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科学技术与高考学科素养考查

——以2024年广东省生物学高考试题为例

王丽冰
  
天卓梵尔媒体号
2024年168期
广东省英德市英德中学 513000

摘要:科技前沿是推动社会进步和持续发展的重要力量,生物科学技术的迅猛发展,对社会、经济和人类的生产生活都产生了重大影响。“科学技术与社会责任”是近年来生物学命题非常关注的一个核心素养,社会责任具有内隐性,考察有一定的难度,因而高考试题往往将这部分核心素养隐含在问题情境中。2024年广东省生物学高考试题依托诺贝尔奖、社会热点和最新科研成果等为信息载体,考查对相关生物学知识的理解、信息获取、分析和应用能力,从而达到考核社会责任等生物学学科素养的目的,实现高考试题人才选拔和人才培养的导向功能。

关键词:生物学高考试题;科学技术;学科素养

党的二十大报告指出:“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。”《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》提出:普通高中生物学课程是落实立德树人根本任务。培养目标是进一步提升学生综合素质,着力发展核心素养,使学生具有理想信念和社会责任感,具有科学文化和终身学习能力[1]。2024年广东省教育研究院的普通高中学业水平选择性考试试卷坚持以立德树人为导向,通过命制基础性、综合性、应用性和创新性生物试题,突出生物学科特点,全面考查学生的生命观念、科学探究、科学思维和社会责任四大核心素养[1],引导学生树立正确价值观,发挥学科育人功能,对新高考的改革和生物学科命题开展和高中生物学科教学具有重要的示范和引领作用。

一.关注与科学技术和社会发展相关的生物学成就

生物学成就最受瞩目的当属诺贝尔奖获得者研究的内容,很多高考题的情境往往用诺贝尔奖成果或最新科学技术说明作为“引子”,解题时应结合题干信息,回归高中所学基础知识,正确运用生物学相关原理,提高解题的速度与准确性‌。

(2024年广东省生物学高考真题,第5题) 研究发现,敲除某种兼性厌氧酵母(WT)sqr基因后获得的突变株△sqr中,线粒体出现碎片化现象,且数量减少。下列分析错误的是

A. 碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸

B. 线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱

C. 有氧条件下,WT 比△sqr的生长速度快

D. 无氧条件下,WT 比△sqr产生更多的ATP

【答案】D

该题中敲除某种兼性厌氧酵母(WT)sqr基因实质属于“基因敲除”技术,该技术于2007年获得了诺贝尔生理或医学奖。基因敲除(knockout)指将已知序列的DNA片段与受体细胞基因组中序列相同或相近的基因发生同源重组,整合至受体细胞基因组中并得到表达的一种外源DNA导入技术[2]。本题虽引入基因敲除技术,但实质是考查有氧呼吸与无氧呼吸的区别,结构与功能相适应的生命观念。

(2024年广东省生物学高考真题,第6题)研究发现,耐力运动训练能促进老年小鼠大脑海马区神经发生,改善记忆功能。下列生命活动过程中,不直接涉及记忆功能改善是

A. 交感神经活动增加       B. 突触间信息传递增加

C. 新突触的建立增加       D. 新生神经元数量增加

【答案】A

该题涉及的大脑中定位系统细胞---海马区神经元和内嗅皮层细胞的发现被认为是大脑科学领域的一个重大突破,并获得了2014年诺贝尔生理学或医学奖。海马区具有记忆存储、学习以及构建空间感等功能,本题不仅考查了对海马区神经元与记忆的相关性,加深对大脑如何处理和存储记忆的理解,还能够促进学生通过加强体育锻炼来增强认知功能与海马区神经发生,对学生的全面发展具有积极的意义‌。

二.关注社会热点,突出价值引领

随着科技的不断进步和生物科学的深入发展,2024年的生物高考热点呈现出多元化、前沿性和实用性的趋势。高考生物试题中引入社会热点问题,如天然诱导型启动子、人工构建诱导型启动子、组织特异性启动子以及T7启动子的功能和应用等,旨在考查学生对当前社会问题的理解和对生物学知识的应用能力。这样的考查方式不仅体现了高考命题与时俱进的特点,而且通过具体的社会热点问题,引导学生关注国家发展、社会民生问题,从而培养学生的社会责任意识和个人担当。

