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高考遗传与进化对生物学学科核心素养的考查
2021年高考“遗传与进化”对生物学学科核心素养的考查
2021年高考,14个省市生物学实施学业水平选择性考试(以下简称“水平考”)并自主命题,四川等5省区使用高考理综全国甲卷(以下简称“全国甲卷”),山西等12省区使用高考理综全国乙卷(以下简称“全国乙卷”)。
高考全国卷试题和水平考试题都是在取消考试大纲的情况下,以《中国高考评价体系》作为命题的理论依据和实践指南,依据《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》命制的。
本文以2021年全国甲卷、全国乙卷和水平考河北卷、湖南卷、广东卷、山东卷共6套试卷中的“遗传与进化”考题为例,评析对生物学学科核有所启示。
一、2021年高考和部分省水平考对“遗传与进化”考查的基本情况
“遗传与进化”是高中生物学必修内容中的重要部分,是高中生物学中逻辑思维水平最高的内容。
通过对“遗传与进化”的考查,能涵盖对考生生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等生物学学科核心素养的考查,在历年生物学高考、水平考试题中都占有相对较大的权重。
2021年全国甲卷、全国乙卷和部分省水平考试题中“遗传与进化”的题量、分值与权重如图1所示,权重大于本模块所占的学分权重。
二、“遗传与进化”试题对学科核心素养的考查特点
(一)彰显“遗传与进化”模块的育人功能
试题关注人类的一些遗传病,引导考生崇尚健康的价值观念。
河北卷第15题呈现患有人类罕见遗传病——杜氏肌营养不良(DMD)的家系甲、同时患有DMD和红绿色盲的家系乙,及两家系部分成员DMD基因测序结果(图2),让考生通过分析对比
两家系图、部分个体基因序列,推理得出两家系DMD的致病原因,通过计算得出家系甲Ⅱ-2和家系乙Ⅱ-1婚后生出患DMD儿子的概率为1/8。
由此可得出,两家系中即便是正常个体婚后生出患DMD儿子的概率也很高,从而帮助考生树立“以实证为判别的尺度”的科学本质观,考查考生获取信息的能力、推理能力,以及对基因分离定律和伴性遗传的理解能力,增强考生对遗传咨询和产前诊断等手段能有效预防遗传病的认同感,引导考生崇尚健康生活。
考查人类遗传病的试题还有湖南卷第10题、广东卷第16题,试题注重考查严重影响人类健康遗传病的病因、检测和防治,引导考生关注人类自身健康,践行健康文明的生活方式。
试题关注生物进化,帮助考生树立生物进化观,进而树立辩证唯物主义自然观。
湖南卷第8题呈现中国古代劳动人民将野生鲫鱼经长期人工选育成金鱼的科学史情境,考查考生对变异、人工选择和进化本质的理解,通过对金鱼和野生鲫鱼的分析比较,引导考生认同我国古代劳动人民的智慧。
山东卷第4题呈现我国考古学家利用现代人的DNA序列设计并合成了一种类似磁铁的“引子”,成功将极其微量的古人类DNA从提取自土壤沉积物中的多种生物的DNA中识别并分离出来,用于研究人类起源及进化的科学实验和探究情境,让考生分析“引子”的化学本质、设计“引子”的DNA序列、分析“引子”的作用原理,帮助考生通过细胞生物学和分子生物学等知识,说明当今生物在新陈代谢、DNA的结构与功能等方面具有许多共同特征,深化理解“地球上现存物种丰富多样,他们来自共同祖先”这一重要概念。
这两道试题在考查考生对相关生物学概念理解的同时,还关注了增强考生的民族自豪感和文化自信,体现了考试的育人价值。
