高考北京卷中的“PCR”問題

徐 捷 孫 鵬

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

2017年教育部考試中心對《普通高等學校招生全國統一考試大綱》（以下簡稱《考試大綱》）進行了較大規模的修訂，其中生物學科考試內容的變化之一是將選修3 中“基因工程的原理及技術”調整成“基因工程的原理及技術（含PCR 技術）”［1］。 這一變化，進一步明確了PCR 技術應作為基因工程相關內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 技術相關內容的考查主要有3 次。 對這些內容的考查是否與《普通高等學校招生全國統一考試北京卷考試說明》（以下簡稱《考試說明》）的要求相符？ 在以后的教學與備考中應注意哪些方面？ 對此，筆者進行了簡要分析。

1 《考試說明》中相關的內容要求與能力要求

《考試說明》（2010—2016年） 中有關基因工程的要求［2］如下：

表1 《考試說明》中有關基因工程內容的要求

《考試說明》（2010—2016年） 中有關遺傳的分子基礎相關內容的要求［2］如下：

表2 《考試說明》中遺傳的分子基礎相關內容的要求

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

Ⅰ.了解所列知識內容的確切含義，能夠識別和辨認它們。 能夠使用恰當的專業術語進行敘述。

Ⅱ.綜合運用相關的知識、技能和研究方法，分析各種生物學現象和數據，通過推理和判斷，得出正確結論并解答問題。

2 近年來高考北京卷中涉及PCR 內容的試題解析

例1，2011年高考理綜北京卷第31 題（節選）：

6）根據T-DNA 的已知序列，利用PCR 技術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（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容的考查，其中第2空考查工具酶的作用， 第3 空考查有關引物選擇的內容。 第3 空表面看似乎是考查關于PCR 擴增的知識， 但實際上并沒有考查考生關于PCR 引物設計的具體知識， 而是借這一情境考查考生對DNA 結構的認識，即主要是對DNA 雙螺旋結構特點之一“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構”［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。從教材內容看，教材中似乎只提到利用PCR 技術可以擴增DNA，而并未提及利用PCR 確定插入位點的相關方法。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 技術進行擴增時在分子水平的反應細節，而是根據DNA 2 條鏈是反向平行的，推知“DNA 兩條鏈復制的方向是相反的”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 技術進行擴增，考查的重點并非PCR 技術本身，而是讓考生結合對PCR 技術的理解選擇能夠為P-L DNA 的存在提供證據的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，主要體現在內容主題和認知水平2 個方面。這些試題考查的內容主要落在“DNA 的結構”“DNA的復制”及“基因工程的基本原理與技術”等方面，在對認知水平的要求上，考查“DNA 的結構”“DNA的復制”時，要求均為Ⅱ級水平，而對“基因工程的基本原理與技術”的要求為Ⅰ級水平。試題要求考生了解PCR 技術的相關知識內容，然后以PCR技術為情境考查考生對于DNA 分子的雙螺旋結構， 以及DNA 復制等知識的深入理解與推理應用。在分析這類試題時，應注意區分試題情境與實際考查內容的差別， 不要盲目地將試題情境信息涉及的內容與實際考查的知識內容劃等號， 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）內容的教學建議

3.1 打好知識的基礎 基因工程的基本原理和技術，是現代生物技術的一個重要方面。 在《義務教育生物學課程標準（2011年版）》10 個一級主題中的“生物技術”主題中，內容包括了“說出轉基因技術的應用”， 這就意味著學生在初中階段就已經初步了解了基因工程的應用。 《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”，表明對這部分內容的要求屬于較為基礎的水平。因此在教學過程中， 關于實現基因工程需要的限制性核酸內切酶、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，都是需要學生學習的知識。建議在新授課中，需要給學生以明確的講解， 以幫助學生真正掌握有關基因工程的相關知識。

3.2 關注與必修知識鏈接 基因工程是在遺傳學、微生物學、生物化學和分子生物學等學科的基礎上發展而來的，因此，學生對基因工程的技術和原理等知識的理解，離不開對必修知識的積累。在高三復習這部分內容時， 尤其要注意與必修知識的聯系，例如，與DNA 結構特點的聯系、與自然界的轉基因——肺炎雙球菌轉化實驗的聯系、與DNA 分子復制過程的聯系等。 這樣，不僅能讓學生了解這些知識為基因工程的誕生與發展奠定了基礎， 而且能讓學生更好地理解科學與技術的關系，從而真正將科學、技術與社會（STS）教育滲透其中，是培養學生的科學素養，培養學生對自然和社會的責任感的重要途徑之一。

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

PCR 技術是基因工程中的常用技術， 在教學中也不可將其簡單總結為只是進行DNA 體外擴增的手段。對于基礎較好的學生，還可引導他們進一步分析應用PCR 技術還可以解決哪些方面的問題？ 例如，是否可以利用PCR 技術分析某個體的基因型等，培養學生的發散性思維。

2017年，隨著《考試大綱》的變化，北京卷《考試說明》［4］對“基因工程”的內容也進行了相應調整，并通過參考樣題進一步明確了對PCR 技術等知識的考核要求。 筆者認為， 在教學和備考過程中，只有仔細研讀《課程標準》和《考試說明》，才能準確把握教學與評價中對知識要求的范圍和程度，進而在教學與復習中有的放矢。要根據學生的具體情況，將基因工程（包含PCR 技術）的相關內容恰當地傳授給學生，以達到教與學、教與考雙贏的目的。