高考北京卷中的“PCR”问题

徐 捷 孙 鹏

（1 北京市东城区教师研修中心 北京 100007 2 北京教育考试院 北京 100083）

2017年教育部考试中心对《普通高等学校招生全国统一考试大纲》（以下简称《考试大纲》）进行了较大规模的修订，其中生物学科考试内容的变化之一是将选修3 中“基因工程的原理及技术”调整成“基因工程的原理及技术（含PCR 技术）”［1］。 这一变化，进一步明确了PCR 技术应作为基因工程相关内容的一部分进行考查。

高考北京卷自2011年开始至2017年， 对涉及PCR 技术相关内容的考查主要有3 次。 对这些内容的考查是否与《普通高等学校招生全国统一考试北京卷考试说明》（以下简称《考试说明》）的要求相符？ 在以后的教学与备考中应注意哪些方面？ 对此，笔者进行了简要分析。

1 《考试说明》中相关的内容要求与能力要求

《考试说明》（2010—2016年） 中有关基因工程的要求［2］如下：

表1 《考试说明》中有关基因工程内容的要求

《考试说明》（2010—2016年） 中有关遗传的分子基础相关内容的要求［2］如下：

表2 《考试说明》中遗传的分子基础相关内容的要求

《考试说明》中对各部分知识内容要求掌握的程度，在“生物学知识内容表”中用数字Ⅰ和Ⅱ标出。 Ⅰ和Ⅱ的含义如下：

Ⅰ.了解所列知识内容的确切含义，能够识别和辨认它们。 能够使用恰当的专业术语进行叙述。

Ⅱ.综合运用相关的知识、技能和研究方法，分析各种生物学现象和数据，通过推理和判断，得出正确结论并解答问题。

2 近年来高考北京卷中涉及PCR 内容的试题解析

例1，2011年高考理综北京卷第31 题（节选）：

6）根据T-DNA 的已知序列，利用PCR 技术可以扩增出被插入的基因片段。 其过程是： 提取______ 植株的DNA，用限制酶处理后，再用_____将获得的DNA 片段连接成环（如右图），以此为模板， 从图中A、B、C、D 4 种单链DNA 片段中选取______ 作为引物进行扩增，得到的片段将用于获取该基因的全序列信息。

图1 2011年高考理综北京卷第31 题图

参考答案：突变体；DNA 连接酶；B、C。

此小题涉及对基因工程内容的考查，其中第2空考查工具酶的作用， 第3 空考查有关引物选择的内容。 第3 空表面看似乎是考查关于PCR 扩增的知识， 但实际上并没有考查考生关于PCR 引物设计的具体知识， 而是借这一情境考查考生对DNA 结构的认识，即主要是对DNA 双螺旋结构特点之一“DNA 分子是由两条链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构”［3］中“反向平行”的理解，如果考生真正理解“反向”的含义，按照题图上引物A 处箭头的方向， 就可以判断出以B 和C为引物的DNA 合成方向，从而得出正确答案。

例2，2014年高考理综北京卷第30 题（节选）：

2）a 基因是通过将T-DNA 插入到A 基因中获得的，用PCR 法确定T-DNA 插入位置时，应从图中选择的引物组合是_______。

图2 2014年高考理综北京卷第30 题图

参考答案：Ⅱ和Ⅲ。

此题要求利用PCR 的方法确定T-DNA 插入A 基因的位置，仍然涉及到对引物的选择。从教材内容看，教材中似乎只提到利用PCR 技术可以扩增DNA，而并未提及利用PCR 确定插入位点的相关方法。在解答本题时，由图可看出若需要确定插入位点， 只需确定T-DNA 与A 基因相交部位即可。 考生不需要详细了解利用PCR 技术进行扩增时在分子水平的反应细节，而是根据DNA 2 条链是反向平行的，推知“DNA 两条链复制的方向是相反的”这一知识，进而推断出需要选择能将插入位点部分复制出来的2 个引物， 从而选出合适的引物组合是Ⅱ和Ⅲ。

例3，2016年高考理综北京卷第31 题（节选）：

图3 2016年高考理综北京卷第31 题图

②检测P-L DNA 需要提取基因组DNA，然后用PCR 技术对图中________（选填序号）位点之间的片段扩增。

a．Ⅰ～Ⅱ b．Ⅱ～Ⅲ c．Ⅱ～Ⅳ d．Ⅲ～Ⅳ

参考答案：c。

此题涉及利用PCR 技术进行扩增，考查的重点并非PCR 技术本身，而是让考生结合对PCR 技术的理解选择能够为P-L DNA 的存在提供证据的DNA 片段。 考生从图中的信息可以获知，图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4 个位点中，只有Ⅱ～Ⅳ这一段同时包含了P 片段和基因L，因此，选择这一片段进行扩增即可达到目的。

