2024年高考廣東卷生物學(xué)第21題關(guān)鍵能力考查分析與啟示

摘" 要：本文以2024年高考廣東卷生物學(xué)第21題為例，通過分析該試題對學(xué)生關(guān)鍵能力的考查內(nèi)容，提出人教版普通高中教科書《生物學(xué)·選擇性必修3·生物技術(shù)與工程》相關(guān)內(nèi)容教學(xué)與復(fù)習(xí)的啟示與建議。

關(guān)鍵詞：生物學(xué)高考；試題分析；關(guān)鍵能力

文章編號：1003-7586（2024）12-0000-00

中圖分類號：G633.91" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

基金項目：

（1）廣東省中小學(xué)“百千萬人才培養(yǎng)工程”專項科研項目課題“高中生物學(xué)“數(shù)字·模擬·實踐”創(chuàng)新實驗教學(xué)模式的構(gòu)建及評價研究”（BQW2024TGL024）；（2）廣東省教育科學(xué)規(guī)劃課題2025年度中小學(xué)教師教育科研能力提升計劃項目“大概念統(tǒng)攝下中學(xué)生物學(xué)跨學(xué)科課程資源的開發(fā)及實踐研究”項目（2025ZQJK277）；（3）廣東省中山市教育科研2023年度課題“高中生物學(xué)滲透健康教育的策略研究和教學(xué)實踐”（C2023119）。

2024年是廣東省在“新課標(biāo)、新教材、新高考”的“三新”背景下進(jìn)行試題命制的第二年。2024年高考廣東卷生物學(xué)第21題以新型紡織原料細(xì)菌纖維素膜（BC膜）的綠色制造與印染工藝為情境，考查學(xué)生對BC膜生產(chǎn)原理的理解、探究、應(yīng)用及創(chuàng)新能力，對學(xué)生的高階思維及生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)均具有較高要求。同時，該試題是“三新”背景下人教版普通高中教科書《生物學(xué)·選擇性必修3·生物技術(shù)與工程》（以下簡稱“教材”）相關(guān)內(nèi)容在廣東卷中首次以非選擇題的形式出現(xiàn)，這對教師和學(xué)生在今后針對該教材的教學(xué)及備考具有重要的指導(dǎo)意義。因此，筆者立足于2019年教育部考試中心發(fā)布的《高考評價體系》及相關(guān)文獻(xiàn)中對生物學(xué)關(guān)鍵能力的測評與分析方法，對試題針對關(guān)鍵能力的考查內(nèi)容進(jìn)行深入分析，以期為教師在教材新授課、一輪及二輪復(fù)習(xí)課的教學(xué)提供參考。

1" 生物學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力的內(nèi)涵與測評

2019年教育部考試中心發(fā)布的《中國高考評價體系》將應(yīng)考查的素質(zhì)教育目標(biāo)凝練為“核心價值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識”4層考查內(nèi)容，其中關(guān)鍵能力是支撐和體現(xiàn)學(xué)科素養(yǎng)要求的能力表征。［1］依托《中國高考評價體系》對關(guān)鍵能力的定義，楊帆、郭學(xué)恒、吳成軍等學(xué)者指出生物學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力是學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)后，在應(yīng)對與生物學(xué)相關(guān)的生活、生產(chǎn)實踐及科學(xué)探究等問題時，所必須具備的認(rèn)識問題、分析問題及解決問題的能力，同時也是使學(xué)生適應(yīng)時代要求并支撐其終身發(fā)展的能力。［2］［3］筆者從“概念習(xí)得、學(xué)科表現(xiàn)、行為表現(xiàn)”3個維度對生物學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力測評進(jìn)行了如圖1所示的框架構(gòu)建。

