高考北京卷中的“PCR”問題

徐 捷 孫 鵬

（1 北京市東城區(qū)教師研修中心 北京 100007 2 北京教育考試院 北京 100083）

2017年教育部考試中心對《普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱》（以下簡稱《考試大綱》）進行了較大規(guī)模的修訂，其中生物學(xué)科考試內(nèi)容的變化之一是將選修3 中“基因工程的原理及技術(shù)”調(diào)整成“基因工程的原理及技術(shù)（含PCR 技術(shù)）”［1］。 這一變化，進一步明確了PCR 技術(shù)應(yīng)作為基因工程相關(guān)內(nèi)容的一部分進行考查。

高考北京卷自2011年開始至2017年， 對涉及PCR 技術(shù)相關(guān)內(nèi)容的考查主要有3 次。 對這些內(nèi)容的考查是否與《普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試北京卷考試說明》（以下簡稱《考試說明》）的要求相符？ 在以后的教學(xué)與備考中應(yīng)注意哪些方面？ 對此，筆者進行了簡要分析。

1 《考試說明》中相關(guān)的內(nèi)容要求與能力要求

《考試說明》（2010—2016年） 中有關(guān)基因工程的要求［2］如下：

表1 《考試說明》中有關(guān)基因工程內(nèi)容的要求

《考試說明》（2010—2016年） 中有關(guān)遺傳的分子基礎(chǔ)相關(guān)內(nèi)容的要求［2］如下：

表2 《考試說明》中遺傳的分子基礎(chǔ)相關(guān)內(nèi)容的要求

《考試說明》中對各部分知識內(nèi)容要求掌握的程度，在“生物學(xué)知識內(nèi)容表”中用數(shù)字Ⅰ和Ⅱ標出。 Ⅰ和Ⅱ的含義如下：

Ⅰ.了解所列知識內(nèi)容的確切含義，能夠識別和辨認它們。 能夠使用恰當?shù)膶I(yè)術(shù)語進行敘述。

Ⅱ.綜合運用相關(guān)的知識、技能和研究方法，分析各種生物學(xué)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，通過推理和判斷，得出正確結(jié)論并解答問題。

2 近年來高考北京卷中涉及PCR 內(nèi)容的試題解析

例1，2011年高考理綜北京卷第31 題（節(jié)選）：

6）根據(jù)T-DNA 的已知序列，利用PCR 技術(shù)可以擴增出被插入的基因片段。 其過程是： 提取______ 植株的DNA，用限制酶處理后，再用_____將獲得的DNA 片段連接成環(huán)（如右圖），以此為模板， 從圖中A、B、C、D 4 種單鏈DNA 片段中選取______ 作為引物進行擴增，得到的片段將用于獲取該基因的全序列信息。

圖1 2011年高考理綜北京卷第31 題圖

參考答案：突變體；DNA 連接酶；B、C。

此小題涉及對基因工程內(nèi)容的考查，其中第2空考查工具酶的作用， 第3 空考查有關(guān)引物選擇的內(nèi)容。 第3 空表面看似乎是考查關(guān)于PCR 擴增的知識， 但實際上并沒有考查考生關(guān)于PCR 引物設(shè)計的具體知識， 而是借這一情境考查考生對DNA 結(jié)構(gòu)的認識，即主要是對DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)特點之一“DNA 分子是由兩條鏈組成，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)”［3］中“反向平行”的理解，如果考生真正理解“反向”的含義，按照題圖上引物A 處箭頭的方向， 就可以判斷出以B 和C為引物的DNA 合成方向，從而得出正確答案。

例2，2014年高考理綜北京卷第30 題（節(jié)選）：

2）a 基因是通過將T-DNA 插入到A 基因中獲得的，用PCR 法確定T-DNA 插入位置時，應(yīng)從圖中選擇的引物組合是_______。

圖2 2014年高考理綜北京卷第30 題圖

參考答案：Ⅱ和Ⅲ。

此題要求利用PCR 的方法確定T-DNA 插入A 基因的位置，仍然涉及到對引物的選擇。從教材內(nèi)容看，教材中似乎只提到利用PCR 技術(shù)可以擴增DNA，而并未提及利用PCR 確定插入位點的相關(guān)方法。在解答本題時，由圖可看出若需要確定插入位點， 只需確定T-DNA 與A 基因相交部位即可。 考生不需要詳細了解利用PCR 技術(shù)進行擴增時在分子水平的反應(yīng)細節(jié)，而是根據(jù)DNA 2 條鏈是反向平行的，推知“DNA 兩條鏈復(fù)制的方向是相反的”這一知識，進而推斷出需要選擇能將插入位點部分復(fù)制出來的2 個引物， 從而選出合適的引物組合是Ⅱ和Ⅲ。

例3，2016年高考理綜北京卷第31 題（節(jié)選）：

圖3 2016年高考理綜北京卷第31 題圖

②檢測P-L DNA 需要提取基因組DNA，然后用PCR 技術(shù)對圖中________（選填序號）位點之間的片段擴增。

a．Ⅰ～Ⅱ b．Ⅱ～Ⅲ c．Ⅱ～Ⅳ d．Ⅲ～Ⅳ

參考答案：c。

此題涉及利用PCR 技術(shù)進行擴增，考查的重點并非PCR 技術(shù)本身，而是讓考生結(jié)合對PCR 技術(shù)的理解選擇能夠為P-L DNA 的存在提供證據(jù)的DNA 片段。 考生從圖中的信息可以獲知，圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4 個位點中，只有Ⅱ～Ⅳ這一段同時包含了P 片段和基因L，因此，選擇這一片段進行擴增即可達到目的。

