基于学科核心素养的情景类生物试题命题研究

安徽

情景是外在与内心交互作用下，可以直接感受或观察的现实场景和氛围。高中生物学学科核心素养由四方面组成，即“生命观念” “科学思维” “科学探究”和“社会责任”。在具体学业评价和考查上，情景类试题对学生核心素养中科学思维、科学探究等素养的养成具有重要反馈价值。

1. 基于科学技术成果命制生物情景试题

发展核心素养的基本原则之一就是需要体现时代性。生物学的发展日新月异，如果能在试题中创设出关于科学技术研究的最新进展的情景，或者突出现代生物技术对人类生活和社会发展的积极作用的情景，以此来引导学生关注、参与讨论与生物学有关的社会热点问题，学以致用，这对发展学生的科学思维和社会责任的核心素养有非常好的导向作用。

例如，关于“暗物质”的成果研究。20 世纪物理学界最重要的发现之一，可能就是“暗物质”，这种难以观察的物质以极大的权重裹挟着熟知的“明物质”世界，动摇着关于物质世界的基本认知与规律。21 世纪初，生命科学领域中最伟大的发现毫无疑问是另一种形式的“暗物质”：非编码RNA。之所以称为“暗物质”，是因为其数量、种类与功能均不明确，缺乏有效的研究手段，然而这些“暗物质”却蕴藏着调控细胞功能的巨大潜力。2017年5月，中国科学院生物化学与细胞生物学研究所陈玲玲研究组首次揭示了长非编码RNA在细胞中的功能和RNA聚合酶介导的转录过程中的重要作用机制。基于以上成果信息，结合近年高考全国统一《考试大纲》，其明确指出考生应“关注对科学、技术和社会发展有重大影响的、与生命科学相关的突出成就及热点问题”。因此，可以以人类基因组“暗物质”研究热点为情景命制试题。

【例1】人类基因组的“暗物质”一直以来被认为是基因组中的非编码RNA——不包括用于制造蛋白质的版图，构成了超过95%的人类基因组。日前，中国科学院陈玲玲研究组成功发现了一种全新的长非编码核糖体核糖核酸，并命名为SLERT，这是首次在人类细胞中发现可以调控RNA聚合酶Ⅰ转录的长非编码RNA，并有望为癌症药物设计提供新靶标。lncRNA（长非编码RNA）曾一度被认为是基因组“暗物质”，是RNA聚合酶Ⅱ参与转录的副产物，lncRNA的许多成员已被证明广泛参与各种重要生命活动的调控。请回答下列问题：

（1）SLERT是由______酶催化转录生成的，其与蛋白质结合可形成______（填细胞器名称），即蛋白质生物合成的装配机器。研究发现，核糖体RNA转录不足，易导致骨髓衰竭性贫血，转录过多则易引发多种癌症。这说明许多疾病的发生与______密切相关。因此，抑制肿瘤细胞生长速度可以______（填“敲除”或“更多表达”）肿瘤细胞内的SLERT。

（2）研究表明，SLERT能解除对RNA聚合酶Ⅰ的功能抑制。某研究小组准备在实验室条件下，模拟细胞内部环境，设计验证实验，请写出实验的设计思路（不要求写具体步骤和具体技术）________________________。

（3）人体细胞中含有约400个拷贝的核糖体DNA（rDNA） 序列，但仅有一半可以转录成rRNA，导致这种rRNA转录差异的根本原因是______________________。

（4）癌细胞中的一类lncRNA可以刺激机体引发免疫反应，这种分子具有和病原体类似的特性。这类lncRNA 是否属于抗原？______，理由是______。

（5）研究者在满足合成RNA的相关条件下，可以在实验室条件下人工合成lncRNA，“满足人工合成RNA的有关条件”主要是指______、能量、______和______。

