對2019 年全國卷Ⅰ第38 題的思考

福建 楊德平

由《普通高等學校招生全國統一考試大綱》知生物學的命題要體現生物課程的性質，要重視對考生科學素養的考查，在生物科學和技術的基礎知識、科學探究的方法、獲取新知識和處理信息的能力、思維能力、分析和解決實際問題的能力等方面對考生的表現進行檢測，要重視理論聯系實際，關注科學技術、社會經濟和生態環境的協調發展。2019 年全國卷Ⅰ第38 題對PCR 技術進行考查，試題看似簡單，實則從不同層面考查學生學科核心素養及相關能力。

1.真題展示

【2019 年，全國卷Ⅰ，第38 題】基因工程中可以通過PCR 技術擴增目的基因。回答下列問題。

（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）生物體細胞內的DNA 復制開始時，解開DNA 雙鏈的酶是________。在體外利用PCR 技術擴增目的基因時，使反應體系中的模板DNA 解鏈為單鏈的條件是______。上述兩個解鏈過程的共同點是破壞了DNA 雙鏈分子中的________。

（3）目前在PCR 反應中使用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酶熱穩定性高，而大腸桿菌DNA 聚合酶在高溫下會失活

2.試題分析

2.1 重視知識間的內在聯系，考查知識的網絡結構

試題以PCR 技術擴增目的基因為背景，對學生的學科核心素養進行考查。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，知識點銜接自然，可構成如圖1 所示知識網絡結構。

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在聯系，重視考查學生知識網絡結構的構建能力。

2.2 凸顯選修與必修的關聯，考查比較與分析的能力

對比往年的全國卷理綜試題，筆者發現2019 年的選修試題與必修內容聯系較緊密，這是本試題最顯著的創新點。試題的第（2）小題考查細胞內DNA 的復制與利用PCR 技術體外復制DNA 的區別和聯系，涉及二者解旋過程的相同點及二者解旋條件的區別，內容精且細，對PCR 技術的解旋條件精細到具體的溫度數值。本小題設置的三個題空中，必修內容占兩個，比重較大，在基因工程中大比重考查必修相關內容是往年高考試題中從未有過的。本小題通過對細胞內、細胞外DNA 復制過程的比較，重點考查學生比較與分析的能力。

2.3 強調理論聯系實際，考查綜合運用能力

高考試題應著重考查學生的關鍵能力，以選拔具備終身發展與適應時代要求的具有核心競爭力的人才。試題的第（2）小題不但考查DNA 復制的生物學科基礎知識，而且考查該知識的應用——PCR 技術。重視理論與實踐的聯系，在生物科學和技術的基礎知識、思維能力、分析和解決實際問題的能力等方面對學生的表現進行測量，考查學生綜合運用能力。試題的第（3）小題進一步考查PCR 所需的Taq 酶與細胞DNA 復制所需的DNA 聚合酶的區別，對PCR 技術使用Taq 酶而不使用大腸桿菌DNA 聚合酶做出解釋。考查學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生物學問題進行解釋的能力和語言表達能力，即對必修的理論知識和選修的技術進行整合的能力。

2.4 關注生物科學技術進展，激發學生的學習興趣

PCR 技術是多聚酶鏈式反應的縮寫，這項技術由穆里斯等人在1988 年發明，短短5 年時間，穆里斯就因此獲得諾貝爾化學獎，由此可見該項技術對社會發展的影響和意義有多么重大。本題以PCR 技術作為考點，有利于培養學生的科學精神和科學態度，引導學生正確理解科學、技術與社會之間的聯系，從而激發學生的學習興趣，激發學生探索生命科學奧秘的激情。

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，是兩個選考內容之一。通過對選修3 知識的考查能檢測學生全面發展所需的獨立思考、邏輯推理等關鍵能力。教師應通過選修3 的教學活動，讓學生清晰地掌握理論和技術間的聯系，培養學生學科核心素養，充分體現立德樹人的育人功能。

3.1 構建概念圖解，完善知識體系

概念圖是構建知識網絡，完善知識體系的一個良好載體。在教學過程中，教師可以讓學生以基因工程為核心，構建包括基因工程、細胞工程和胚胎工程在內的概念圖，形成完整的知識體系。概念可以分為三個部分，第一部以三大生物工程的基礎知識為核心，二、三部分分別以植物細胞和動物受精卵作為基因工程受體細胞的切入點，使三大工程成為一個統一整體，這樣更有助于學生把握知識間的內在聯系，在學生的腦海中形成有關生物工程的知識網絡結構。