试题关注育种实践,在考查“四层”内容的同时将劳动教育浸润其中,弘扬劳动精神。
河北卷第20题呈现我国科学家利用栽培稻(H)与野生稻(D)为亲本,通过杂交育种方法并辅以分子检测技术,选育出了L12和L7两个水稻新品系的生产实践情境。
将L12和L7这两个品系分别与H杂交,利用分子检测技术对实验一亲本及部分F2的TD/TH基因进行检测,对实验二亲本及部分F2的SD/SH基因进行检测,让考生分析实验一、二的检测结果,考查考生的分析比较能力、理解能力和逻辑推理能力,同时还让考生设计“以L7和L12为材料,选育同时带有来自D的7号和12号染色体片段的纯合品系X”的实验步骤,以此考查考生的科学探究能力。
该题让考生明白只有掌握分子检测技术、转基因技术等现代生物技术,才能在现代育种生产中更好地科学劳动,在浸润劳动教育的同时,引导考生认同我国科学家所取得的成就,增强民族自豪感。
(二)以新颖情境为载体考查生物学学科核心素养
情境应具有一定的新颖度,过于熟悉和过于陌生的情境,都不利于考查学生分析问题和解决问题的能力。
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状况。
真实的情境呈现真实可靠的问题任务,学生的观念、能力和社会责任意识都可以得到真实的体现。
1.注重考查考生的科学思维
试题注重考查考生的演绎推理能力。
假说—演绎法是现代科学研究中常用的一种科学方法,考生学会该方法能提升作出假说的能力和演绎推理能力。
山东卷第6题,该题呈现不同性状果蝇杂交实验过程和结果的科学实验和探究情境,让考生分析判断星眼缺刻翅雌果蝇与星眼正常翅雄果蝇杂交得F1的一些判断。
考生作答时,将“星眼果蝇与星眼果蝇杂交,子一代中星眼果蝇∶圆眼果蝇=2∶1”的实验结果,与一对相对性状杂合子杂交后代性状分离比进行对比,可推知:
星眼为显性,且星眼果蝇纯合致死,星眼果蝇均为杂合子,这是解题的前提条件之一。
可运用假说—演绎法判断缺刻翅和正常翅的显隐性,作出两种假说,假说1,缺刻翅为隐性性状,演绎推理:
缺刻翅雌果蝇与正常翅雄果蝇杂交,F1为正常翅雌果蝇、缺刻翅雄果蝇,其比例为1∶1,与实验结果不符,说明假说1是错误的。
假说2,缺刻翅为显性性状,演绎推理:
缺刻翅雌果蝇与正常翅雄果蝇杂交,F1除没有缺刻翅雄性外,其他均与实验结果相符,说明假说2是正确的。
缺刻翅为显性性状且存在显性基因纯合致死现象,缺刻翅雌蝇均为杂合子,这是解题的又一前提。
在这两个提前条件下,运用基因自由组合定律,容易对星眼缺刻翅雌果蝇与星眼正常翅雄果蝇杂交得F1的情况作出正确判断。
该题考查考生对基因分离定律、基因自由组合定律和伴性遗传等必备知识的掌握情况,考查考生获取信息、演绎推理和解决生物学问题等关键能力。
试题注重考查考生的构建模型能力。
模型是为了某种特定的目的,对认识对象所作的一种简约的、概括性的描述。
2021年高考和水平考中的“遗传与进化”试题注重考查考生对模型方法的掌握和构建模型的能力。
例如,全国甲卷第5题呈现一群基因型相同的果蝇(果蝇M)与另一群基因型相同的果蝇(果蝇N)作为亲本进行杂交,子代果蝇不同性状的个体数量模型,让考生依据该模型作出相应的分析和判断,考查考生的模型分析能力。
又如,全国乙卷第6题让考生构建二倍体植株A(n对基因均杂合且独立遗传,杂合子表现显性性状)测交子代的表现型种类、杂合子数、n对基因均杂合个体数等系列数学模型,考考生对基因分离定律的理解能力、对测交后代的分析归纳能力和构建数学模型的能力。
