福建 楊德平

由《普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試大綱》知生物學(xué)的命題要體現(xiàn)生物課程的性質(zhì)，要重視對(duì)考生科學(xué)素養(yǎng)的考查，在生物科學(xué)和技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、科學(xué)探究的方法、獲取新知識(shí)和處理信息的能力、思維能力、分析和解決實(shí)際問題的能力等方面對(duì)考生的表現(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)，要重視理論聯(lián)系實(shí)際，關(guān)注科學(xué)技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。2019 年全國(guó)卷Ⅰ第38 題對(duì)PCR 技術(shù)進(jìn)行考查，試題看似簡(jiǎn)單，實(shí)則從不同層面考查學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)及相關(guān)能力。

1.真題展示

【2019 年，全國(guó)卷Ⅰ，第38 題】基因工程中可以通過PCR 技術(shù)擴(kuò)增目的基因?；卮鹣铝袉栴}。

（1）基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以從基因文庫中獲得。基因文庫包括_____和______。

（2）生物體細(xì)胞內(nèi)的DNA 復(fù)制開始時(shí)，解開DNA 雙鏈的酶是________。在體外利用PCR 技術(shù)擴(kuò)增目的基因時(shí)，使反應(yīng)體系中的模板DNA 解鏈為單鏈的條件是______。上述兩個(gè)解鏈過程的共同點(diǎn)是破壞了DNA 雙鏈分子中的________。

（3）目前在PCR 反應(yīng)中使用Taq 酶而不使用大腸桿菌DNA 聚合酶的主要原因是________。

【參考答案】（1）基因組文庫 cDNA 文庫

（2）解旋酶 加熱至90～95℃ 氫鍵（3）Taq酶熱穩(wěn)定性高，而大腸桿菌DNA 聚合酶在高溫下會(huì)失活

2.試題分析

2.1 重視知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，考查知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

試題以PCR 技術(shù)擴(kuò)增目的基因?yàn)楸尘?，?duì)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行考查。試題的第（1）小題，題干指出獲取目的基因的兩種方法，其中一種是“從基因組文庫中獲取”，然后考查基因文庫的種類，知識(shí)點(diǎn)銜接自然，可構(gòu)成如圖1 所示知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖1 目的基因的獲取方法

此小題的命題者重視概念間的內(nèi)在聯(lián)系，重視考查學(xué)生知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建能力。

2.2 凸顯選修與必修的關(guān)聯(lián)，考查比較與分析的能力

對(duì)比往年的全國(guó)卷理綜試題，筆者發(fā)現(xiàn)2019 年的選修試題與必修內(nèi)容聯(lián)系較緊密，這是本試題最顯著的創(chuàng)新點(diǎn)。試題的第（2）小題考查細(xì)胞內(nèi)DNA 的復(fù)制與利用PCR 技術(shù)體外復(fù)制DNA 的區(qū)別和聯(lián)系，涉及二者解旋過程的相同點(diǎn)及二者解旋條件的區(qū)別，內(nèi)容精且細(xì)，對(duì)PCR 技術(shù)的解旋條件精細(xì)到具體的溫度數(shù)值。本小題設(shè)置的三個(gè)題空中，必修內(nèi)容占兩個(gè)，比重較大，在基因工程中大比重考查必修相關(guān)內(nèi)容是往年高考試題中從未有過的。本小題通過對(duì)細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞外DNA 復(fù)制過程的比較，重點(diǎn)考查學(xué)生比較與分析的能力。

2.3 強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際，考查綜合運(yùn)用能力

高考試題應(yīng)著重考查學(xué)生的關(guān)鍵能力，以選拔具備終身發(fā)展與適應(yīng)時(shí)代要求的具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的人才。試題的第（2）小題不但考查DNA 復(fù)制的生物學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，而且考查該知識(shí)的應(yīng)用——PCR 技術(shù)。重視理論與實(shí)踐的聯(lián)系，在生物科學(xué)和技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、思維能力、分析和解決實(shí)際問題的能力等方面對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行測(cè)量，考查學(xué)生綜合運(yùn)用能力。試題的第（3）小題進(jìn)一步考查PCR 所需的Taq 酶與細(xì)胞DNA 復(fù)制所需的DNA 聚合酶的區(qū)別，對(duì)PCR 技術(shù)使用Taq 酶而不使用大腸桿菌DNA 聚合酶做出解釋?？疾閷W(xué)生從題目中獲取和處理信息的能力，以及通過比較、分析與綜合等方法對(duì)生物學(xué)問題進(jìn)行解釋的能力和語言表達(dá)能力，即對(duì)必修的理論知識(shí)和選修的技術(shù)進(jìn)行整合的能力。