3.2 強化對比分析，培養批判思維

在高三的教學和備考過程中，教師可以引導學生通過列表等形式對比細胞內DNA 的復制與PCR 技術、基因組基因與cDNA、基因組文庫與cDNA 文庫、目的基因導入真核細胞與目的基因導入原核細胞、基因工程與蛋白質工程、基因工程與細胞工程、細胞工程與胚胎工程、動物細胞工程與植物細胞工程、卵原細胞與精原細胞減數分裂的區別與聯系等。其中，表格的形式為開放式，教師可設置部分比較項目，其余部分讓學生自己設置，并進行分組討論，表格形式如表。在教學過程中，穿插使用上述內容，讓學生在自身知識與相關態度、技能和價值觀相結合的基礎上對問題進行分析、比較、判斷，在合作學習的過程中產生思維碰撞和積極的情感體驗，逐步培養學生的批判思維，進一步提高學生的理解能力及解決問題的能力。

細胞內DNA 的復制與PCR 技術的對比表

3.3 利用典型案例，培養關鍵能力

在高三復習過程中，教師需引導學生對教材進行重新處理，以工程菌生產干擾素、轉基因抗病大豆的生產、利用山羊乳房發生器生產tPA 三個典型案例為支架，分別復習基因工程的工具和基本程序、基因工程和細胞工程的關系、基因工程與動物細胞工程及胚胎工程的聯系。重視理論與生產實踐相結合，讓學生在解決教師創設的實踐情境中不斷發現問題、解決問題，在解決實際問題過程中，培養學生對所學知識的運用能力，以及獨立思考、分析問題和尋找方案、作出判斷和表達見解、交流與合作等適應未來不斷變化發展的社會所需的關鍵能力。

【典型案例】人干擾素（IFN）是機體免疫細胞產生的一類淋巴因子，通過誘導細胞合成抗病毒蛋白實現對病毒的抑制，同時還可增強各種免疫細胞的活力，進而增強人體的抗病毒能力。用白細胞生產干擾素，每個細胞最多只能產生100～1 000 個干擾素分子，而用基因工程技術改造的大腸桿菌發酵生產，在1～2 天內，每個菌體能產生20 萬個干擾素分子。

根據材料，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、基因表達載體的構建、目的基因導入受體細胞、_______四個步驟，核心步驟是_______________，該步驟在 _________ 進行操作。

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

圖2、圖3 為IFN 基因和質粒結構，回答相關問題。

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

（3）請根據材料，提出三個問題，并作出解答。

【答案】（1）①目的基因的檢測與鑒定 基因表達載體的構建 體外 ②不能 從基因組文庫獲取的IFN 基因含有內含子，原核細胞大腸桿菌無法將轉錄形成的產物加工成mRNA，從而無法獲得IFN 基因（2）標記 Msp Ⅰ 在IFN 基因的啟動子前端和終止子后端連接Msp Ⅰ限制酶的識別序列，供其識別和切割（3）略

本題節選部分案例及題目，從上述材料可以看出，素材源于生產生活，有助于提高學生的學習興趣。既有如第（1）題中①考查學生對知識間內在聯系的理解問題，也有如第（1）題②中考查學生比較、分析與綜合、進而做出解釋、推理和判斷的題目，更有第（2）題的從課外材料中獲取信息，運用這些信息，結合自身的知識解決問題的類型，以及第（3）題的讓學生自己發現問題，并且解決問題的類型。這樣的課堂有助于培養學生的關鍵能力，同時帶給學生的情感體驗是講授式教學所無法比擬的，切實做到培養學生的學科核心素養。

3.4 關注科技發展動態，養成科學精神

在復習教學中，教師既要關注教材出現的科學史，如艾弗里的肺炎雙球菌轉化實驗、斯圖爾德的胡蘿卜組織培養等內容，也要弄清PCR 技術、抗蟲棉、發光樹、乳房發生器、基因治療、基因芯片等科技成果，更需要關注未出現在教材中的生物科學技術，如基因敲除、基因干擾等。把它們作為課程內容、素材，設置問題并用于課堂教學活動中，不但有助于培養學生全面發展所需的關鍵能力，更有利于激發學生的學習興趣，養成質疑、求實、創新以及學以致用的科學精神和科學態度。

總之，提高學生學科核心素養，既是高中生物教學的目標，也是高考考查的方向。在科技日新月異的新時代，教師不僅要“授之以魚”，更應“授之以漁”。教師在教學過程中，不僅要引導學生厘清知識間的內在聯系，建構知識網絡，更應提供生產生活和科技發展的素材，創設問題情境，在解決問題中激發學生的學習興趣、提升學生的關鍵能力、培養學生的學科核心素養。