由科技论文进高考引发的思考

刘春盼

《普通高中生物学课程标准（2017年版》（以下简称《新课标》）中聚焦学生生物学学科核心素养的养成，强调培养学生解决实际问题的能力。同时《新课标》在命题程序中也强调命题应创设真实情境、合理设问。试题情境应围绕现实问题（包括热点问题）展开，尽量做到新颖、真实、科学、恰当，有一定的信息量和适当的复杂度，能够成为学生运用学科知识分析和解决实际问题的载体。2020年北京卷第19题就属于“情景化试题”，它以温室效应影响植物的光合作用以及我国科学家提出的对策为背景，要求学生通过阅读材料，利用所学的生物学知识来解决实际问题，从而考查学生的生物学学科核心素养。

1真题

创建D1合成新途径，提高植物光合效率

植物细胞中叶绿体是进行光合作用的场所，高温或强光常抑制光合作用过程，导致作物严重减产。光合复合体PSII是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所，D1是PSII的核心蛋白。高温或强光会造成叶绿体内活性氧（ROS）的大量累积。相对于组成PSII的其他蛋白，D1对ROS尤为敏感，极易受到破坏。损伤的D1可不断被新合成的D1取代，使PSII得以修复。因此，D1在叶绿体中的合成效率直接影响PSII的修复，进而影响光合效率。

叶绿体为半自主性的细胞器，具有自身的基因组和遗传信息表达系统。叶绿体中的蛋白一部分由叶绿体基因编码，一部分由核基因编码。核基因编码的叶绿体蛋白在N端的转运肽引导下进入叶绿体。编码D1的基因psbA位于叶绿体基因组，叶绿体中积累的ROS也会显著抑制psbA mRNA的翻译过程，导致PSII修复效率降低。如何提高高温或强光下PSII的修复效率，进而提高作物的光合效率和产量，是长期困扰这一领域科学家的问题。

近期我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的基因psbA，并将psbA与编码转运肽的DNA片段连接，构建融合基因，再与高温响应的启动子连接，导入拟南芥和水稻细胞的核基因组中。检测表明，与野生型相比，转基因植物中D1的mRNA和蛋白在常温下有所增加，高温下大幅增加;在高温下，PSII的光能利用能力也显著提高。在南方育种基地进行的田间实验结果表明，与野生型相比，转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，增产幅度在8.1%～21.0%之间。

该研究通过基因工程手段，在拟南芥和水稻中补充了一条由高温响应启动子驱动的D1合成途径，从而建立了植物细胞D1合成的“双途径”机制，具有重要的理论意义与应用价值。随着温室效应的加剧，全球气候变暖造成的高温胁迫日益成为许多地区粮食生产的严重威胁，该研究为这一问题提供了解决方案。

（1）光合作用的反应在叶绿体类囊体膜上进行，类囊体膜上的蛋白与形成的复合体吸收、传递并转化光能。

（2）运用文中信息解释高温导致D1不足的原因是。

（3）若从物质和能量的角度分析，选用高温响应的启动子驱动psbA基因表达的优点是：。

（4）对文中转基因植物细胞D1合成“双途径”的理解，正确的叙述包括。

A.细胞原有的和补充的psbA基因位于细胞不同的部位

B.细胞原有的和补充的D1的mRNA转录场所不同

C.细胞原有的和补充的D1在不同部位的核糖体上翻译

D.细胞原有的和补充的D1发挥作用的场所不同

E.细胞原有的和补充的D1发挥的作用不同

3备考策略

3.1关注科技前沿，尝试自主命题

参考答案：

（1）光反应;叶绿体的色素。

（2）1高温导致ROS积累，使D1受到破坏;2ROS积累抑制了psbAmRNA的翻译，影响了D1的合成。

（3）提高了光能利用率和植物的净光合作用速率，使植物增产;

（4）ABC

2分析

这其实是一篇科技论文，该论文选自2020年4月21日国际植物生物学著名期刊NaturePlants在线发表的中国科学院分子植物科学卓越创新中心、植物分子遗传国家重点实验室郭房庆研究组的最新突破性成果《创建细胞核源光系统II复合体D1亚基合成途径增加光合效率和作物产量》。据不完全统计，不同地区在近几年的高考中都出现了以科技论文为背景的考题，见表1。

