山東 張士亮

新高考生物學等級考試試題的命制依據(jù)《中國高考評價體系》(以下簡稱《評價體系》)和《普通高中生物學課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)，遵循《評價體系》提出的“一核四層四翼”的總體要求，并以學生的生活、學習和實踐、科學實驗和探究、生命科學史等情境承載考查內(nèi)容與考查目標。能否將試題情境中的有效信息提取出來并利用信息和所學生物學知識與技能分析并解決問題，體現(xiàn)了學生學科核心素養(yǎng)的高低。在2021年高考結(jié)束后，山東省生物學等級考試試題因部分題目過難引發(fā)了熱議，其中第25題尤甚，很多學生反映讀不懂題。見到原題后，部分教師也說“教學不必用教科書了，沒用”。難道真是這樣嗎？筆者將該題作為訓練題提供給2022屆高三的學生，用表格法引導學生對該題進行分析教學后，卻產(chǎn)生了不同的教學認知。

1.原題呈現(xiàn)

人類γ基因啟動子上游的調(diào)控序列中含有BCL11A蛋白結(jié)合位點，該位點結(jié)合BCL11A蛋白后，γ基因的表達被抑制。通過改變該結(jié)合位點的序列，解除對γ基因表達的抑制，可對某種地中海貧血癥進行基因治療?？蒲腥藛T擴增了γ基因上游不同長度的片段，將這些片段分別插入表達載體中進行轉(zhuǎn)化和熒光檢測，以確定BCL11A蛋白結(jié)合位點的具體位置。相關(guān)信息如圖所示。

(1)為將擴增后的產(chǎn)物定向插入載體指導熒光蛋白基因表達，需在引物末端添加限制酶識別序列。據(jù)圖可知，在F1～F7末端添加的序列所對應的限制酶是________，在R末端添加的序列所對應的限制酶是________。本實驗中，從產(chǎn)物擴增到載體構(gòu)建完成的整個過程共需要________種酶。

(2)將構(gòu)建的載體導入除去BCL11A基因的受體細胞，成功轉(zhuǎn)化后，含F(xiàn)1～F6與R擴增產(chǎn)物的載體表達熒光蛋白，受體細胞有熒光，含F(xiàn)7與R擴增產(chǎn)物的受體細胞無熒光。含F(xiàn)7與R擴增產(chǎn)物的受體細胞無熒光的原因是___________________。

(3)向培養(yǎng)液中添加適量的雌激素，含F(xiàn)1～F4與R擴增產(chǎn)物的受體細胞不再有熒光，而含F(xiàn)5～F6與R擴增產(chǎn)物的受體細胞仍有熒光。若γ基因上游調(diào)控序列上與引物序列所對應的位置不含有BCL11A蛋白的結(jié)合位點序列，據(jù)此結(jié)果可推測，BCL11A蛋白結(jié)合位點位于__________，理由是_____________。

這是山東省2021年普通高中學業(yè)水平等級考試生物學試卷的第25題，總分12分，省平均分不到1分。當筆者將其提供給剛完成一輪復習的高三學生后，觀察學生的反應及答題情況，大部分學生感覺無從下手。

2.講評教學

2.1 基本原理

根據(jù)試題內(nèi)容，筆者引導學生找出相關(guān)原理。意圖是讓學生學會遇到問題時能準確找出相關(guān)理論依據(jù)，促進知識的遷移與應用。

2.1.1 DNA片段的擴增

(1)擴增方法為PCR，準確對片段擴增的關(guān)鍵是要有相應的引物。引物可以識別(定位)目的基因，與模板鏈的3′端結(jié)合，并使耐高溫的DNA聚合酶從引物的3′端連接脫氧核苷酸。

(2)引物的種類(堿基序列)、組合與模板鏈的結(jié)合位置決定了擴增產(chǎn)物的大小。

(3)為將擴增后的產(chǎn)物定向插入載體并發(fā)揮作用，需在引物5′端添加限制酶識別序列，該序列經(jīng)酶切形成的末端應在載體中也存在，以便使擴增產(chǎn)物與載體形成相同的黏性末端而連接在一起。

(4)擴增需要有耐高溫的DNA聚合酶。

(5)擴增產(chǎn)物可能是目的基因或調(diào)控序列。

2.1.2 構(gòu)建基因表達載體

(1)基因表達載體可使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并遺傳給下一代，同時使目的基因能夠表達并發(fā)揮作用。

