摘要本文以“分泌蛋白的合成和运输”一节为例，分析了在指导高中生参加全国高中生物学学科竞赛过程中，如何培养和提升参加竞赛学生的科学思维品质。
关键词全国竞赛生物学学科科学思维培养
全国高中生物学学科竞赛是面向高中生的五大学科竞赛之一。纵观近年来的生物学联赛，发现学科竞赛试题中对科学思维能力的考查要求越来越高[1]。科学思维是指通过运用比较、分析、概括、综合、推理和判断等方法来探讨生命现象及规律，提高思维的深刻性、严谨性和广阔性等[2]。本文以“分泌蛋白的合成和运输”一节为例，分析了在竞赛辅导学习中，如何培养高中学生的科学思维，提升学生的学科核心素养。
1对照高中新旧教材的相关表述、分析相关问题，培养学生科学思维的深刻性
思维的深刻性是一切思维品质的基础。当基础知识形成后，需要创设真实的问题情境，通过教师连续追问让学生的思维外显，使学生的认识更深刻、思维品质得到提升[2]。
例如，“分泌蛋白的合成和运输”一节的表述，在人教版高中生物学教材2019年版与2007年版中有所不同。引导学生对比阅读相关内容，提出问题:①分泌蛋白合成的最初场所在哪里?据此推测，3H标记的亮氨酸在标记的0—3min应该在哪里?②分泌蛋白合成的后续过程是怎样的?新教材和老教材的表述是否一致?引导学生得出分泌蛋白合成的最初场所是细胞质中游离的核糖体，结合教材中同位素标记的实验，让学生领悟到3H标记的亮氨酸在0—3min时游离在细胞质中，作为原料在游离的核糖体合成多肽。经过对比阅读后，学生可得出分泌蛋白后续依次经过内质网、高尔基体，然后以囊泡转运到细胞膜、分泌到细胞外。进一步提出问题:分泌蛋白在游离核糖体合成一段多肽后，如何被识别并能转运到粗面内质网上?进而点燃学生思维的火花。
相关期刊推荐：《高校生物学教学研究(电子版)》季刊，国内外公开发行。本刊宗旨：关注教学改革，宣传和推广教改成果，展示和传播优秀教学资源，促进高校生物学教学实践、人才培养和国际交流，服务高校生物学教学工作。设有：专题论坛、教改纵横、实践教学、教学管理、教材视点、学生园地、资源之窗、信息快报、国际视野、风采等栏目。
再以丁孝明等编著的《细胞生物学》第5版为参考教材，引导学生阅读参考教材第100—103页中“信号假说与蛋白质分选”一节相关内容。提出问题串:①什么是信号识别颗粒?位于哪个部位，生理作用是什么?②什么是信号识别颗粒受体?位于哪个部位，生理作用是什么?学生小组讨论后得出，信号识别颗粒(signalrecognitionparticle，SRP)是位于细胞质基质中、与游离核糖体合成的一段新生肽N端的信号序列结合、使这段新生肽合成终止、由RNA和蛋白质构成的一个核糖核蛋白复合物。信号识别颗粒受体(又称:停泊蛋白，dockingprotein，DP)是位于内质网膜上，能与SRP结合使被中止的这段新生肽的合成过程得以继续的蛋白复合物。通过上述师生互动、生生互动，让学生理解了分泌蛋白如何从游离的核糖体转运到粗面内质网上。继续展示分泌蛋白合成的示意图[3](参考教材图)，引导学生概括具体的合成过程，形成完整的知识体系。结合示意图，引导学生概括、理顺知识:①分泌蛋白合成起始于游离的核糖体;②起始合成一段多肽链含信号序列，可与细胞质基质中的信号识别颗粒“SRP”结合，导致分泌蛋白的翻译过程被暂时中止;③内质网膜上的信号识别颗粒受体“DP”与“SRP”结合。使被中止的分泌蛋白的合成过程得以继续;④内质网膜上的移位子，使多肽链进入内质网腔内，其N段的信号序列被切除，完成分泌蛋白的合成。
