生命信息觀視閾下的單元專題復習

摘" 要：本文以高中生物學單元整體復習教學中“神經—體液—免疫調節機制”這一專題為例，對相關的重要概念進行整合、重構。筆者采用“一脈—兩線—三維”的教學模式組織教學活動，旨在促進生命信息觀在高中生物學概念教學中的有效滲透，發展學生的生物學學科核心素養，最終達成學生對大概念的深度學習。

關鍵詞：生命信息觀；神經調節；體液調節；免疫調節；單元專題復習

文章編號：1003-7586（2024）12-0022-05" 中圖分類號：G633.91" 文獻標識碼：B

生命信息觀主張生命體構成了一個復雜的信息系統，該系統內的信息傳遞和交流存在于從細胞到生物圈的各個層級之中。［1］例如，體液調節中的激素、神經調節中的神經遞質以及免疫調節中的細胞因子等信息分子，均體現了細胞間的信息傳遞機制。依據《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）的指導，筆者基于重要概念之間的系統性和邏輯性，對“神經調節”“體液調節”“免疫調節”各部分內容進行整合性復習。復習過程聚焦大概念“生命個體的結構與功能相適應，各結構協調統一共同完成復雜的生命活動，并通過一定的調節機制保持穩態”，旨在揭示人體生命活動調節的復雜性、維持機體穩態的重要性以及各種調節機制之間的緊密關聯性。

1" 設計思路

本專題復習建立在學生已掌握“神經調節”“體液調節和免疫調節”章節內容的基礎上，旨在進一步探究人體如何通過神經系統、內分泌系統和免疫系統的協同作用，對內、外環境的變化做出反應，從而維持內環境穩態。在教學過程中，筆者系統整合事實、概念與觀念，確保三者間存在嚴密的邏輯關聯。［2］如圖1所示，本專題復習的學習框架依托以下事實支撐：學生已知的事實一、通過科學資料闡述的事實二和事實三、通過科學探究獲取的事實四，旨在全面發展學生的生物學學科核心素養。

筆者在教學實踐中采用“一脈—兩線—三維”的教學模式（見圖2），該模式以“漸凍癥是由多個系統失調共同導致的”為情境貫穿教學全過程，構建大概念的學習路徑（明線）與生物學學科核心素養發展的潛在脈絡（暗線），兩者互相交織，共同作用于教學過程。通過實施整體感知、部分剖析及系統聯系的教學環節，教師能夠有效地轉變傳統復習中存在的知識碎片化和淺表化問題，最終促成學生對大概念的深刻理解和掌握。

2" 教學目標

根據《課程標準》中培養學生的生物學學科核心素養的要求，本節復習課的教學目標設定如下。

（1）通過探討漸凍癥的致病機理，分析神經調節、體液調節和免疫調節的協同作用機制，理解各個系統是如何共同維持機體穩態的，進而培養系統觀。

（2）通過構建概念模型和動態物理模型，說明信息分子在各個系統中傳遞和發揮作用的過程，以此促進歸納與概括、模型與建模、批判性思維等科學思維方法的發展。

（3）運用結構與功能觀、生命信息觀、穩態與平衡觀等生命觀念，結合歸納與概括的方法，總結神經調節、體液調節和免疫調節在信息分子傳遞過程中的共同特點，深化對生命體作為復雜而有序信息系統的認識。

（4）通過分析漸凍癥患者利用人工喉進行正常交流的信息傳遞機制，加深對生命信息觀的理解和應用；綜合運用生物學、物理、工程學等多學科知識解決實際問題，從而深化對科學、技術與社會相互關系的認識。

3" 教學過程

3.1" 從單元到課時，提出生命活動調節的核心問題

教師引入漸凍癥的真實案例，介紹漸凍癥的癥狀表現。漸凍癥作為一種運動神經元疾病，其癥狀主要表現為肌肉萎縮、吞咽困難，直至呼吸衰竭。此外，患者的腦和脊髓會出現炎癥反應，臨床上還伴隨激素水平的顯著波動。

在此基礎上，教師進一步提出核心問題：上述漸凍癥的癥狀表現涉及了哪些生命活動的調節機制？哪些信息分子在這一過程中發揮了調節作用？

設計意圖：本復習課依托單元教學的整體框架，創設漸凍癥的教學情境，以其發病機制所涉及的神經調節、體液調節和免疫調節為切入點，旨在引導學生快速進入“神經—體液—免疫調節機制”的復習環節。在這一過程中，學生不僅能深化對生命系統復雜性和脆弱性的認識，還能激發對生命的敬畏和尊重之情，從而建立起生命觀念。

