基于學科核心素養(yǎng)的情景類生物試題命題研究

安徽

情景是外在與內心交互作用下，可以直接感受或觀察的現實場景和氛圍。高中生物學學科核心素養(yǎng)由四方面組成，即“生命觀念” “科學思維” “科學探究”和“社會責任”。在具體學業(yè)評價和考查上，情景類試題對學生核心素養(yǎng)中科學思維、科學探究等素養(yǎng)的養(yǎng)成具有重要反饋價值。

1. 基于科學技術成果命制生物情景試題

發(fā)展核心素養(yǎng)的基本原則之一就是需要體現時代性。生物學的發(fā)展日新月異，如果能在試題中創(chuàng)設出關于科學技術研究的最新進展的情景，或者突出現代生物技術對人類生活和社會發(fā)展的積極作用的情景，以此來引導學生關注、參與討論與生物學有關的社會熱點問題，學以致用，這對發(fā)展學生的科學思維和社會責任的核心素養(yǎng)有非常好的導向作用。

例如，關于“暗物質”的成果研究。20 世紀物理學界最重要的發(fā)現之一，可能就是“暗物質”，這種難以觀察的物質以極大的權重裹挾著熟知的“明物質”世界，動搖著關于物質世界的基本認知與規(guī)律。21 世紀初，生命科學領域中最偉大的發(fā)現毫無疑問是另一種形式的“暗物質”：非編碼RNA。之所以稱為“暗物質”，是因為其數量、種類與功能均不明確，缺乏有效的研究手段，然而這些“暗物質”卻蘊藏著調控細胞功能的巨大潛力。2017年5月，中國科學院生物化學與細胞生物學研究所陳玲玲研究組首次揭示了長非編碼RNA在細胞中的功能和RNA聚合酶介導的轉錄過程中的重要作用機制?；谝陨铣晒畔ⅲY合近年高考全國統(tǒng)一《考試大綱》，其明確指出考生應“關注對科學、技術和社會發(fā)展有重大影響的、與生命科學相關的突出成就及熱點問題”。因此，可以以人類基因組“暗物質”研究熱點為情景命制試題。

【例1】人類基因組的“暗物質”一直以來被認為是基因組中的非編碼RNA——不包括用于制造蛋白質的版圖，構成了超過95%的人類基因組。日前，中國科學院陳玲玲研究組成功發(fā)現了一種全新的長非編碼核糖體核糖核酸，并命名為SLERT，這是首次在人類細胞中發(fā)現可以調控RNA聚合酶Ⅰ轉錄的長非編碼RNA，并有望為癌癥藥物設計提供新靶標。lncRNA（長非編碼RNA）曾一度被認為是基因組“暗物質”，是RNA聚合酶Ⅱ參與轉錄的副產物，lncRNA的許多成員已被證明廣泛參與各種重要生命活動的調控。請回答下列問題：

（1）SLERT是由______酶催化轉錄生成的，其與蛋白質結合可形成______（填細胞器名稱），即蛋白質生物合成的裝配機器。研究發(fā)現，核糖體RNA轉錄不足，易導致骨髓衰竭性貧血，轉錄過多則易引發(fā)多種癌癥。這說明許多疾病的發(fā)生與______密切相關。因此，抑制腫瘤細胞生長速度可以______（填“敲除”或“更多表達”）腫瘤細胞內的SLERT。

（2）研究表明，SLERT能解除對RNA聚合酶Ⅰ的功能抑制。某研究小組準備在實驗室條件下，模擬細胞內部環(huán)境，設計驗證實驗，請寫出實驗的設計思路（不要求寫具體步驟和具體技術）________________________。

（3）人體細胞中含有約400個拷貝的核糖體DNA（rDNA） 序列，但僅有一半可以轉錄成rRNA，導致這種rRNA轉錄差異的根本原因是______________________。

（4）癌細胞中的一類lncRNA可以刺激機體引發(fā)免疫反應，這種分子具有和病原體類似的特性。這類lncRNA 是否屬于抗原？______，理由是______。

（5）研究者在滿足合成RNA的相關條件下，可以在實驗室條件下人工合成lncRNA，“滿足人工合成RNA的有關條件”主要是指______、能量、______和______。

