一道“基因的表达”综合性原创试题命制浅谈

甘肃 陈能训

(作者单位：甘肃省高台县第一中学)

《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)确定了生物学的四大学科核心素养：生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。新高考背景下，高考生物学试题中任务情境类题目的比例增加，加大了对考生理解能力、解决问题的能力和创新能力等关键能力的考查力度。这些改变与《课程标准》从知识立意、能力立意转为素养立意相一致。近几年的高考生物学真题以综合性试题为载体考查学生的学科核心素养，且在相关学科能力的考查方面显得日益清晰和具体。因此，如何合理设计并利用综合性原创试题提升学生的学科核心素养是值得思考的问题。

一、命题构想及依据

“基因的表达”是必修2 《遗传与进化》 第4章的内容，包括“基因指导蛋白质的合成” “基因表达与性状的关系”两节内容，从分子层面介绍基因如何发挥作用，本章内容与必修1 《分子与细胞》 第6章“细胞的生命历程”联系密切，阐明了多细胞生物体细胞分化的本质。本章基因与蛋白质关系的内容，为学习《生物技术与工程》中基因工程的内容奠定了理论基础，相关联系如图1所示。本章内容涉及层面较广，知识点较多，可以综合考查学生的能力，有助于学生学科核心素养的提升。

图1

近几年，高考试题中也常出现“基因的表达”等内容，如2018年全国卷Ⅰ第6题，2020年全国卷Ⅱ第29题，2020年全国卷Ⅲ第3题，特别是随着各省(市)逐渐进入新高考模式，“基因的表达”等内容更是成为高频考点，渗透到各种题型中，如湖南省2021年普通高中学业水平选择性考试生物试题中的13、14、15、19题，山东省2021年普通高中学业水平等级考试生物试题中的22、23、25题等，都通过直接或间接整合、重组等方式对“基因的表达”相关内容进行了考查。基于此，本着“价值引领、素养立意、能力为重、知识为基”的命题思想，本文尝试命制一道“基因的表达”综合性原创试题，以期通过综合性试题的练习，提升学生的综合能力。

二、综合性原创试题展示及分析

1.例题展示

某实验小组欲探究雪菊精油对希氏肠球菌中酪氨脱羧酶(tyrDC)基因，酪氨酸/酪胺透性酶(tyrP)基因，酪氨酰-tRNA合成酶(tyrS)基因以及Na+/H+转运蛋白(nhaC)基因表达的影响，进行了如下四组实验，第一组仅添加0.5%酪氨酸(L)；第二组添加0.5%酪氨酸和1/2雪菊精油(1/2 M)；第三组添加0.5%酪氨酸和雪菊精油(M)；第四组为空白组，不添加酪氨酸和雪菊精油(K)。测定结果如图2所示，回答下列问题。

图2

(1)希氏肠球菌中tyrDC基因转录产生RNA的场所是________，与酵母菌相比，希氏肠球菌中的tyrDC基因编码tyrDC的特点是________。

(2)酪胺是以酪氨酸为前体物质经脱羧后形成的一种血管活性生物胺，过量的酪胺进入血液会引发头痛、发热、心悸等一系列的生理反应，有研究表明在酪胺形成机制中主要参与的基因是tyrDC和tyrP，根据图示结果推测雪菊精油的作用是____________________。

(3)tyrS基因是在酪氨酸不充足的条件下被激活，以防止这种氨基酸的大规模脱羧，确保其可用于蛋白质的合成。与L组相比，添加雪菊精油的希氏肠球菌中tyrS基因表达上调。产生这种结果的可能原因是________________。

(4)已知Na+进入希氏肠球菌依靠Na+/H+转运蛋白顺浓度梯度运输，则Na+进入希氏肠球菌的方式是________，由实验结果可知雪菊精油能够____________(填“促进”或“抑制”)Na+/H+转运蛋白基因的表达。

【参考答案】(1)细胞质 可以边转录边翻译

(2)雪菊精油可以通过减弱tyrDC和tyrP基因表达量来影响酪氨酸脱羧酶和转运酪胺/酪氨酸的蛋白的合成，从而减少酪胺的产生

(3)由于精油组的tyrDC、tyrP基因表达量较低，避免了酪氨酸大量脱羧，致使tyrS基因表达量较少

(4)协助扩散 抑制

2.例题内容分析

本题素材来源于真实科研文献，以实验为情境，探究雪菊精油对希氏肠球菌中相关基因表达的影响，考查的核心知识是“基因的表达”，具体涉及判断转录和翻译的场所、辨析原核细胞和真核细胞基因表达的不同、详述基因表达过程等内容。这些内容是教学中的重难点，也是高考中的高频考点，对考查内容的理解是学生建立正确遗传观的基础。但本题相关内容的思维层次比较高，学生普遍存在畏难情绪，不易从本质入手进行问题的梳理和解答。