3.2" 從整體到局部，分析漸凍癥的致病機理

學生從全局視角認識到漸凍癥是由多個系統失調共同導致的，隨后教師引導學生分組討論，從神經調節、體液調節和免疫調節三個角度，深入探討漸凍癥的致病機理。

3.2.1" 神經調節角度

教師呈現資料一：漸凍癥的發病機制中，興奮性神經遞質谷氨酸的異常代謝導致谷氨酸的異常積累。谷氨酸在突觸間隙過度積累，并作用于突觸后膜上的NMDA受體和AMPA受體，分別促使大量Ca2＋和Na＋內流至細胞內，最終誘導突觸后神經元細胞凋亡。

各小組學生利用文字和箭頭構建神經遞質谷氨酸釋放及發揮作用的概念模型。隨后，教師邀請兩個小組展示模型，其他小組則依據模型的科學性、完整性和邏輯性進行評議，并據此進行即時修正與完善，最終共同構建神經調節過程中的概念模型（見圖3a）。

教師提出問題：信息分子在突觸處如何實現轉換？NMDA受體在此過程中有什么作用？學生運用所學知識，深入理解神經調節過程中“電信號—化學信號—電信號”的轉換機制，以及信息分子與受體特異性結合的生物學特性。

設計意圖：通過構建概念模型，教師引導學生深刻領悟神經元之間信息傳遞的核心機理，特別是神經遞質在信息傳遞中的關鍵作用。

3.2.2" 體液調節角度

教師呈現資料二：運動神經元損傷后，會引發周圍的淋巴細胞釋放更多的細胞因子。一方面，這些細胞因子加劇了炎癥反應；另一方面，過度發生的炎癥反應又會刺激“下丘腦—垂體—腎上腺皮質”軸，促使其分泌更多的糖皮質激素。糖皮質激素通過與淋巴細胞表面的受體結合，形成“激素—受體”復合物，進而激活淋巴細胞內的信號傳導分子，誘導淋巴細胞凋亡。這一過程導致血液中淋巴細胞的數量減少，從而對機體的免疫系統產生影響。

學生利用文字和箭頭構建糖皮質激素分泌及發揮作用的概念模型。在此基礎上，教師提出以下問題：下丘腦細胞表面存在哪些類型的受體？糖皮質激素治療過度炎癥反應的具體機理是什么？經過討論與分析，學生認識到下丘腦能夠受到細胞因子、神經遞質以及激素等多種信號的調控，并理解糖皮質激素的抗炎作用。這一過程幫助學生從多個角度、以聯系的觀點看待問題，進而完善概念模型（見圖3b）。

設計意圖：通過資料分析、模型構建等多種教學策略，教師強調知識的橫向擴展與遷移。教師引導學生多角度、以聯系的觀點審視問題，旨在實現學生在低層級思維水平上的高通路遷移，進而培養其知識遷移能力和批判性思維。

3.2.3" 免疫調節角度

教師呈現資料三：科學家深入探討了免疫系統加速漸凍癥患者病情的機制。當患者的神經元受到損傷時，會釋放一系列信號分子，如神經遞質等。這些信號分子能夠激活周圍的小膠質細胞及其他免疫細胞，被激活的免疫細胞隨后分泌細胞因子。這些細胞因子直接作用于受損神經元，進一步加劇炎癥反應，從而形成惡性循環，加速神經元的損傷進程。

學生利用文字和箭頭構建細胞因子產生及發揮作用的概念模型。教師提問：細胞因子參與正反饋調節和負反饋調節的具體機制是什么？學生結合資料，思考后回答：過量的細胞因子可促進糖皮質激素的生成，而糖皮質激素則具有抑制免疫細胞活性的功能。教師進一步解釋相關問題后，學生完善概念模型（見圖3c）。

設計意圖：學生在構建中思考，在構建中體驗，在構建中創新，達成了行為與思維的統一。這一過程加深了學生對各個系統內部以及系統之間依賴信息傳遞維持平衡的理解。同時，學生也體會到了從整體到局部的生物學分析方法，對于促進其科學思維能力的發展具有重要意義。

3.3" 從差異到共性，概括三大調節的共同模式

學生從神經調節、體液調節和免疫調節三個角度進行深入分析，并據此構建了相應的概念模型（見圖3）。隨后，教師指導學生運用歸納與概括的科學方法，圍繞以下核心議題展開討論與思考：三大調節機制在功能上有哪些共同點？神經系統、內分泌系統和免疫系統之間又存在著怎樣的相互作用與聯系？

3.3.1" 概括特點，構建生命信息觀

學生通過交流討論達成共識：三大調節機制均涉及信息分子的參與，并具有反饋調控機制。同時，學生基于信息分子的產生、運輸和接收過程，進一步挖掘并歸納信息分子的共同特征。

