馬薩諸塞州劍橋市 7 月的一個(gè)多云下午，麻省理工學(xué)院埃哲頓中心的講師阿曼達(dá)·梅耶爾正在使用顏色鮮艷的塑料制造蛋白質(zhì)。她拿了一個(gè)黃色的小方塊，把它移到一串藍(lán)色和綠色方塊的末端，點(diǎn)擊它就位。“恭喜，”她對(duì)引導(dǎo)她把手放在 Zoom 上的四名高中生說(shuō)。“你們都成了合成生物學(xué)家。”

該小組一起組裝了一個(gè)在他們的食物和身體中發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜分子的模型。“我曾經(jīng)認(rèn)為蛋白質(zhì)只是一回事，”一位名叫法蒂瑪?shù)母咧猩f(shuō)，她在家里擺著同樣的積木。“現(xiàn)在我知道我吃的東西含有大量的氨基酸。”

Mayer 是為全國(guó)乃至全世界的學(xué)校教師制作模型和課程計(jì)劃的兩位生物學(xué)家之一：細(xì)胞如何利用 DNA 制造蛋白質(zhì)。她和麻省理工學(xué)院埃哲頓中心顧問(wèn)兼麻省理工學(xué)院環(huán)境健康科學(xué)中心社區(qū)外展教育和參與核心主任凱西·范迪夫 (Kathy Vandiver) 在完成博士學(xué)位后發(fā)現(xiàn)了他們對(duì)與學(xué)童分享生物學(xué)的熱愛(ài)

Vandiver 在 2005 年加入麻省理工學(xué)院之前，曾在中學(xué)科學(xué)教了 16 年，在她的整個(gè)職業(yè)生涯中都創(chuàng)造了課堂模型。2008 年，Mayer 加入了她的 Edgerton 中心，幫助她完善模型隨附的課程和活動(dòng)手冊(cè)。兩人使用他們的套裝來(lái)教學(xué)生和學(xué)校教師，以及護(hù)士和生物技術(shù)專家。“這是為了幫助其他人更多地了解生物學(xué)，并使其更容易獲得，”范迪弗說(shuō)。

創(chuàng)造生活：從藍(lán)圖到積木

在學(xué)校，學(xué)生們了解到 DNA 決定了他們從父母那里繼承的特征，比如眼睛的顏色。這是因?yàn)?DNA 包含制造蛋白質(zhì)的指令，而蛋白質(zhì)又構(gòu)成了我們的細(xì)胞。Vandiver 說(shuō)，盡管蛋白質(zhì)合成是每位生物老師都必須教的一課，但蛋白質(zhì)并不總是得到應(yīng)有的關(guān)注。“DNA 是魅力分子——它隨處可見(jiàn)，”她說(shuō)。“但 DNA 只是存儲(chǔ)構(gòu)建蛋白質(zhì)的指令。它們?cè)诩?xì)胞中完成所有工作。”

Vandiver 認(rèn)為，如果學(xué)生要掌握蛋白質(zhì)合成等棘手的過(guò)程，他們需要的不僅僅是科學(xué)課堂中常見(jiàn)的標(biāo)記圖表。她說(shuō)，觸覺(jué)決策是一種比看圖表甚至觀看視頻更具吸引力的學(xué)習(xí)方法。“當(dāng)你看到一個(gè)細(xì)胞做不同的事情時(shí)，你仍然可以調(diào)出來(lái)。但在這里，你必須做出決定。”

由于學(xué)生可以邊做邊學(xué)，他們也不會(huì)被掌握詞匯的壓力所阻礙，這是生物課堂上的典型障礙。這些模型適用于各個(gè)級(jí)別：六年級(jí)學(xué)生可以簡(jiǎn)單地將它們用作積木，而年齡較大的學(xué)生可以使用巧妙的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)來(lái)學(xué)習(xí)更高級(jí)別的概念，例如方向性和粘合強(qiáng)度。