綜合上述分析可以看出，以“PCR”為情境的這3 道高考試題與《考試說明》要求的一致性較好，主要體現(xiàn)在內(nèi)容主題和認知水平2 個方面。這些試題考查的內(nèi)容主要落在“DNA 的結(jié)構(gòu)”“DNA的復(fù)制”及“基因工程的基本原理與技術(shù)”等方面，在對認知水平的要求上，考查“DNA 的結(jié)構(gòu)”“DNA的復(fù)制”時，要求均為Ⅱ級水平，而對“基因工程的基本原理與技術(shù)”的要求為Ⅰ級水平。試題要求考生了解PCR 技術(shù)的相關(guān)知識內(nèi)容，然后以PCR技術(shù)為情境考查考生對于DNA 分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)， 以及DNA 復(fù)制等知識的深入理解與推理應(yīng)用。在分析這類試題時，應(yīng)注意區(qū)分試題情境與實際考查內(nèi)容的差別， 不要盲目地將試題情境信息涉及的內(nèi)容與實際考查的知識內(nèi)容劃等號， 同時還要注意分析試題對所考查的不同知識要求掌握程度的差別。

3 對于基因工程（包含PCR 技術(shù)）內(nèi)容的教學(xué)建議

3.1 打好知識的基礎(chǔ) 基因工程的基本原理和技術(shù)，是現(xiàn)代生物技術(shù)的一個重要方面。 在《義務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2011年版）》10 個一級主題中的“生物技術(shù)”主題中，內(nèi)容包括了“說出轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用”， 這就意味著學(xué)生在初中階段就已經(jīng)初步了解了基因工程的應(yīng)用。 《普通高中生物課程標準（實驗）》要求“簡述基因工程的原理及技術(shù)”，表明對這部分內(nèi)容的要求屬于較為基礎(chǔ)的水平。因此在教學(xué)過程中， 關(guān)于實現(xiàn)基因工程需要的限制性核酸內(nèi)切酶、DNA 連接酶和載體3 種基本工具，以及基因工程的基本操作程序，都是需要學(xué)生學(xué)習(xí)的知識。建議在新授課中，需要給學(xué)生以明確的講解， 以幫助學(xué)生真正掌握有關(guān)基因工程的相關(guān)知識。

3.2 關(guān)注與必修知識鏈接 基因工程是在遺傳學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，因此，學(xué)生對基因工程的技術(shù)和原理等知識的理解，離不開對必修知識的積累。在高三復(fù)習(xí)這部分內(nèi)容時， 尤其要注意與必修知識的聯(lián)系，例如，與DNA 結(jié)構(gòu)特點的聯(lián)系、與自然界的轉(zhuǎn)基因——肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的聯(lián)系、與DNA 分子復(fù)制過程的聯(lián)系等。 這樣，不僅能讓學(xué)生了解這些知識為基因工程的誕生與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)， 而且能讓學(xué)生更好地理解科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系，從而真正將科學(xué)、技術(shù)與社會（STS）教育滲透其中，是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生對自然和社會的責(zé)任感的重要途徑之一。

3.3 重視技術(shù)的實際應(yīng)用 基因工程技術(shù)在現(xiàn)實生產(chǎn)生活中有著很多的應(yīng)用， 學(xué)生僅簡單記憶其操作過程并不能達到對基因工程相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)目的。在教學(xué)過程中還要關(guān)注基因工程與生產(chǎn)、生活實際的聯(lián)系， 讓學(xué)生嘗試在課堂上多了解其應(yīng)用。 需要指出的是，對這部分內(nèi)容的課堂討論，不宜一味地引導(dǎo)學(xué)生討論轉(zhuǎn)基因食品問題。 對該內(nèi)容的討論雖然能在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生參與社會性事務(wù)的意識， 但如果將學(xué)生的思維固化在對轉(zhuǎn)基因食品的討論中， 會讓學(xué)生產(chǎn)生基因工程技術(shù)只能用來研制轉(zhuǎn)基因食品的錯誤認識。 建議要以對基因工程技術(shù)應(yīng)用的討論引導(dǎo)學(xué)生積極思考與生物技術(shù)有關(guān)的社會問題， 在了解基因工程的原理和技術(shù)的基礎(chǔ)上展開想象， 嘗試將此項技術(shù)應(yīng)用于某些亟待解決的問題， 讓學(xué)生感受到由技術(shù)發(fā)展帶來的變革的同時， 也意識到技術(shù)的局限性和兩面性。

PCR 技術(shù)是基因工程中的常用技術(shù)， 在教學(xué)中也不可將其簡單總結(jié)為只是進行DNA 體外擴增的手段。對于基礎(chǔ)較好的學(xué)生，還可引導(dǎo)他們進一步分析應(yīng)用PCR 技術(shù)還可以解決哪些方面的問題？ 例如，是否可以利用PCR 技術(shù)分析某個體的基因型等，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。

2017年，隨著《考試大綱》的變化，北京卷《考試說明》［4］對“基因工程”的內(nèi)容也進行了相應(yīng)調(diào)整，并通過參考樣題進一步明確了對PCR 技術(shù)等知識的考核要求。 筆者認為， 在教學(xué)和備考過程中，只有仔細研讀《課程標準》和《考試說明》，才能準確把握教學(xué)與評價中對知識要求的范圍和程度，進而在教學(xué)與復(fù)習(xí)中有的放矢。要根據(jù)學(xué)生的具體情況，將基因工程（包含PCR 技術(shù)）的相關(guān)內(nèi)容恰當?shù)貍魇诮o學(xué)生，以達到教與學(xué)、教與考雙贏的目的。