基于学科核心素养的生物学试题评析

基于学科核心素养的生物学试题评析

潘步娇 汤良文 束家宽

安徽省舒城中学 安徽 六安 231300

摘 要 近年来，生物高考题的命制突出学科核心素养的考查，淡化了学生死记硬背，重视科学实验，突出能力和品格的培养，强调学科的育人价值。在教育教学实践中，教师要从课前准备、课堂教学、试题命制和分析等环节凸显学科核心素养的渗透和育人价值的实现，以适应新课程理念和新时代的教育要求。本文阐述了在生物学试题评讲课中渗透学科核心素养的几点思考，以供教学参考。

关键词 学科核心素养 试题评析 空间结构 科学思维 模型分析 实验设计

学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确的价值观、必备品格和关键能力。生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度^[1]。生物学试题评讲课不仅是提高学生学业水平和应试能力的重要环节，也是培养学生学科核心素养的重要途径。以下从四个方面阐述了试题评析课中如何渗透学科核心素养，挖掘试题评析课的育人价值。

1 知识拓展法渗透学科核心素养

结构和功能观是最基本的生命观念，蛋白质的结构和功能相统一就是一个典型的例子。氨基酸的排列顺序是决定蛋白质空间结构的主要因素，仅仅通过教材内容很难理解结构和功能的关系。在评讲试题时对相关的知识背景进行拓展，能使学生更深刻地理解结构和功能相统一的观点。

【例1】科学家使用巯基乙醇和尿素处理牛胰核糖核酸酶（一种蛋白质），可以将该酶去折叠转变成无任何活性的无规则卷曲结构。若通过透析的方法除去导致酶去折叠的尿素和巯基乙醇，再将没有活性的酶转移到生理缓冲溶液中，经过一段时间以后，发现核糖核酸酶活性得以恢复。下列叙述正确的是（　　）

A. 由于巯基乙醇和尿素处理破坏了蛋白质中的肽键，故该酶失去了活性

B. 该蛋白质的氨基酸序列可以决定蛋白质的空间结构

C. 这个实验证明结构并不一定决定功能

D. 这个实验说明蛋白质的结构从根本上讲是由外界环境决定的

【解析】该题答案为B。学生可能存在疑惑：多肽链的氨基酸序列是如何决定蛋白质的空间结构；在使用巯基乙醇和尿素处理牛胰核糖核酸酶的前后，牛胰核糖核酸酶的氨基酸序列并没有发生变化，那么，在氨基酸序列不变的情况下蛋白质的空间结构为什么会发生变化。要彻底的理解这两个问题，首先要认识到影响蛋白质的空间结构的因素有多肽中氨基酸的数目、种类、排列顺序及多肽的空间结构，实质上只有两个因素即氨基酸的排列顺序和多肽链的空间结构。

知识拓展：关于氨基酸的排列顺序和蛋白质的空间结构的关系可以通过下面图示（如图1）来说明。

图1

氨基酸的序列不同，实质上是多肽链中氨基酸R基团的排列顺序不同，R基团之间要形成复杂的相互作用，例如盐键（图1中a）、氢键（图1中b）、疏水作用（图1中c）、范德华力（图1中d）和二硫键（图1中e）等。由于R基团的相互作用，导致不同位置的R基团相互吸引或排斥，使得多肽链必须按照特定的方式盘曲折叠，形成复杂的空间结构。其次，即使氨基酸序列不变的情况下，环境因素也影响多肽的空间结构，如有机溶剂、温度、PH、重金属和紫外线因素等，因为这些因素能影响或破坏R基团的相互作用，从而使多肽链的折叠方式发生改变，影响蛋白质的空间结构。在蛋白质分子与其他分子相互作用的过程中，依赖于分子间空间结构的相互诱导或契合，因而特定空间结构的蛋白质分子表现出特定功能。

2 错题评析法渗透学科核心素养

生物资料繁多，试题编制中常出现错题、错析和错答等现象。在试题评讲中利用错题错析为资源引导学生思考分析其错误的原因，训练思维的严密性和逻辑性，能很好地培养学生的科学思维。

【例2】下图（如图2）是某家系甲、乙、丙三种单基因遗传病的系谱图，其控制基因分别用A、a，B、b和D、d表示。甲病是伴性遗传病，Ⅱ﹣7不携带乙病的致病基因，在不考虑家系内发生新的基因突变的情况下，以下分析错误的是（　　）

图2

A 甲病为伴X染色体显性遗传

B．Ⅱ﹣6的基因型是DDX^ABX^ab或者DdX^ABX^ab

C．Ⅲ﹣15和Ⅲ﹣16结婚，所生的子女患乙病的概率是1/8

D．Ⅲ﹣13患两种遗传病的原因是Ⅱ﹣6减数分裂时，发生染色体结构变异，形成的X^Ab雌配子

【解析】原题答案为D。首先是判断遗传方式，不考虑XY染色体的同源区段上的伴性遗传。根据题意，可推理确定甲为伴X显性遗传、乙病为伴X隐性遗传、丙病为常染色体隐性遗传。l﹣1为X