在測評框架中，學(xué)科表現(xiàn)維度的“理解能力”“探究能力”“應(yīng)用能力”“創(chuàng)新能力“是生物學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力的基本內(nèi)涵，是知識獲取能力群、實踐操作能力群、思維認(rèn)知能力群的綜合體現(xiàn)，也是考查學(xué)生生物學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力的重要方面。［4］考查生物學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力的重要性在廣東省近幾年的高考中日益凸顯，具體表現(xiàn)在：在試題設(shè)置上，開放性試題與封閉性試題的比例逐年增大；在能力考查上，對學(xué)生創(chuàng)新思維等關(guān)鍵能力的考查要求則不斷提高。下面筆者將基于上述學(xué)科表現(xiàn)維度的4項能力，對2024年高考生物學(xué)廣東卷第21題的關(guān)鍵能力考查進(jìn)行分析。

2" 原題呈現(xiàn)

駒形桿菌可合成細(xì)菌纖維素（BC）并將其分泌到胞外組裝成膜。作為一種性能優(yōu)異的生物材料，BC膜應(yīng)用廣泛。研究者設(shè)計了酪氨酸酶（可催化酪氨酸形成黑色素）的光控表達(dá)載體，將其轉(zhuǎn)入駒形桿菌后構(gòu)建出一株能合成BC膜并可實現(xiàn)光控染色的工程菌株，為新型紡織原料的綠色制造及印染工藝升級提供了新思路（圖一）。

回答下列問題：

（1）研究者優(yōu)化了培養(yǎng)基的""" （答兩點）等營養(yǎng)條件，并控制環(huán)境條件，大規(guī)模培養(yǎng)工程菌株后可在氣液界面處獲得BC菌膜（菌體和BC膜的復(fù)合物）。

（2）研究者利用T7噬菌體來源的RNA聚合酶（T7RNAP）及藍(lán)光光敏蛋白標(biāo)簽，構(gòu)建了一種可被藍(lán)光調(diào)控的基因表達(dá)載體（光控原理見圖二a，載體的部分結(jié)構(gòu)見圖二b）。構(gòu)建載體時，選用了通用型啟動子pBAD（被工程菌RNA聚合酶識別）和特異型啟動子pT7（僅被T7RNAP識別）。為實現(xiàn)藍(lán)光控制染色，啟動子①②及③依次為""" ，理由是""""""" 。

（3）光控表達(dá)載體攜帶大觀霉素（抗生素）抗性基因。長時間培養(yǎng)時在培養(yǎng)液中加入大觀霉素，其作用為""""""""""""""" （答兩點）。

（4）根據(jù)預(yù)設(shè)的圖案用藍(lán)光照射已長出的BC菌膜并繼續(xù)培養(yǎng)一段時間，隨后將其轉(zhuǎn)至染色池處理，發(fā)現(xiàn)只有經(jīng)藍(lán)光照射的區(qū)域被染成黑色，其原因是""""""""""""""" 。

（5）有企業(yè)希望生產(chǎn)其他顏色圖案的BC膜。按照上述菌株的構(gòu)建模式提出一個簡單思路：""""""""" """"""。

參考答案：（1）碳源、氮源" （2）pT7、pBAD、pBAD；基因2和3正常表達(dá)無活性產(chǎn)物，被藍(lán)光激活后再啟動基因1表達(dá)" （3）抑制雜菌、去除丟失質(zhì)粒的菌株" （4）該處細(xì)胞中T7RNAP激活，酪氨酸酶表達(dá)并催化絡(luò)氨酸合成黑色素" （5）將酪氨酸酶替換成催化其他色素合成的酶（或?qū)⒗野彼崦柑鎿Q成不同顏色蛋白）

3" 試題分析

3.1" 試題考點分布及考查要求

根據(jù)《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)》），第21題考查的大概念包括大概念“3發(fā)酵工程利用微生物的特定功能規(guī)?；a(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品”及大概念“5基因工程賦予生物新的遺傳特性”，下屬的重要概念包括“5.1基因工程是一種重組DNA 技術(shù)”“5.2蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸”，考點分布于發(fā)酵工程和基因工程兩大模塊，難度較大，對學(xué)生的考查要求也較高。試題體現(xiàn)基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性的4大考查要求，同時在SOLO分類理論層面關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平的試題數(shù)量較多，需要學(xué)生在作答時能尋找多個解題思路，并進(jìn)行有效的整合。下面筆者依據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》、《中國高考評價體系》及SOLO分類理論對各小題的次位概念、考查要求及試題水平進(jìn)行分析（見表1）。

