一道“基因的表達(dá)”綜合性原創(chuàng)試題命制淺談

甘肅 陳能訓(xùn)

(作者單位：甘肅省高臺縣第一中學(xué))

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)確定了生物學(xué)的四大學(xué)科核心素養(yǎng)：生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。新高考背景下，高考生物學(xué)試題中任務(wù)情境類題目的比例增加，加大了對考生理解能力、解決問題的能力和創(chuàng)新能力等關(guān)鍵能力的考查力度。這些改變與《課程標(biāo)準(zhǔn)》從知識立意、能力立意轉(zhuǎn)為素養(yǎng)立意相一致。近幾年的高考生物學(xué)真題以綜合性試題為載體考查學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，且在相關(guān)學(xué)科能力的考查方面顯得日益清晰和具體。因此，如何合理設(shè)計(jì)并利用綜合性原創(chuàng)試題提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)是值得思考的問題。

一、命題構(gòu)想及依據(jù)

“基因的表達(dá)”是必修2 《遺傳與進(jìn)化》 第4章的內(nèi)容，包括“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成” “基因表達(dá)與性狀的關(guān)系”兩節(jié)內(nèi)容，從分子層面介紹基因如何發(fā)揮作用，本章內(nèi)容與必修1 《分子與細(xì)胞》 第6章“細(xì)胞的生命歷程”聯(lián)系密切，闡明了多細(xì)胞生物體細(xì)胞分化的本質(zhì)。本章基因與蛋白質(zhì)關(guān)系的內(nèi)容，為學(xué)習(xí)《生物技術(shù)與工程》中基因工程的內(nèi)容奠定了理論基礎(chǔ)，相關(guān)聯(lián)系如圖1所示。本章內(nèi)容涉及層面較廣，知識點(diǎn)較多，可以綜合考查學(xué)生的能力，有助于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

圖1

近幾年，高考試題中也常出現(xiàn)“基因的表達(dá)”等內(nèi)容，如2018年全國卷Ⅰ第6題，2020年全國卷Ⅱ第29題，2020年全國卷Ⅲ第3題，特別是隨著各省(市)逐漸進(jìn)入新高考模式，“基因的表達(dá)”等內(nèi)容更是成為高頻考點(diǎn)，滲透到各種題型中，如湖南省2021年普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試生物試題中的13、14、15、19題，山東省2021年普通高中學(xué)業(yè)水平等級考試生物試題中的22、23、25題等，都通過直接或間接整合、重組等方式對“基因的表達(dá)”相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了考查?；诖?，本著“價(jià)值引領(lǐng)、素養(yǎng)立意、能力為重、知識為基”的命題思想，本文嘗試命制一道“基因的表達(dá)”綜合性原創(chuàng)試題，以期通過綜合性試題的練習(xí)，提升學(xué)生的綜合能力。

二、綜合性原創(chuàng)試題展示及分析

1.例題展示

某實(shí)驗(yàn)小組欲探究雪菊精油對希氏腸球菌中酪氨脫羧酶(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+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(nhaC)基因表達(dá)的影響，進(jìn)行了如下四組實(shí)驗(yàn)，第一組僅添加0.5%酪氨酸(L)；第二組添加0.5%酪氨酸和1/2雪菊精油(1/2 M)；第三組添加0.5%酪氨酸和雪菊精油(M)；第四組為空白組，不添加酪氨酸和雪菊精油(K)。測定結(jié)果如圖2所示，回答下列問題。

圖2

(1)希氏腸球菌中tyrDC基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生RNA的場所是________，與酵母菌相比，希氏腸球菌中的tyrDC基因編碼tyrDC的特點(diǎn)是________。

(2)酪胺是以酪氨酸為前體物質(zhì)經(jīng)脫羧后形成的一種血管活性生物胺，過量的酪胺進(jìn)入血液會引發(fā)頭痛、發(fā)熱、心悸等一系列的生理反應(yīng)，有研究表明在酪胺形成機(jī)制中主要參與的基因是tyrDC和tyrP，根據(jù)圖示結(jié)果推測雪菊精油的作用是____________________。

