高中生物學學生命信息觀的教學策略探析
——以“基因的表達”教學為例

陳志川 鄭 燁

（漳州第一中學，福建 漳州 363000）

有關生命信息的研究貫穿于現(xiàn)代生命科學的微觀到宏觀的不同層次，如DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)研究揭示了遺傳信息的物質(zhì)載體，2021 年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎表彰的痛覺和觸覺形成機制研究等。生命信息觀是基于生命系統(tǒng)中信息類型、調(diào)節(jié)過程、信息作用效果等認識而形成的思想、觀點與方法。［1］生命信息觀是重要的生命觀念，有助于學生深刻理解信息在基因、細胞、個體及生態(tài)系統(tǒng)等不同層次生命系統(tǒng)中的作用，在更廣泛的意義上理解生命本質(zhì)。

2020 年版人民教育出版社普通高中教科書《生物學》中涉及基因?qū)用嫔畔⒂^的主要有《必修2?遺傳與進化》（下文簡稱必修2 模塊）及《選擇性必修1?穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》（下文簡稱選擇性必修1 模塊）。必修2模塊將調(diào)控遺傳信息表達的“基因選擇性表達和細胞分化”與“表觀遺傳”整合至“基因表達與性狀的關系”一節(jié)，突顯了基因?qū)用娴纳畔⒂^。選擇性必修1模塊在“光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)”相關內(nèi)容中將個體水平的調(diào)節(jié)與基因信息傳遞相聯(lián)系，體現(xiàn)信息傳遞在個體生命活動中的重要作用。本文以“基因的表達”教學為例，探討如何開展基因?qū)用娴纳畔⒂^教學。

一、創(chuàng)設問題情境，領悟生命信息觀

基于事實、現(xiàn)象創(chuàng)設具有挑戰(zhàn)性的問題情境，激發(fā)學生主動參與，“沉浸式”思維與深度學習，體驗成功，領悟抽象的生命信息觀。

“基因指導蛋白質(zhì)合成”一節(jié)包括遺傳信息的轉(zhuǎn)錄、遺傳信息的翻譯和中心法則等三部分內(nèi)容。改變以往平鋪直敘地講解，依次緊扣“DNA 的遺傳信息是怎樣傳給mRNA”“遺傳信息核酸的排列順序如何轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的氨基酸序列”及“不同生物遺傳信息傳遞規(guī)律是否一致”等三個問題展開教學，激發(fā)學生深入思考。

“基因與性狀的關系”一節(jié)教學時，提出問題“細胞分化與基因表達有什么關系”后，提供不同細胞類型DNA 和mRNA 檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)，引導學生思考與討論，得出細胞分化的實質(zhì)是基因選擇性表達。進一步結(jié)合個體發(fā)育過程，引導學生認識“基因選擇性表達具有不同生長發(fā)育時期表達不同基因”“不同細胞表達基因不同”等時間性與空間性特征。由此，創(chuàng)設問題情境“怎樣調(diào)控基因表達”，引導學生分析必修2 模塊中有關資料，得出表觀遺傳概念，最后，總結(jié)“表觀遺傳信息如何調(diào)控基因表達”，促進學生基于表觀遺傳這一較復雜的生命現(xiàn)象，領悟生命信息觀。

“環(huán)境因素參與調(diào)節(jié)植物的生命活動”一節(jié)教學時，以“光是怎樣調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的”為核心問題，引導學生分析相關資料，得出“光作為一種信號，影響、調(diào)控植物生長、發(fā)育的全過程”這一生物學概念，并以“植物怎樣感受到光照”及“接收到光信號后，植物如何反應進而調(diào)節(jié)生長發(fā)育”等問題，引導學生深刻理解植物適應環(huán)境的機理。

二、構(gòu)建知識網(wǎng)絡，形成生命信息觀

通過具有挑戰(zhàn)性學習活動，促進學生抓住概念的本質(zhì)屬性，構(gòu)建知識網(wǎng)絡，深刻理解基因是最根本的生命信息。生物個體會消失，但遺傳信息卻可以傳給后代，生物個體皆是遺傳信息的臨時載體。每個生物體的生命活動離不開遺傳信息的調(diào)控。