再如,全国乙卷第32
(1)题让考生“用灰体纯合子雌果蝇和黄体雄果蝇为实验材料,设计杂交实验以获得黄体雌果蝇。
(要求:
用遗传图解表示杂交过程)”。
考生解题时,需要首先构建亲本基因组合模型,再推导杂交过程指向实验目的,考生用遗传图解表示杂交的过程就是构建模型的过程。
该题考查考生对基因分离定律、伴性遗传的理解能力,还考查考生构建模型的能力。
考查考生构建数学模型能力的试题还有山东卷第5题。
试题注重考查考生的创造性思维。
创造性思维是一种具有开创意义的思维活动,即拓展人类认识新领域、开创人类认识新成果的思维活动。
2021年高考和水平考“遗传与进化”试题注重考查创造性思维,反映考生面对新颖情境灵活运用科学思维方法解决新问题时的核心素养水平。
如山东卷第17题,该题呈现小鼠杂交的科学实验和探究情境。
考生仔细分析题意可得:
雄性小鼠的基因型可能是XSXS、XSX、XSYS、XSY、XYS。
一个基因型为XYS
的受精卵因S基因丢失,发育成的能产生可育雌配子的小鼠的基因型为XY,该小鼠与一只体细胞中含两条性染色体但基因型未知的雄鼠杂交得F1,F1小鼠雌雄间随机杂交得F2,说明F1中既有雌鼠也有雄鼠,因基因型为XSXS、XSYS的雄鼠后代全为雄鼠,则体细胞中含两条性染色体但基因型未知的雄鼠基因型有三种可能:
XSX、XSY、XYS。
若基因型未知的雄鼠基因型为XSX,则
F1中XX(♀)、XY(♀)、XSX(♂)、XSY(♂)比例是1∶1∶1∶1,F1随机交配,因“含有两个Y染色体的受精卵不发育”,则F2小鼠中雌雄比例为7∶8。
同理可得若基因型未知的雄鼠基因型为XSY,F2小鼠中雌雄比例为3∶4。
若基因型未知的雄鼠基因型为XYS,F2小鼠中雌雄比例为4∶3。
考生解答该题时,需要提取解题的关键信息,运用发散思维,即根据题干信息和已有知识,从不同的角度、方向思考,以求得问题解决的多样性答案的思维方式。
考生还可以运用聚合思维获得解决这类问题的规律和策略。
发散思维、聚合思维是创造性思维的两翼,只有在两翼相互作用所形成的最大合力下,创造性思维才能有更大的发展。
2.注重考查考生的实验与探究能力
实验与探究能力是生物学自然科学属性的鲜明体现。
2021年高考和水平考中的“遗传与进化”试题重视考查考生的实验与探究能力,凸显生物学的科学属性。
一方面,考查考生对遗传实验结果的分析判断、预期推理,如全国甲卷第5,32题,全国乙卷第6,32
(2)题,湖南卷第17题,广东卷第11,20题,河北卷第20
(1)
(2)(3)(5)题,山东卷第6,17,22
(1)
(2)题;另一方面,创设新颖的实验和探究情境,让考生选用给定的实验材料设计实验方案或思路。
例如,山东卷第22(3)题,“若植株甲的细胞中仅含1个H基因,在不喷施NAM的情况下,利用植株甲及非转基因植株通过一次杂交即可选育出与植株甲基因型相同的植株。
请写出选育方案”;河北卷第20(4)题,“以L7和L12为材料,选育同时带有来自D的7号和12号染色体片段的纯合品系X。
主要实验步骤包括:
①;②对最终获得的所有植株进行分子检测,同时具有带型的植株即为目的植株”。
这类试题在考查考生科学探究、科学思维和书面语言表达能力同时,能激发考生进行遗传实验和育种实践的劳动热情,有助于培养严谨、务实、求真的科学精神,引导教师加强实验教学。
(三)注重考查必备知识,导向深度学习、夯实基础
必备知识是指即将进入高等学校的学习者在面对与学科相关的生活实践或学习探索问题情境时,有效地认识问题、分析问题、解决问题所必须具备的知识。