第21题作为压轴题,设计驹形杆菌合成细菌纤维素(BC)并将其分泌到细胞外组装成BC膜,成为一种性能优异的生物材料的合成与广泛应用的最新科研成果热点为情境,试题主要考查光控表达载体的构建,通用型启动子和特异性启动子的选用,为新型纺织原料的绿色制造及印染工艺升级提供新的设计思路和更广泛的应用。命题结合科学技术的发展,不仅体现了对知识技能的考查,更强调了对考生理解分析、应用创新和科学思维的培养,充分体现了学习生物学的价值取向,即生物学与社会生产实践紧密联系,体现为生物学社会责任感,同时也反映了教育对未来社会所需人才的期待和要求。

在人类的历史长河中,遗传一直是备受关注的领域。自人类第一次了解到基因的概念之后,遗传学就开始了它漫长而又充满探索的历程。遗传学技术的诞生,让我们更加入地了解基因、基因组,以及对我们生命的影响。在科技不断发展的今天,遗传学技术也得到了前所未有的快速发展,随着科学研究的深入,遗传学技术的应用范围也日益扩大。

第18题遗传性牙龈纤维瘤病遗传题作为一种罕见的遗传病,其研究涉及到基因突变、遗传方式、临床表现等多个方面,这些内容属于生物课程中的重难点。本题除了检验学生是否掌握遗传性疾病的基本知识,包括疾病的遗传方式、基因突变对疾病的影响等,还通过考查学生对遗传性牙龈纤维瘤病相关基因研究进展的了解,评估学生是否具备将理论知识应用于实际研究的能力,以及是否能够关注到学科前沿的发展动态。其中探究ZNF862基因的功能的实验设计思路,再次用到基因敲除这一重大飞跃技术,进一步强化了生物技术对现在和未来发展应用的广泛性,如建立生物模型、疾病的分子机理研究和疾病的基因治疗,提供廉价的异种移植器官,免疫学中的应用以及改造生物、培育新的生物品种等。本题最后涉及是否可通过基因组编辑对人类生殖细胞或胚胎进行防治遗传病。作为2020年诺贝尔化学奖的基因编辑技术,虽然具有治疗疾病的潜力,但是被滥用于“定制婴儿”,会违反法律和伦理道德,且存在安全隐患。高考作为教育体系中的重要环节,其核心功能不仅在于选拔人才,更在于通过考试评价过程,促进学生全面发展,特别是道德品质的培养。通过此题不仅是为了选拔具有高尚道德品质的学生,更是为了引导学生理性看待和应用科学技术,形成正确的道德观念,全面提升个人的人格境界和精神文明水平,从而培养出既有学术能力又具备良好道德品质的新时代青年,从而达到立德树人、服务选才、引导教学,以及全面培养学生的道德品质和社会责任感。

三.聚焦科技前沿,倡导健康生活

生物试题不仅聚焦生物制造新领域的经济生产力,同时关注科学技术对人类健康的赋能,如医学、免疫学、癌症治疗等生命科学研究与应用,让考生感受生物科学技术的应用价值以及生物学与生活的密切联系,激发学生的学习热情与内在动力,通过关注人体健康,倡导积极健康的生活方式。

癌症一直是人类难以攻克的世界难题。自20世纪中叶,放疗和化疗作为恶性肿瘤主要的治疗手段,显著延长了患者生存[3]。进入21世纪,伴随着基因组学和分子生物学的发展,推动了靶向治疗和免疫治疗的发展,大大提高了疗效[4]。而近10年,ADC药物、CAR-T细胞疗法和放射性配体疗法等新兴疗法也显示出巨大的潜力,PD-1/PD-L1免疫疗法是当前备受全世界瞩目的强大癌症治疗工具,在人类癌症的治疗研究中具有广泛的应用前景。PcG蛋白已成为血液肿瘤发病机制和治疗的研究热点,以 PcG为靶点的多种药物也已进入临床试验或应用于血液肿瘤的治疗[5]。

