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摘 要： 摘要本文以分泌蛋白的合成和運(yùn)輸一節(jié)為例，分析了在指導(dǎo)高中生參加全國(guó)高中生物學(xué)學(xué)科競(jìng)賽過(guò)程中，如何培養(yǎng)和提升參加競(jìng)賽學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)。 關(guān)鍵詞全國(guó)競(jìng)賽生物學(xué)學(xué)科科學(xué)思維培養(yǎng) 全國(guó)高中生物學(xué)學(xué)科競(jìng)賽是面向高中生的五大學(xué)科競(jìng)賽之一。縱觀近年來(lái)的
摘要本文以“分泌蛋白的合成和運(yùn)輸”一節(jié)為例，分析了在指導(dǎo)高中生參加全國(guó)高中生物學(xué)學(xué)科競(jìng)賽過(guò)程中，如何培養(yǎng)和提升參加競(jìng)賽學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)。
關(guān)鍵詞全國(guó)競(jìng)賽生物學(xué)學(xué)科科學(xué)思維培養(yǎng)
全國(guó)高中生物學(xué)學(xué)科競(jìng)賽是面向高中生的五大學(xué)科競(jìng)賽之一。縱觀近年來(lái)的生物學(xué)聯(lián)賽，發(fā)現(xiàn)學(xué)科競(jìng)賽試題中對(duì)科學(xué)思維能力的考查要求越來(lái)越高[1]。科學(xué)思維是指通過(guò)運(yùn)用比較、分析、概括、綜合、推理和判斷等方法來(lái)探討生命現(xiàn)象及規(guī)律，提高思維的深刻性、嚴(yán)謹(jǐn)性和廣闊性等[2]。本文以“分泌蛋白的合成和運(yùn)輸”一節(jié)為例，分析了在競(jìng)賽輔導(dǎo)學(xué)習(xí)中，如何培養(yǎng)高中學(xué)生的科學(xué)思維，提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。
1對(duì)照高中新舊教材的相關(guān)表述、分析相關(guān)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的深刻性
思維的深刻性是一切思維品質(zhì)的基礎(chǔ)。當(dāng)基礎(chǔ)知識(shí)形成后，需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，通過(guò)教師連續(xù)追問(wèn)讓學(xué)生的思維外顯，使學(xué)生的認(rèn)識(shí)更深刻、思維品質(zhì)得到提升[2]。
例如，“分泌蛋白的合成和運(yùn)輸”一節(jié)的表述，在人教版高中生物學(xué)教材2019年版與2007年版中有所不同。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比閱讀相關(guān)內(nèi)容，提出問(wèn)題:①分泌蛋白合成的最初場(chǎng)所在哪里?據(jù)此推測(cè)，3H標(biāo)記的亮氨酸在標(biāo)記的0—3min應(yīng)該在哪里?②分泌蛋白合成的后續(xù)過(guò)程是怎樣的?新教材和老教材的表述是否一致?引導(dǎo)學(xué)生得出分泌蛋白合成的最初場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)中游離的核糖體，結(jié)合教材中同位素標(biāo)記的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生領(lǐng)悟到3H標(biāo)記的亮氨酸在0—3min時(shí)游離在細(xì)胞質(zhì)中，作為原料在游離的核糖體合成多肽。經(jīng)過(guò)對(duì)比閱讀后，學(xué)生可得出分泌蛋白后續(xù)依次經(jīng)過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體，然后以囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜、分泌到細(xì)胞外。進(jìn)一步提出問(wèn)題:分泌蛋白在游離核糖體合成一段多肽后，如何被識(shí)別并能轉(zhuǎn)運(yùn)到粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上?進(jìn)而點(diǎn)燃學(xué)生思維的火花。
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再以丁孝明等編著的《細(xì)胞生物學(xué)》第5版為參考教材，引導(dǎo)學(xué)生閱讀參考教材第100—103頁(yè)中“信號(hào)假說(shuō)與蛋白質(zhì)分選”一節(jié)相關(guān)內(nèi)容。提出問(wèn)題串:①什么是信號(hào)識(shí)別顆粒?位于哪個(gè)部位，生理作用是什么?②什么是信號(hào)識(shí)別顆粒受體?位于哪個(gè)部位，生理作用是什么?學(xué)生小組討論后得出，信號(hào)識(shí)別顆粒(signalrecognitionparticle，SRP)是位于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中、與游離核糖體合成的一段新生肽N端的信號(hào)序列結(jié)合、使這段新生肽合成終止、由RNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的一個(gè)核糖核蛋白復(fù)合物。信號(hào)識(shí)別顆粒受體(又稱(chēng):停泊蛋白，dockingprotein，DP)是位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，能與SRP結(jié)合使被中止的這段新生肽的合成過(guò)程得以繼續(xù)的蛋白復(fù)合物。通過(guò)上述師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，讓學(xué)生理解了分泌蛋白如何從游離的核糖體轉(zhuǎn)運(yùn)到粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。繼續(xù)展示分泌蛋白合成的示意圖[3](參考教材圖)，引導(dǎo)學(xué)生概括具體的合成過(guò)程，形成完整的知識(shí)體系。結(jié)合示意圖，引導(dǎo)學(xué)生概括、理順知識(shí):①分泌蛋白合成起始于游離的核糖體;②起始合成一段多肽鏈含信號(hào)序列，可與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的信號(hào)識(shí)別顆粒“SRP”結(jié)合，導(dǎo)致分泌蛋白的翻譯過(guò)程被暫時(shí)中止;③內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的信號(hào)識(shí)別顆粒受體“DP”與“SRP”結(jié)合。使被中止的分泌蛋白的合成過(guò)程得以繼續(xù);④內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的移位子，使多肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，其N(xiāo)段的信號(hào)序列被切除，完成分泌蛋白的合成。
