2024年高考廣東卷生物學第21題關鍵能力考查分析與啟示

摘" 要：本文以2024年高考廣東卷生物學第21題為例，通過分析該試題對學生關鍵能力的考查內容，提出人教版普通高中教科書《生物學·選擇性必修3·生物技術與工程》相關內容教學與復習的啟示與建議。

關鍵詞：生物學高考；試題分析；關鍵能力

文章編號：1003-7586（2024）12-0000-00

中圖分類號：G633.91" 文獻標識碼：B

基金項目：

（1）廣東省中小學“百千萬人才培養工程”專項科研項目課題“高中生物學“數字·模擬·實踐”創新實驗教學模式的構建及評價研究”（BQW2024TGL024）；（2）廣東省教育科學規劃課題2025年度中小學教師教育科研能力提升計劃項目“大概念統攝下中學生物學跨學科課程資源的開發及實踐研究”項目（2025ZQJK277）；（3）廣東省中山市教育科研2023年度課題“高中生物學滲透健康教育的策略研究和教學實踐”（C2023119）。

2024年是廣東省在“新課標、新教材、新高考”的“三新”背景下進行試題命制的第二年。2024年高考廣東卷生物學第21題以新型紡織原料細菌纖維素膜（BC膜）的綠色制造與印染工藝為情境，考查學生對BC膜生產原理的理解、探究、應用及創新能力，對學生的高階思維及生物學學科核心素養均具有較高要求。同時，該試題是“三新”背景下人教版普通高中教科書《生物學·選擇性必修3·生物技術與工程》（以下簡稱“教材”）相關內容在廣東卷中首次以非選擇題的形式出現，這對教師和學生在今后針對該教材的教學及備考具有重要的指導意義。因此，筆者立足于2019年教育部考試中心發布的《高考評價體系》及相關文獻中對生物學關鍵能力的測評與分析方法，對試題針對關鍵能力的考查內容進行深入分析，以期為教師在教材新授課、一輪及二輪復習課的教學提供參考。

1" 生物學學科關鍵能力的內涵與測評

2019年教育部考試中心發布的《中國高考評價體系》將應考查的素質教育目標凝練為“核心價值、學科素養、關鍵能力、必備知識”4層考查內容，其中關鍵能力是支撐和體現學科素養要求的能力表征。［1］依托《中國高考評價體系》對關鍵能力的定義，楊帆、郭學恒、吳成軍等學者指出生物學學科關鍵能力是學生學習生物學后，在應對與生物學相關的生活、生產實踐及科學探究等問題時，所必須具備的認識問題、分析問題及解決問題的能力，同時也是使學生適應時代要求并支撐其終身發展的能力。［2］［3］筆者從“概念習得、學科表現、行為表現”3個維度對生物學學科關鍵能力測評進行了如圖1所示的框架構建。

在測評框架中，學科表現維度的“理解能力”“探究能力”“應用能力”“創新能力“是生物學學科關鍵能力的基本內涵，是知識獲取能力群、實踐操作能力群、思維認知能力群的綜合體現，也是考查學生生物學學科關鍵能力的重要方面。［4］考查生物學學科關鍵能力的重要性在廣東省近幾年的高考中日益凸顯，具體表現在：在試題設置上，開放性試題與封閉性試題的比例逐年增大；在能力考查上，對學生創新思維等關鍵能力的考查要求則不斷提高。下面筆者將基于上述學科表現維度的4項能力，對2024年高考生物學廣東卷第21題的關鍵能力考查進行分析。

2" 原題呈現

駒形桿菌可合成細菌纖維素（BC）并將其分泌到胞外組裝成膜。作為一種性能優異的生物材料，BC膜應用廣泛。研究者設計了酪氨酸酶（可催化酪氨酸形成黑色素）的光控表達載體，將其轉入駒形桿菌后構建出一株能合成BC膜并可實現光控染色的工程菌株，為新型紡織原料的綠色制造及印染工藝升級提供了新思路（圖一）。