【答案】（1）RNA聚合 核糖体 核糖体RNA转录失调（答案合理即可） 敲除 （2）设计两组实验，一组添加适量的SLERT，另一组添加等量的生理盐水，分别检测两组实验细胞中RNA聚合酶Ⅰ的活性大小（3）rDNA选择性转录（或基因选择性表达） （4）是抗原是指能够刺激机体产生（特异性）免疫应答，并能与免疫应答产物抗体和致敏淋巴细胞在体内外结合，发生免疫效应（特异性反应）的物质，lncRNA符合以上条件（5）四种游离的核糖核苷酸 酶 模板

【试题分析】（1）从题中所给的信息可知，SLERT是一种rRNA，各种RNA都是由RNA聚合酶催化生成的；核糖体主要由rRNA和蛋白质构成；核糖体RNA转录不足易导致骨髓衰竭性贫血，转录过多则易引发多种癌症，这意味着核糖体RNA过少表达或过多表达都会引起相关疾病，也就是核糖体RNA转录失调与许多疾病的发生密切相关；SLERT能解除对RNA聚合酶Ⅰ的功能抑制，即SLERT的缺失导致了RNA聚合酶Ⅰ转录活性的降低。因此，抑制肿瘤细胞的生长速度，就是要核糖体RNA少转录，需要RNA解旋酶Ⅰ活性弱，即需要敲除肿瘤细胞内的SLERT。（2）SLERT可以导致RNA聚合酶Ⅰ转录活性的降低，故设计实验的自变量是SLERT 的有无，因变量是RNA聚合酶Ⅰ活性的大小。（3）人体细胞中含有约400个拷贝的核糖体DNA （rDNA） 序列，但仅有一半可以转变成rRNA，说明只有一部分rDNA转录，因此，导致这种rRNA转录差异的根本原因是rDNA选择性转录或基因选择性表达。（4）抗原的基本性质为具有异物性、大分子性和特异性。异物性是指进入机体组织内的抗原物质，必须与该机体组织细胞的成分不相同。大分子性是指构成抗原的物质通常是相对分子质量大于10000的大分子物质，分子量越大，抗原性越强。抗原的特异性是由分子表面的特定化学基团所决定的。总结起来，抗原是指能够刺激机体产生（特异性）免疫应答，并能与免疫应答产物抗体和致敏淋巴细胞在体内外结合，发生免疫效应（特异性反应）的物质，lncRNA符合以上条件，即lncRNA属于抗原。（5）根据细胞内RNA的合成条件，推测“满足人工合成RNA的有关条件”包括原料（四种游离的核糖核苷酸）、能量、酶（RNA聚合酶等）和模板（DNA分子的一条链）。

人类基因组“暗物质”研究是近年生命科学研究的热点，以此为素材的命题可以涵盖很多高中内容，比如lncRNA与癌细胞及免疫调节的关系，另外还可以将题目的设问改编到癌细胞的特点、癌细胞周期的调控、癌细胞产生的原因、免疫在调节中发挥的作用等。比如SLERT与基因、蛋白质和性状的联系等。考生要想解决这类信息题，最关键的是快速从题干中获取信息，利用所学内容抽取其中的生物学相关原理和知识，从而将“新”的素材转化成“旧”的知识点。

2. 基于生活理解和体验命制生物情景试题

学生生物学学科核心素养的养成和发展离不开对生活的理解与体验。因此，对生物学基本知识和基本技能的考查终将回归到社会生活的具体情境中去探究与实践。

例如，盐渍土是世界性难题，被称为“土壤癌症”，不仅能改变土壤理化性质，还会影响植物生长发育，使农作物、经济林减产甚至绝收。作为中国受盐碱化影响最严重的盆地之一，柴达木盆地虽蕴含大量盐矿、石油、有色金属等矿产，有“聚宝盆”之美誉，但随着工业、农业的大规模开发，土壤的次生盐碱化日益严重，已成为西部大开发和“一带一路”发展大潮下影响可持续发展的突出限制性因素。