教師引導(dǎo)學(xué)科競(jìng)賽生在學(xué)習(xí)相關(guān)競(jìng)賽知識(shí)時(shí)，應(yīng)以高中的基礎(chǔ)知識(shí)為起點(diǎn)，結(jié)合大學(xué)教材內(nèi)容和相關(guān)示意圖，通過(guò)設(shè)置問(wèn)題串，引發(fā)學(xué)生的深度思考，再引導(dǎo)學(xué)生概括這個(gè)復(fù)雜的生理過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性。2綜合、推理相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，養(yǎng)成學(xué)生科學(xué)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》指出，科學(xué)思維需要尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度。嚴(yán)謹(jǐn)性是學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維所必備的思維習(xí)慣。科學(xué)家為了探究上述細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，花費(fèi)了20多年的時(shí)間，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卦O(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)，逐步揭示出其生理過(guò)程[3]。綜合上述分析，引導(dǎo)學(xué)生得出分泌蛋白合成的關(guān)鍵組分是4個(gè):核糖體、“SRP”、“DP”、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(非細(xì)胞體系中是微粒體)。如何在體外無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)中證實(shí)各個(gè)組分在分泌蛋白的合成中的作用?引導(dǎo)學(xué)生分組探討，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(表1)。表中“+”表示含有該成分，“-”表示不含有該成分。引導(dǎo)學(xué)生思考、推理實(shí)驗(yàn)結(jié)果A、B、C和D分別是什么，并解釋原因。
參考答案:A是合成含信號(hào)序列的完整的多肽鏈，B是只合成70—100個(gè)氨基酸殘基的多肽，C是合成含信號(hào)肽完整的多肽，D是信號(hào)序列切除，多肽鏈進(jìn)入微粒體。
巧用分泌蛋白合成和運(yùn)輸過(guò)程的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，創(chuàng)設(shè)相應(yīng)情境，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的方法和探究精神。喚醒學(xué)生“言必有據(jù)”的科學(xué)意識(shí)，養(yǎng)成學(xué)生科學(xué)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。
3分析、判斷相關(guān)生物學(xué)聯(lián)賽試題，提升學(xué)生科學(xué)思維的廣闊性
思維的廣闊性是指思維的廣度，從不同的方面去思考問(wèn)題，從不同的角度去分析問(wèn)題，避免出現(xiàn)對(duì)問(wèn)題本質(zhì)認(rèn)識(shí)的片面性和狹隘性[2]。
分泌蛋白形成過(guò)程及相關(guān)知識(shí)，在近年的生物學(xué)聯(lián)賽試題中多次出現(xiàn)。如2017年第26題和2018年第8題以及2020年(B卷)第21題。筆者歸類(lèi)相似試題，引導(dǎo)學(xué)生在不同題目情境下思考，提高科學(xué)思維的廣闊性。現(xiàn)以2020年第21題為例進(jìn)行分析。
例:下列有關(guān)蛋白質(zhì)合成和分選的論述中，正確的是:(單選)A.膠原蛋白在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成，進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后進(jìn)行羥基化修飾，形成三股螺旋，并切除N-端和C端之后經(jīng)高爾基體分泌到細(xì)胞外，然后組裝成膠原纖維B.線(xiàn)粒體膜上的跨膜蛋白是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成之后轉(zhuǎn)運(yùn)并組裝到膜上的C.所有進(jìn)入細(xì)胞核的蛋白質(zhì)都具有核定位序列D.跨質(zhì)膜的蛋白所帶的糖基大多在細(xì)胞外解析:
A選項(xiàng)錯(cuò)誤，膠原蛋白的合成和大多數(shù)分泌蛋白合成和修飾類(lèi)似，每一條膠原肽鏈以前α鏈的形式在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合的核糖體上合成，前α鏈含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號(hào)肽，N端和C端含有前肽序列。前α鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后信號(hào)肽被切除，脯氨酸、賴(lài)氨酸被羥基化，自裝配為三股螺旋的原膠原分子，通過(guò)高爾基體分泌到細(xì)胞外后才被切除N端和C端的前肽。
B選項(xiàng)錯(cuò)誤，線(xiàn)粒體內(nèi)膜上存在內(nèi)膜蛋白Oxa1，該蛋白是由線(xiàn)粒體基因組編碼，在線(xiàn)粒體基質(zhì)核糖體上合成的[3]。
C選項(xiàng)錯(cuò)誤，有些小分子的蛋白質(zhì)本身并沒(méi)有信號(hào)序列，它們通過(guò)與其他有信號(hào)序列的成分結(jié)合，一起通過(guò)核孔復(fù)合體主動(dòng)運(yùn)輸?shù)胶藘?nèi)。
D選項(xiàng)正確。本題以膠原蛋白、線(xiàn)粒體膜蛋白、細(xì)胞核內(nèi)的蛋白質(zhì)和跨膜蛋白等不同類(lèi)型蛋白質(zhì)的具體形成過(guò)程為情境，考查學(xué)生對(duì)該過(guò)程全面的理解。2018年的試題則以分泌蛋白抗體的產(chǎn)生過(guò)程、重組質(zhì)粒的表達(dá)、SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳等相關(guān)知識(shí)為背景，考查學(xué)生通過(guò)不同角度分析、解決問(wèn)題。這些試題的訓(xùn)練，都有助于提升學(xué)科競(jìng)賽生廣闊性的科學(xué)思維品質(zhì)。——論文作者：肖逸群