一道高考試題引發(fā)的探究活動

周茜

摘 要 從一道江蘇高考試題的答題情況入手，分析教學(xué)，并借鑒教材中“重組DNA”的模擬制作，組織了一次探究活動，較好地補償了第一次教學(xué)中的遺憾。

關(guān)鍵詞 高考試題 探究活動 模擬制作

中圖分類號 G633.91 文獻標(biāo)志碼 B

1 一道高考試題的分析

2012年江蘇高考試題第32題重點考查學(xué)生對基因工程的工具、操作的掌握情況。試題的第（4）題，由于試題開放性較大，對學(xué)生的信息處理能力要求較高。學(xué)生的答案存在：審題不清，答非所問；理解錯誤，表達不當(dāng)?shù)惹闆r，甚至有很多學(xué)生沒能完成。

高考原題：圖1表示含有目的基因D的DNA片段長度（bp即堿基對）和部分堿基序列，圖2表示一種質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和部分堿基序列?，F(xiàn)有MspⅠ、Bam HⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4種限制性核酸內(nèi)切酶切割的堿基序列和酶切位點分別為C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。請回答下列問題：

（1）（2）（3）略。

（4） 若將圖2中質(zhì)粒和目的基因D通過同種限制酶處理后，形成重組質(zhì)粒，那么應(yīng)選用的限制酶是

。在導(dǎo)入重組質(zhì)粒后，為了篩選出含重組質(zhì)粒的大腸桿菌，一般需要用添加 的培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。經(jīng)檢測，部分含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達，其最可能的原因是 。

從試題命題看，第1小空以目的基因D的獲取，重組質(zhì)粒的構(gòu)建為背景，考查限制酶的作用與特點、堿基互補配對原則和對黏性末端的認(rèn)識。第2小空以篩選含重組質(zhì)粒的大腸桿菌為背景，考查在真實情境下對標(biāo)記基因作用的理解。第3小空以基因表達為切入，考查重組質(zhì)粒中目的基因表達的條件和機制。試題從重組質(zhì)粒的形成到重組質(zhì)粒中標(biāo)記基因的作用，再到目的基因的正常表達，對考生認(rèn)知水平和能力要求逐步提升，既考查了知識的理解應(yīng)用，更考查了學(xué)生的綜合分析能力。

從學(xué)生的答題情況看，學(xué)生對重組質(zhì)粒的構(gòu)建的理解只限于操作層面，即同種限制酶切割，產(chǎn)生相同的黏性末端；在DNA連接酶的作用下，含目的基因的DNA片段與質(zhì)粒形成重組質(zhì)粒。學(xué)生對教材中所提到“構(gòu)建表達載體”的認(rèn)識，停留在對復(fù)制原點、啟動子、終止子、標(biāo)記基因的機械記憶。因此在遇到的新問題“部分含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達”時，學(xué)生不能從基因表達的角度分析理解啟動子、終止子在基因表達過程中的作用，從而不能準(zhǔn)確判斷目的基因D不能正確表達的原因。

學(xué)生的答題情況反映出教師教學(xué)中存在的問題。在工程技術(shù)的教學(xué)中，教師未能滲透“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的思，重流程操作，而忽視了原理、功能的深度理解和運用，導(dǎo)致學(xué)生在遇到新問題時無從下手，不能靈活運用已有知識，分析問題，解決問題。如何進行教學(xué)改進？借鑒教材中“重組DNA”的模擬制作，筆者設(shè)計了一次探究活動，較好地補償了第一次教學(xué)中的遺憾。

2 一次探究活動的嘗試

2.1 提出問題

基因工程技術(shù)的關(guān)鍵步驟是構(gòu)建表達載體。如何有效構(gòu)建表達載體？教師提供具體的情境，并提出問題，引導(dǎo)學(xué)生參與探究。

圖3、圖4為含有目的基因D的2個不同的DNA片段。圖5表示一種普通質(zhì)粒，現(xiàn)有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ3種限制性核酸內(nèi)切酶切割的堿基序列和酶切位點分別為C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC。

請問：

① 將圖1和圖2中的目的基因D和圖3中的質(zhì)粒形成重組質(zhì)粒，如何選用限制酶？

② 考慮到重組質(zhì)粒導(dǎo)入受體菌并在受體菌中正常表達的要求，選擇限制酶的最佳方案是什么？

2.2 提出假設(shè)

教師指導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)形成重組質(zhì)粒的條件和操作。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生分析DNA片段和質(zhì)粒上的限制酶識別序列和切割切點，并提出假設(shè)：

