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摘要：以我国科学家在合成生物学方面的最新科研成果为背景，将文献资料与高中生物学知识有机结合，命制一道具有科学性、创新性的原创试题，创设适合于高中阶段考查方式的真实科研情境化试题。考查学生科学思维、科学探究等学科核心素养，并从命题立意、试题亮点、教学启示等维度进行阐述。

关键词：核心素养；科研情境；高中生物

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逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。选取适宜的素材，科学地创设问题情境来命制试题，通过不同层次的设问，能很好地让学生在真实背景下体会核心价值的引领作用。

笔者从合成生物学最新科技前沿取材，着眼于甲醇转化为高附加值化工产品的技术问题，以甲醇酵母的新代谢途径为主题创设科研情境，结合新课标学业质量水平标准来命题，符合新高考的命题背景要求。

一、原题呈现

甲醇可由CO2大量制备，是未来可持续的生物合成的重要环保原料。然而微生物的甲醇转化速度慢，且甲醇有一定生物毒性，制约了甲醇转化为高附加值化工产品的合成效率。我国研究团队通过基因工程改造甲醇酵母，将甲醇转化与脂肪醇合成途径进行偶联，实现了甲醇到脂肪醇的高效生物转化（如图1）。回答下列问题：

1.野生甲醇酵母可利用甲醇作为唯一碳源的酵母，让其数量迅速增加，培养过程需保证充足的营养和_________供应。除基因工程改造外，获得高效转化甲醇酵母的方法还有_________。

2.据图1可知，为防止甲醛泄露且提高脂肪醇含量，科学家将甲醇转化和脂肪醇的合成偶联在_________（细胞结构）内。甲醇转化为脂肪醇需要大量NADPH提供还原力，为持续增加NADPH供应，研究人员将ScIDP2基因（编码NADP+依赖的异柠檬酸脱氢酶）与pPIC9K质粒重组（如图2）。为保证目的基因的正确连接，在ScIDP2基因两侧的A和B位置应添加的限制酶识别序列分别是_________。重组质粒中的PAOX1作用是_________。

3.研究人员发现转基因甲醇酵母仍存在甲醛泄露问题，经多方面研究发现，其关键是菌体内存在LPL1和IZH3基因（两个基因均与磷脂稳态有关）。据图1推测原因可能是__________________，导致甲醛泄露。研究人员通过__________________再改造转基因菌株，以缓解甲醛泄露，可进一步提高脂肪醇含量。

4.脂肪醇可广泛用于制造合成洗涤剂、化妆品、医药等领域，是提取动植物油脂加工或石油炼制而成。该研究团队为脂肪醇合成开辟了新途径，其意义是_________。

参考答案 （1）氧气 从自然界中筛选或诱变育种 （2）过氧化物酶体 5’-GAATTC-3’和5’-GCGGCCGC-3’ 在甲醇的诱导下，启动ScIDP2基因的转录 （3）LPL1和IZH3基因的表达产物使磷脂稳态下降（或使磷脂含量下降，或使磷脂合成受阻等），破坏过氧化物酶体膜的完整性 敲除LPL1和IZH3这两个基因 加快CO2的固定，有利于实现碳中和

二、命题立意

本题依据《生物学课程标准》《中国高考评价体系》以及选择性必修3教材，考查知识点主要有：微生物培养、基因工程和发酵工程等。

本题基于新高考的“一核”，以我国“合成生物学”的最新科研成果为情境，渗透科教兴国战略，指向“立德树人”的根本任务。通过题干给出的甲醇来源和作用，渗透绿色生产生活理念及碳中和的战略目标，有助于让学生形成正确的价值观。通过科学家的困境及解决办法，激发了学生的学习热情与动力，彰显了我国的科技自信和文化自信。

本题基于新高考“四层”的导向，考查了微生物培养、基因工程和发酵工程等知识，考查了理解能力、获取信息能力、逻辑推理能力和问题解决能力等，考查了生命观念、科学思维、科学探究、社会责任等核心素养，很好地落实了可持续发展理念。