指導學生根據(jù)大概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”、結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀及中心法則等剖析有關遺傳現(xiàn)象，梳理必修2 模塊及選擇性必修1 模塊相關內(nèi)容（如表1），闡釋生命信息作用機制，構(gòu)建基因表達概念模型（如圖1），深刻理解“生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體”，形成生命信息觀，從信息的角度闡釋生命的本質(zhì)。

表1 與基因?qū)用嫔畔⒂^相關的現(xiàn)象與概念

圖1 基因表達概念模型

三、完成學習任務，深化生命信息觀

根據(jù)教學目標及學生認知水平，布置適宜的學習任務，促進學生在把握事物本質(zhì)的基礎上，遷移應用所學的知識，深化生命信息觀。

“基因的本質(zhì)”學習之后，指導學生根據(jù)重要概念“親代傳給子代的遺傳信息主要編碼在DNA 分子的堿基排序上”、物質(zhì)觀及生命信息觀，分析、解決“多糖和核酸都是由許多單體組成的多聚體，試從組成二者單體種類的角度分析，為什么核酸是遺傳信息的攜帶者”。完成“基因的選擇性表達與細胞分化”學習后，要求學生推測胰島素細胞和肝細胞中是否存在ATP合成酶、胰島素及谷氨酸轉(zhuǎn)移酶的所對應的基因與mRNA，引導學生應用基因選擇性表達過程及其機制進行逆向思維分析，促進學生應用生命信息觀解決實際問題。

四、綜合應用生命觀念，發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)

創(chuàng)設綜合性的學習情境，有計劃、有目的地引導學生應用包括生命信息觀在內(nèi)的多種生命觀念，開展高中生物學復習，促進學生深刻地認識生命的系統(tǒng)性、復雜性、統(tǒng)一性與多樣性，發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)。［2］

例如，進行“穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”復習教學時，以光調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育為例，引導學生綜合應用生命信息觀與生命系統(tǒng)觀，即“各層次生命系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)都離不開信息的傳遞。系統(tǒng)中信息的傳遞保證了系統(tǒng)功能的有序性，實現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，從而使生物能夠與環(huán)境和諧共處”等生物學觀點，認識光作為環(huán)境信號，最終可以調(diào)節(jié)植物遺傳信息的表達，使得植物能夠更好維持自身系統(tǒng)穩(wěn)定，適應環(huán)境。復習“生物的進化”時，創(chuàng)設問題情境“現(xiàn)代生物進化理論為何認為進化的實質(zhì)是種群基因頻率的改變”，引導學生根據(jù)生命信息觀與遺傳與進化觀，深刻認識：種群最根本的特征，不是種群數(shù)量，而是種群基因庫，即種群的遺傳信息。進化本質(zhì)是時間維度上遺傳信息發(fā)生改變。這就是“個體會消失，而種群會世代延續(xù)”的根本原因。復習“基因的表達”時，引導學生根據(jù)生命信息觀、物質(zhì)與能量觀，深刻認識：在遺傳信息的流動過程中，DNA、RNA 是信息的載體，蛋白質(zhì)是信息的表達產(chǎn)物，而ATP 為信息的流動提供能量。由此可見，信息本質(zhì)上不是物質(zhì)或能量，但是信息的傳遞、復制、加工和保存都要以物質(zhì)為載體，并消耗能量。［3］

可見，除了基因?qū)用嬷?，生物個體及生態(tài)系統(tǒng)等層面也蘊含著生命信息觀?？梢詮纳窠?jīng)-體液-免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡和植物激素調(diào)節(jié)的角度去理解個體層面的生命信息觀。如神經(jīng)調(diào)節(jié)實質(zhì)上是通過神經(jīng)系統(tǒng)將個體接收到的刺激轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動和神經(jīng)遞質(zhì)等形式的信息完成細胞間的信息傳遞。生態(tài)系統(tǒng)層面的生命信息觀體現(xiàn)于生態(tài)系統(tǒng)的各種組分之間進行信息的雙向傳遞，維持了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的相對穩(wěn)定。