3.2" 關(guān)鍵能力考查分析

3.2.1" 創(chuàng)設(shè)生物工程情境，考查理解能力

“理解能力”是指學(xué)生在了解、明白事理時表現(xiàn)出來的知識和技能傾向。經(jīng)過素質(zhì)教育的培養(yǎng)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)能夠閱讀和理解生物學(xué)學(xué)科的各種主要概念及基本符號，客觀全面地獲取相關(guān)內(nèi)容并從情境中提取有效信息，準(zhǔn)確地概括和描述生物學(xué)基本現(xiàn)象及其相互關(guān)系，最終發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。理解能力按思維的復(fù)雜程度可分為初級水平、中級水平及高級水平。第21題以新型紡織原料細(xì)菌纖維素膜（BC膜）的綠色制造與印染工藝為情境，分別考查學(xué)生不同水平的理解能力。

初級水平考查：第（1）問主要考查學(xué)生對駒形桿菌合成細(xì)菌纖維素菌膜（菌體和BC膜的復(fù)合物）所需基本原料的種類及其元素組成的理解，從而引導(dǎo)學(xué)生推理培養(yǎng)基的優(yōu)化條件。學(xué)生較容易從菌體和BC膜的成分進(jìn)行分析，得出需要優(yōu)化碳源和氮源的答案，這屬于對初級水平理解能力的考查。第（3）問主要考查學(xué)生對發(fā)酵工程中長時間培養(yǎng)駒形桿菌時添加抗生素的作用的理解，學(xué)生較容易從抗生素的生理作用和基因工程標(biāo)記基因的作用“篩選重組DNA分子”這一知識點入手，得出抑制雜菌污染、去除丟失質(zhì)粒的菌株這一答案，此問題同樣屬于對學(xué)生初級水平理解能力的考查。中級水平考查：第（2）問需要學(xué)生從題干信息及流程圖中獲取信息，同時理解RNA聚合酶（T7RNAP）的藍(lán)光激活機制，以及誘導(dǎo)型啟動子pT7與通用型啟動子pBAD的內(nèi)在聯(lián)系，才可以確定啟動子1、2、3的位置順序并進(jìn)行作答。第（4）問則需要學(xué)生在順利完成第（2）問的基礎(chǔ)上，結(jié)合題干中“酪氨酸酶可催化酪氨酸形成黑色素”這一信息，分析BC膜轉(zhuǎn)至染色池后只有經(jīng)過藍(lán)光照射的區(qū)域才能染成黑色的原因。上述兩問均考查了學(xué)生對生物工程技術(shù)概念、原理和規(guī)律的理解，學(xué)生需要對理解的概念、原理、規(guī)律間的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行分析，得出藍(lán)光調(diào)控與基因表達(dá)載體、藍(lán)光照射區(qū)域與黑色素生成之間的關(guān)聯(lián)。學(xué)生需要具備一定的科學(xué)思維、工程學(xué)思維、技術(shù)思維等高階思維才能對其進(jìn)行理解、分析與解答，上述問題屬于對學(xué)生中級水平理解能力的考查。高級水平考查：高級水平的理解能力包括應(yīng)用與創(chuàng)新能力。第（5）問創(chuàng)設(shè)企業(yè)需要生產(chǎn)其他顏色圖案BC膜的情境，讓學(xué)生基于上述菌株的構(gòu)建模式提出一個簡單的生產(chǎn)思路。學(xué)生需要深刻理解染色及基因表達(dá)載體的構(gòu)建原理才可以對工程進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，此問題屬于對學(xué)生高級水平理解能力的考查。

