科學(xué)創(chuàng)新試題　有效考查能力

王守民

一、原題呈現(xiàn)

新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ。29.（10分）根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學(xué)組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型，有些病毒對(duì)人類健康會(huì)造成很大危害，通常，一種新病毒出現(xiàn)后需要確定該病毒的類型。假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換，請(qǐng)利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以確定一種新病毒的類型，簡(jiǎn)要寫出（1）實(shí)驗(yàn)思路，（2）預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論即可。（要求：實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個(gè)組）

二、參考答案

1.實(shí)驗(yàn)思路 甲組：將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記尿嘧啶的培養(yǎng)基中，一段時(shí)間后接種新病毒。培養(yǎng)一段時(shí)間后收集病毒并檢測(cè)其放射性。乙組：將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中，一段時(shí)間后接種新病毒，培養(yǎng)一段時(shí)間后收集病毒檢測(cè)其放射性。

2.預(yù)期結(jié)果及結(jié)論 若甲組收集的病毒有放射性，乙組無(wú)，則為RNA病毒；若乙組收集的病毒有放射性，甲組無(wú)，則為DNA病毒。

三、在考查生物科學(xué)能力方面的作用

1.理解能力 病毒只有依賴活細(xì)胞才能完成復(fù)制和繁殖，即病毒只有依賴活細(xì)胞里的原料如堿基、能量和相關(guān)酶等條件才能實(shí)現(xiàn)自己的“表達(dá)”，這個(gè)表達(dá)即“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”，本題是基于T2噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)的方法和思路，這就要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理、思路、方法步驟、結(jié)果和結(jié)論有充分的理解和把握，再借助實(shí)驗(yàn)的思路和技巧來(lái)設(shè)計(jì)本題實(shí)驗(yàn)的思路和預(yù)測(cè)結(jié)果及結(jié)論。同時(shí)要充分理解DNA和RNA的主要區(qū)別在于五碳糖和含氮堿基的不同，本題能充分考查學(xué)生的核心素養(yǎng)。

2.實(shí)驗(yàn)和探究能力 根據(jù)題目信息分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)變量、遵循原則、設(shè)置對(duì)照、方法步驟、預(yù)測(cè)結(jié)果和總結(jié)結(jié)論。

（l）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模捍_定一種新病毒的類型是DNA病毒還是RNA病毒，以便分析實(shí)驗(yàn)性質(zhì)。

（2）實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：是探究性實(shí)驗(yàn)，還是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，以便確定實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論是只有正確的一項(xiàng)，還是有多種情況存在。

（3）實(shí)驗(yàn)變量：自變量是放射性同位素標(biāo)記的物質(zhì)為尿嘧啶還是胸腺嘧啶，用來(lái)設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)；因變雖是子代病毒是否有放射性，做為實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的指標(biāo)；其他條件均屬于無(wú)關(guān)變量，要嚴(yán)格控制使其適宜且相同。

（4）遵循的實(shí)驗(yàn)原則：有對(duì)照性原則、單因子變量原則和等量性原則等。

（5）設(shè)置對(duì)照：用自變量來(lái)處理相同的實(shí)驗(yàn)材料，本實(shí)驗(yàn)分別用放射性同位素標(biāo)記的胸腺嘧啶和尿嘧啶培養(yǎng)宿主細(xì)胞，再用培養(yǎng)的宿主細(xì)胞培養(yǎng)病毒，形成對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

（6）實(shí)驗(yàn)方法：根據(jù)題目要求，本實(shí)驗(yàn)必須使用同位素標(biāo)記法和對(duì)比（相互對(duì)照）實(shí)驗(yàn)。

（7）實(shí)驗(yàn)步驟：需要遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則，科學(xué)合理地安排實(shí)驗(yàn)順序，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的日的，即甲組將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記尿嘧啶的培養(yǎng)基中，一段時(shí)間后接種新病毒，培養(yǎng)一段時(shí)間后收集病毒并檢測(cè)其放射性；乙組將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中，一段時(shí)間后接種新病毒，培養(yǎng)一段時(shí)間后收集病毒并檢測(cè)其放射性。

（8）預(yù)測(cè)結(jié)果和結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論的描述必須準(zhǔn)確全面，不能只預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)組而不關(guān)心對(duì)照組，否則是不能得出科學(xué)合理的結(jié)論的，本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和結(jié)論是甲組收集的病毒有放射性，乙組無(wú)，則為RNA病毒；乙組收集的病毒有放射性，甲組無(wú)，則為DNA病毒。

3.獲取信息的能力 其重要的含義包括能從提供的材料中獲取并運(yùn)用相關(guān)的生物學(xué)信息，結(jié)合所學(xué)知識(shí)解決相關(guān)的生物學(xué)問題。在本題中根據(jù)題意可以獲取多種解題信息，并運(yùn)用于解題過程。

（l）根據(jù)題目中“假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換”，可以分析得出本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中要求用堿基種類來(lái)檢測(cè)是DNA還是RNA，而不是選擇核糖還是脫氧核糖來(lái)加以區(qū)別，因此確定該實(shí)驗(yàn)的自變量是同位素標(biāo)記的胸腺嘧啶還是尿嘧啶。

（2）根據(jù)題目中“請(qǐng)利用放射性同位素標(biāo)記的方法”，可知該實(shí)驗(yàn)方法是同位素標(biāo)記法，實(shí)驗(yàn)的因變量是子代病毒是否有放射性。

（3）根據(jù)題目中“以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料”，結(jié)合T2噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)，可以聯(lián)想到應(yīng)該借鑒其實(shí)驗(yàn)的思路和步驟，用精煉的語(yǔ)言進(jìn)行描述即可。

（4）根據(jù)題目中“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以確定一種新病毒的類型”，可以確定該實(shí)驗(yàn)的目的是確定一種新病毒的類型是DNA病毒還是RNA病毒，還可以確定該實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)是探究性實(shí)驗(yàn)而非驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而可確認(rèn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論不是只有正確的一項(xiàng)，而是多種情況要分類討論。

（5）根據(jù)題目中“要求：實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個(gè)組”，可以明確該實(shí)驗(yàn)應(yīng)設(shè)置甲乙兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，而沒有空白對(duì)照。

4.綜合運(yùn)用能力 能夠理論聯(lián)系實(shí)際，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決自然界和社會(huì)生活中的一些生物學(xué)問題。

本題實(shí)際上涉及的知識(shí)內(nèi)容很多，其中包括DNA和RNA的組成、病毒的分類、病毒的生活方式、病毒的培養(yǎng)和標(biāo)記、病毒的危害、病毒在遺傳學(xué)中的作用以及細(xì)胞的培養(yǎng)等相關(guān)知識(shí)，根據(jù)該題日的要求，（1）將DNA和RNA的含氮堿基組成不同轉(zhuǎn)化為同位素標(biāo)記的物質(zhì)是胸腺嘧啶還是尿嘧啶，把枯燥理論和實(shí)驗(yàn)實(shí)際結(jié)合起來(lái)，充分體現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際；（2）借助同位素標(biāo)記法和對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)來(lái)解決確定病毒類型的問題，充分體現(xiàn)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決自然界和社會(huì)生活中的生物學(xué)問題。

（收稿日期：2024-02-10）