(2)目的基因需要插入到特定的啟動子與終止子之間，且RNA聚合酶與啟動子結(jié)合后使相應基因正常轉(zhuǎn)錄(注意啟動子與終止子的位置)。

(3)該過程需要限制酶和DNA連接酶。

2.1.3 原理拓展——限制酶的選擇原則

(1)末端相同原則：限制酶要能使擴增產(chǎn)物(或目的基因)與載體產(chǎn)生相同的黏性末端，可選用同種限制酶或不同種但能切出相同末端的限制酶進行酶切。

(2)完整性原則：所選限制酶應不破壞擴增產(chǎn)物(或目的基因)，保留標記基因，保證基因表達載體的完整性。

(3)正確連接原則：保證擴增產(chǎn)物(或目的基因)與載體定向正確連接，防止環(huán)化或倒接，一般用不同限制酶切割擴增產(chǎn)物(或目的基因)與載體，使擴增產(chǎn)物(或目的基因)與載體的兩端分別形成不同的末端。

2.2 引領(lǐng)點撥

2.2.1 情境信息獲取與處理

教師出示表格框架，引導學生閱讀分析試題，界定問題，提取并處理解決問題的有效信息，在此基礎(chǔ)上找出思路與方法，獲取答案。這是對學生關(guān)鍵能力與科學思維培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

信息種類信息內(nèi)容信息處理背景信息人類γ基因啟動子上游的調(diào)控序列中含有BCL11A蛋白結(jié)合位點,該位點結(jié)合BCL11A蛋白后,γ基因的表達被抑制。通過改變該結(jié)合位點的序列,解除對γ基因表達的抑制,可對某種地中海貧血癥進行基因治療調(diào)控序列中的BCL11A蛋白結(jié)合位點結(jié)合BCL11A蛋白后,啟動子將不能啟動相關(guān)基因表達條件信息題干文字信息科研人員擴增了γ基因上游不同長度的片段,將這些片段分別插入表達載體中進行轉(zhuǎn)化和熒光檢測,以確定BCL11A蛋白結(jié)合位點的具體位置擴增γ基因上游不同長度的片段所用技術(shù)為PCR,這些片段中有些可能存在BCL11A蛋白結(jié)合位點、啟動子,經(jīng)表達載體構(gòu)建與轉(zhuǎn)化后,通過比較轉(zhuǎn)入不同片段的受體細胞熒光發(fā)生情況可確定結(jié)合位點的位置題圖信息(1)引物不同,與模板鏈結(jié)合位點不同;對雙鏈DNA片段的擴增需要引物對(1)對于同一段DNA模板,引物組合不同,得到的片段長度不同(其中,引物F不同,R相同)

續(xù)表

續(xù)表

2.2.2 梳理思路

在以上分析的基礎(chǔ)上，教師還可讓學生梳理出解決問題的思路并給出答案和結(jié)論，鍛煉其良好的邏輯思維習慣與語言表達能力。

(1)“為將擴增后的產(chǎn)物定向插入載體指導熒光蛋白基因表達，需在引物末端添加限制酶識別序列”，從引物與模板鏈結(jié)合的位置(3′端)及擴增產(chǎn)物和載體中各限制酶識別與切割位點分析，為保證擴增產(chǎn)物的完整性，又能準確插入載體中，故引物5′端不能添加MunⅠ及XhoⅠ識別序列，但可對應使用能切出相同末端的EcoRⅠ、SalⅠ。為使帶有啟動子的擴增產(chǎn)物接入熒光蛋白基因上游發(fā)揮正常作用，應讓擴增產(chǎn)物倒接入載體中，故應在F1～F7末端添加的序列所對應的限制酶為SalⅠ，在R末端添加的序列所對應的限制酶是EcoRⅠ。這樣只要用MunⅠ、XhoⅠ切割載體，就可以使擴增產(chǎn)物定向連接到載體中。從擴增產(chǎn)物到載體構(gòu)建完成的整個過程中除了用到EcoRⅠ、SalⅠ、MunⅠ、XhoⅠ這4種限制酶外，擴增時需要用到Taq酶，構(gòu)建基因表達載體時需要DNA連接酶，共6種酶。

(2)有啟動子時，可使載體熒光蛋白基因表達，受體細胞才能發(fā)出熒光，否則不發(fā)熒光。將構(gòu)建的載體導入除去BCL11A基因的受體細胞，成功轉(zhuǎn)化后，含F(xiàn)1～F6與R擴增產(chǎn)物的載體的受體細胞有熒光，含F(xiàn)7與R擴增產(chǎn)物的受體細胞無熒光，說明用F1～F6與R作引物擴增產(chǎn)物含有啟動子，使熒光蛋白基因表達出了熒光蛋白，而含F(xiàn)7與R擴增產(chǎn)物的載體因無啟動子而不能使熒光蛋白基因表達，導致相應的受體細胞無熒光。