針對圖1片段，學(xué)生提出有兩種假設(shè)。

假設(shè)1：用BamH I來切割目的基因和質(zhì)粒。

假設(shè)2：用MboⅠ來切割目的基因和質(zhì)粒。

針對圖2片段，學(xué)生也有兩種假設(shè)。

假設(shè)3：同時用BamH I和MspⅠ來切割目的基因和質(zhì)粒。

假設(shè)4：同時用BamH I和MboⅠ來切割目的基因和質(zhì)粒。

2.3 自主探究

教師提供兩種顏色（如綠色和粉紅色）的紙條各2條，綠色的紙條上寫有如圖1所示的堿基序列，粉色的紙條上寫有如圖2所示的堿基序列。另提供4個如圖4所示等寬的白色紙條，指導(dǎo)學(xué)生用膠帶將其環(huán)化成如圖3所示的普通質(zhì)粒。學(xué)生根據(jù)假設(shè)，模擬制作重組質(zhì)粒。

2.4 交流討論，得出結(jié)論

學(xué)生在小組內(nèi)展示自己制作的重組質(zhì)粒，并結(jié)合重組質(zhì)粒分析受體菌內(nèi)的目的基因能否正常表達。

通過分析，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：兩種不同的限制酶BamHⅠ、MboⅠ酶切后可以產(chǎn)生相同的黏性末端；在DNA連接酶的作用下可以形成重組質(zhì)粒，也可能出現(xiàn)自身連接的現(xiàn)象。同時，也發(fā)現(xiàn)：若使用Mbo I會同時破壞質(zhì)粒中的抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因，不利于篩選出含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌。從而，否定了假設(shè)2和假設(shè)4的成立。

在交流的基礎(chǔ)上，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：若假設(shè)1成立，即用BamH I來切割目的基因和質(zhì)粒，目的基因可以正向，也可以反向連接到質(zhì)粒上，形成兩種不同的重組質(zhì)粒。若假設(shè)3成立，即同時用BamH I和MspⅠ來切割目的基因和質(zhì)粒，只能形成一種重組質(zhì)粒。

教師在復(fù)習(xí)啟動子和終止子的作用的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生分析重組質(zhì)粒上目的基因正常表達的條件，發(fā)現(xiàn)反向連接的目的基因不能正確表達。通過模擬體驗，學(xué)生歸納出：使用兩種限制酶比使用一種限制酶更能保證連接的準(zhǔn)確性。兩種限制酶分別切質(zhì)粒和目的基因兩端，且酶切后的黏性末端不同，可以防止自身連接和反向連接。

3 教學(xué)反思

隨著課程改革的深入，考試評價更加重視對學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的考查。以能力立意的試題重在考查學(xué)生對學(xué)科知識的理解能力、實驗探究能力、獲取信息的能力和綜合運用的能力。如何變革教學(xué)行為，適應(yīng)基于素養(yǎng)的教學(xué)與評價？

（1） 鉆研教材，將教材中抽象的知識轉(zhuǎn)化為真實的問題。仔細(xì)閱讀教材，不難發(fā)現(xiàn)教材中“質(zhì)粒DNA分子上有一個至多個限制酶切割位點，供外源DNA片段（基因）插入其中”，“標(biāo)記基因的作用是為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來，如抗生素抗性基因就可以作為這種基因”的內(nèi)容。對這些抽象的內(nèi)容，學(xué)生難以理解。教師需要設(shè)計一些真實情境和問題，引導(dǎo)學(xué)生去思考，去探究。例如：一個或多個限制酶，哪種情況更便于形成重組質(zhì)粒？標(biāo)記基因是如何在篩選含重組質(zhì)粒的大腸桿菌中起作用的？

（2） 設(shè)計活動，讓學(xué)生在探究活動中習(xí)得知識和方法。布魯姆的掌握學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：許多學(xué)生在學(xué)習(xí)中未能取得優(yōu)異成績，主要問題不是學(xué)生智慧能力有、欠缺，而是由于未能得到適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)條件和合理的幫助造成的。教師的作用就是為學(xué)生創(chuàng)造適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)條件，并提供合理的幫助。本探究活動中，真實的情境、核心問題、模擬制作的材料等，都是教師能給予學(xué)生的最好的幫助。學(xué)生通過模擬制作深化了知識的理解，即同種限制酶切割目的基因的兩端和質(zhì)粒，產(chǎn)生相同的黏性末端；在DNA連接酶的作用下，形成重組質(zhì)粒。不僅如此，學(xué)生還會發(fā)現(xiàn)：目的基因兩端的末端和質(zhì)粒切割后的兩個末端都能進行互補，目的基因與質(zhì)?？梢哉蜻B接，也可以反向連接。更重要的是，學(xué)生學(xué)會了解決新問題的方法——模型探究。