把蛋白质当乐高，高中生变身“合成生物学家”

麻省理工学院埃哲顿中心的讲师阿曼达·梅耶（Amanda Mayer）正在使用色彩鲜艳的塑料来制造蛋白质。她拿起一个黄色的小方块，把它移到一串蓝色和绿色的方块的末端，然后按一下它的位置。“恭喜你，”她对四名高中生说。“你们都成了合成生物学家。”

这个小组已经组装了一个在它们的食物和身体中发现的复杂分子的模型。“我过去认为蛋白质只是一种东西，”一个名叫法蒂玛的高中生说，她在家里也有同样的积木。“现在我知道我吃的东西含有很多很多氨基酸。”

梅尔是两位正在制作模型和教学计划的生物学家之一，这些模型和教学计划被全国乃至全世界的学校教师用来教授他们的学生生物学中最基本的概念之一：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、麻省理工学院环境健康科学中心社区外联教育与参与中心主任凯西·范迪福(Kathy Vandiver)在完成博士学位后发现，他们都喜欢与学生分享生物学。

在2005年加入麻省理工学院之前，Vandiver在中学教了16年的科学，在她的职业生涯中创造了课堂模型。2008年，Mayer和她一起在埃哲顿中心(Edgerton Center)工作，帮助她完善模特们的课程和活动手册。这对搭档用他们的设备来教学生和教师，以及护士和生物技术专家。Vandiver说:“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。”

创造生命:从蓝图到积木

在学校里，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包含了制造蛋白质的指令，而蛋白质又构成了我们的细胞。Vandiver说，即使蛋白质合成是每个生物老师必须教的一课，蛋白质并不总是得到他们应得的关注。她说:“DNA是一种魅力分子，但DNA只是储存了构建蛋白质的指令。蛋白质在细胞里做所有的工作。”

Vandiver认为，如果学生想要掌握像蛋白质合成这样复杂的过程，他们需要的不仅仅是在科学课堂上常见的带标签的图表。她说，触觉决策是一种比看图表、甚至看视频更吸引人的学习方法。“当你看到一个细胞做不同的事情时，你仍然可以忽略它。但在这里，你必须做出决定。”

由于学生可以边做边学（动手），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。这些模型适用于不同层次的学生:六年级的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层次的概念，如方向性和粘合强度。

Vandiver和Mayer小心翼翼地把尽可能多的思想放在伴随模型的教训。一个蛋白质要完成它的工作，它的组成部分必须按正确的顺序串连在一起。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，即储存在DNA中的信息首先转移到另一种叫做RNA的分子上，然后最后转移到蛋白质上。

“但这让学生们很困惑。他们经历了这么多步骤，却不知道自己在做什么，”她解释道。多年来，Vandiver和Mayer在麻省理工学院博物馆教了数千个不同年龄的学生，他们观察到，如果学生已经知道最终产物是什么样子的，他们就能更好地学习蛋白质合成。因此，在他们的课程中，学生们从一种含有特定氨基酸序列的成品蛋白质开始。然后他们从零开始，学习并遵循身体的步骤将这些碎片组合在一起。

与老师合作

全年，Mayer和Vandiver为马萨诸塞州、德克萨斯州和亚利桑那州的教师举办研讨会，培训他们如何使用这些工具包。在一笔拨款的帮助下，他们向波士顿的30所公立高中分发了一套教材，供教师在课堂上使用。

Mayer说，在使用这套教材后，教师对教材的理解更好了，也对教学更有信心。“教老师真是太棒了，”她说。“想想他们在一生中会教多少学生，通过让学生对此感到兴奋，他们会创造多少生物学家。”

其他国家也在使用DNA试剂盒:Vandiver已经在意大利、印度、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，他们会为他们举办研讨会。

他们也与当地学生合作。在过去的五个夏天里，麻省理工学院的生物系一直与LEAH Knox Scholars项目合作，接待来自科学领域代表性不足社区的有才华的高中生。每年，埃哲顿中心都会为学生们提供一门分子生物学速成课程。“有了DNA试剂盒，我真的感觉自己在某种程度上进入了细胞，”参加了其中一个研讨会的高三学生布里蒂卡·马哈詹说。“它不像一本只有单词的无聊高中教科书。”

展望未来

Mayer和Vandiver说他们还有很多事情要做。自2014年以来，他们从新加坡进口配件，在志愿者的帮助下在剑桥郡组装。这使得他们可以按成本价向教育工作者提供这些工具包。他们有一套新的染色体正在进行中，他们不断地为新的受众设计课程，比如护士，他们可能很快就会用量身定制的DNA治疗计划来照顾病人。

“我们从人们那里得到的第一个评论是，‘哦，哇，如果我有这个，我可能会喜欢生物学。我甚至可能会成为一名生物研究员。”

Vandiver相信这套工具包是成功的，因为它们体现了Edgerton博士关于教学的令人难忘的格言:“教育的诀窍，就是不让他们知道他们在学习，直到为时已晚。”