由科技論文進高考引發的思考

劉春盼

《普通高中生物學課程標準（2017年版》（以下簡稱《新課標》）中聚焦學生生物學學科核心素養的養成，強調培養學生解決實際問題的能力。同時《新課標》在命題程序中也強調命題應創設真實情境、合理設問。試題情境應圍繞現實問題（包括熱點問題）展開，盡量做到新穎、真實、科學、恰當，有一定的信息量和適當的復雜度，能夠成為學生運用學科知識分析和解決實際問題的載體。2020年北京卷第19題就屬于“情景化試題”，它以溫室效應影響植物的光合作用以及我國科學家提出的對策為背景，要求學生通過閱讀材料，利用所學的生物學知識來解決實際問題，從而考查學生的生物學學科核心素養。

1真題

創建D1合成新途徑，提高植物光合效率

植物細胞中葉綠體是進行光合作用的場所，高溫或強光常抑制光合作用過程，導致作物嚴重減產。光合復合體PSII是光反應中吸收、傳遞并轉化光能的一個重要場所，D1是PSII的核心蛋白。高溫或強光會造成葉綠體內活性氧（ROS）的大量累積。相對于組成PSII的其他蛋白，D1對ROS尤為敏感，極易受到破壞。損傷的D1可不斷被新合成的D1取代，使PSII得以修復。因此，D1在葉綠體中的合成效率直接影響PSII的修復，進而影響光合效率。

葉綠體為半自主性的細胞器，具有自身的基因組和遺傳信息表達系統。葉綠體中的蛋白一部分由葉綠體基因編碼，一部分由核基因編碼。核基因編碼的葉綠體蛋白在N端的轉運肽引導下進入葉綠體。編碼D1的基因psbA位于葉綠體基因組，葉綠體中積累的ROS也會顯著抑制psbA mRNA的翻譯過程，導致PSII修復效率降低。如何提高高溫或強光下PSII的修復效率，進而提高作物的光合效率和產量，是長期困擾這一領域科學家的問題。

近期我國科學家克隆了擬南芥葉綠體中的基因psbA，并將psbA與編碼轉運肽的DNA片段連接，構建融合基因，再與高溫響應的啟動子連接，導入擬南芥和水稻細胞的核基因組中。檢測表明，與野生型相比，轉基因植物中D1的mRNA和蛋白在常溫下有所增加，高溫下大幅增加;在高溫下，PSII的光能利用能力也顯著提高。在南方育種基地進行的田間實驗結果表明，與野生型相比，轉基因水稻的二氧化碳同化速率、地上部分生物量（干重）均有大幅提高，增產幅度在8.1%～21.0%之間。

該研究通過基因工程手段，在擬南芥和水稻中補充了一條由高溫響應啟動子驅動的D1合成途徑，從而建立了植物細胞D1合成的“雙途徑”機制，具有重要的理論意義與應用價值。隨著溫室效應的加劇，全球氣候變暖造成的高溫脅迫日益成為許多地區糧食生產的嚴重威脅，該研究為這一問題提供了解決方案。

（1）光合作用的反應在葉綠體類囊體膜上進行，類囊體膜上的蛋白與形成的復合體吸收、傳遞并轉化光能。

（2）運用文中信息解釋高溫導致D1不足的原因是。

（3）若從物質和能量的角度分析，選用高溫響應的啟動子驅動psbA基因表達的優點是：。

（4）對文中轉基因植物細胞D1合成“雙途徑”的理解，正確的敘述包括。

A.細胞原有的和補充的psbA基因位于細胞不同的部位

B.細胞原有的和補充的D1的mRNA轉錄場所不同

C.細胞原有的和補充的D1在不同部位的核糖體上翻譯

D.細胞原有的和補充的D1發揮作用的場所不同

E.細胞原有的和補充的D1發揮的作用不同

3備考策略

3.1關注科技前沿，嘗試自主命題

參考答案：

（1）光反應;葉綠體的色素。

（2）1高溫導致ROS積累，使D1受到破壞;2ROS積累抑制了psbAmRNA的翻譯，影響了D1的合成。

（3）提高了光能利用率和植物的凈光合作用速率，使植物增產;

（4）ABC

2分析

這其實是一篇科技論文，該論文選自2020年4月21日國際植物生物學著名期刊NaturePlants在線發表的中國科學院分子植物科學卓越創新中心、植物分子遺傳國家重點實驗室郭房慶研究組的最新突破性成果《創建細胞核源光系統II復合體D1亞基合成途徑增加光合效率和作物產量》。據不完全統計，不同地區在近幾年的高考中都出現了以科技論文為背景的考題，見表1。

