基于2020年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)的原創(chuàng)試題命制*

汪興澤 殷俊才

（1 江蘇省泰興市教師發(fā)展中心 江蘇泰州 225400 2 江蘇省泰興中學(xué) 江蘇泰州 225400）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）從立意、刺激情境、設(shè)問3 個(gè)層面制定了命題原則。立意要求指向生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平；刺激情境應(yīng)貼近學(xué)生生活實(shí)際,以真實(shí)問題情境組織命題；設(shè)問要求表述和指向明確、清晰、直接，確保題目的公平性、科學(xué)性和規(guī)范性等。命題程序第3 點(diǎn)中再次強(qiáng)調(diào)：試題情境應(yīng)圍繞現(xiàn)實(shí)問題（包括熱點(diǎn)問題）展開,盡量做到新穎、真實(shí)、科學(xué)、恰當(dāng)，有一定的信息量和適當(dāng)?shù)膹?fù)雜度、能成為學(xué)生運(yùn)用學(xué)科知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的載體[1]。

《中國高考評(píng)價(jià)體系說明》指出：高考評(píng)價(jià)體系中所謂的“情境”即“問題情境”,指的是真實(shí)的問題背景，是以問題或任務(wù)為中心構(gòu)成的活動(dòng)場域?！扒榫郴顒?dòng)”是指人們?cè)谇榫持兴M(jìn)行的解決問題或完成任務(wù)的活動(dòng)[2]。實(shí)現(xiàn)高考評(píng)價(jià)體系中的“四層”考查內(nèi)容和“四翼”考查要求，必須選取合適的載體，再現(xiàn)學(xué)科理論產(chǎn)生的場景或呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中的問題情境，讓學(xué)生運(yùn)用必備知識(shí)和關(guān)鍵能力去解決實(shí)際問題，展現(xiàn)學(xué)科素養(yǎng)水平。

無論課程標(biāo)準(zhǔn)還是高考評(píng)價(jià)體系，都為試題的命制指明了方向。好的生物學(xué)學(xué)習(xí)情境具有真實(shí)、理蘊(yùn)、適宜、情深、意遠(yuǎn)等特點(diǎn)。生物學(xué)試題的任務(wù)情境包括3 類：生活、學(xué)習(xí)和實(shí)踐情境，科學(xué)實(shí)驗(yàn)和探究情境，生命科學(xué)史情境[3]。每年諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選都是社會(huì)熱點(diǎn)，其中生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)往往涉及生命科學(xué)重大的發(fā)現(xiàn)或科學(xué)技術(shù)的新發(fā)明，可以中學(xué)生物學(xué)為背景解讀，具備生物學(xué)學(xué)習(xí)情境的多個(gè)特點(diǎn)，非常適合用作原創(chuàng)試題的載體。遵循課程標(biāo)準(zhǔn)制定的命題原則，圍繞“一核、四層、四翼”的高考評(píng)價(jià)體系，筆者分別以2020年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)為載體等，命制了2 道原創(chuàng)試題。

1 基于諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的試題命制

2020年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予哈維·阿爾特（Harvey Alter）、邁克爾·霍頓（Michael Houghton）和查爾斯·M·賴斯（Charles M.Rice），以表彰他們?cè)凇鞍l(fā)現(xiàn)丙型肝炎病毒”方面做出的貢獻(xiàn)。

原創(chuàng)試題及解析：3 位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)丙肝病毒（HCV）而獲得2020年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。HCV 是有包膜的單股正鏈RNA（+RNA）病毒，主要經(jīng)血液或血制品傳播。圖1示意HCV 生活史，請(qǐng)回答[4-5]：

圖1 HCV 復(fù)制過程示意圖[5]

1）據(jù)圖可知，HCV 識(shí)別肝細(xì)胞表面的受體______，通過______作用入侵或感染宿主細(xì)胞；推測包膜化學(xué)成分主要是______。

2）據(jù)圖分析，②、③所代表的過程是______，所需的原料是______。

3）+RNA（可直接指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成）含有的核糖體結(jié)合位點(diǎn)、起始密碼位于______端，指導(dǎo)合成的多聚蛋白前體在______作用下水解成多種病毒蛋白。