3.2.2" 提供原理制訂方案，考查探究能力

生物學(xué)是一門實驗性學(xué)科，探究能力是考查學(xué)生生物學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力的主要標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過素質(zhì)教育的培養(yǎng)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)能夠根據(jù)實驗?zāi)康暮鸵螅O(shè)計合理的實驗方案，收集并處理數(shù)據(jù)，最終得出結(jié)論或做出解析。第21題的第（2）問提供了RNA聚合酶（T7RNAP）的光控原理圖解，引導(dǎo)學(xué)生將圖示原理與基因表達(dá)載體的構(gòu)建建立聯(lián)系，對載體上啟動子1、2、3的位置進(jìn)行設(shè)計，以實現(xiàn)藍(lán)光控制染色這一目的，從而考查學(xué)生的探究能力。該試題需要學(xué)生首先明確基因1（編碼酪氨酸酶）為目的基因，基因2、基因3為非目的基因且分別編碼T7RNAP的N端與C端，再從藍(lán)光激活T7RNAP的原理角度明確激活前必須先編碼表達(dá)出T7RNAP的N端與C端，具備物質(zhì)基礎(chǔ)后才可被藍(lán)光激活，最后則是T7RNAP被激活后作用于特異型啟動子pT7，啟動另一個基因的表達(dá)，以實現(xiàn)藍(lán)光控制染色的設(shè)計目的。因此，基因2、基因3應(yīng)選擇通用型啟動子pBAD以保證順利啟動表達(dá)，表達(dá)產(chǎn)物通過藍(lán)光激活形成有活性的T7RNAP，而后T7RNAP與特異型啟動子pT7結(jié)合，對特定基因進(jìn)行啟動，實現(xiàn)藍(lán)光激活T7RNAP，后續(xù)T7RNAP特異性啟動目的基因1，因此排序為pT7、pBAD、pBAD。本題的第（4）問同樣如此，需要學(xué)生基于第（2）問的原理，結(jié)合圖片所示的染色過程，對藍(lán)光照射區(qū)域被染成黑色的原因進(jìn)行分析，不僅考查了學(xué)生分析科學(xué)問題的能力，同時也考查了學(xué)生的工程學(xué)思維與技術(shù)思維等高階思維能力。

3.2.3" 提出新思路新方法，考查應(yīng)用與創(chuàng)新能力

創(chuàng)新能力是指學(xué)生針對科學(xué)現(xiàn)象與事實，發(fā)現(xiàn)新問題、提出新解析或進(jìn)一步探究的能力。經(jīng)過素質(zhì)教育的培養(yǎng)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)能夠獨立思考，通過思辨發(fā)表獨立的、創(chuàng)造性的看法，并在分析和解決問題的過程中表現(xiàn)出新思維、新方法等。第21題的第（5）問提出一個生產(chǎn)過程中的現(xiàn)實問題“企業(yè)希望生產(chǎn)其他顏色圖案的BC膜”，并要求學(xué)生立足于對上述生物工程原理和菌株構(gòu)建模式的理解，結(jié)合所學(xué)知識，提出解決問題的新思路。針對此問題，學(xué)生可從色素代謝角度進(jìn)行創(chuàng)新，通過替換酶的種類實現(xiàn)對不同顏色色素的催化合成；或從目的基因的角度進(jìn)行創(chuàng)新，將質(zhì)粒中的目的基因更換為色素蛋白基因，從而實現(xiàn)藍(lán)光驅(qū)動色素蛋白的合成。在回答此問題的過程中，學(xué)生不僅需要深刻理解BC膜的染色原理及工藝流程，還需要創(chuàng)造性地對已學(xué)知識進(jìn)行遷移應(yīng)用，思考出符合生產(chǎn)需求的改良方案，這要求學(xué)生具備一定的創(chuàng)新思維能力。

4" 啟示

4.1" 回歸教材，新授課注重理解能力培養(yǎng)

本教材涉及多種生物工程及技術(shù)手段，知識相對更為專業(yè)化、技術(shù)化、工程化與前沿化，偏重于實際應(yīng)用且較為抽象，導(dǎo)致學(xué)生對教材內(nèi)部分技術(shù)手段及其原理的理解較為困難。因此，在關(guān)鍵能力測評框架下，教師在教授過程中應(yīng)立足教材，從概念、流程、應(yīng)用、意義等方面引導(dǎo)學(xué)生對各生物工程進(jìn)行分析，從知道對象“是什么”的初級水平理解，走向知道客觀事物“怎么樣”的中級水平理解，再進(jìn)一步系統(tǒng)化，重新建立或調(diào)整認(rèn)知結(jié)構(gòu)并進(jìn)行遷移運用，達(dá)到知道客觀事物“為什么”的高級水平理解。