(3)tyrS基因是在酪氨酸不充足的條件下被激活，以防止這種氨基酸的大規(guī)模脫羧，確保其可用于蛋白質(zhì)的合成。與L組相比，添加雪菊精油的希氏腸球菌中tyrS基因表達(dá)上調(diào)。產(chǎn)生這種結(jié)果的可能原因是________________。

(4)已知Na+進(jìn)入希氏腸球菌依靠Na+/H+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白順濃度梯度運(yùn)輸，則Na+進(jìn)入希氏腸球菌的方式是________，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知雪菊精油能夠____________(填“促進(jìn)”或“抑制”)Na+/H+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)。

【參考答案】(1)細(xì)胞質(zhì) 可以邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯

(2)雪菊精油可以通過減弱tyrDC和tyrP基因表達(dá)量來影響酪氨酸脫羧酶和轉(zhuǎn)運(yùn)酪胺/酪氨酸的蛋白的合成，從而減少酪胺的產(chǎn)生

(3)由于精油組的tyrDC、tyrP基因表達(dá)量較低，避免了酪氨酸大量脫羧，致使tyrS基因表達(dá)量較少

(4)協(xié)助擴(kuò)散 抑制

2.例題內(nèi)容分析

本題素材來源于真實(shí)科研文獻(xiàn)，以實(shí)驗(yàn)為情境，探究雪菊精油對希氏腸球菌中相關(guān)基因表達(dá)的影響，考查的核心知識是“基因的表達(dá)”，具體涉及判斷轉(zhuǎn)錄和翻譯的場所、辨析原核細(xì)胞和真核細(xì)胞基因表達(dá)的不同、詳述基因表達(dá)過程等內(nèi)容。這些內(nèi)容是教學(xué)中的重難點(diǎn)，也是高考中的高頻考點(diǎn)，對考查內(nèi)容的理解是學(xué)生建立正確遺傳觀的基礎(chǔ)。但本題相關(guān)內(nèi)容的思維層次比較高，學(xué)生普遍存在畏難情緒，不易從本質(zhì)入手進(jìn)行問題的梳理和解答。

3.基于學(xué)科核心素養(yǎng)的例題考查目標(biāo)分析

基于真實(shí)情境，深化結(jié)構(gòu)與功能觀。本題以真實(shí)情境為背景，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識生物學(xué)的遺傳與信息觀、結(jié)構(gòu)與功能觀。(1)題考查了學(xué)生的識記能力、理解能力，通過閱讀題目，學(xué)生能識別出本題是對基因轉(zhuǎn)錄、翻譯的場所及特點(diǎn)的考查，通過比較原核生物和真核生物結(jié)構(gòu)的不同，認(rèn)識到生物遺傳信息傳遞的統(tǒng)一性；(4)題考查了學(xué)生比較、解讀題干信息的理解能力，通過對“Na+/H+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白”及“順濃度梯度運(yùn)輸”等信息的解讀，促進(jìn)學(xué)生理解希氏腸球菌的生命活動，深化學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀。

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。本題素材來源于《食品科學(xué)》雜志《雪菊精油對希氏腸球菌產(chǎn)酪胺及相關(guān)基因表達(dá)的影響》一文，實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，需要學(xué)生以嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的態(tài)度進(jìn)行分析，并歸納概括、推理論證，闡釋雪菊精油對希氏腸球菌產(chǎn)酪胺過程相關(guān)基因表達(dá)的影響。(2)題考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和推理能力，學(xué)生可以通過基因表達(dá)量的結(jié)果圖，結(jié)合題目背景，比較、分辨實(shí)驗(yàn)組和對照組的異同點(diǎn)，基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)進(jìn)行概括與歸納得出結(jié)果。(3)題考查學(xué)生推理的應(yīng)用能力、論證的思辨能力，學(xué)生運(yùn)用題目信息進(jìn)行綜合分析，得出添加雪菊精油的希氏腸球菌中tyrS基因表達(dá)上調(diào)的原因。

通過學(xué)以致用，提升社會責(zé)任意識。通過本題的練習(xí)，學(xué)生關(guān)注到藥物健康及新藥的研究進(jìn)展，通過引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生物科學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，提高學(xué)生對科學(xué)、技術(shù)、社會三者關(guān)系的理解。克服學(xué)生對新情境、信息量大等題目的畏難情緒，使其做出理性的解釋和判斷，培養(yǎng)其嘗試解決生活中生物學(xué)問題的能力。

