“生命系統的信息傳遞”的知識建構例舉

陳廷華

(江蘇省無錫市輔仁高級中學 214123)

高中生物學教學常以單元化、模塊化形式推進，如何避免頭腦中知識成為單元化的、零散的知識塊堆積？教學實踐經驗表明，當學生的知識學習達到一定階段，需要設法從前后知識廣泛聯系中尋找有效線索，串構知識網絡，重構知識體系，完成知識的主動建構，以實現對所學知識的深度理解和靈活應用。

信息傳遞是所有層次生命系統必備的生物學功能，是串構知識網絡不可多得的有效線索。特別在綜合復習階段，引導學生以生命系統的信息傳遞為線索，以問題為中心，借助典型例題對核心教學內容進行深度加工，變換形式實施知識重構，可使學生理清前后知識聯系，形成系統化、網絡化知識體系。這樣在短時間內學生可以吸納更多的生物學知識，辨別易混淆知識，查漏補缺，提升分析問題和解決問題的能力。

1 細胞層次的信息傳遞

細胞是一個復雜的生命系統，細胞內部各部分之間既有分工、又有合作，形成一個統一整體，而細胞的各項生命活動的高效性和有序性蘊含著多種形式的信息傳遞。例如，以中心法則為核心的生命活動就充分體現了細胞內部多種結構、多種物質、多種生命活動之間的信息傳遞和廣泛聯系，這是重構知識體系的好線索，可以通過問題串引導學生建構基本概念，并進一步拓展延伸，實現知識的深度整合。

1.1 串構基本概念，自主建構知識 以中心法則為核心，通過問題串來進行教學引導。

提出問題：作為最基本的生命系統——細胞，其生命活動的正常進行依賴哪些信息傳遞過程呢？引出中心法則及其補充圖解(圖略)。然后提出問題串：①比較復制、轉錄、翻譯的場所、信息來源、產物、信息傳遞方向、意義等；②根據圖解思考：RNA病毒、大腸桿菌、根尖分生區細胞、洋蔥表皮細胞、線粒體和葉綠體內分別存在上述哪些過程？③填表比較堿基互補配對方式的特殊性，理清易混淆知識(表1)。讓學生思考完成這些問題與要求。幫助他們自主建構知識體系：中心法則及其補充，線粒體和葉綠體的半自主性等，比較復制、轉錄、翻譯的場所、信息來源、產物、信息傳遞方向、意義等。

1.2 明晰知識聯系，實現深度整合 結合例題，從基本概念—問題延伸—深度整合三個層次進行問題設計，幫助學生知識重構。

表1 比較堿基互補配對方式的特殊性

例1：圖1是不同生物細胞內基因控制蛋白質合成過程的示意圖，請據圖回答問題。

(1)圖1A中以[ ]______為模板合成[ ]__________的過程在遺傳學上叫做轉錄。②通過________進入細胞質后，與[ ]________結合進一步翻譯成蛋白質。

(2)圖1A中各種信息傳遞過程各自存在怎樣堿基互補配對關系？③攜帶何種氨基酸如何確定？該生物不同細胞mRNA是否有差異？tRNA是否有差異？為什么？不同tRNA是否有特異性？

(3)圖1B、C分別表示什么過程？圖中各模型的含義？

(4)圖1B、C中轉錄的方向或翻譯的方向如何確定？

(5)圖1B中有幾條多肽鏈正在合成？合成的多肽鏈是否同一種？為什么？

(6)圖1C只能發生在何種生物細胞內？為什么？

2 細胞間的信息傳遞

細胞間信息傳遞涉及較多激素調節和神經調節方式及相應信息分子種類與作用方式等，而且相應知識越多往往易混淆，而豐富的知識塊更容易找到重構知識體系的有效線索。例如，可以“信息分子的化學本質及作用方式→激素調節與神經調節中的信息分子→細胞間信息傳遞歸類”為線索，由淺入深，并結合例題分析，幫助學生理清易混淆知識，初步重構知識模塊：包括細胞間信息傳遞的方式、細胞膜的功能、突觸結構、激素調節、下丘腦的功能與調節方式等，再進行歸類小結形成系統知識塊。

圖1 不同生物細胞內基因控制蛋白質合成過程示意圖

例2：圖2是人體內激素作用于靶細胞的兩種機理示意圖，結合所學生物學知識據圖回答下列問題：

圖2 激素的作用機理示意圖

圖3 神經系統對內分泌功能的調節模式圖

(1)激素受體b的化學本質可能是______，激素B能與受體b結合，反映出細胞膜的功能之一是______。

(2)激素A只能與受體a結合，而激素B只能與受體b結合，其根本原因是什么？

(3)性激素的作用機制與圖示的激素________相符合。

(4)激素在發揮作用之后往往被迅速分解而失去活性，這對于生命活動有什么意義？

進一步讓學生深度思考：下丘腦對胰腺的控制需要通過垂體嗎？為什么？引發學生分析比較人體神經系統對內分泌功能的調節的三種模式(圖3)，回答如下問題：

(5)在甲模式中，若靶腺為甲狀腺，則中樞神經系統通過下丘腦分泌________激素到達垂體，調節垂體某激素的分泌，進而再調節甲狀腺的分泌，這種調節方式稱為________。同時下丘腦對上述激素的分泌又接受甲狀腺激素的調節，這種作用屬于________調節。