筆者通過查閱文獻，查到了近幾年各省市以科技論文為素材的部分生物試題，分析科技論文創造的素材與其他素材相比的優勢（表2）。

《新課標》提出以核心素養為宗旨，內容聚焦大概念，教學過程重實踐，學業評價促發展的基本理念，在高考考查中也體現了這方面的轉變，考查的內容有機地融入社會主義核心價值觀、中華優秀傳統文化、社會主義先進文化教育內容，努力呈現社會、經濟、生態等發展的新成果、新成就，培養學生的社會責任感、創新精神、實踐能力。因此，教師在平時的教學中要關注社會生活、熱點新聞、科技熱點等，盡可能地激發學生的學習內驅力，使學生以“要我學習”變為“我要學習”，有效提高課堂效率。教師利用具體的事例，幫助學生認識生物學與社會發展的緊密聯系，引導學生關注和參加與生物科學技術有關的社會問題討論和決策。教師還可以研讀科研論文，梳理其中實驗的基本思路、展開過程、重要方法和設計細節，并聯系高中教學內容，對復雜的實驗進行簡化，找出重難點、培養學生的實驗探究能力。例如，關注“生物通”等網站中的最新科研成果，每年頒發的諾貝爾生理學或醫學獎等，教師將這些資料中復雜的實驗條件、方法進行簡化，剔除冗余信息，經過刪減，改編成新情景題讓學生做。這樣不僅可以使學生了解學術前沿、拓展學生的眼界，加深其對知識的理解，提升其應用遷移知識的能力，還能夠有效提升學生的生物學核心素養。科技論文為素材的命題模式如圖1所示。

3.2知識教學應依托真實的情景

如同測評一個人的駕駛素養一樣，只有在社會情境中才能真實地考查駕駛員的駕駛素養。同樣，只有在真實的情境中才能考查學生生物學學科核心素養的發展情況。真實的情景可以呈現真實可靠的問題任務。在真實的情境中學習，學生的觀念、能力和社會責任都可以得到真實的體現。德國有一位學者做過這樣一個比喻：將15g鹽放在你的面前，無論如何你難以下咽，但將這15g鹽放入一碗美味的湯肴中，就在你享用佳肴時，輕而易舉地將15g鹽全部吞咽。教學情景和知識的關系就像湯和鹽的關系。知識只有融入情境中才能顯示出活力和美感。而目前存在的淺層教學將知識“干巴巴”的呈現給學生，學生只是被動地接受，根本談不上學習的樂趣，這正是目前教學的最大弊端之一。以科技論文為背景的情境化試題要求學生從情境材料中尋找解題的信息和線索，模擬了知識的產生過程，在解題過程中展現能力和素養。

3.3獲取信息能力和構建學科完整知識體系是教學的重點

以科技論文為背景的情境化試題體現的教學評價理念，是從“解題”到“解決問題”的轉變。情境化試題將學生置于真實的情景中，讓學生用所學知識去解決實際問題，如題中涉及到如何解決高溫對植物光合作用的不利影響。學生需要通讀材料利用所學的知識、能力和素養從材料中獲取關鍵信息去解決這個問題，體現“學有所用”，體現能力的外延功能，而不是只有“輸入”沒有“輸出”，將學生培養成“高分低能”的人。同時，教師要注意培養學生的創新能力，在教學中要注意避免使學生產生定勢思維，不要把知識“講死”了。例如，題目中涉及到的D1減少是兩個原因：1高溫造成ROS積累，破壞D1;2ROS也會抑制psbAmRNA的翻譯過程，使新合成的D1減少。我國科學家并沒有在這兩個方面去死磕，而是另辟蹊徑選擇了另一條途徑來克服這個問題，體現了非常好的創新能力。

構建完整學科知識體系是教學的重點。以科技論文為背景的情景化試題依托學科知識體系，為表達特定主題，選取了不同知識片段，使得知識不是那么連貫和系統。學生在解題時，需要運用自己的知識體系去補充和建構情景材料，讓材料文字和問題呈現出內在的邏輯性。因此，教師應重視培養學生知識的橫向聯系，將分布在不同教材、不同章節的知識編織成網，方便學生隨時提取。

4結束語

以科技論文為背景的情境化試題是近年來高考的新題型，科技論文不僅具有科學性、學術性、前沿性等特點，而且表述嚴謹、規范，數據翔實、圖文并茂。以科技論文為素材命制高考題不僅保證了試題的科學性和權威性，還體現了能力立意，且命題效率高、質量好，不易撞題。高考以科技論文為背景設置新問題，將所考查的知識隱藏在看似深奧的新情景中，體現了高考以“能力立意”的指導思想，體現了源于教材又高于教材的理念。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]俞如旺.基于科技論文背景的高考試題命題研究[J].課程·教材·教法，2012，32（11）：112-118.

[3]吳成軍.生物學學科核心素養的教學與評價[M].上海：華東師范大學出版社，2020.

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