例如第10题以PcG蛋白引发肿瘤形成的新研究为素材,考查学生对表观遗传、基因突变、染色体变异等核心概念的理解,以及获取信息和综合分析能力。第17题以抗肿瘤新药开发和新型生物材料的制造为素材,显示了现代生物制造技术在人类健康、生产生活等领域中有巨大的应用前景。其中第(2)问通过利用基因工程技术促使肿瘤细胞凋亡,考查对基因表达调控机制的理解。第(3)问通过抗体—药物偶联物与肿瘤细胞表面的PD-L1受体结合,既可阻断PD-1与PD-L1结合,恢复CTL的活性,又使化疗药物靶向肿瘤细胞,从而杀死肿瘤细胞,治疗效果更好,以此考查学生对生命现象的本质理解,探索疾病的发生机制,基因表达分析在疾病研究、药物开发、精准治疗等领域的应用前景。

四.探究高考命题,引领教学方向,明晰教学策略

(一)重视生物科学史,回归教材,解透教材

回顾教材基础知识、基本概念,相关知识点。首先从整体出发,将高考考点的知识框架搭建完整,充分“吃透”书本主干内容,及时查漏补缺。其次向细节发展,挖掘教材边角知识,最后注意剖析研究教材中的科学史及列举的各类实验,科学史中往往伴随着科学技术的革新,而科学技术的进步又促进了生物学的不断发展,进而对现代医学、食品生产等领域产生广泛的影响。

(2024年广东省生物学高考真题,第4题)关于技术进步与科学发现之间的促进关系,下列叙述正确的是

A. 电子显微镜的发明促进细胞学说的提出

B. 差速离心法的应用促进对细胞器的认识

C. 光合作用的解析促进花期控制技术的成熟

D. RNA聚合酶的发现促进PCR技术的发明

【答案】B

本题关于技术进步与科学发现之间的促进关系。必修一第3页:“思考·讨论”光学显微镜的发明促进细胞学说的提出。第43页:电子显微镜的发明促进了细胞膜模型的构建。必修一第47页:“科学方法”分离细胞器的方法:差速离心法。选择性必修一第109页:“科学·技术·社会”调控花期创造美好生活。选择性必修三86页:“拓展视野”中国科学家钱嘉韵发现并分离出耐高温的DNA聚合酶将PCR变成真正成熟技术的“临门一脚”。

(二)强化材料信息题的训练

培养学生从提供的材料中学会提取有效信息、进行图文转换和迁移运用。针对频出的社会热点或重大科技研究成果情境题,日常练题及生活中做好积累,总结此类题的答题规律。审题时找出题干信息关键词,使用专业术语,规范作答。

(三)关注科学研究热点,注重教学与社会生产生活实际相联系

随着国家“碳中和、碳达峰”战略、环保理念以及可持续发展理念的深入推进,纺织消费市场主动顺应绿色低碳发展潮流,生物基绿色可持续纺织品(比如细菌纤维素)备受推崇,并逐渐成为当前研究和应用的新热点,其兼具性能、可再生、环境友好、生物可降解等众多优势,具有广阔应用前景,为未来纺织业的可持续发展提供了新的可能。

核心素养立意下的高考命题在考查学生紧跟现代科技时代步伐,及时了解科研热点的同时,突出考查了生物学学科素养,也给教师教学起到了导向作用。因此,教师需要具备对时代发展变化的敏锐洞察力,不断学习和更新自己的知识,并把这些变化和知识通过各种形式,巧妙地融入课堂教学,引导和传授给学生。

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,2020:2-3.

[2]吕飞. 浅谈“基因敲除”[J].生物学教学,2010,35(10):61-62.

[3]Vincent T.DeVita,Jr.And Edward Chu.A History of Cancer Chemotherapy [J].Cancer Res,2008,68(21):8643-8653.

[4]Williams PA,Zaidi SK,Sengupta R.AACR Cancer Progress Report 2023: Advancing the Frontiers of Cancer Science and Medicine[J].Clin Cancer Res,2023,29(19):3850-3851.

[5]卞育婕,初雅婧,袁卫平. PcG 蛋白与血液肿瘤及靶向治疗的相关性研究进展[J].

医学综述,2020,26(9):1665-1678.

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