(6)血糖升高，既可以通過________模式調節分泌量，也可以直接刺激________，引起胰島素分泌增加。興奮在A處傳遞的特點是________。

(7)當________時，抗利尿激素的合成與分泌會增加，其調節模式如圖中________模式。

最后歸納總結比較，形成系統知識模塊：

(8)關于細胞間信息傳遞的方式：①信息分子通過體液傳送間接地實現信息交流；②細胞膜之間相互接觸直接實現信息交流；③高等植物細胞之間通過胞間連絲相互連接進行信息交流。

(9)關于信息傳遞物質：比較糖蛋白與載體蛋白的功能不同：①細胞膜外表的糖蛋白—識別作用—進行細胞間信息交流；②消化道和呼吸道上皮的糖蛋白—保護和潤滑作用；③載體蛋白—運載相應物質(協助擴散和主動運輸)—控制物質進出。

3 組織、器官、系統層次的信息傳遞

本部分知識體系的建構包括穩態調節機制及相互關系、信息分子種類、免疫調節中的信息傳遞等。神經—體液—免疫調節網絡是機體維持穩態的主要調節機制，其中神經調節處于主導地位。通過各級調控，各組織、器官、系統之間才能完成正常的信息傳遞，保證了各組織、器官、系統能協調一致的活動。

3.1 問題回顧，鞏固知識 生命系統的調節網絡中，調節范圍比較局限的調節方式是什么？反應速度比較緩慢的調節方式是什么？實踐中加快、加強免疫機能的手段是什么？其生理學基礎是什么？

3.2 例題引導，深化知識 例3：研究表明：人體過度焦慮、緊張等精神因素會導致T淋巴細胞活性下降，對病毒、真菌等病原體的抵抗能力和對體內癌細胞的監控和清除功能會下降，同時機體產生抗體的能力也會下降。

(1)人體免疫系統的組成包括______、______。若抗體結合到呼吸道上皮細胞，再接受同一抗原刺激后引起哮喘，這在免疫學上稱為________________。

(2)吞噬細胞將抗原呈遞給T細胞是通過哪種途徑實現信息交流？

(3)請解釋精神因素使 T 細胞活性下降，為什么會引起機體生成抗體的能力降低？

3.3 聯想比較，整合知識 聯想到細胞免疫的過程與細胞衰老、凋亡的關系，比較整合拓展如下知識：①促進B細胞增殖分化的信息分子可能有哪些？②作為效應細胞的漿細胞和效應T淋巴細胞分別有哪些來源？③人體衰老、癌變的細胞的清除主要是哪種細胞發揮作用？說明免疫系統有何功能？

4 生態系統的信息傳遞

作為最高層次的生命系統——生態系統，其信息傳遞更接近學生生活，知識鏈條更易加工形成。可通過生活化實例幫助學生理清概念之間的關系，建構知識塊，并實現所學知識的靈活應用。知識建構包括：生態系統的信息種類、來源、特點、功能、生產應用等。

4.1 辨別比較，知識加工 下列哪些信息傳遞屬于同一類？①萵苣、煙草、茄的種子必須接受某種波長的光信息才能萌發生長；②蜜蜂找到蜜源后，通過跳舞向同伴傳遞蜜源信息；③有毒昆蟲的幼蟲身上斑斕的花紋；④狼能夠根據兔活動留下的氣味去捕獵后者；⑤狗會通過自己的尿液向同伴傳遞信息；⑥草原返青時，“綠色”為食草動物提供了可以采食的信息；⑦蝙蝠通過“回聲定位”對目標進行定位。

A ①③⑦ B ②③④

C ①②⑥ D ②③⑥

4.2 例題分析，自主建構 閱讀下面的材料，說明生態系統信息傳遞的信息來源有哪些？信息傳遞有什么特點？生態系統中信息傳遞有哪些功能？

[材料1]短日照處理菊花使其在夏天開花；雌蛾分泌性外激素招引同種雄蛾前來交配；煙草植株收到蛾幼蟲的攻擊，能夠產生并釋放一種化學物質吸引蛾幼蟲的天敵前來捕食。

[材料2]草原上的草、野兔、狼的種群數量變化是相互制約的：如果草原上的野兔因為遷入而增加，草就會因為受到過度啃食而減少；植物數量減少以后，反過來就會抑制野兔的數量；而野兔的數量變化與狼的數量變化也存在負反饋調節，三者通過相互影響，保證了草原生態系統中的草、野兔、狼的數量各自維持相對的穩定。

4.3 延伸探究，遷移應用 案例分析：參觀蛋雞養殖場時會發現，為了提高產蛋率，養殖場會在清晨和傍晚打開雞舍的燈光，以延長光照時間，請結合本專題的知識解釋其生物學機理。學生通過思考得出：光照時間延長→感覺器官→大腦皮層→有效刺激；有效刺激→下丘腦→促性腺激素釋放激素→垂體→促性腺激素→促進性腺的發育和性激素的合成→促進產卵。