發展“信息觀”的單元主題式情境教學

文章編號：1003-7586（2025）01-0079-04 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

1設計理念

學科核心素養是學科育人價值的集中體現，其中，“信息觀”是構成生物學學科核心素養“生命觀念\"的關鍵組成部分。筆者分析人教版普通高中教科書《生物學·必修2·遺傳與進化》（以下簡稱“教材”的內容編排特征及其蘊含的核心素養價值，以大概念“3遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”為核心整合教學內容，實施結構化教學設計。本節課以“遺傳信息\"為主題構建學習單元，基于DNA雙螺旋結構模型的構建過程，設計了一系列緊密圍繞遺傳信息的儲存、傳遞、表達、改變及重組這一主線展開的學習活動。本教學設計旨在引導學生在參與學習活動的過程中逐步理解遺傳信息在生物體生命活動中的作用及實際生產生活中的應用，進而認識到生命信息是構成生命物質與能量的穩定組織形式，形成信息觀。學生在教學實踐中樹立生命的信息觀，不僅能夠更好地理解生物學問題，還能夠信息理論剖析生命活動，從而實現對生命的精準認知。1]

2內容分析

教材通過詳盡闡述遺傳現象及其分子基礎，運用中心法則深刻揭示信息在生命世界中的作用及其統一性。本單元涵蓋了教材第3章第2節至第4節、第4章第1節以及第5章第1節的內容，在整個教學過程中融入DNA雙螺旋結構模型的教學應用。教師以引導學生構建DNA雙螺旋結構模型為切入點，圍繞以下問題層層遞進地展開深入探究與分析：遺傳信息存儲于何處？遺傳信息的本質是什么？遺傳信息如何在細胞（或個體）間實現準確傳遞？遺傳信息如何調控生物體的結構、功能及生理特性？遺傳信息的變異是否會導致生物性狀的改變？此過程旨在培養學生形成結構與功能相適應的生命觀念，并逐步深化學生對“遺傳信息”在生物體生命活動中所起作用的認知。

此外，筆者結合人教版普通高中教科書《生物學·選擇性必修3·生物技術與工程》第3章“基因工程”相關內容，設計一系列拓展訓練思維的學習活動，旨在進一步深化學生對“遺傳信息\"在生產生活中應用的理解，并逐步樹立“信息觀”。本單元的教學框架如圖1所示。

3教學設計

3.1整合教學內容，發展核心素養本文以“遺傳信息”為主題，通過設計結構化的學習內容和活動（見表1）構建完整的知識鏈，以期發展學生科學思維等核心素養

教師結構化、情境化地呈現凸顯學科大概念的知識，對于發展學生的核心素養具有顯著功效。在開展本單元教學時，各組學生制作的DNA雙螺旋結構模型展現了不同的堿基序列。這些模型有助于學生理解DNA儲存遺傳信息的分子機制，分析DNA多樣性的原因；探究DNA的復制機制，明確DNA特異性的保證機制及其意義；闡釋轉錄、翻譯過程中蛋白質多樣性的根本原因，揭示遺傳信息如何調控生物體的結構、功能及生理特性的機制；分析基因堿基序列變化對蛋白質及生物性狀的影響，并從個體發育與群體進化兩個維度辯證地審視生命過程、結果及其意義，從而發展學生的科學思維。

3.2設計學習活動，啟發學生思考

教師通過設計以“填充練習\"為主線的可操作化學習活動，將抽象的“遺傳信息”概念直觀化，不斷啟發學生從“信息\"的角度進行思考和分析。

每一章節的教學均圍繞學生自制的DNA雙螺旋結構模型展開，課時安排如下。

第1、2課時，學生完成填充練習：記錄模型中的堿基序列，為后續組間對比分析DNA的差異性、運用數學方法探究DNA堿基對數量與堿基對排列順序種類數之間的關系奠定基礎。在這一過程中，學生需要闡釋DNA如何儲存遺傳信息，并探討DNA具多樣性的原因。

第3課時，學生完成填充練習：記錄親代與子代DNA的堿基序列，通過實踐體驗深入理解半保留復制機制、DNA獨特的雙螺旋結構以及堿基互補配對原則保證遺傳信息的準確傳遞。

第4、5課時，隨著對轉錄與翻譯過程的深人學習，學生完成填充練習，記錄模板鏈、mRNA的堿基序列以及蛋白質的氨基酸序列，認識到DNA上的遺傳信息通過RNA指導蛋白質的合成，進而實現遺傳信息的表達，并調控生物體的結構、功能及生理特性。

第6課時，在初步了解亨廷頓病案例并認識遺傳信息變化可導致生物性狀改變的基礎上，學生利用填充練習 ③ 中的堿基序列，嘗試對DNA的堿基對進行替換、缺失等操作，分析堿基對的改變如何影響基因控制合成的蛋白質及生物性狀。通過整合不同小組關于DNA突變對生物性狀影響的實驗結果，學生能夠清晰闡述基因突變的定義、類型及其可遺傳性。同時，基于蛋白質可能不會因遺傳信息微調而改變的現象，學生進一步探討密碼子簡并性的生物學意義。