4）由于DNA 聚合酶的校正功能，以及細(xì)胞中存在錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)等，因而細(xì)胞中的DNA 能精確復(fù)制。請(qǐng)嘗試解釋HCV 基因組容易發(fā)生變異的主要原因______。

5）HCV 感染者難以清除體內(nèi)病毒，因而預(yù)防感染成為重中之重。下列行為可能導(dǎo)致感染HCV 的有（ ）。

①與HCV感染者握手。

②輸入未經(jīng)嚴(yán)格檢測的血液制品。

③與HCV感染者共用馬桶。

④與吸毒者共用注射器注射毒品。

解析：本題側(cè)重考查學(xué)生對(duì)示意圖的觀察能力、演繹與推理、批判性思維能力及健康的生活理念等。1）要求學(xué)生通過觀察能發(fā)現(xiàn)HCV 入侵靶細(xì)胞的方式是受體介導(dǎo)的胞吞作用，并依據(jù)子代病毒在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)組裝、在高爾基體成熟，合理推測出HCV包膜的主要成分類似于其他生物膜。2）依據(jù)題意，HCV 是正鏈RNA 病毒，+RNA 可直接作為指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的模板，所以，過程①代表翻譯，②、③代表由（+RNA）→（-RNA）→（+RNA）的RNA 復(fù)制過程。3）關(guān)注新教材內(nèi)容的變化，RNA（與DNA 一樣）有方向性，5′端有核糖體結(jié)合位點(diǎn)等。多聚蛋白前體在蛋白酶作用下水解成多種病毒蛋白考查學(xué)生的逆向思維能力。4）需要學(xué)生依據(jù)試題提供的事實(shí)和證據(jù)，對(duì)“RNA 單鏈，容易發(fā)生變異”的傳統(tǒng)觀點(diǎn)進(jìn)行批判性思維，避免思維定勢對(duì)正確答題的干擾。5）考查學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。希望學(xué)生能基于生物學(xué)的認(rèn)知，參與社會(huì)事務(wù)的討論，作出理性解釋和判斷，崇尚健康文明的生活理念，向他人宣傳關(guān)愛生命的觀念和知識(shí)，成為健康中國的促進(jìn)者和實(shí)踐者。

參考答案：1）CD81（和SR-B1）胞吞 磷脂和蛋白質(zhì)；2）RNA 復(fù)制 核糖核苷酸；3）5′蛋白酶；4）肝細(xì)胞中缺少RNA錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)，RNA聚合酶缺乏校正功能導(dǎo)致RNA不能精確復(fù)制；5）②、④。

2 基于諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的試題命制

2020年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予法國女科學(xué)家?，敿~埃勒·沙爾龐捷（Emmanulle Charpentier）和美國女科學(xué)家珍妮弗·道德納（Jennifer Doudna），以表彰她們發(fā)明了CRISPR/Cas9 介導(dǎo)的基因編輯技術(shù)。

原創(chuàng)試題及分析：2 位女科學(xué)家因發(fā)明了CRISPR/ Cas9 技術(shù)而獲得2020年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。CRISPR/Cas9 系統(tǒng)可對(duì)基因組進(jìn)行定點(diǎn)編輯，其工作原理如圖2所示。

圖2 CRISPR/Cas9 系統(tǒng)的工作原理示意圖[5]

1）據(jù)圖2可知，在向?qū)NA（sgRNA）的引導(dǎo)下，Cas9 利用其具有的___個(gè)酶切活性位點(diǎn)，水解目標(biāo)DNA 的____。

2）科研人員通過突變得到酶切活性全部消失的dCas9，構(gòu)建的CRISPR / dCas9 系統(tǒng)保留sgRNA引導(dǎo)進(jìn)入基因組的能力。當(dāng)dCas9 與VP64、P65等轉(zhuǎn)錄激活因子融合，形成的dCas9-SAM 可進(jìn)行基因調(diào)控等研究[5-7]。

①圖3示意將OCT4、KLF4、MYC及SOX24 個(gè)基因的sgRNA 序列串聯(lián)成的sgRNA 質(zhì)粒和dCas9-SAM 質(zhì)粒與磷脂等混合（形成包埋DNA 的脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)）。將脂質(zhì)體加入到細(xì)胞系MCF7 的細(xì)胞培養(yǎng)皿中，能實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移的原理是___。24 h 后通過添加___篩選并進(jìn)行單細(xì)胞培養(yǎng)即可得到基因編輯后細(xì)胞。此過程須在37℃，氣體環(huán)境為___的細(xì)胞培養(yǎng)箱中進(jìn)行。