【答案】（1）RNA聚合 核糖體 核糖體RNA轉錄失調（答案合理即可） 敲除 （2）設計兩組實驗，一組添加適量的SLERT，另一組添加等量的生理鹽水，分別檢測兩組實驗細胞中RNA聚合酶Ⅰ的活性大?。?）rDNA選擇性轉錄（或基因選擇性表達） （4）是抗原是指能夠刺激機體產生（特異性）免疫應答，并能與免疫應答產物抗體和致敏淋巴細胞在體內外結合，發(fā)生免疫效應（特異性反應）的物質，lncRNA符合以上條件（5）四種游離的核糖核苷酸 酶 模板

【試題分析】（1）從題中所給的信息可知，SLERT是一種rRNA，各種RNA都是由RNA聚合酶催化生成的；核糖體主要由rRNA和蛋白質構成；核糖體RNA轉錄不足易導致骨髓衰竭性貧血，轉錄過多則易引發(fā)多種癌癥，這意味著核糖體RNA過少表達或過多表達都會引起相關疾病，也就是核糖體RNA轉錄失調與許多疾病的發(fā)生密切相關；SLERT能解除對RNA聚合酶Ⅰ的功能抑制，即SLERT的缺失導致了RNA聚合酶Ⅰ轉錄活性的降低。因此，抑制腫瘤細胞的生長速度，就是要核糖體RNA少轉錄，需要RNA解旋酶Ⅰ活性弱，即需要敲除腫瘤細胞內的SLERT。（2）SLERT可以導致RNA聚合酶Ⅰ轉錄活性的降低，故設計實驗的自變量是SLERT 的有無，因變量是RNA聚合酶Ⅰ活性的大小。（3）人體細胞中含有約400個拷貝的核糖體DNA （rDNA） 序列，但僅有一半可以轉變成rRNA，說明只有一部分rDNA轉錄，因此，導致這種rRNA轉錄差異的根本原因是rDNA選擇性轉錄或基因選擇性表達。（4）抗原的基本性質為具有異物性、大分子性和特異性。異物性是指進入機體組織內的抗原物質，必須與該機體組織細胞的成分不相同。大分子性是指構成抗原的物質通常是相對分子質量大于10000的大分子物質，分子量越大，抗原性越強?？乖奶禺愋允怯煞肿颖砻娴奶囟ɑ瘜W基團所決定的。總結起來，抗原是指能夠刺激機體產生（特異性）免疫應答，并能與免疫應答產物抗體和致敏淋巴細胞在體內外結合，發(fā)生免疫效應（特異性反應）的物質，lncRNA符合以上條件，即lncRNA屬于抗原。（5）根據細胞內RNA的合成條件，推測“滿足人工合成RNA的有關條件”包括原料（四種游離的核糖核苷酸）、能量、酶（RNA聚合酶等）和模板（DNA分子的一條鏈）。

人類基因組“暗物質”研究是近年生命科學研究的熱點，以此為素材的命題可以涵蓋很多高中內容，比如lncRNA與癌細胞及免疫調節(jié)的關系，另外還可以將題目的設問改編到癌細胞的特點、癌細胞周期的調控、癌細胞產生的原因、免疫在調節(jié)中發(fā)揮的作用等。比如SLERT與基因、蛋白質和性狀的聯(lián)系等。考生要想解決這類信息題，最關鍵的是快速從題干中獲取信息，利用所學內容抽取其中的生物學相關原理和知識，從而將“新”的素材轉化成“舊”的知識點。

2. 基于生活理解和體驗命制生物情景試題

學生生物學學科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展離不開對生活的理解與體驗。因此，對生物學基本知識和基本技能的考查終將回歸到社會生活的具體情境中去探究與實踐。

例如，鹽漬土是世界性難題，被稱為“土壤癌癥”，不僅能改變土壤理化性質，還會影響植物生長發(fā)育，使農作物、經濟林減產甚至絕收。作為中國受鹽堿化影響最嚴重的盆地之一，柴達木盆地雖蘊含大量鹽礦、石油、有色金屬等礦產，有“聚寶盆”之美譽，但隨著工業(yè)、農業(yè)的大規(guī)模開發(fā)，土壤的次生鹽堿化日益嚴重，已成為西部大開發(fā)和“一帶一路”發(fā)展大潮下影響可持續(xù)發(fā)展的突出限制性因素。