2.4 關(guān)注生物科學(xué)技術(shù)進(jìn)展，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

PCR 技術(shù)是多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的縮寫，這項(xiàng)技術(shù)由穆里斯等人在1988 年發(fā)明，短短5 年時(shí)間，穆里斯就因此獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，由此可見該項(xiàng)技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響和意義有多么重大。本題以PCR 技術(shù)作為考點(diǎn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，引導(dǎo)學(xué)生正確理解科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)之間的聯(lián)系，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生探索生命科學(xué)奧秘的激情。

3.備考策略

選修3 是高考生物試卷中非常重要的組成部分，是兩個(gè)選考內(nèi)容之一。通過對(duì)選修3 知識(shí)的考查能檢測(cè)學(xué)生全面發(fā)展所需的獨(dú)立思考、邏輯推理等關(guān)鍵能力。教師應(yīng)通過選修3 的教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生清晰地掌握理論和技術(shù)間的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，充分體現(xiàn)立德樹人的育人功能。

3.1 構(gòu)建概念圖解，完善知識(shí)體系

概念圖是構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，完善知識(shí)體系的一個(gè)良好載體。在教學(xué)過程中，教師可以讓學(xué)生以基因工程為核心，構(gòu)建包括基因工程、細(xì)胞工程和胚胎工程在內(nèi)的概念圖，形成完整的知識(shí)體系。概念可以分為三個(gè)部分，第一部以三大生物工程的基礎(chǔ)知識(shí)為核心，二、三部分分別以植物細(xì)胞和動(dòng)物受精卵作為基因工程受體細(xì)胞的切入點(diǎn)，使三大工程成為一個(gè)統(tǒng)一整體，這樣更有助于學(xué)生把握知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，在學(xué)生的腦海中形成有關(guān)生物工程的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3.2 強(qiáng)化對(duì)比分析，培養(yǎng)批判思維

在高三的教學(xué)和備考過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過列表等形式對(duì)比細(xì)胞內(nèi)DNA 的復(fù)制與PCR 技術(shù)、基因組基因與cDNA、基因組文庫與cDNA 文庫、目的基因?qū)胝婧思?xì)胞與目的基因?qū)朐思?xì)胞、基因工程與蛋白質(zhì)工程、基因工程與細(xì)胞工程、細(xì)胞工程與胚胎工程、動(dòng)物細(xì)胞工程與植物細(xì)胞工程、卵原細(xì)胞與精原細(xì)胞減數(shù)分裂的區(qū)別與聯(lián)系等。其中，表格的形式為開放式，教師可設(shè)置部分比較項(xiàng)目，其余部分讓學(xué)生自己設(shè)置，并進(jìn)行分組討論，表格形式如表。在教學(xué)過程中，穿插使用上述內(nèi)容，讓學(xué)生在自身知識(shí)與相關(guān)態(tài)度、技能和價(jià)值觀相結(jié)合的基礎(chǔ)上對(duì)問題進(jìn)行分析、比較、判斷，在合作學(xué)習(xí)的過程中產(chǎn)生思維碰撞和積極的情感體驗(yàn)，逐步培養(yǎng)學(xué)生的批判思維，進(jìn)一步提高學(xué)生的理解能力及解決問題的能力。

細(xì)胞內(nèi)DNA 的復(fù)制與PCR 技術(shù)的對(duì)比表

3.3 利用典型案例，培養(yǎng)關(guān)鍵能力

在高三復(fù)習(xí)過程中，教師需引導(dǎo)學(xué)生對(duì)教材進(jìn)行重新處理，以工程菌生產(chǎn)干擾素、轉(zhuǎn)基因抗病大豆的生產(chǎn)、利用山羊乳房發(fā)生器生產(chǎn)tPA 三個(gè)典型案例為支架，分別復(fù)習(xí)基因工程的工具和基本程序、基因工程和細(xì)胞工程的關(guān)系、基因工程與動(dòng)物細(xì)胞工程及胚胎工程的聯(lián)系。重視理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生在解決教師創(chuàng)設(shè)的實(shí)踐情境中不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，在解決實(shí)際問題過程中，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用能力，以及獨(dú)立思考、分析問題和尋找方案、作出判斷和表達(dá)見解、交流與合作等適應(yīng)未來不斷變化發(fā)展的社會(huì)所需的關(guān)鍵能力。