综合上述分析可以看出，以“PCR”为情境的这3 道高考试题与《考试说明》要求的一致性较好，主要体现在内容主题和认知水平2 个方面。这些试题考查的内容主要落在“DNA 的结构”“DNA的复制”及“基因工程的基本原理与技术”等方面，在对认知水平的要求上，考查“DNA 的结构”“DNA的复制”时，要求均为Ⅱ级水平，而对“基因工程的基本原理与技术”的要求为Ⅰ级水平。试题要求考生了解PCR 技术的相关知识内容，然后以PCR技术为情境考查考生对于DNA 分子的双螺旋结构， 以及DNA 复制等知识的深入理解与推理应用。在分析这类试题时，应注意区分试题情境与实际考查内容的差别， 不要盲目地将试题情境信息涉及的内容与实际考查的知识内容划等号， 同时还要注意分析试题对所考查的不同知识要求掌握程度的差别。

3 对于基因工程（包含PCR 技术）内容的教学建议

3.1 打好知识的基础 基因工程的基本原理和技术，是现代生物技术的一个重要方面。 在《义务教育生物学课程标准（2011年版）》10 个一级主题中的“生物技术”主题中，内容包括了“说出转基因技术的应用”， 这就意味着学生在初中阶段就已经初步了解了基因工程的应用。 《普通高中生物课程标准（实验）》要求“简述基因工程的原理及技术”，表明对这部分内容的要求属于较为基础的水平。因此在教学过程中， 关于实现基因工程需要的限制性核酸内切酶、DNA 连接酶和载体3 种基本工具，以及基因工程的基本操作程序，都是需要学生学习的知识。建议在新授课中，需要给学生以明确的讲解， 以帮助学生真正掌握有关基因工程的相关知识。

3.2 关注与必修知识链接 基因工程是在遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科的基础上发展而来的，因此，学生对基因工程的技术和原理等知识的理解，离不开对必修知识的积累。在高三复习这部分内容时， 尤其要注意与必修知识的联系，例如，与DNA 结构特点的联系、与自然界的转基因——肺炎双球菌转化实验的联系、与DNA 分子复制过程的联系等。 这样，不仅能让学生了解这些知识为基因工程的诞生与发展奠定了基础， 而且能让学生更好地理解科学与技术的关系，从而真正将科学、技术与社会（STS）教育渗透其中，是培养学生的科学素养，培养学生对自然和社会的责任感的重要途径之一。

3.3 重视技术的实际应用 基因工程技术在现实生产生活中有着很多的应用， 学生仅简单记忆其操作过程并不能达到对基因工程相关内容的学习目的。在教学过程中还要关注基因工程与生产、生活实际的联系， 让学生尝试在课堂上多了解其应用。 需要指出的是，对这部分内容的课堂讨论，不宜一味地引导学生讨论转基因食品问题。 对该内容的讨论虽然能在一定程度上培养学生参与社会性事务的意识， 但如果将学生的思维固化在对转基因食品的讨论中， 会让学生产生基因工程技术只能用来研制转基因食品的错误认识。 建议要以对基因工程技术应用的讨论引导学生积极思考与生物技术有关的社会问题， 在了解基因工程的原理和技术的基础上展开想象， 尝试将此项技术应用于某些亟待解决的问题， 让学生感受到由技术发展带来的变革的同时， 也意识到技术的局限性和两面性。

PCR 技术是基因工程中的常用技术， 在教学中也不可将其简单总结为只是进行DNA 体外扩增的手段。对于基础较好的学生，还可引导他们进一步分析应用PCR 技术还可以解决哪些方面的问题？ 例如，是否可以利用PCR 技术分析某个体的基因型等，培养学生的发散性思维。

2017年，随着《考试大纲》的变化，北京卷《考试说明》［4］对“基因工程”的内容也进行了相应调整，并通过参考样题进一步明确了对PCR 技术等知识的考核要求。 笔者认为， 在教学和备考过程中，只有仔细研读《课程标准》和《考试说明》，才能准确把握教学与评价中对知识要求的范围和程度，进而在教学与复习中有的放矢。要根据学生的具体情况，将基因工程（包含PCR 技术）的相关内容恰当地传授给学生，以达到教与学、教与考双赢的目的。