【例2】為研究鹽、堿脅迫對枸杞苗木光合作用的影響，實驗選取若干株長勢良好的一年生枸杞苗木為材料，分為9組：A組為對照組；B1、B2、B3、B4為鹽脅迫實驗組，用NaCl處理，濃度依次為50、100、200、300（濃度單位：mmol/L）；C1、C2、C3、C4為堿脅迫實驗組，用NaHCO3處理，濃度依次為50、100、200、300（濃度單位：mmol/L）。實驗結果如圖，回答下列問題。

（1）測定葉片中葉綠素的含量，應取新鮮葉片，用______作溶劑研磨，為防止葉綠素被破壞，應加入少量______。然后過濾并測定濾液的吸光度，計算得出葉綠素含量。

（2）堿脅迫實驗組的凈光合作用速率均低于對照組，推測可能的原因有①______；②______。

（3）依據本實驗結果，你能得出的實驗結論是__________________。

【答案】（1）無水乙醇 碳酸鈣 （2）①NaHCO3抑制葉綠素的含量，吸收光能減少，光反應速率降低②NaHCO3抑制氣孔導度，CO2吸收減少，暗反應速率降低 （3）隨著鹽、堿脅迫濃度的增大，枸杞幼苗葉綠素含量、凈光合速率、氣孔導度等光合作用參數逐漸受到顯著抑制；堿脅迫的抑制作用更強烈；低濃度（50 mmol/L）NaCl脅迫下，枸杞幼苗葉綠素含量和凈光合速率并未受到顯著影響

【試題分析】（1）提取新鮮葉片葉綠素，用無水乙醇作溶劑研磨。加入少量碳酸鈣是為防止葉綠素被破壞。（2）堿脅迫實驗組的凈光合作用速率均低于對照組，據圖分析，推測可能的原因有①NaHCO3抑制葉綠素的含量，吸收光能減少，光反應速率降低。②NaHCO3抑制氣孔導度，CO2吸收減少，暗反應速率降低。（3）據圖實驗結果知，隨著鹽、堿脅迫濃度的增大，枸杞幼苗葉綠素含量、凈光合速率、氣孔導度等光合作用參數逐漸受到顯著抑制；堿脅迫的抑制作用更強烈；低濃度（50 mmol/L）NaCl脅迫下，枸杞幼苗葉綠素含量和凈光合速率并未受到顯著影響。試題材料取自《西北植物學報》2017年第12期，由張?zhí)叮七_等的論文《鹽堿脅迫對枸杞幼苗生物量積累和光合作用的影響》。試題中的數據都來自論文中，具有科學性和嚴謹性。

3. 情景類生物試題注重以思維為著力點

思維素養(yǎng)是學生發(fā)展核心素養(yǎng)的一個關鍵方面，情景類生物試題中，情景是“面子”，思維才是“里子”。利用情景逐步進階激發(fā)考生思維。理想的情景類生物試題的思維考查應該是簡單化思維層面→訓練思維→應用思維層面，即由單向思維向多向思維發(fā)展，這樣的多向思維能力更是一個人適應終身發(fā)展和社會發(fā)展所需要的。在以上的兩道原創(chuàng)試題中都有思維過渡過程的體現，根據試題情景及設問的設定，將學生思維引向了深處，綜合運用已學知識，解決試題中提出的問題?；谇榫暗脑囶}設問激發(fā)學生不同層次的思維，這些多層次思維讓情景充滿無限的可能，讓試題閃耀著智慧的光芒。

此外，命制情景類試題時，也可以創(chuàng)造性地把知識整體放入到一個大的情景中，以整個情景為線索來引導學生的思考，協(xié)同發(fā)展多種素養(yǎng)。如例1的第（2）問中，提出探究性的問題發(fā)展學生勇于探究的素養(yǎng)，通過穿插思維訓練來發(fā)展學生的科學思維素養(yǎng)等。這種綜合性強的情景試題的創(chuàng)設，可從多方面落實學生發(fā)展核心素養(yǎng)的特色情境，這在當前高中生物命制優(yōu)質試題具有很大的需求量。

高中生物試題中的情景創(chuàng)設，需要命題者萃取核心素養(yǎng)的精髓仔細打磨。只有如此才能命制出適應學生發(fā)展、核心素養(yǎng)需要的、有生物學科特色的情景試題，從而讓更多的學生學好生物學。