一道高考试题引发的探究活动

周茜

摘 要 从一道江苏高考试题的答题情况入手，分析教学，并借鉴教材中“重组DNA”的模拟制作，组织了一次探究活动，较好地补偿了第一次教学中的遗憾。

关键词 高考试题 探究活动 模拟制作

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

1 一道高考试题的分析

2012年江苏高考试题第32题重点考查学生对基因工程的工具、操作的掌握情况。试题的第（4）题，由于试题开放性较大，对学生的信息处理能力要求较高。学生的答案存在：审题不清，答非所问；理解错误，表达不当等情况，甚至有很多学生没能完成。

高考原题：图1表示含有目的基因D的DNA片段长度（bp即碱基对）和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、Bam HⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶切割的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题：

（1）（2）（3）略。

（4） 若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是

。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加 的培养基进行培养。经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是 。

从试题命题看，第1小空以目的基因D的获取，重组质粒的构建为背景，考查限制酶的作用与特点、碱基互补配对原则和对黏性末端的认识。第2小空以筛选含重组质粒的大肠杆菌为背景，考查在真实情境下对标记基因作用的理解。第3小空以基因表达为切入，考查重组质粒中目的基因表达的条件和机制。试题从重组质粒的形成到重组质粒中标记基因的作用，再到目的基因的正常表达，对考生认知水平和能力要求逐步提升，既考查了知识的理解应用，更考查了学生的综合分析能力。

从学生的答题情况看，学生对重组质粒的构建的理解只限于操作层面，即同种限制酶切割，产生相同的黏性末端；在DNA连接酶的作用下，含目的基因的DNA片段与质粒形成重组质粒。学生对教材中所提到“构建表达载体”的认识，停留在对复制原点、启动子、终止子、标记基因的机械记忆。因此在遇到的新问题“部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达”时，学生不能从基因表达的角度分析理解启动子、终止子在基因表达过程中的作用，从而不能准确判断目的基因D不能正确表达的原因。

学生的答题情况反映出教师教学中存在的问题。在工程技术的教学中，教师未能渗透“结构与功能相适应”的思，重流程操作，而忽视了原理、功能的深度理解和运用，导致学生在遇到新问题时无从下手，不能灵活运用已有知识，分析问题，解决问题。如何进行教学改进？借鉴教材中“重组DNA”的模拟制作，笔者设计了一次探究活动，较好地补偿了第一次教学中的遗憾。

2 一次探究活动的尝试

2.1 提出问题

基因工程技术的关键步骤是构建表达载体。如何有效构建表达载体？教师提供具体的情境，并提出问题，引导学生参与探究。

图3、图4为含有目的基因D的2个不同的DNA片段。图5表示一种普通质粒，现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ3种限制性核酸内切酶切割的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC。

请问：

① 将图1和图2中的目的基因D和图3中的质粒形成重组质粒，如何选用限制酶？

② 考虑到重组质粒导入受体菌并在受体菌中正常表达的要求，选择限制酶的最佳方案是什么？

2.2 提出假设

教师指导学生复习形成重组质粒的条件和操作。在此基础上，教师引导学生分析DNA片段和质粒上的限制酶识别序列和切割切点，并提出假设：

针对图1片段，学生提出有两种假设。

假设1：用BamH I来切割目的基因和质粒。

假设2：用MboⅠ来切割目的基因和质粒。

针对图2片段，学生也有两种假设。

假设3：同时用BamH I和MspⅠ来切割目的基因和质粒。

假设4：同时用BamH I和MboⅠ来切割目的基因和质粒。

2.3 自主探究

教师提供两种颜色（如绿色和粉红色）的纸条各2条，绿色的纸条上写有如图1所示的碱基序列，粉色的纸条上写有如图2所示的碱基序列。另提供4個如图4所示等宽的白色纸条，指导学生用胶带将其环化成如图3所示的普通质粒。学生根据假设，模拟制作重组质粒。

2.4 交流讨论，得出结论

学生在小组内展示自己制作的重组质粒，并结合重组质粒分析受体菌内的目的基因能否正常表达。

通过分析，学生发现：两种不同的限制酶BamHⅠ、MboⅠ酶切后可以产生相同的黏性末端；在DNA连接酶的作用下可以形成重组质粒，也可能出现自身连接的现象。同时，也发现：若使用Mbo I会同时破坏质粒中的抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因，不利于筛选出含有重组质粒的大肠杆菌。从而，否定了假设2和假设4的成立。

在交流的基础上，学生发现：若假设1成立，即用BamH I来切割目的基因和质粒，目的基因可以正向，也可以反向连接到质粒上，形成两种不同的重组质粒。若假设3成立，即同时用BamH I和MspⅠ来切割目的基因和质粒，只能形成一种重组质粒。

教师在复习启动子和终止子的作用的基础上，引导学生分析重组质粒上目的基因正常表达的条件，发现反向连接的目的基因不能正确表达。通过模拟体验，学生归纳出：使用两种限制酶比使用一种限制酶更能保证连接的准确性。两种限制酶分别切质粒和目的基因两端，且酶切后的黏性末端不同，可以防止自身连接和反向连接。

3 教学反思

随着课程改革的深入，考试评价更加重视对学生生物科学素养的考查。以能力立意的试题重在考查学生对学科知识的理解能力、实验探究能力、获取信息的能力和综合运用的能力。如何变革教学行为，适应基于素养的教学与评价？

（1） 钻研教材，将教材中抽象的知识转化为真实的问题。仔细阅读教材，不难发现教材中“质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段（基因）插入其中”，“标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来，如抗生素抗性基因就可以作为这种基因”的内容。对这些抽象的内容，学生难以理解。教师需要设计一些真实情境和问题，引导学生去思考，去探究。例如：一个或多个限制酶，哪种情况更便于形成重组质粒？标记基因是如何在筛选含重组质粒的大肠杆菌中起作用的？

（2） 设计活动，让学生在探究活动中习得知识和方法。布鲁姆的掌握学习理论认为：许多学生在学习中未能取得优异成绩，主要问题不是学生智慧能力有、欠缺，而是由于未能得到适当的教学条件和合理的帮助造成的。教师的作用就是为学生创造适当的教学条件，并提供合理的帮助。本探究活动中，真实的情境、核心问题、模拟制作的材料等，都是教师能给予学生的最好的帮助。学生通过模拟制作深化了知识的理解，即同种限制酶切割目的基因的两端和质粒，产生相同的黏性末端；在DNA连接酶的作用下，形成重组质粒。不仅如此，学生还会发现：目的基因两端的末端和质粒切割后的两个末端都能进行互补，目的基因与质粒可以正向连接，也可以反向连接。更重要的是，学生学会了解决新问题的方法——模型探究。