圖3 串聯(lián)質(zhì)粒的構(gòu)建與表達(dá)[7]

②轉(zhuǎn)染好的細(xì)胞用裂解液消化后，使用RNA提取試劑盒提取總RNA，取1 μg 提取的RNA使用反轉(zhuǎn)錄試劑盒進(jìn)行操作即得到___，然后將其進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR。PCR 操作時(shí)通常___5 min，變性30 s，再復(fù)性、延伸，循環(huán)等。

③該實(shí)驗(yàn)通過4 種sgRNA 對(duì)MCF7 細(xì)胞進(jìn)行編輯，可實(shí)現(xiàn)多基因___的目的。

解析：本題側(cè)重考查學(xué)生對(duì)示意圖的觀察能力、演繹與推理、創(chuàng)造性思維能力等。（1）仔細(xì)觀察圖2，可見其中有2 把“剪刀”，代表了Cas9 核酸酶含有的2 個(gè)核酸酶催化結(jié)構(gòu)域。在基因水平上將其中1 個(gè)催化結(jié)構(gòu)域滅活，可形成使DNA 單鏈斷裂的缺口酶版本nCas9。結(jié)合（2）題“科研人員通過突變得到酶切活性全部消失的dCas9”，可判斷出Cas9 具有2 個(gè)酶切活性位點(diǎn)，分別剪切雙鏈DNA 的一條單鏈切割磷酸二酯鍵，并產(chǎn)生平末端的DNA 雙鏈斷裂。（2）中①題拓寬知識(shí)面，希望學(xué)生了解目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞的方法除了顯微注射法外，脂質(zhì)體介導(dǎo)法已日趨成熟，其原理是生物膜的流動(dòng)性。只有同時(shí)導(dǎo)入了2 種質(zhì)粒并成功表達(dá)sgRNA 和dCas9 等的細(xì)胞才能成為基因編輯后的目標(biāo)細(xì)胞，該類細(xì)胞對(duì)嘌呤霉素和抗生素G418 都具有抗性，因而須加入2 種抗生素。②題以RNA 為模板，利用反轉(zhuǎn)錄試劑盒進(jìn)行操作可得到cDNA。PCR 操作時(shí)預(yù)變性是很關(guān)鍵的一步，時(shí)間相對(duì)較長的目的是促進(jìn)模板充分變性，但學(xué)生容易忽略此步驟。③考查學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。題中應(yīng)用的CRISPR/Cas9 系統(tǒng)一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是：可同時(shí)編輯同一細(xì)胞中的多個(gè)基因位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多基因同時(shí)調(diào)控。

參考答案：1）2 磷酸二酯鍵；2）①生物膜的流動(dòng)性 抗生素G418 和嘌呤霉素 95%空氣加5%CO2的混合氣體；②cDNA 預(yù)變性；③在同一細(xì)胞同時(shí)調(diào)控（答案合理即給分）。

作為社會(huì)熱點(diǎn)的諾貝爾獎(jiǎng)，受到廣泛的關(guān)注，易激發(fā)高中學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，無論是平時(shí)的練習(xí)還是高考，常見以諾貝爾獎(jiǎng)為載體的試題。筆者以2020年度諾貝爾獎(jiǎng)為背景，以課程標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，設(shè)問力求重基礎(chǔ)、有層次、指向明確、清晰、科學(xué)、規(guī)范，意圖考查高中學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平。

最后，筆者認(rèn)為以最新諾貝爾獎(jiǎng)（或科技文獻(xiàn)）為載體進(jìn)行原創(chuàng)試題命制，須將原始數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等與高中生物學(xué)的重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，要求較高，需要命題者大量查閱資料、相互討論、仔細(xì)打磨。但要設(shè)計(jì)出立意深遠(yuǎn)，且科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范、公平的試題，對(duì)廣大的中學(xué)生物學(xué)教師而言，可謂是任重而道遠(yuǎn)。