教師在此基礎上進行補充：香農（C. Shannon）和韋弗（W. Weaver）共同構建的信息模型包括信源（信息產生）、信道（信息傳輸）、信宿（信息接收）、噪聲（干擾信息）、反饋（信息調控模式）等多個環節。［3］教師據此提出問題：如果將激素視為體液調節中的信息分子，那么其“信源”“信道”和“信宿”應如何界定？學生結合所學知識，明確指出激素（信源）是由內分泌器官或細胞產生的，通過體液（信道）進行傳輸，并最終作用到靶細胞或靶器官的特異性受體（信宿）上。通過這一過程，學生能夠從具體實例中提煉出細胞間信息傳遞的普遍路徑（見圖4）。

接著，教師結合以上路徑進一步追問：已知藥物利魯唑是少數治療漸凍癥的有效藥物之一，其能夠通過減少神經遞質谷氨酸對運動神經元的損害從而發揮治療作用，可能的作用機理是什么？學生從信源、信道和信宿的角度，理解藥物作為外部影響因素干擾了信息的正常傳遞過程。

設計意圖：本環節旨在引導學生從各系統的差異性中探尋共性特征，這一過程培養了學生抽絲剝繭的科學思維能力。學生從具體到抽象地認識信息傳遞的基本規律，從而構建起生命信息觀、穩態與平衡觀。

3.3.2" 探究聯結，凸顯生命信息觀

學生繼續深入探究圖3中的聯結關系，通過歸納與概括得出結論：神經系統、內分泌系統與免疫系統之間借助信息分子實現了雙向調節作用，共同形成一個復雜的生命活動調節網絡。通過這些信息分子，復雜的機體實現統一協調，從而保持穩態。

設計意圖：本環節旨在引導學生從整體視角探究神經系統、內分泌系統和免疫系統之間的相互作用機制，以及共同維持機體穩態的機制。通過這一過程，學生能夠發展歸納與概括、模型與建模、批判性思維等科學思維方法。

3.4" 從知識到解決問題，運用生命信息觀

教師展示我國科技成果人工喉的資料：清華大學團隊利用這一技術可以基本恢復漸凍癥患者的語言交流能力，其識別準確率超過90%。人工喉能夠感知喉嚨的振動狀態，并通過人工智能模型處理這些信號，從而合成出流暢且自然的語音。教師提出問題：請從信息分子的產生和傳遞的角度，探討我國的人工喉技術如何造福人類？學生則從信息分子的產生、運輸、接受和反饋調控等多個維度展開分析。

設計意圖：本環節旨在引導學生將生命信息觀應用于全新且跨學科的情境中，并運用所學知識解決跨學科問題。通過這一過程，學生將進一步深化對生命信息觀的理解，提高綜合解決問題的能力，并提升自身的社會責任意識。

4" 教學反思

在本單元的專題復習中，教師對重要概念的重構旨在幫助學生建立知識間的內在聯系，使其形成更加完整且深入的理解體系。同時，該復習過程還強調生命觀念的滲透，即在教學中融入對生命活動規律的認識。

4.1" 重構概念結構

在基于生命信息觀的教學中，教師不僅要基于事實形成概念，還要關注概念之間的整合與聯結，以推動學生生物學觀念的發展。［4］因此，在單元整體復習的教學實踐中，筆者深入挖掘各個重要概念之間的邏輯關系，對其進行系統的整合與重構，旨在轉變以往知識碎片化和淺表化的復習方式。本節課聚焦漸凍癥相關的神經調節、體液調節和免疫調節機制，通過構建概念模型的方式，直觀地展現了各結構如何通過相互作用和相互聯系，共同維持機體的穩態。這一方法將動物生命活動調節的相關知識更加結構化地呈現，有助于學生深入理解重要概念之間的邏輯關系，并深化對大概念的理解。

4.2" 彰顯觀念契合

本節課基于單元境脈，分解課時情境，并遵循“一脈—兩線—三維”的教學模式。在這一模式下，無論是各個系統內部的信息傳遞，還是系統之間的信息傳遞，都充分彰顯了生命信息觀的滲透。通過信息分子的作用，復雜的機體得以實現統一協調，從而維持穩態，最終構建起復雜且立體化的生命活動調節網絡。教師再引導學生運用生命信息觀對生物學現象進行解釋，以此進一步發展其生命觀念。

參考文獻

［1］趙占良.對生物學學科核心素養的理解（一）——生命觀念的內涵和意義［J］.中學生物教學，2019（11）：4-8.

［2］ 周初霞.論單元教學視角下生物學事實、概念與觀念的融合［J］.中學生物教學，2022（7）：12-15．

［3］ 王天祥.論在高中生物學教學中滲透信息觀的意義和途徑［J］.課程·教材·教法，2021，41（3）：117-122．

［4］ 張秀紅.核心素養視域下的生物學觀念：內涵、價值、內容體系及教學［J］.課程·教材·教法，2017，37（9）：91-97．