对2019 年全国卷Ⅰ第38 题的思考

福建 杨德平

由《普通高等学校招生全国统一考试大纲》知生物学的命题要体现生物课程的性质，要重视对考生科学素养的考查，在生物科学和技术的基础知识、科学探究的方法、获取新知识和处理信息的能力、思维能力、分析和解决实际问题的能力等方面对考生的表现进行检测，要重视理论联系实际，关注科学技术、社会经济和生态环境的协调发展。2019 年全国卷Ⅰ第38 题对PCR 技术进行考查，试题看似简单，实则从不同层面考查学生学科核心素养及相关能力。

1.真题展示

【2019 年，全国卷Ⅰ，第38 题】基因工程中可以通过PCR 技术扩增目的基因。回答下列问题。

（1）基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以从基因文库中获得。基因文库包括_____和______。

（2）生物体细胞内的DNA 复制开始时，解开DNA 双链的酶是________。在体外利用PCR 技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA 解链为单链的条件是______。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA 双链分子中的________。

（3）目前在PCR 反应中使用Taq 酶而不使用大肠杆菌DNA 聚合酶的主要原因是________。

【参考答案】（1）基因组文库 cDNA 文库

（2）解旋酶 加热至90～95℃ 氢键（3）Taq酶热稳定性高，而大肠杆菌DNA 聚合酶在高温下会失活

2.试题分析

2.1 重视知识间的内在联系，考查知识的网络结构

试题以PCR 技术扩增目的基因为背景，对学生的学科核心素养进行考查。试题的第（1）小题，题干指出获取目的基因的两种方法，其中一种是“从基因组文库中获取”，然后考查基因文库的种类，知识点衔接自然，可构成如图1 所示知识网络结构。

图1 目的基因的获取方法

此小题的命题者重视概念间的内在联系，重视考查学生知识网络结构的构建能力。

2.2 凸显选修与必修的关联，考查比较与分析的能力

对比往年的全国卷理综试题，笔者发现2019 年的选修试题与必修内容联系较紧密，这是本试题最显著的创新点。试题的第（2）小题考查细胞内DNA 的复制与利用PCR 技术体外复制DNA 的区别和联系，涉及二者解旋过程的相同点及二者解旋条件的区别，内容精且细，对PCR 技术的解旋条件精细到具体的温度数值。本小题设置的三个题空中，必修内容占两个，比重较大，在基因工程中大比重考查必修相关内容是往年高考试题中从未有过的。本小题通过对细胞内、细胞外DNA 复制过程的比较，重点考查学生比较与分析的能力。

2.3 强调理论联系实际，考查综合运用能力

高考试题应着重考查学生的关键能力，以选拔具备终身发展与适应时代要求的具有核心竞争力的人才。试题的第（2）小题不但考查DNA 复制的生物学科基础知识，而且考查该知识的应用——PCR 技术。重视理论与实践的联系，在生物科学和技术的基础知识、思维能力、分析和解决实际问题的能力等方面对学生的表现进行测量，考查学生综合运用能力。试题的第（3）小题进一步考查PCR 所需的Taq 酶与细胞DNA 复制所需的DNA 聚合酶的区别，对PCR 技术使用Taq 酶而不使用大肠杆菌DNA 聚合酶做出解释。考查学生从题目中获取和处理信息的能力，以及通过比较、分析与综合等方法对生物学问题进行解释的能力和语言表达能力，即对必修的理论知识和选修的技术进行整合的能力。

2.4 关注生物科学技术进展，激发学生的学习兴趣

PCR 技术是多聚酶链式反应的缩写，这项技术由穆里斯等人在1988 年发明，短短5 年时间，穆里斯就因此获得诺贝尔化学奖，由此可见该项技术对社会发展的影响和意义有多么重大。本题以PCR 技术作为考点，有利于培养学生的科学精神和科学态度，引导学生正确理解科学、技术与社会之间的联系，从而激发学生的学习兴趣，激发学生探索生命科学奥秘的激情。

3.备考策略

选修3 是高考生物试卷中非常重要的组成部分，是两个选考内容之一。通过对选修3 知识的考查能检测学生全面发展所需的独立思考、逻辑推理等关键能力。教师应通过选修3 的教学活动，让学生清晰地掌握理论和技术间的联系，培养学生学科核心素养，充分体现立德树人的育人功能。

3.1 构建概念图解，完善知识体系

概念图是构建知识网络，完善知识体系的一个良好载体。在教学过程中，教师可以让学生以基因工程为核心，构建包括基因工程、细胞工程和胚胎工程在内的概念图，形成完整的知识体系。概念可以分为三个部分，第一部以三大生物工程的基础知识为核心，二、三部分分别以植物细胞和动物受精卵作为基因工程受体细胞的切入点，使三大工程成为一个统一整体，这样更有助于学生把握知识间的内在联系，在学生的脑海中形成有关生物工程的知识网络结构。