4.2" 立足高考考查要求，復(fù)習(xí)課注重綜合能力提升

第21題的第（2）問知第（4）問體現(xiàn)出廣東省高考生物學(xué)試卷中對學(xué)生科學(xué)思維、技術(shù)思維的考查要求較高，這也契合教育部2024年發(fā)布的《關(guān)于做好2024年普通高校招生工作的通知》中所提到的“注重考查學(xué)生的必備知識、關(guān)鍵能力和學(xué)科素養(yǎng)，引導(dǎo)培養(yǎng)探索性、創(chuàng)新性思維品質(zhì)”“增強試題的應(yīng)用性、探究性、開放性”的要求。［5］這要求教師在復(fù)習(xí)課中重視學(xué)生抽象思維能力、演繹推理能力、批判性思維能力等科學(xué)思維的提升。教師在復(fù)習(xí)課教學(xué)中可以借助教材中的“思維訓(xùn)練”“練習(xí)與應(yīng)用”“復(fù)習(xí)與提高”等欄目對學(xué)生進(jìn)行必要的訓(xùn)練，提高其遷移應(yīng)用能力。［6］

4.3" 理論與實踐結(jié)合，培養(yǎng)開放性思維

廣東省高考生物學(xué)試卷中開放性試題的比例逐年增加，對學(xué)生的辯證思維能力及創(chuàng)新思維能力提出較高的要求。例如，2023年第17題讓學(xué)生嘗試提出治療放射性心臟損傷的新思路，第18題則需要學(xué)生基于當(dāng)前實驗提出科學(xué)問題，第21題需要學(xué)生對無瓣海桑是否屬于入侵物種給出自己的觀點等。而2024年考題則呈現(xiàn)出基于生產(chǎn)生活需要的開放性試題，如讓學(xué)生從生態(tài)學(xué)角度給出解決沉水植物生長不良及維護(hù)成本較高等問題的措施，以及根據(jù)企業(yè)需求提出菌株構(gòu)建模式的新思路。對于學(xué)生創(chuàng)新思維的考查，教師應(yīng)更加注重引導(dǎo)學(xué)生將已掌握的生物學(xué)概念、知識、原理與現(xiàn)實生活聯(lián)系起來，培養(yǎng)學(xué)生利用已學(xué)知識解決實際問題的能力，促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)知識的應(yīng)用與遷移。教師可以充分利用教材“探究·實踐”欄目中結(jié)果分析與評價部分的思考題，如“若對結(jié)果不滿意，應(yīng)該如何改進(jìn)？”要求學(xué)生對實驗方案進(jìn)行完善與優(yōu)化，引導(dǎo)學(xué)生走近科研、探討科研、分析科研，不斷提高學(xué)生對生物工程情境的敏感度，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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［2］楊帆，郭學(xué)恒.基于高考評價體系的生物科考試內(nèi)容改革實施路徑［J］.中國考試， 2019（12）：53-58．

［3］郭學(xué)恒，吳成軍.基于高考評價體系的生物學(xué)科關(guān)鍵能力考查研究［J］.天津師范大學(xué)學(xué)報（基礎(chǔ)教育版）， 2022， 23（3）：64-69．

［4］高倩倩，曹苡，李雪峰.指向高階思維能力培養(yǎng)的高考生物學(xué)開放性試題分析及啟示［J］.生物學(xué)教學(xué)，2024，49（1）：60-63．

［5］中華人民共和國教育部.教育部關(guān)于做好2024年普通高校招生工作的通知（教學(xué)〔2024〕2號）［J］.中華人民共和國教育部公報，2024，1-26．

［6］李霞.高中生物學(xué)科關(guān)鍵能力之解決問題能力的測評維度探析［J］.中學(xué)生物學(xué)，2023，39（5）：56-57＋60．