Vandiver 和 Mayer 小心翼翼地將盡可能多的思考融入模型附帶的課程中。為了使蛋白質(zhì)發(fā)揮作用，其構(gòu)建塊必須以正確的順序串在一起。Vandiver 說(shuō)，教授蛋白質(zhì)合成的標(biāo)準(zhǔn)課堂策略是按時(shí)間順序排列的，其中存儲(chǔ)在 DNA 中的信息首先轉(zhuǎn)移到另一種稱為 RNA 的分子，然后最后轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)。

“但這對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)太混亂了。他們正在經(jīng)歷這么多步驟，但他們不知道自己在做什么，”她解釋道。多年來(lái)，當(dāng) Vandiver 和 Mayer 在麻省理工學(xué)院博物館教數(shù)千名不同年齡的學(xué)生時(shí)，他們觀察到，如果學(xué)生們已經(jīng)知道最終產(chǎn)品的樣子，他們就會(huì)更好地學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)合成。因此，在他們的課程中，學(xué)生們從一個(gè)完成的蛋白質(zhì)開(kāi)始，其中包含特定的氨基酸序列。然后他們從頭開(kāi)始，學(xué)習(xí)并按照身體的步驟將這些部分放在一起。

與教師合作

全年，Mayer 和 Vandiver 在馬薩諸塞州、德克薩斯州和亞利桑那州為教師舉辦講習(xí)班，培訓(xùn)他們?nèi)绾问褂眠@些工具包。在贈(zèng)款的幫助下，他們向波士頓的 30 所公立高中分發(fā)了套裝，供教師在課堂上使用。

Mayer 說(shuō)，使用這些工具包后，教師對(duì)材料的理解會(huì)更好——并且對(duì)教學(xué)更有信心。“教老師真是太棒了，”她說(shuō)。“想想他們有生之年要教的所有學(xué)生，以及他們將通過(guò)讓學(xué)生對(duì)這樣做感到興奮來(lái)創(chuàng)造多少生物學(xué)家。”

DNA 試劑盒也在其他國(guó)家/地區(qū)使用：Vandiver在、、中國(guó)、新加坡、柬埔寨和墨西哥培訓(xùn)了教師。當(dāng)中心偶爾接待來(lái)自國(guó)外的學(xué)生時(shí)，Mayer 和 Vandiver 會(huì)為他們舉辦研討會(huì)。

他們還與當(dāng)?shù)貙W(xué)生合作。在過(guò)去的五個(gè)夏天，麻省理工學(xué)院的生物學(xué)系與 LEAH Knox 學(xué)者計(jì)劃合作，接待來(lái)自科學(xué)領(lǐng)域代表性不足的社區(qū)的有才華的高中生。每年，埃哲頓中心都會(huì)通過(guò)為學(xué)生提供分子生物學(xué)速成課程來(lái)啟動(dòng)該計(jì)劃。“通過(guò) DNA 試劑盒，我實(shí)際上感覺(jué)自己以某種方式進(jìn)入了細(xì)胞內(nèi)，”參加其中一個(gè)研討會(huì)的高中生 Breetika Maharjan 說(shuō)。“這不像一本枯燥乏味的高中課本，只有文字。”

展望未來(lái)

Mayer 和 Vandiver 說(shuō)他們還有很多事情要做。自 2014 年以來(lái)，他們一直從新加坡進(jìn)口套件的零件，并在志愿者的幫助下在劍橋組裝;這使他們能夠以成本價(jià)向教育者提供工具包。他們?cè)诼飞嫌幸惶仔碌娜旧w，他們不斷地為新的觀眾設(shè)計(jì)課程，比如護(hù)士，他們可能很快就會(huì)用 DNA 量身定制的治療計(jì)劃來(lái)照顧病人。

“在人們完成我們的課程并玩弄這個(gè)之后，我們從他們那里得到的第一條評(píng)論是，“哦，哇，如果我有這個(gè)，我可能會(huì)喜歡生物學(xué)。我什至可能已經(jīng)成為一名生物學(xué)研究人員，'”梅耶說(shuō)。

Vandiver 認(rèn)為這些工具包是成功的，因?yàn)樗鼈凅w現(xiàn)了 Doc Edgerton 關(guān)于教學(xué)的令人難忘的座右銘：“教育的訣竅，”她引用道，“是不要讓他們知道他們正在學(xué)習(xí)任何東西，直到為時(shí)已晚。”

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