回答下列問題：

（1）研究者優化了培養基的""" （答兩點）等營養條件，并控制環境條件，大規模培養工程菌株后可在氣液界面處獲得BC菌膜（菌體和BC膜的復合物）。

（2）研究者利用T7噬菌體來源的RNA聚合酶（T7RNAP）及藍光光敏蛋白標簽，構建了一種可被藍光調控的基因表達載體（光控原理見圖二a，載體的部分結構見圖二b）。構建載體時，選用了通用型啟動子pBAD（被工程菌RNA聚合酶識別）和特異型啟動子pT7（僅被T7RNAP識別）。為實現藍光控制染色，啟動子①②及③依次為""" ，理由是""""""" 。

（3）光控表達載體攜帶大觀霉素（抗生素）抗性基因。長時間培養時在培養液中加入大觀霉素，其作用為""""""""""""""" （答兩點）。

（4）根據預設的圖案用藍光照射已長出的BC菌膜并繼續培養一段時間，隨后將其轉至染色池處理，發現只有經藍光照射的區域被染成黑色，其原因是""""""""""""""" 。

（5）有企業希望生產其他顏色圖案的BC膜。按照上述菌株的構建模式提出一個簡單思路：""""""""" """"""。

參考答案：（1）碳源、氮源" （2）pT7、pBAD、pBAD；基因2和3正常表達無活性產物，被藍光激活后再啟動基因1表達" （3）抑制雜菌、去除丟失質粒的菌株" （4）該處細胞中T7RNAP激活，酪氨酸酶表達并催化絡氨酸合成黑色素" （5）將酪氨酸酶替換成催化其他色素合成的酶（或將酪氨酸酶替換成不同顏色蛋白）

3" 試題分析

3.1" 試題考點分布及考查要求

根據《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》），第21題考查的大概念包括大概念“3發酵工程利用微生物的特定功能規模化生產對人類有用的產品”及大概念“5基因工程賦予生物新的遺傳特性”，下屬的重要概念包括“5.1基因工程是一種重組DNA 技術”“5.2蛋白質工程是基因工程的延伸”，考點分布于發酵工程和基因工程兩大模塊，難度較大，對學生的考查要求也較高。試題體現基礎性、綜合性、應用性、創新性的4大考查要求，同時在SOLO分類理論層面關聯結構水平的試題數量較多，需要學生在作答時能尋找多個解題思路，并進行有效的整合。下面筆者依據《課程標準》、《中國高考評價體系》及SOLO分類理論對各小題的次位概念、考查要求及試題水平進行分析（見表1）。

3.2" 關鍵能力考查分析

3.2.1" 創設生物工程情境，考查理解能力

“理解能力”是指學生在了解、明白事理時表現出來的知識和技能傾向。經過素質教育的培養，學生應當能夠閱讀和理解生物學學科的各種主要概念及基本符號，客觀全面地獲取相關內容并從情境中提取有效信息，準確地概括和描述生物學基本現象及其相互關系，最終發現問題并解決問題。理解能力按思維的復雜程度可分為初級水平、中級水平及高級水平。第21題以新型紡織原料細菌纖維素膜（BC膜）的綠色制造與印染工藝為情境，分別考查學生不同水平的理解能力。