【典型案例】人干擾素（IFN）是機(jī)體免疫細(xì)胞產(chǎn)生的一類淋巴因子，通過誘導(dǎo)細(xì)胞合成抗病毒蛋白實(shí)現(xiàn)對(duì)病毒的抑制，同時(shí)還可增強(qiáng)各種免疫細(xì)胞的活力，進(jìn)而增強(qiáng)人體的抗病毒能力。用白細(xì)胞生產(chǎn)干擾素，每個(gè)細(xì)胞最多只能產(chǎn)生100～1 000 個(gè)干擾素分子，而用基因工程技術(shù)改造的大腸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)，在1～2 天內(nèi)，每個(gè)菌體能產(chǎn)生20 萬個(gè)干擾素分子。

根據(jù)材料，回答下列問題。

（1）①基因工程的一般步驟包括：目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、_______四個(gè)步驟，核心步驟是_______________，該步驟在 _________ 進(jìn)行操作。

②從基因組文庫中獲取的IFN 基因，導(dǎo)入大腸桿菌____（填“能”或“不能”）成功獲得表達(dá)，原因是______________。

圖2、圖3 為IFN 基因和質(zhì)粒結(jié)構(gòu)，回答相關(guān)問題。

（2）圖3 的Ampr可作為________基因，欲利用上述材料構(gòu)建基因表達(dá)載體，需選用上述__________限制酶，使用該酶進(jìn)行酶切時(shí)需______________________________。

（3）請(qǐng)根據(jù)材料，提出三個(gè)問題，并作出解答。

【答案】（1）①目的基因的檢測(cè)與鑒定 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 體外 ②不能 從基因組文庫獲取的IFN 基因含有內(nèi)含子，原核細(xì)胞大腸桿菌無法將轉(zhuǎn)錄形成的產(chǎn)物加工成mRNA，從而無法獲得IFN 基因（2）標(biāo)記 Msp Ⅰ 在IFN 基因的啟動(dòng)子前端和終止子后端連接Msp Ⅰ限制酶的識(shí)別序列，供其識(shí)別和切割（3）略

本題節(jié)選部分案例及題目，從上述材料可以看出，素材源于生產(chǎn)生活，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。既有如第（1）題中①考查學(xué)生對(duì)知識(shí)間內(nèi)在聯(lián)系的理解問題，也有如第（1）題②中考查學(xué)生比較、分析與綜合、進(jìn)而做出解釋、推理和判斷的題目，更有第（2）題的從課外材料中獲取信息，運(yùn)用這些信息，結(jié)合自身的知識(shí)解決問題的類型，以及第（3）題的讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，并且解決問題的類型。這樣的課堂有助于培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力，同時(shí)帶給學(xué)生的情感體驗(yàn)是講授式教學(xué)所無法比擬的，切實(shí)做到培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.4 關(guān)注科技發(fā)展動(dòng)態(tài)，養(yǎng)成科學(xué)精神

在復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師既要關(guān)注教材出現(xiàn)的科學(xué)史，如艾弗里的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、斯圖爾德的胡蘿卜組織培養(yǎng)等內(nèi)容，也要弄清PCR 技術(shù)、抗蟲棉、發(fā)光樹、乳房發(fā)生器、基因治療、基因芯片等科技成果，更需要關(guān)注未出現(xiàn)在教材中的生物科學(xué)技術(shù)，如基因敲除、基因干擾等。把它們作為課程內(nèi)容、素材，設(shè)置問題并用于課堂教學(xué)活動(dòng)中，不但有助于培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展所需的關(guān)鍵能力，更有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，養(yǎng)成質(zhì)疑、求實(shí)、創(chuàng)新以及學(xué)以致用的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。

總之，提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，既是高中生物教學(xué)的目標(biāo)，也是高考考查的方向。在科技日新月異的新時(shí)代，教師不僅要“授之以魚”，更應(yīng)“授之以漁”。教師在教學(xué)過程中，不僅要引導(dǎo)學(xué)生厘清知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，更應(yīng)提供生產(chǎn)生活和科技發(fā)展的素材，創(chuàng)設(shè)問題情境，在解決問題中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)生的關(guān)鍵能力、培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。