颠覆 biology education 的传统教学逻辑,并扩大规模

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MIT埃杰顿中心已将一套动手分子生物学课程带入伍斯特公立学校的每一间生物课堂;该学区是马萨诸塞州第二大学区。学区购置了55套DNA、RNA、蛋白质和tRNA模型,并培训所有生物教师使用这些模型,将一种先从蛋白质讲起、再进入DNA的教学方法扩大实施。这一改变之所以重要,是因为它旨在让分子生物学教学超越记忆流程,转而建立概念理解。

要点

  • 伍斯特公立学校获得55套由MIT开发的分子生物学建模材料。
  • 推广计划包括教学手册,以及面向生物教师的全学区专业发展培训。
  • 学生先构建蛋白质,再重新学习从DNA到RNA再到蛋白质的路径。
  • 这些材料由Kathy Vandiver与MIT合作者历经约25年开发而成。

这对生物学生和教师意味着什么

对伍斯特的学生而言,分子生物学课程可以从两人一组搭建蛋白质结构开始,而非从抽象的遗传序列讲起。随后,他们可以利用编码这些结构的基因,探索DNA、RNA和蛋白质合成之间如何关联。对教师而言,全学区培训和课堂模型套装意味着,这些材料可在整个体系内使用,而不再局限于个别受训教师。

这一方法旨在帮助学习者理解DNA最终产生什么,以及为何蛋白质结构和功能重要。这些模型具有模块化和可触摸的特点:学生可以搭建并折叠蛋白质,探索疏水和亲水相互作用,模拟蛋白质结构的不同层级,并模拟DNA合成。

为什么要先教蛋白质,再教DNA?

以蛋白质为先的教学顺序让学生在追溯路径前先看到终点。学生先组装和观察蛋白质,随后使用编码他们已搭建蛋白质的基因,回到熟悉的DNA—RNA—蛋白质路径。该课程的前提是,这一顺序能让氨基酸排列、蛋白质功能和基因表达变得更具体。

Kathy Vandiver是埃杰顿中心生命科学项目负责人,也是MIT生物工程系社区外展教育与参与主任;她历经约25年开发这一方法。她认为,学生常把生物学中心法则当作需要记忆的序列来接触,却尚未清楚理解蛋白质及其重要性。

蛋白质在许多生物功能中居于核心地位:它们构建组织、运输氧气、对抗感染,并承担人体大量工作。然而,课堂教学通常在DNA和RNA之后才介绍它们。MIT的材料将蛋白质模型放在课程开端,组件可由学生拆开并重新组装。

伍斯特如何扩大动手生物学教育项目

伍斯特与埃杰顿中心的联系始于David Mangus在马萨诸塞州科学教师协会会议的一场工作坊上接触到这套分子生物学模型。后来,他担任伍斯特公立学校科学课程专家,看到了在全学区实施这些材料的机会。

马萨诸塞州生命科学中心的一笔资助,为55套课堂模型、配套教学手册和专业发展项目提供了资金。每位生物教师都参加了培训工作坊。这种集体准备回应了早期外展工作遇到的障碍:逐一培训教师限制了课程的覆盖范围。

因此,伍斯特的推广把设备与专业学习结合起来。学区并非依赖少数教师各自采用这些材料,而是为一批教育工作者做好准备,使其能够年复一年地在课堂使用这一方法。

从MIT博物馆学习实验室到学区课堂

该课程部分通过MIT博物馆2005年的“学习实验室:细胞”得到完善;这个展廊与课堂空间获得了Arthur Vining Davis Foundation的支持。Vandiver与博物馆工作人员共同开发这一空间和工作坊;Amanda Gruhl Mayer则为工作坊、补充材料的平面设计作出贡献,之后还参与了更高阶课程的研究。

在数年间,Vandiver和Gruhl Mayer在学习实验室教授了1,000多名学生,包括初中、高中和AP生物学小组。他们与不同参与者合作的经验,形成了一种教学形式:学生两人一组使用分子搭建套件,并通过参与式演示扮演复杂的细胞过程,再讨论其背后的科学语言。

埃杰顿中心也正将这些材料带给全国受众。该中心计划于10月在达拉斯举行的全国生物学教师协会会议上展示其分子生物学套件。

常见问题

伍斯特的生物课堂将获得哪些材料?

伍斯特公立学校已购置55套由MIT开发的DNA、RNA、蛋白质和tRNA建模套件。推广计划还包括教学手册,以及面向生物教师的全学区专业发展项目。

以蛋白质为先的课程如何运作?

学生先以两人一组的方式搭建并理解蛋白质结构。随后,他们利用编码已搭建蛋白质结构的基因,重新学习DNA—RNA—蛋白质路径,将基因信息与氨基酸排列及蛋白质功能联系起来。

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