3.2 强化对比分析，培养批判思维

在高三的教学和备考过程中，教师可以引导学生通过列表等形式对比细胞内DNA 的复制与PCR 技术、基因组基因与cDNA、基因组文库与cDNA 文库、目的基因导入真核细胞与目的基因导入原核细胞、基因工程与蛋白质工程、基因工程与细胞工程、细胞工程与胚胎工程、动物细胞工程与植物细胞工程、卵原细胞与精原细胞减数分裂的区别与联系等。其中，表格的形式为开放式，教师可设置部分比较项目，其余部分让学生自己设置，并进行分组讨论，表格形式如表。在教学过程中，穿插使用上述内容，让学生在自身知识与相关态度、技能和价值观相结合的基础上对问题进行分析、比较、判断，在合作学习的过程中产生思维碰撞和积极的情感体验，逐步培养学生的批判思维，进一步提高学生的理解能力及解决问题的能力。

细胞内DNA 的复制与PCR 技术的对比表

3.3 利用典型案例，培养关键能力

在高三复习过程中，教师需引导学生对教材进行重新处理，以工程菌生产干扰素、转基因抗病大豆的生产、利用山羊乳房发生器生产tPA 三个典型案例为支架，分别复习基因工程的工具和基本程序、基因工程和细胞工程的关系、基因工程与动物细胞工程及胚胎工程的联系。重视理论与生产实践相结合，让学生在解决教师创设的实践情境中不断发现问题、解决问题，在解决实际问题过程中，培养学生对所学知识的运用能力，以及独立思考、分析问题和寻找方案、作出判断和表达见解、交流与合作等适应未来不断变化发展的社会所需的关键能力。

【典型案例】人干扰素（IFN）是机体免疫细胞产生的一类淋巴因子，通过诱导细胞合成抗病毒蛋白实现对病毒的抑制，同时还可增强各种免疫细胞的活力，进而增强人体的抗病毒能力。用白细胞生产干扰素，每个细胞最多只能产生100～1 000 个干扰素分子，而用基因工程技术改造的大肠杆菌发酵生产，在1～2 天内，每个菌体能产生20 万个干扰素分子。

根据材料，回答下列问题。

（1）①基因工程的一般步骤包括：目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞、_______四个步骤，核心步骤是_______________，该步骤在 _________ 进行操作。

②从基因组文库中获取的IFN 基因，导入大肠杆菌____（填“能”或“不能”）成功获得表达，原因是______________。

图2、图3 为IFN 基因和质粒结构，回答相关问题。

（2）图3 的Ampr可作为________基因，欲利用上述材料构建基因表达载体，需选用上述__________限制酶，使用该酶进行酶切时需______________________________。

（3）请根据材料，提出三个问题，并作出解答。

【答案】（1）①目的基因的检测与鉴定 基因表达载体的构建 体外 ②不能 从基因组文库获取的IFN 基因含有内含子，原核细胞大肠杆菌无法将转录形成的产物加工成mRNA，从而无法获得IFN 基因（2）标记 Msp Ⅰ 在IFN 基因的启动子前端和终止子后端连接Msp Ⅰ限制酶的识别序列，供其识别和切割（3）略

本题节选部分案例及题目，从上述材料可以看出，素材源于生产生活，有助于提高学生的学习兴趣。既有如第（1）题中①考查学生对知识间内在联系的理解问题，也有如第（1）题②中考查学生比较、分析与综合、进而做出解释、推理和判断的题目，更有第（2）题的从课外材料中获取信息，运用这些信息，结合自身的知识解决问题的类型，以及第（3）题的让学生自己发现问题，并且解决问题的类型。这样的课堂有助于培养学生的关键能力，同时带给学生的情感体验是讲授式教学所无法比拟的，切实做到培养学生的学科核心素养。

3.4 关注科技发展动态，养成科学精神

在复习教学中，教师既要关注教材出现的科学史，如艾弗里的肺炎双球菌转化实验、斯图尔德的胡萝卜组织培养等内容，也要弄清PCR 技术、抗虫棉、发光树、乳房发生器、基因治疗、基因芯片等科技成果，更需要关注未出现在教材中的生物科学技术，如基因敲除、基因干扰等。把它们作为课程内容、素材，设置问题并用于课堂教学活动中，不但有助于培养学生全面发展所需的关键能力，更有利于激发学生的学习兴趣，养成质疑、求实、创新以及学以致用的科学精神和科学态度。

总之，提高学生学科核心素养，既是高中生物教学的目标，也是高考考查的方向。在科技日新月异的新时代，教师不仅要“授之以鱼”，更应“授之以渔”。教师在教学过程中，不仅要引导学生厘清知识间的内在联系，建构知识网络，更应提供生产生活和科技发展的素材，创设问题情境，在解决问题中激发学生的学习兴趣、提升学生的关键能力、培养学生的学科核心素养。