本命题落实了新高考“四翼”，以“甲醇的生物转化”为素材，通过设计不同层级的情境活动来考查学生。第（1）小题2个设问要求学生调用已有知识点即可，体现出试题的基础性。第（2）小题通过提取题干和图文信息，深入分析限制酶的选择和启动子作用，要求学生综合运用多种知识和能力来解决问题，体现了试题的综合性。第（3）小题从遇到的困境出发即仍存在甲醛泄露，要求学生在真实情境中思考究竟什么原因导致甲醛泄露，并运用相关知识来解决问题，体现了试题的应用性。第（4）小题开放性的问题情境，要求学生能综合运用多种知识，创造性地分析和解决问题，体现了试题的综合性和创新性。

三、试题亮点

（一）创设真实情境

本题情境选自2023年3月发表于《美国国家科学院院刊》的科研论文，是中国科学院化学物理研究所周雍进团队最新研究成果。以真实情境为依托，知识点覆盖面广，体现了党的二十大报告“积极稳妥推进碳达峰碳中和，推动能源清洁低碳高效利用”的精神等。

（二）设问层层递进

首先由题干引起学生共情，从（1）基础知识设问开始，逐步深入到（2）科学家发现问题并解决问题，再到（3）揭示新问题，并探讨如何解决问题，最后在（4）阐述研究的意义，设问层层递进。考查了学生的知识和技能，利于培养学生不惧困难，迎难而上的坚韧精神。试题由易到难，难度适中。

（三）指向解决问题

本题四个小题设问均指向解决问题。第（1）小题要求学生深入解读课本知识“酵母菌在有氧条件下会迅速增殖”，所以在培养时需保证充足营养和氧气供应。第（2）小题要求学生依据所学知识，再结合图中信息正确选择限制酶，考查了学生在真实情境中对启动子作用的理解与应用。第（3）小题要求学生思考在改造甲醇酵母过程中，科学家发现转基因甲醇酵母菌存在甲醛泄露问题，科学家是如何找到原因并提出解决方法呢？第（4）小题要求学生在切身感受科学家困境的基础上提出该项研究的意义，激发了学生为科学事业贡献力量的热情。

（四）测评高阶思维

本题重视基础知识和重要核心概念，第（3）（4）小题的设问相对开放，学生在思考如何改造转基因菌株，以缓解甲醛泄露从而进一步提高脂肪醇含量时，高阶思维能力得以充分体现，可较好地区分不同素养的学生。

（五）凸显育人价值

本题第（4）小题设计为开放性试题，旨在考查学生的环保意识和社会责任感，同时潜移默化地帮助学生树立地球生命共同体的意识，达到启迪心智、润物无声的效果，凸显生物学独特的育人价值，既有助于选拔人才，又能为教学提供有针对性的指导。

四、教学启示

分析学生的错因，有些是基础不扎实，教师应该鼓励学生回归教材，让学生将教材读厚再读薄；有些是获取信息能力不足，教师在课堂上应创设真实情境，引导学生关注社会热点议题；有些是知识迁移能力不足，教师在课堂上可设置大单元主题教学，构建知识网络；针对审题不仔细、表述不规范等问题，教师应构建多元评价体系，让学生的表述更严谨。

基于科研情境的命题，是新高考考查的趋势。科研论文具备大量的实验数据和过程原理，有助于提高学生阅读能力和提取信息能力，是指导学生由“解题”到“解决真实问题”的重要路径，能有效提升学生的学科核心素养。

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2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020：4.

[2]吴成军.基于生物学核心素养的高考命题研究[J].中国考试，2016（10）：25-31.

[3]Xiaoxin Zhai，Jiaogi Gao，Yunxia li，Martin Grininger，and Yongjin Zhou. Peroxisomal metabolic coupling improves fatty alcohol production from sole methanol in yeast[J]. PANS，2023，120（12）.