是一种比看图表甚至观看视频更具吸引力的学习方法。“当你看到一个细胞做不同的事情时，你仍然可以调出来。但在这里，你必须做出决定。”

由于学生可以边做边学，他们也不会被掌握词汇的压力所阻碍，这是生物课堂上的典型障碍。这些模型适用于各个级别：六年级学生可以简单地将它们用作积木，而年龄较大的学生可以使用巧妙的设计细节来学习更高级别的概念，例如方向性和粘合强度。

Vandiver 和 Mayer 小心翼翼地将尽可能多的思考融入模型附带的课程中。为了使蛋白质发挥作用，其构建块必须以正确的顺序串在一起。Vandiver 说，教授蛋白质合成的标准课堂策略是按时间顺序排列的，其中存储在 DNA 中的信息首先转移到另一种称为 RNA 的分子，然后最后转移到蛋白质。

“但这对学生来说太混乱了。他们正在经历这么多步骤，但他们不知道自己在做什么，”她解释道。多年来，当 Vandiver 和 Mayer 在麻省理工学院博物馆教数千名不同年龄的学生时，他们观察到，如果学生们已经知道最终产品的样子，他们就会更好地学习蛋白质合成。因此，在他们的课程中，学生们从一个完成的蛋白质开始，其中包含特定的氨基酸序列。然后他们从头开始，学习并按照身体的步骤将这些部分放在一起。

与教师合作

全年，Mayer 和 Vandiver 在马萨诸塞州、德克萨斯州和亚利桑那州为教师举办讲习班，培训他们如何使用这些工具包。在赠款的帮助下，他们向波士顿的 30 所公立高中分发了套装，供教师在课堂上使用。

Mayer 说，使用这些工具包后，教师对材料的理解会更好——并且对教学更有信心。“教老师真是太棒了，”她说。“想想他们有生之年要教的所有学生，以及他们将通过让学生对这样做感到兴奋来创造多少生物学家。”

DNA 试剂盒也在其他国家/地区使用：Vandiver在、、中国、新加坡、柬埔寨和墨西哥培训了教师。当中心偶尔接待来自国外的学生时，Mayer 和 Vandiver 会为他们举办研讨会。

他们还与当地学生合作。在过去的五个夏天，麻省理工学院的生物学系与 LEAH Knox 学者计划合作，接待来自科学领域代表性不足的社区的有才华的高中生。每年，埃哲顿中心都会通过为学生提供分子生物学速成课程来启动该计划。“通过 DNA 试剂盒，我实际上感觉自己以某种方式进入了细胞内，”参加其中一个研讨会的高中生 Breetika Maharjan 说。“这不像一本枯燥乏味的高中课本，只有文字。”

展望未来

Mayer 和 Vandiver 说他们还有很多事情要做。自 2014 年以来，他们一直从新加坡进口套件的零件，并在志愿者的帮助下在剑桥组装;这使他们能够以成本价向教育者提供工具包。他们在路上有一套新的染色体，他们不断地为新的观众设计课程，比如护士，他们可能很快就会用 DNA 量身定制的治疗计划来照顾病人。

“在人们完成我们的课程并玩弄这个之后，我们从他们那里得到的第一条评论是，“哦，哇，如果我有这个，我可能会喜欢生物学。我什至可能已经成为一名生物学研究人员，'”梅耶说。

Vandiver 认为这些工具包是成功的，因为它们体现了 Doc Edgerton 关于教学的令人难忘的座右铭：“教育的诀窍，”她引用道，“是不要让他们知道他们正在学习任何东西，直到为时已晚。”

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