笔者通过查阅文献，查到了近几年各省市以科技论文为素材的部分生物试题，分析科技论文创造的素材与其他素材相比的优势（表2）。

《新课标》提出以核心素养为宗旨，内容聚焦大概念，教学过程重实践，学业评价促发展的基本理念，在高考考查中也体现了这方面的转变，考查的内容有机地融入社会主义核心价值观、中华优秀传统文化、社会主义先进文化教育内容，努力呈现社会、经济、生态等发展的新成果、新成就，培养学生的社会责任感、创新精神、实践能力。因此，教师在平时的教学中要关注社会生活、热点新闻、科技热点等，尽可能地激发学生的学习内驱力，使学生以“要我学习”变为“我要学习”，有效提高课堂效率。教师利用具体的事例，帮助学生认识生物学与社会发展的紧密联系，引导学生关注和参加与生物科学技术有关的社会问题讨论和决策。教师还可以研读科研论文，梳理其中实验的基本思路、展开过程、重要方法和设计细节，并联系高中教学内容，对复杂的实验进行简化，找出重难点、培养学生的实验探究能力。例如，关注“生物通”等网站中的最新科研成果，每年颁发的诺贝尔生理学或医学奖等，教师将这些资料中复杂的实验条件、方法进行简化，剔除冗余信息，经过删减，改编成新情景题让学生做。这样不仅可以使学生了解学术前沿、拓展学生的眼界，加深其对知识的理解，提升其应用迁移知识的能力，还能够有效提升学生的生物学核心素养。科技论文为素材的命题模式如图1所示。

3.2知识教学应依托真实的情景

如同测评一个人的驾驶素养一样，只有在社会情境中才能真实地考查驾驶员的驾驶素养。同样，只有在真实的情境中才能考查学生生物学学科核心素养的发展情况。真实的情景可以呈现真实可靠的问题任务。在真实的情境中学习，学生的观念、能力和社会责任都可以得到真实的体现。德国有一位学者做过这样一个比喻：将15g盐放在你的面前，无论如何你难以下咽，但将这15g盐放入一碗美味的汤肴中，就在你享用佳肴时，轻而易举地将15g盐全部吞咽。教学情景和知识的關系就像汤和盐的关系。知识只有融入情境中才能显示出活力和美感。而目前存在的浅层教学将知识“干巴巴”的呈现给学生，学生只是被动地接受，根本谈不上学习的乐趣，这正是目前教学的最大弊端之一。以科技论文为背景的情境化试题要求学生从情境材料中寻找解题的信息和线索，模拟了知识的产生过程，在解题过程中展现能力和素养。

3.3获取信息能力和构建学科完整知识体系是教学的重点

以科技论文为背景的情境化试题体现的教学评价理念，是从“解题”到“解决问题”的转变。情境化试题将学生置于真实的情景中，让学生用所学知识去解决实际问题，如题中涉及到如何解决高温对植物光合作用的不利影响。学生需要通读材料利用所学的知识、能力和素养从材料中获取关键信息去解决这个问题，体现“学有所用”，体现能力的外延功能，而不是只有“输入”没有“输出”，将学生培养成“高分低能”的人。同时，教师要注意培养学生的创新能力，在教学中要注意避免使学生产生定势思维，不要把知识“讲死”了。例如，题目中涉及到的D1减少是两个原因：1高温造成ROS积累，破坏D1;2ROS也会抑制psbAmRNA的翻译过程，使新合成的D1减少。我国科学家并没有在这两个方面去死磕，而是另辟蹊径选择了另一条途径来克服这个问题，体现了非常好的创新能力。

构建完整学科知识体系是教学的重点。以科技论文为背景的情景化试题依托学科知识体系，为表达特定主题，选取了不同知识片段，使得知识不是那么连贯和系统。学生在解题时，需要运用自己的知识体系去补充和建构情景材料，让材料文字和问题呈现出内在的逻辑性。因此，教师应重视培养学生知识的横向联系，将分布在不同教材、不同章节的知识编织成网，方便学生随时提取。

4结束语

以科技论文为背景的情境化试题是近年来高考的新题型，科技论文不仅具有科学性、学术性、前沿性等特点，而且表述严谨、规范，数据翔实、图文并茂。以科技论文为素材命制高考题不仅保证了试题的科学性和权威性，还体现了能力立意，且命题效率高、质量好，不易撞题。高考以科技论文为背景设置新问题，将所考查的知识隐藏在看似深奥的新情景中，体现了高考以“能力立意”的指导思想，体现了源于教材又高于教材的理念。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]俞如旺.基于科技论文背景的高考试题命题研究[J].课程·教材·教法，2012，32（11）：112-118.

[3]吴成军.生物学学科核心素养的教学与评价[M].上海：华东师范大学出版社，2020.

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