2021年高考和水平考中的“遗传与进化”试题注重考查考生对基因分离定律和基因自由组合定律、伴性遗传、中心法则、生物的进化等必备知识的深度理解能力,考查考生灵活运用这些已有必备知识和从试题中“现学知识”解决新情境问题的能力。
例如,全国甲卷第32(4)题:
“假如实验②的F2中缺刻叶齿皮∶缺刻叶网皮∶全缘叶齿皮∶全缘叶网皮不是9∶3∶3∶1,而是45∶15∶3∶1,则叶形和果皮这两个性状中由1对等位基因控制的是,判断的依据是。
”缺刻叶齿皮∶缺刻叶网皮∶全缘叶齿皮∶全缘叶网皮=45∶15∶3∶1,表面上难以看出控制这两对性状的基因遵循基因自由组合定律,若对每对性状进行分析:
(齿皮+齿皮)∶(网皮+网皮)=(45+3)∶(15+1)=3∶1,可见控制果皮的基因是一对等位基因;(缺刻叶+缺刻叶)∶(全缘叶+全缘叶)=(45+15)∶(3+1)=15∶1,分析可见只有隐性纯合体才表现为全缘叶,控制叶形的基因中只要有一个基因为显性基因,则都表现为缺刻叶,两个显性基因的作用相同,互为完全显性即双显性上位,可见叶形由位于两对非同源染色体上的两对非等位基因控制。
考生只有理解基因自由组合定律的本质才能正确作答。
解题时学生需回归到孟德尔对相对性状遗传研究时所遵循的“从一对到多对”、从简单到复杂的解决问题的逻辑思路和研究方法,回归科学本质。
再如,湖南卷第17题也是如此。
这类试题利于导向教学引导学生深度学习,夯实基础,培养获取信息的能力和迁移能力。
三、教学启示
2021年高考全国卷和部分水平考试题中“遗传与进化”试题对生物学学科核心素养的考查具有上述特点,这对“遗传与进化”模块的教学具有一定的启示。
一是要以正确价值观为引领,在教学中充分实现“遗传与进化”模块的育人功能。
指导学生深刻理解生命的延续和发展的基本规律,认识生物的多样性,帮助学生形成生物进化的观念;引导学生理解基因分离定律等遗传原理在促进经济与社会发展、增进人类健康等方面的价值;引导学生热爱劳动,指导学生积极参与现代科技育种等科学劳动活动;引导学生运用遗传定律分析和解决生活中实际的遗传问题,崇尚健康的生活。
二是重视“遗传与进化”的概念教学。
指导学生深化理解基因分离定律、自由组合定律、减数分裂、伴性遗传、中心法则、生物进化的本质,厘清概念之间的内在联系,构建系统化的知识结构。
三是坚持以能力提升为重点。
指导学生深入学习孟德尔发现遗传定律的系列实验和摩尔根的果蝇实验,领会其中的假说—演绎法,迁移运用遗传定律设计实验解决育种、遗传病防治等生产和生活实际中的问题,发展学生的科学思维和科学探究能力。
四是正确处理遗传规律普遍性与“例外性”之间的关系。
生命遗传不仅具有共同的特点与规律,生命的多样性和环境条件的复杂性也决定了生命遗传的“例外性”。
近几年高考理综全国卷和水平考试试题出现基因的不完全显性、基因互作、多因一效、复等位基因、致死现象、异常减数分裂等遗传“例外性”,这类考题不仅可以有效地考查考生对基因遗传定律等原理、概念本质的
掌握,还可以考查考生获取信息的能力、解决问题的能力。
将普遍性和相对性有机结合,用相对性发展普遍性,是唯物辩证法的基本思想之一,这就要求我们在教学中必须坚持以遗传普遍性为主、适当渗透遗传“例外性”的教学原则,而不能将教与学的焦点放在遗传“例外性”上,置遗传的重要主干内容、基本概念和原理于不顾,甚至让遗传“例外性”冲淡普遍性,长此以往,可能会导致教学偏离正确的轨道。
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