【例2】为研究盐、碱胁迫对枸杞苗木光合作用的影响，实验选取若干株长势良好的一年生枸杞苗木为材料，分为9组：A组为对照组；B1、B2、B3、B4为盐胁迫实验组，用NaCl处理，浓度依次为50、100、200、300（浓度单位：mmol/L）；C1、C2、C3、C4为碱胁迫实验组，用NaHCO3处理，浓度依次为50、100、200、300（浓度单位：mmol/L）。实验结果如图，回答下列问题。

（1）测定叶片中叶绿素的含量，应取新鲜叶片，用______作溶剂研磨，为防止叶绿素被破坏，应加入少量______。然后过滤并测定滤液的吸光度，计算得出叶绿素含量。

（2）碱胁迫实验组的净光合作用速率均低于对照组，推测可能的原因有①______；②______。

（3）依据本实验结果，你能得出的实验结论是__________________。

【答案】（1）无水乙醇 碳酸钙 （2）①NaHCO3抑制叶绿素的含量，吸收光能减少，光反应速率降低②NaHCO3抑制气孔导度，CO2吸收减少，暗反应速率降低 （3）随着盐、碱胁迫浓度的增大，枸杞幼苗叶绿素含量、净光合速率、气孔导度等光合作用参数逐渐受到显著抑制；碱胁迫的抑制作用更强烈；低浓度（50 mmol/L）NaCl胁迫下，枸杞幼苗叶绿素含量和净光合速率并未受到显著影响

【试题分析】（1）提取新鲜叶片叶绿素，用无水乙醇作溶剂研磨。加入少量碳酸钙是为防止叶绿素被破坏。（2）碱胁迫实验组的净光合作用速率均低于对照组，据图分析，推测可能的原因有①NaHCO3抑制叶绿素的含量，吸收光能减少，光反应速率降低。②NaHCO3抑制气孔导度，CO2吸收减少，暗反应速率降低。（3）据图实验结果知，随着盐、碱胁迫浓度的增大，枸杞幼苗叶绿素含量、净光合速率、气孔导度等光合作用参数逐渐受到显著抑制；碱胁迫的抑制作用更强烈；低浓度（50 mmol/L）NaCl胁迫下，枸杞幼苗叶绿素含量和净光合速率并未受到显著影响。试题材料取自《西北植物学报》2017年第12期，由张潭，唐达等的论文《盐碱胁迫对枸杞幼苗生物量积累和光合作用的影响》。试题中的数据都来自论文中，具有科学性和严谨性。

3. 情景类生物试题注重以思维为着力点

思维素养是学生发展核心素养的一个关键方面，情景类生物试题中，情景是“面子”，思维才是“里子”。利用情景逐步进阶激发考生思维。理想的情景类生物试题的思维考查应该是简单化思维层面→训练思维→应用思维层面，即由单向思维向多向思维发展，这样的多向思维能力更是一个人适应终身发展和社会发展所需要的。在以上的两道原创试题中都有思维过渡过程的体现，根据试题情景及设问的设定，将学生思维引向了深处，综合运用已学知识，解决试题中提出的问题。基于情景的试题设问激发学生不同层次的思维，这些多层次思维让情景充满无限的可能，让试题闪耀着智慧的光芒。

此外，命制情景类试题时，也可以创造性地把知识整体放入到一个大的情景中，以整个情景为线索来引导学生的思考，协同发展多种素养。如例1的第（2）问中，提出探究性的问题发展学生勇于探究的素养，通过穿插思维训练来发展学生的科学思维素养等。这种综合性强的情景试题的创设，可从多方面落实学生发展核心素养的特色情境，这在当前高中生物命制优质试题具有很大的需求量。

高中生物试题中的情景创设，需要命题者萃取核心素养的精髓仔细打磨。只有如此才能命制出适应学生发展、核心素养需要的、有生物学科特色的情景试题，从而让更多的学生学好生物学。