3.基于学科核心素养的例题考查目标分析

基于真实情境，深化结构与功能观。本题以真实情境为背景，引导学生认识生物学的遗传与信息观、结构与功能观。(1)题考查了学生的识记能力、理解能力，通过阅读题目，学生能识别出本题是对基因转录、翻译的场所及特点的考查，通过比较原核生物和真核生物结构的不同，认识到生物遗传信息传递的统一性；(4)题考查了学生比较、解读题干信息的理解能力，通过对“Na+/H+转运蛋白”及“顺浓度梯度运输”等信息的解读，促进学生理解希氏肠球菌的生命活动，深化学生的结构与功能观。

通过实验数据分析，培养学生的科学思维。本题素材来源于《食品科学》杂志《雪菊精油对希氏肠球菌产酪胺及相关基因表达的影响》一文，实验结果及数据真实可靠，需要学生以严谨务实的态度进行分析，并归纳概括、推理论证，阐释雪菊精油对希氏肠球菌产酪胺过程相关基因表达的影响。(2)题考查学生对实验设计、实验结果的分析和推理能力，学生可以通过基因表达量的结果图，结合题目背景，比较、分辨实验组和对照组的异同点，基于生物学事实和证据进行概括与归纳得出结果。(3)题考查学生推理的应用能力、论证的思辨能力，学生运用题目信息进行综合分析，得出添加雪菊精油的希氏肠球菌中tyrS基因表达上调的原因。

通过学以致用，提升社会责任意识。通过本题的练习，学生关注到药物健康及新药的研究进展，通过引导学生关注生物科学技术在生产、生活中的应用，提高学生对科学、技术、社会三者关系的理解。克服学生对新情境、信息量大等题目的畏难情绪，使其做出理性的解释和判断，培养其尝试解决生活中生物学问题的能力。

各小题的素养维度、具体内容和素养水平如表所示。

基本信息表

三、综合性原创试题命制经验总结

1.论文信息需要进行技术转化

以科研文献为基础的综合性原创试题命制过程中，文献的选取决定了试题考查的方向和角度，因此对文献的筛选和处理至关重要。在编制试题前，应先将文献的研究内容进行梳理，依据文献中的实验结果及讨论内容的深度与学生已有的知识及能力进行逐一匹配，适当删除部分实验边缘内容和过深的内容。保留的部分要保证逻辑链的完整，如实验结果能明确阐释某一问题，涉及的不同实验可为同一结论提供论据等。随后可进行试题框架搭建，将文献背景、实验流程及结果与结论用简单语言进行书写，借助箭头等标注内容之间的关系，针对每一部分写出相应的学生知识能力的基础和提升点，初步确定相应考点。对学科知识及能力的考查要全面，在保证多个相关知识充分考查的基础上，兼顾学科能力维度的层层递进。试题命制要做到:背景语言简单明了，对后续探究问题有一定铺垫性；问题清晰具体，能对学生起到引导作用；探究内容逐步加深，思维提升难度逐步加大；试题前后呼应，如题干中提出问题，实验探究逐步明确本质，实验结论总结说明等；考查角度具有一定的开放性，促进学生的设计能力及创新能力的提升。此外，综合性原创试题要尊重原始科研文献进展，如无法做到考查内容面面俱到，可以不必刻意在某种能力或知识方面设置问题，避免不符合科学发展或怪异的题目出现。

2.试题命制需强化价值导向，突出学科育人价值

高考兼具“水平性考试”与“选拔性考试”双重性质，命题应遵循“素养立意、基础与能力并重、难度适中”的原则。因此试题的命制必须在知识、能力和素养考查中做好整体规划，强化价值导向，突出学科育人价值。这就要求所取情境素材要有较好的价值取向，引导学生把生物学知识与社会、生活情境融为一体，同时还应具有启发性，有人文教育价值。如本文例题的命制过程中，除了加强对基本概念、原理和思想方法的考查外，还重点考查了学生的思维能力、解决实际问题的能力、实验探究能力和规范表达能力，突出了基础性、应用性和创新性。通过探究生命活动规律，并以此为指导形成生产实践方案，解决实际问题，提升学生的科学探究素养和社会责任素养。

尽管对原创试题如何有效测试和反映学生学科核心素养水平的研究还仅仅是冰山一角，但这必将引领中学生物老师走出“刷题”应试的课堂教学，也必将催生更多以发展学生学科核心素养为宗旨的有效课堂教学变革，从而为学生的终身发展奠基。