初級水平考查：第（1）問主要考查學生對駒形桿菌合成細菌纖維素菌膜（菌體和BC膜的復合物）所需基本原料的種類及其元素組成的理解，從而引導學生推理培養基的優化條件。學生較容易從菌體和BC膜的成分進行分析，得出需要優化碳源和氮源的答案，這屬于對初級水平理解能力的考查。第（3）問主要考查學生對發酵工程中長時間培養駒形桿菌時添加抗生素的作用的理解，學生較容易從抗生素的生理作用和基因工程標記基因的作用“篩選重組DNA分子”這一知識點入手，得出抑制雜菌污染、去除丟失質粒的菌株這一答案，此問題同樣屬于對學生初級水平理解能力的考查。中級水平考查：第（2）問需要學生從題干信息及流程圖中獲取信息，同時理解RNA聚合酶（T7RNAP）的藍光激活機制，以及誘導型啟動子pT7與通用型啟動子pBAD的內在聯系，才可以確定啟動子1、2、3的位置順序并進行作答。第（4）問則需要學生在順利完成第（2）問的基礎上，結合題干中“酪氨酸酶可催化酪氨酸形成黑色素”這一信息，分析BC膜轉至染色池后只有經過藍光照射的區域才能染成黑色的原因。上述兩問均考查了學生對生物工程技術概念、原理和規律的理解，學生需要對理解的概念、原理、規律間的內在聯系進行分析，得出藍光調控與基因表達載體、藍光照射區域與黑色素生成之間的關聯。學生需要具備一定的科學思維、工程學思維、技術思維等高階思維才能對其進行理解、分析與解答，上述問題屬于對學生中級水平理解能力的考查。高級水平考查：高級水平的理解能力包括應用與創新能力。第（5）問創設企業需要生產其他顏色圖案BC膜的情境，讓學生基于上述菌株的構建模式提出一個簡單的生產思路。學生需要深刻理解染色及基因表達載體的構建原理才可以對工程進行創新設計，此問題屬于對學生高級水平理解能力的考查。

3.2.2" 提供原理制訂方案，考查探究能力

生物學是一門實驗性學科，探究能力是考查學生生物學學科關鍵能力的主要標準。經過素質教育的培養，學生應當能夠根據實驗目的和要求，設計合理的實驗方案，收集并處理數據，最終得出結論或做出解析。第21題的第（2）問提供了RNA聚合酶（T7RNAP）的光控原理圖解，引導學生將圖示原理與基因表達載體的構建建立聯系，對載體上啟動子1、2、3的位置進行設計，以實現藍光控制染色這一目的，從而考查學生的探究能力。該試題需要學生首先明確基因1（編碼酪氨酸酶）為目的基因，基因2、基因3為非目的基因且分別編碼T7RNAP的N端與C端，再從藍光激活T7RNAP的原理角度明確激活前必須先編碼表達出T7RNAP的N端與C端，具備物質基礎后才可被藍光激活，最后則是T7RNAP被激活后作用于特異型啟動子pT7，啟動另一個基因的表達，以實現藍光控制染色的設計目的。因此，基因2、基因3應選擇通用型啟動子pBAD以保證順利啟動表達，表達產物通過藍光激活形成有活性的T7RNAP，而后T7RNAP與特異型啟動子pT7結合，對特定基因進行啟動，實現藍光激活T7RNAP，后續T7RNAP特異性啟動目的基因1，因此排序為pT7、pBAD、pBAD。本題的第（4）問同樣如此，需要學生基于第（2）問的原理，結合圖片所示的染色過程，對藍光照射區域被染成黑色的原因進行分析，不僅考查了學生分析科學問題的能力，同時也考查了學生的工程學思維與技術思維等高階思維能力。

3.2.3" 提出新思路新方法，考查應用與創新能力

創新能力是指學生針對科學現象與事實，發現新問題、提出新解析或進一步探究的能力。經過素質教育的培養，學生應當能夠獨立思考，通過思辨發表獨立的、創造性的看法，并在分析和解決問題的過程中表現出新思維、新方法等。第21題的第（5）問提出一個生產過程中的現實問題“企業希望生產其他顏色圖案的BC膜”，并要求學生立足于對上述生物工程原理和菌株構建模式的理解，結合所學知識，提出解決問題的新思路。針對此問題，學生可從色素代謝角度進行創新，通過替換酶的種類實現對不同顏色色素的催化合成；或從目的基因的角度進行創新，將質粒中的目的基因更換為色素蛋白基因，從而實現藍光驅動色素蛋白的合成。在回答此問題的過程中，學生不僅需要深刻理解BC膜的染色原理及工藝流程，還需要創造性地對已學知識進行遷移應用，思考出符合生產需求的改良方案，這要求學生具備一定的創新思維能力。