(3)向培養(yǎng)液中添加適量的雌激素，會誘導重組載體中啟動子P使BCL11A基因表達出BCL11A蛋白，該蛋白與調(diào)控序列中的BCL11A蛋白結(jié)合位點結(jié)合后，熒光蛋白基因的表達被抑制?！昂現(xiàn)1～F4與R擴增產(chǎn)物的受體細胞不再有熒光，而含F(xiàn)5～F6與R擴增產(chǎn)物的受體細胞仍有熒光”——說明F1～F4與R擴增產(chǎn)物中有BCL11A蛋白結(jié)合位點，而F5～F6與R擴增產(chǎn)物中沒有BCL11A蛋白結(jié)合位點；又因“若γ基因上游調(diào)控序列上與引物序列所對應的位置不含有BCL11A蛋白的結(jié)合位點序列”，因此結(jié)合位點位于F4所對應調(diào)控序列的下游(右側(cè))，位于F5所對應調(diào)控序列的上游(左側(cè))，所以結(jié)合位點位于引物F4與F5在調(diào)控序列上所對應序列之間的區(qū)段上。

3.教學反思

3.1 試題評價

本題所使用的情境為生命科學史情境，符合《評價體系》的要求，也契合《課程標準》，不偏不怪，只是因思辨強度大，難度高于一般的情境信息題，在答題時間緊迫時，這種感覺會更強烈。

3.2 難點成因

基因工程是生物工程技術(shù)的核心，因與人類生產(chǎn)、生活諸方面關(guān)系密切而成為教學的重點。又因其抽象及教學實踐條件的限制，信息量和思辨強度大，成為教學的難點。此外，對原理的認知缺失、閱讀與表達能力不足，科學思維能力的訓練不到位，導致學生不能對試題情境中有效信息準確提取與處理，難以組織有效的語言。例如，學生不能發(fā)現(xiàn)γ基因、BCL11A基因與熒光蛋白基因終止子位置不同；未注意到載體上熒光蛋白基因的終止子在其左側(cè)，且不能用載體上BCL11A基因啟動子P，即熒光蛋白基因無啟動子。再如，大多數(shù)學生讀不懂“γ基因上游調(diào)控序列上與引物序列所對應的位置不含有BCL11A蛋白的結(jié)合位點序列”這句話的含義，不能準確表達出相關(guān)的結(jié)論與理由。

3.3 教學啟發(fā)

3.3.1 研讀文件明方向

通過研讀《評價體系》《課程標準》，明確評價標準，進而根據(jù)《評價體系》和《課程標準》進行教學設(shè)計，發(fā)揮其教學導向功能。一方面，對基本概念和原理的教學，不僅要準確把握內(nèi)涵，更要挖掘并拓展其外延，尤其是實踐應用與探究。另一方面，對于抽象的知識，盡量用圖、表等使之具象化，指導學法，幫助學生深入理解。第三，指導并幫助學生加工知識，使碎片化的知識系統(tǒng)化、體系化，培養(yǎng)學生的科學思維與語言邏輯能力。

3.3.2 調(diào)動主體重實踐

教學要多措并舉，充分調(diào)動主體——學生參與教學活動，創(chuàng)造適合的探究實踐與思維環(huán)境，讓學生在做中學，在學中做，實現(xiàn)理論與實踐的有機結(jié)合。在本題教學中，教師根據(jù)題意，首先讓學生界定問題的范圍——基因工程，然后讓學生回顧相關(guān)原理，在此基礎(chǔ)上，出示表格，引導學生提取信息并處理信息，最后獲得答案。最后讓學生陳述整個問題解決過程。

3.3.3 師生互動重思維

問題解決的教學過程是教師“導”，學生“思”“做”的過程。在互動中，激發(fā)并強化學生良好的思維習慣，體驗提取遷移必備知識，應用關(guān)鍵能力去有效“認識問題、分析問題、解決問題”的方法與過程，把教師的間接經(jīng)驗內(nèi)化為自己的直接經(jīng)驗。

應用表格法進行情境信息題的教學，因其思路清晰，邏輯合理，學生更易于接受，效果顯著。當然，方法不是唯一的，合適的才是最好的。同時，任何用于評價的問題，既然符合《課程標準》，作為落實其要求載體的教材，仍然是最好的教學抓手，不可忽視，只是要做到“用教材教”，而不是單純地“教教材”。