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代生命科學的微觀到宏觀的不同層次，如DNA 雙螺旋結構研究揭示了遺傳信息的物質載體，2021 年諾貝爾生理學或醫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中信息類型、調節過程、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、個體及生態系統等不同層次生命系統中的作用，在更廣泛的意義上理解生命本質。

2020 年版人民教育出版社普通高中教科書《生物學》中涉及基因層面生命信息觀的主要有《必修2?遺傳與進化》（下文簡稱必修2 模塊）及《選擇性必修1?穩態與調節》（下文簡稱選擇性必修1 模塊）。必修2模塊將調控遺傳信息表達的“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，突顯了基因層面的生命信息觀。選擇性必修1模塊在“光對植物生長發育的調節”相關內容中將個體水平的調節與基因信息傳遞相聯系，體現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，探討如何開展基因層面的生命信息觀教學。

一、創設問題情境，領悟生命信息觀

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

“基因指導蛋白質合成”一節包括遺傳信息的轉錄、遺傳信息的翻譯和中心法則等三部分內容。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化為蛋白質的氨基酸序列”及“不同生物遺傳信息傳遞規律是否一致”等三個問題展開教學，激發學生深入思考。

“基因與性狀的關系”一節教學時，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 檢測結果的數據，引導學生思考與討論，得出細胞分化的實質是基因選擇性表達。進一步結合個體發育過程，引導學生認識“基因選擇性表達具有不同生長發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，創設問題情境“怎樣調控基因表達”，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“表觀遺傳信息如何調控基因表達”，促進學生基于表觀遺傳這一較復雜的生命現象，領悟生命信息觀。

“環境因素參與調節植物的生命活動”一節教學時，以“光是怎樣調節植物生長發育的”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、調控植物生長、發育的全過程”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節生長發育”等問題，引導學生深刻理解植物適應環境的機理。

二、構建知識網絡，形成生命信息觀

通過具有挑戰性學習活動，促進學生抓住概念的本質屬性，構建知識網絡，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控。

指導學生根據大概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”、結構與功能觀、物質與能量觀及中心法則等剖析有關遺傳現象，梳理必修2 模塊及選擇性必修1 模塊相關內容（如表1），闡釋生命信息作用機制，構建基因表達概念模型（如圖1），深刻理解“生命是物質、能量和信息的統一體”，形成生命信息觀，從信息的角度闡釋生命的本質。

表1 與基因層面生命信息觀相關的現象與概念

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”學習之后，指導學生根據重要概念“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，發展生物學學科核心素養

創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性、復雜性、統一性與多樣性，發展生物學學科核心素養。［2］

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

可見，除了基因層面之外，生物個體及生態系統等層面也蘊含著生命信息觀?？梢詮纳窠?體液-免疫調節網絡和植物激素調節的角度去理解個體層面的生命信息觀。如神經調節實質上是通過神經系統將個體接收到的刺激轉化為神經沖動和神經遞質等形式的信息完成細胞間的信息傳遞。生態系統層面的生命信息觀體現于生態系統的各種組分之間進行信息的雙向傳遞，維持了生態系統結構和功能的相對穩定。