4" 啟示

4.1" 回歸教材，新授課注重理解能力培養

本教材涉及多種生物工程及技術手段，知識相對更為專業化、技術化、工程化與前沿化，偏重于實際應用且較為抽象，導致學生對教材內部分技術手段及其原理的理解較為困難。因此，在關鍵能力測評框架下，教師在教授過程中應立足教材，從概念、流程、應用、意義等方面引導學生對各生物工程進行分析，從知道對象“是什么”的初級水平理解，走向知道客觀事物“怎么樣”的中級水平理解，再進一步系統化，重新建立或調整認知結構并進行遷移運用，達到知道客觀事物“為什么”的高級水平理解。

4.2" 立足高考考查要求，復習課注重綜合能力提升

第21題的第（2）問知第（4）問體現出廣東省高考生物學試卷中對學生科學思維、技術思維的考查要求較高，這也契合教育部2024年發布的《關于做好2024年普通高校招生工作的通知》中所提到的“注重考查學生的必備知識、關鍵能力和學科素養，引導培養探索性、創新性思維品質”“增強試題的應用性、探究性、開放性”的要求。［5］這要求教師在復習課中重視學生抽象思維能力、演繹推理能力、批判性思維能力等科學思維的提升。教師在復習課教學中可以借助教材中的“思維訓練”“練習與應用”“復習與提高”等欄目對學生進行必要的訓練，提高其遷移應用能力。［6］

4.3" 理論與實踐結合，培養開放性思維

廣東省高考生物學試卷中開放性試題的比例逐年增加，對學生的辯證思維能力及創新思維能力提出較高的要求。例如，2023年第17題讓學生嘗試提出治療放射性心臟損傷的新思路，第18題則需要學生基于當前實驗提出科學問題，第21題需要學生對無瓣海桑是否屬于入侵物種給出自己的觀點等。而2024年考題則呈現出基于生產生活需要的開放性試題，如讓學生從生態學角度給出解決沉水植物生長不良及維護成本較高等問題的措施，以及根據企業需求提出菌株構建模式的新思路。對于學生創新思維的考查，教師應更加注重引導學生將已掌握的生物學概念、知識、原理與現實生活聯系起來，培養學生利用已學知識解決實際問題的能力，促進學生對所學知識的應用與遷移。教師可以充分利用教材“探究·實踐”欄目中結果分析與評價部分的思考題，如“若對結果不滿意，應該如何改進？”要求學生對實驗方案進行完善與優化，引導學生走近科研、探討科研、分析科研，不斷提高學生對生物工程情境的敏感度，進而促進學生生物學學科核心素養的培養與發展。

參考文獻

［1］教育部考試中心. 中國高考評價體系［M］.北京：人民教育出版社， 2019．

［2］楊帆，郭學恒.基于高考評價體系的生物科考試內容改革實施路徑［J］.中國考試， 2019（12）：53-58．

［3］郭學恒，吳成軍.基于高考評價體系的生物學科關鍵能力考查研究［J］.天津師范大學學報（基礎教育版）， 2022， 23（3）：64-69．

［4］高倩倩，曹苡，李雪峰.指向高階思維能力培養的高考生物學開放性試題分析及啟示［J］.生物學教學，2024，49（1）：60-63．

［5］中華人民共和國教育部.教育部關于做好2024年普通高校招生工作的通知（教學〔2024〕2號）［J］.中華人民共和國教育部公報，2024，1-26．

［6］李霞.高中生物學科關鍵能力之解決問題能力的測評維度探析［J］.中學生物學，2023，39（5）：56-57＋60．