教师引导学科竞赛生在学习相关竞赛知识时，应以高中的基础知识为起点，结合大学教材内容和相关示意图，通过设置问题串，引发学生的深度思考，再引导学生概括这个复杂的生理过程，培养学生思维的深刻性。2综合、推理相关实验结论，养成学生科学思维的严谨性《普通高中生物学课程标准(2017年版)》指出，科学思维需要尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度。严谨性是学生养成科学思维所必备的思维习惯。科学家为了探究上述细胞内蛋白质的转运机制，花费了20多年的时间，严谨地设计了一系列实验，逐步揭示出其生理过程[3]。综合上述分析，引导学生得出分泌蛋白合成的关键组分是4个:核糖体、“SRP”、“DP”、内质网(非细胞体系中是微粒体)。如何在体外无细胞系统中证实各个组分在分泌蛋白的合成中的作用?引导学生分组探讨，设计实验(表1)。表中“+”表示含有该成分，“-”表示不含有该成分。引导学生思考、推理实验结果A、B、C和D分别是什么，并解释原因。
参考答案:A是合成含信号序列的完整的多肽链，B是只合成70—100个氨基酸残基的多肽，C是合成含信号肽完整的多肽，D是信号序列切除，多肽链进入微粒体。
巧用分泌蛋白合成和运输过程的实验探究过程，创设相应情境，引导学生体验科学探究的方法和探究精神。唤醒学生“言必有据”的科学意识，养成学生科学思维的严谨性。
3分析、判断相关生物学联赛试题，提升学生科学思维的广阔性
思维的广阔性是指思维的广度，从不同的方面去思考问题，从不同的角度去分析问题，避免出现对问题本质认识的片面性和狭隘性[2]。
分泌蛋白形成过程及相关知识，在近年的生物学联赛试题中多次出现。如2017年第26题和2018年第8题以及2020年(B卷)第21题。笔者归类相似试题，引导学生在不同题目情境下思考，提高科学思维的广阔性。现以2020年第21题为例进行分析。
例:下列有关蛋白质合成和分选的论述中，正确的是:(单选)A.胶原蛋白在粗面内质网上合成，进入内质网腔后进行羟基化修饰，形成三股螺旋，并切除N-端和C端之后经高尔基体分泌到细胞外，然后组装成胶原纤维B.线粒体膜上的跨膜蛋白是在细胞质基质中合成之后转运并组装到膜上的C.所有进入细胞核的蛋白质都具有核定位序列D.跨质膜的蛋白所带的糖基大多在细胞外解析:
A选项错误，胶原蛋白的合成和大多数分泌蛋白合成和修饰类似，每一条胶原肽链以前α链的形式在粗面内质网结合的核糖体上合成，前α链含有内质网信号肽，N端和C端含有前肽序列。前α链在内质网腔后信号肽被切除，脯氨酸、赖氨酸被羟基化，自装配为三股螺旋的原胶原分子，通过高尔基体分泌到细胞外后才被切除N端和C端的前肽。
B选项错误，线粒体内膜上存在内膜蛋白Oxa1，该蛋白是由线粒体基因组编码，在线粒体基质核糖体上合成的[3]。
C选项错误，有些小分子的蛋白质本身并没有信号序列，它们通过与其他有信号序列的成分结合，一起通过核孔复合体主动运输到核内。
D选项正确。本题以胶原蛋白、线粒体膜蛋白、细胞核内的蛋白质和跨膜蛋白等不同类型蛋白质的具体形成过程为情境，考查学生对该过程全面的理解。2018年的试题则以分泌蛋白抗体的产生过程、重组质粒的表达、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳等相关知识为背景，考查学生通过不同角度分析、解决问题。这些试题的训练，都有助于提升学科竞赛生广阔性的科学思维品质。——论文作者：肖逸群
