通过层层铺设关键问题，引导学生在解决问题的过程中达成素养导向的学习目标。
教师展示维多利亚多管发光水母（Aequorea victoria）的图片，讲述日本科学家 Osamu Shimomura （1928—2018）对绿色荧光蛋白锲而不舍地提取和鉴定等相关史实。
提问：绿色荧光蛋白的存在对维多利亚多管发光水母的生存有什么意义？学生欣赏图片，倾听科学家探索之路。尝试说出水母中绿色荧光蛋白的重要作用：帮助水母进行防御、狩猎、辨别方向等，初步感知蛋白质承担了水母重要的生命活动。
评价：能否说出蛋白质对于生命体的重要作用。
3.2观其形——观察绿色荧光蛋白的形态
教师展示绿色荧光蛋白的折叠“桶装”结构。学生观察结构，总结出绿色荧光蛋白的结构特点：折叠“桶装”结构，内部有发色基团；体会蛋白质巧妙复杂的空间结构与其发出绿色荧光的功能相适应。
评价：能否说出绿色荧光蛋白的空间结构特点如何与其发光功能相适应。
3.3解其构——归纳氨基酸的结构，阐述氨基酸形成多肽的过程教师“拆解”大分子绿色荧光蛋白的结构：“拉伸”绿色荧光蛋白，得到一条由 238 个单体构成的肽链；“剪断”238 个单体之间连接的化学键，得到单体氨基酸。提供蛋白质干馏实验资料：将蛋白质进行干馏实验，结果产生 NH3、H2O、烃类有机物，产生黑色固体并能燃烧产生 CO2 等，提问：氨基酸的元素组成是什么？提供多种氨基酸结构并展示其结构模型，提问：氨基酸的结构有什么共同特点？氨基酸这一名称与其分子结构有怎样的对应关系？演示氨基酸脱水缩合的动画等。
学生辨认大分子是由多个小分子单体通过化学键连接而成，绿色荧光蛋白的小分子单体称为氨基酸；结合实验结果，推测出蛋白质的组成元素有 C、H、O、N；归纳氨基酸的结构特点：中心碳原子上均连接有-NH2、-COOH、-H。完成课上练习：辨认几种化合物是否属于氨基酸，总结氨基酸结构不同的原因；观察动画演示，阐述氨基酸脱水缩合形成肽链的过程。
评价：能否准确识别氨基酸，能否准确阐述氨基酸的结构特点和脱水缩合的过程，评估练习正确率。
教师展示肽链的结构模型，提问：肽链的基本骨架是什么？
学生结合氨基酸的结构和教师展示的模型，说出碳链是肽链的基本骨架。
评价：能否准确阐述基本骨架。
教师讲述氢键、二硫键的形成原理，提问：肽链如何形成蛋白质？展示科学家 Martin Chalfie（1947—）的研究成果。提出绿色荧光蛋白的使用局限性，提问：如何实现荧光的颜色改造？结合学生的猜测，提供科学家对荧光颜色和稳定性改造的相关史实资料（图 2）：插入一个非天然氨基酸，发出金色荧光；将发色团中的 66 号酪氨 酸替换为组氨酸或者色氨酸，可发出蓝光或青光；将 203号苏氨酸替换为酪氨酸，可以发黄光；提供脑彩虹图片和科学家基于荧光蛋白的发现和研究荣获 2008 年诺贝尔奖的资料。
学生回答：肽链通盘曲折叠形成具有空间结构的蛋白质；感受科学探索的艰辛过程，感知科学成果的喜悦；猜测：通过改变氨基酸的序列及蛋白质的空间结构可使荧光蛋白发出不同颜色的荧光；结合教师提供的史实资料，验证自己猜想；通过脑彩虹的绚烂图片，感知科学研究的魅力。
评价：能否构建蛋白质功能（荧光颜色）的改变和结构（氨基酸序列和蛋白质空间结构）变化之间的关联。
教师展示生物体内蛋白质的多种样态：肌肉、酶、胰岛素、血红蛋白、抗体等。学生举例说出蛋白质功能：结构物质、催化、调节、运输、免疫等。
评价：能否准确举例、说出功能。
3.7思其变——理解蛋白质结构异常导致病变
教师提供镰刀状红细胞的相关图片。学生结合图片，科学表述病因：氨基酸的替换导致排列顺序发生改变，从而血红蛋白的空间结构发生变化，导致红细胞形态变化、运输氧的能力极大降低。
评价：能否表述单个氨基酸的变化导致血红蛋白结构异常，进而造成红细胞形态异常、运输氧功能降低。
在 2008 年诺贝尔奖“绿色荧光蛋白的发现和改造”的研究背景中，荧光蛋白的氨基酸序列改变和空间结构改造导致其发出颜色各异的荧光，是生动的、充满趣味的学习素材。本设计通过对该材料进行改编，注重大情境在教学过程中的渗透。针对学生在学习氨基酸的结构和氨基酸如何形成蛋白质过程中面临的困难，教师创设活动引导学生层层递进、解决真实问题，构建相关概念，领略科学家的求知精神和风采，增强学习使命感，体会科学发展的推动作用。
文章来源：马小年.科研情境转化的“蛋白质是生命活动的主要承担者”教学设计[J]. 生物学通报, 2025, 60(3): 45-47