^ABY，所以Ⅱ﹣6含有X^AB，Ⅱ﹣7不携带乙病的致病基因，进一步根据子代的表现型确定Ⅱ﹣6的基因型是X^ABX^ab，AB正确；Ⅱ﹣6的基因型是X^ABX^ab，但该夫妇的子代有患两病的男孩（X^AbY），说明Ⅱ﹣6能产生的X^Ab配子，这是由于Ⅱ﹣6的卵原细胞减数分裂时发生交叉互换的结果，属于基因重组，D错误；Ⅱ﹣6为X^BX^b，Ⅱ﹣7为X^BY，Ⅲ-15为1/2X^BX^B、1/2X^BX^b，Ⅲ-16为X^BY，Ⅲ-15和Ⅲ-16的子代患乙病的基因型为X^bY， 其概率是1/2 x 1/4=1/8，C正确。然而经过详细地分析后发现C项的也是错误的，答案应该为CD。在课堂上以C项为突破口，引导学生回答分析其错误的原因。

C项分析：Ⅱ﹣6（X^ABX^ab）减数分裂时，由于部分卵原细胞同源染色体的非姐妹染色单体发生交叉互换，所以能产生四种配子，即X^AB、X^Ab、X^aB、X^ab，但这四种配子的比例并不相同。Ⅱ﹣7为X^aBY，Ⅲ-15为不患甲病的女性，基因型只能是X^aBX^aB、X^aBX^ab。由于Ⅱ﹣6产生的X^aB的配子（重组型）少于X^ab（亲本型）的配子，所以Ⅲ-15基因型X^aBX^aB所占的比例小于X^aBX^ab所占的比例。综上所述可知：Ⅲ-15的基因型为X^aBX^aB<1>、为X^aBX^ab>1/2，Ⅲ-16为X^aBY，子代患乙病的基因型为X^abY，其概率大于1/8，C项错误。

由于甲病和乙病同是伴X染色体遗传，表现为连锁关系，甲病和乙病对应的2对等位基因是不能够自由组合的，故不能单独分析。由于Ⅲ-15不患病，其乙病的基因型受到甲病基因型的影响，Ⅲ-15的两种基因型（X^BX^B、X^BX^b）不再是1：1，错解的原因是没有考虑到两病之间是连锁关系。

3 模型分析法渗透核心素养

生物试题中往往展示各种模型，如物理模型、数学模型和概念模型。模型不仅能直观的表达概念间的关系，还能提供必要的答题信息。通过模型的分析，挖掘其中的育人价值，培养学生的使命感和责任感，有利于形成良好的责任意识和社会担当。

【例3】2017年诺贝尔生理学或医学奖授予发现了控制昼夜节律的分子机制的三位科学家。褪黑素是哺乳动物和人类的松果体产生的一种内源激素，其晚上分泌得多，白天分泌得少，具有调整睡眠的作用。如图所示为光周期信号通过“视网膜→松果体”途径对生物钟的调控。请回答下列问题：

（1）结合图中信息可知褪黑素的分泌是由反射活动产生的结果，此反射弧的效应器是 ________，调节生物钟的中枢是______________。

（2）褪黑素由松果体分泌后，经_______运输到下丘脑视交叉上核，褪黑素会反过来影响下丘脑视交叉上核的活动，此过程中存在的调节是____________________。

（3）有人喜欢长期熬夜玩手机或电脑，从而扰乱了生物钟，推测其原因是_________。熬夜时还会导致免疫力下降，褪黑素能通过多种途径来调节免疫功能，研究表明在淋巴细胞中含有特异性褪黑素受体，说明褪黑素能_________，从而影响免疫力。褪黑素是迄今发现的最强的内源性自由基清除剂，防止细胞产生氧化损伤。由此可以看出，它和___________密切相关。青春期，褪黑素可抑制下丘脑—垂体—性腺轴，调查发现，患松果体恶性肿瘤的儿童出现性早熟的现象，若将褪黑素注射到下丘脑，可_______下丘脑分泌相关激素，进而影响性腺的发育。

【解析】本题在考察反射的结构基础和负反馈调节的基础上，又紧密联系生活实践，是培养社会责任意识的有效途径。该题对社会责任方面的渗透如下：

【参考答案】

（1）传出神经末梢及其支配的松果体 下丘脑视交叉上核（SCN）

（2）体液 负反馈调节 手机或电脑的光线抑制褪黑素的分泌，进而影响睡眠

（3）(直接)作用于淋巴细胞 细胞衰老 抑制

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）[M].北京：人民教育出版社，2018:4-5.

[2] 龚雅茹，陈云贵，黄智刚. 浅析高考试题对生物学核心素养的考察.中学生物教学[J].2018（9）：58-61.

[3] 范玮，汪丽娟. 高中生物学科核心素养培养的有效途径.基础科学[J].2018/第24期/8月（下）：125-12