3.3設計學習任務，評價學習成效

教師設計真實情境下的問題解決型學習任務，引領學生應用“信息觀”解決實際生產問題，評價學生關鍵能力、必備品格和價值觀念的達成情況。在6個課時的學習過程中，學生逐步深化遺傳信息在生物體生命活動中所起作用的理解，為進行基因工程設計奠定知識基礎。在進行基因工程設計的過程中，學生需要不斷應用前期所學知識進行思考與操作實踐（見圖2）。因此，通過觀察學生在完成基因工程設計時的具體表現，教師可以有效評估其對前期學習內容的掌握程度。

教師創設情境：1978年，某公司借助DNA重組技術成功將胰島素基因導入大腸桿菌，制造出能高效生產胰島素的工程菌。此種方法生產的胰島素不僅產量顯著提升，而且具有免疫原性降低、吸收速率加快、生物活性增強和注射部位脂肪萎縮發生率下降等優點。為評估學生對“遺傳信息決定生物性狀”“基因作為具有遺傳效應的DNA片段\"以及“DNA分子結構”等核心概念的理解程度，同時考查其運用科學方法解決問題的能力，教師引領學生探究上述情境中工程學操作的原理，并設計以下學習任務及學習活動。

學習任務1：闡述從人體細胞中分離獲得胰島素基因的操作原理。

學生活動 ① ：基于DNA的結構知識，闡述切割DNA片段所需斷開的化學鍵類型。

學生活動 ② ：閱讀教材，理解限制酶EcoRI的作用機制，并嘗試利用該酶切割胰島素基因兩側的特定序列，繪制切割后胰島素基因的示意圖。

學習任務2：闡述連接胰島素基因與載體的操作原理。

學習活動：閱讀教材，了解基因工程的常用載體一—質粒，以及DNA連接酶的種類與作用機制，選擇合適的連接酶，繪制質粒與胰島素基因連接后的重組質粒示意圖。

學習任務3：闡述將重組質粒導入大腸桿菌的操作原理。

學生活動：閱讀教材，闡述將重組質粒導入微生物細胞的方法及操作步驟。

為評估學生對DNA的復制及基因表達過程中遺傳信息傳遞與表達機制的理解程度，并考察其推理與分析能力，教師設計以下任務。

學習任務4：闡述含有人胰島素基因的大腸桿菌生產胰島素，及通過培養少量工程菌獲得大量胰島素的原理。

學生活動：運用基因表達相關知識，結合生物共用遺傳密碼的原則，分析從工程菌代謝產物中獲取人胰島素的可行性，利用DNA的復制原理，說明遺傳信息的穩定傳遞能夠保證大量培養的工程菌均攜帶胰島素基因，從而能夠大量生產胰島素。

教師設計以下任務考查學生能否運用結構與功能相適應的觀點，基于真核細胞與原核細胞結構差異，推理兩者產生的胰島素在功能上的潛在差異。

學習任務5：比較利用大腸桿菌生產胰島素與從動物胰臟提取胰島素的優劣，探討從大腸桿菌獲取的胰島素與人體自然產生的胰島素是否一致，以及如何驗證其與基因工程生產的胰島素具有相同的生物學功能。

學生活動：闡述基因工程生產胰島素的過程，根據微生物快速繁殖的特點，說明其具有產能高的優勢?；谡婧思毎c原核細胞結構差異，分析兩種來源的胰島素在結構和生物學功能上的潛在差異，并提出檢測方案，體會基因工程設計中的系統分析與比較權衡原則。

4教學反思

單元教學設計旨在凸顯學科核心素養培養的長期性、滲透性和整體性特征。3在本單元的教學過程中，教師通過DNA雙螺旋結構模型將相互關聯的學習活動緊密連接在一起。學習活動和任務不僅培養學生科學思維和實踐操作，還為學生提供了主動觀察、思考、分析及驗證的豐富載體和契機，促進學生的自我反思。

通過構建與應用DNA雙螺旋結構模型，學生能夠更好地理解模型與建模、演繹與推理等科學研究方法在獲取學科知識過程中的運用，從而增強基于證據進行科學推理的能力。為培養學生的生命信息觀，教師需要引導學生理解并應用所學知識解釋生物學問題，并且借助現代生物技術為學生提供資料與幫助，使其能夠綜合運用并有效整合知識，以解決工程實踐中的具體問題，進而促進其工程思維的發展。

DNA雙螺旋結構模型及其儲存的遺傳信息，使學生能夠深刻理解“信息\"在生物體生命活動及人類生產生活中的重要作用，有助于學生樹立“信息觀”并學會應用這一觀念解決實際問題。在主動理解和運用大觀念的過程中，學生不僅牢固掌握了基礎知識和基本技能，還依托大觀念自主構建自身的知識結構，發展自身的生物學學科核心素養。[4]

參考文獻

[1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·教學·教法，2021，41（3）：117-122.

2吳舉宏.促進深度學習的中學生物學教學策略J」生物學教學，2017，42（10）：18-20.

[3周初霞.聚焦生物學重要概念的單元整體教學設計實踐研究[J].生物學教學，2019，44（4）：7-10.

[4楊穎東.核心素養視野下教學設計現代化的變革策略[J].上海教育科研，2020（7）：77-82.