各小題的素養(yǎng)維度、具體內(nèi)容和素養(yǎng)水平如表所示。

基本信息表

三、綜合性原創(chuàng)試題命制經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1.論文信息需要進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)化

以科研文獻(xiàn)為基礎(chǔ)的綜合性原創(chuàng)試題命制過程中，文獻(xiàn)的選取決定了試題考查的方向和角度，因此對文獻(xiàn)的篩選和處理至關(guān)重要。在編制試題前，應(yīng)先將文獻(xiàn)的研究內(nèi)容進(jìn)行梳理，依據(jù)文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論內(nèi)容的深度與學(xué)生已有的知識及能力進(jìn)行逐一匹配，適當(dāng)刪除部分實(shí)驗(yàn)邊緣內(nèi)容和過深的內(nèi)容。保留的部分要保證邏輯鏈的完整，如實(shí)驗(yàn)結(jié)果能明確闡釋某一問題，涉及的不同實(shí)驗(yàn)可為同一結(jié)論提供論據(jù)等。隨后可進(jìn)行試題框架搭建，將文獻(xiàn)背景、實(shí)驗(yàn)流程及結(jié)果與結(jié)論用簡單語言進(jìn)行書寫，借助箭頭等標(biāo)注內(nèi)容之間的關(guān)系，針對每一部分寫出相應(yīng)的學(xué)生知識能力的基礎(chǔ)和提升點(diǎn)，初步確定相應(yīng)考點(diǎn)。對學(xué)科知識及能力的考查要全面，在保證多個(gè)相關(guān)知識充分考查的基礎(chǔ)上，兼顧學(xué)科能力維度的層層遞進(jìn)。試題命制要做到:背景語言簡單明了，對后續(xù)探究問題有一定鋪墊性；問題清晰具體，能對學(xué)生起到引導(dǎo)作用；探究內(nèi)容逐步加深，思維提升難度逐步加大；試題前后呼應(yīng)，如題干中提出問題，實(shí)驗(yàn)探究逐步明確本質(zhì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論總結(jié)說明等；考查角度具有一定的開放性，促進(jìn)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新能力的提升。此外，綜合性原創(chuàng)試題要尊重原始科研文獻(xiàn)進(jìn)展，如無法做到考查內(nèi)容面面俱到，可以不必刻意在某種能力或知識方面設(shè)置問題，避免不符合科學(xué)發(fā)展或怪異的題目出現(xiàn)。

2.試題命制需強(qiáng)化價(jià)值導(dǎo)向，突出學(xué)科育人價(jià)值

高考兼具“水平性考試”與“選拔性考試”雙重性質(zhì)，命題應(yīng)遵循“素養(yǎng)立意、基礎(chǔ)與能力并重、難度適中”的原則。因此試題的命制必須在知識、能力和素養(yǎng)考查中做好整體規(guī)劃，強(qiáng)化價(jià)值導(dǎo)向，突出學(xué)科育人價(jià)值。這就要求所取情境素材要有較好的價(jià)值取向，引導(dǎo)學(xué)生把生物學(xué)知識與社會、生活情境融為一體，同時(shí)還應(yīng)具有啟發(fā)性，有人文教育價(jià)值。如本文例題的命制過程中，除了加強(qiáng)對基本概念、原理和思想方法的考查外，還重點(diǎn)考查了學(xué)生的思維能力、解決實(shí)際問題的能力、實(shí)驗(yàn)探究能力和規(guī)范表達(dá)能力，突出了基礎(chǔ)性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性。通過探究生命活動規(guī)律，并以此為指導(dǎo)形成生產(chǎn)實(shí)踐方案，解決實(shí)際問題，提升學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)和社會責(zé)任素養(yǎng)。

盡管對原創(chuàng)試題如何有效測試和反映學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)水平的研究還僅僅是冰山一角，但這必將引領(lǐng)中學(xué)生物老師走出“刷題”應(yīng)試的課堂教學(xué)，也必將催生更多以發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨的有效課堂教學(xué)變革，從而為學(xué)生的終身發(fā)展奠基。