信息技術支持下高中生物概念教學策略

生物學概念是構建生命科學認知的基石，而“基因的本質”作為遺傳學核心內容，涉及DNA結構、復制機制等微觀抽象知識，學生常因難以直觀感知而陷入“符號記憶”困境。傳統教學依賴靜態圖例與單向講解，無法動態呈現DNA雙螺旋解旋、堿基配對等過程，導致學生對基因突變、重組等概念混淆不清。新課標強調“用生命觀念解釋現象，以科學思維解決問題”，要求教師突破傳統教學局限。信息技術通過3D動態建模、虛擬仿真實驗等工具，能將抽象概念轉化為可視、可操作的探究場景，降低認知門檻，促進學生的深度理解與素養發展。

一、信息技術支持下高中生物概念教學的意義

（一）有助于激發學生的學習興趣

教師通過多媒體資源的動態呈現，可以將抽象的生物學概念轉化為直觀、生動的視聽體驗。例如，在“基因的本質”教學中，教師可借助三維動畫模擬DNA雙螺旋結構的形成過程，或通過虛擬實驗展示基因復制與表達的微觀機制，使原本枯燥的靜態知識轉化為可觀察、可交互的探索性內容。這種沉浸式的學習情境不僅能調動學生的感官參與，還能激發其主動探究的欲望。學生在觀看基因突變模擬動畫時，可直觀感受堿基對的變化如何影響蛋白質合成，引發對遺傳規律的好奇與思考。

（二）有助于突破生物教學的難點

生物學中的微觀、抽象概念常成為教學難點，如基因的分子結構、復制機制等。教師借助信息技術通過可視化手段可以將不可見的分子過程具象化，幫助學生跨越認知障礙[1]。在“DNA雙螺旋結構”教學中，教師可利用動態模型演示脫氧核苷酸的連接方式與空間構型，輔以交互式操作讓學生自主拼接堿基對，理解結構穩定性與遺傳信息儲存的關系。對于基因表達的復雜過程，虛擬實驗室可模擬轉錄、翻譯的實時動態，學生通過暫停、回放等操作觀察mRNA與核糖體的協作細節，將抽象的文字描述轉化為可感知的連續事件。

（三）有助于提升學生的核心素養

信息技術支持的探究性學習能夠深化學生對生命觀念的理解，并培養科學思維與實踐能力。例如，在“基因的本質”單元中，教師可引導學生利用生物信息學數據庫分析不同物種的DNA序列差異，通過數據比對歸納遺傳信息的共性與特異性，建立“結構與功能相適應”的生命觀念。同時，教師借助在線協作平臺開展模擬科研項目（如設計基因編輯實驗），學生需綜合運用假設、驗證、批判性分析等科學方法解決問題。這種學習方式不僅強化了學生知識整合能力，還通過真實情境的任務驅動，培養學生的社會責任意識——例如討論基因技術應用的倫理邊界，促使學生從科學視角審視社會議題。

二、信息技術支持下高中生物概念教學策略

（一）微課精準導學，錨定概念認知起點

微課通過短小精悍的數字化資源，能夠突破傳統課堂單向講授的局限，為學生提供自主預習的個性化學習路徑[2]。教師可將核心概念拆解為微課片段，在課前階段，通過微課預習任務引導學生初步接觸概念，并借助在線平臺收集學生的預習反饋數據，如答題正確率、困惑點分布，以此精準識別學生的認知起點與迷思概念。通過分析學情數據，教師能夠調整課堂設計，針對共性問題展開重點解析，使教學更貼合學生的實際需求，提升概念建構的針對性與效率。

例如，在學習“DNA是主要的遺傳物質”概念時，教師可以將“對遺傳物質的早期推測”拆解為5分鐘微課，通過動態時間軸呈現20世紀 20～30 年代科學界對蛋白質與DNA的認知演變：1．以氨基酸排列組合的多樣性動畫，解釋早期學者為何將蛋白質視為遺傳信息載體；2.以分子結構拆解圖對比DNA與蛋白質的化學復雜性，說明盡管發現DNA由4種脫氧核苷酸組成，但因缺少對其空間結構的理解，仍未能動搖蛋白質的主導地位。學生預習后，教師可以借助在線平臺發布一些核心問題，如“為何科學家初期更傾向蛋白質是遺傳物質？”“DNA結構認知不足如何影響結論？”實時統計正確率低于 60% 的選項，如“DNA堿基種類少導致信息承載量不足”，精準定位“結構決定功能”的認知斷點，為課堂中DNA雙螺旋模型構建的深度解析提供數據支撐。

（二）動態演示過程，具象微觀結構特征

生物概念教學常因微觀結構的不可見性與動態過程的抽象性導致學生理解困難。對此，教師可以借助3D建模、虛擬仿真等技術，將分子層面的相互作用、細胞器功能等抽象內容轉化為連續動態模型。通過動畫逐幀分解復雜機制，學生可直觀觀察微觀結構的形態變化與功能實現路徑，使微觀特征具象化、動態邏輯清晰化[3]。此外，也可以使用交互式白板支持學生自主縮放、旋轉模型，多角度觀察結構細節，降低空間想象負荷，建立微觀結構與宏觀功能的系統性關聯。

例如，在講解艾弗里證明DNA是遺傳物質的實驗內容時，教師可以借助3D建模技術構建肺炎鏈球菌轉化過程的動態模型。通過分層渲染技術，將S型細菌的細胞提取物中蛋白質（紅色）、RNA（黃色）和DNA（藍色）進行可視化標注。同時，學生也可以通過交互式白板手動“添加”不同酶（如蛋白酶、DNA酶），實時觀察處理后提取物的轉化活性變化：當DNA酶分解藍色結構后，R型細菌無法轉化為S型菌。此外，也可以通過動畫逐幀展示轉化因子與細菌細胞膜的動態結合過程，配合DNA分子雙螺旋結構的360度旋轉觀察，幫助學生理解“結構完整性決定遺傳功能”的核心邏輯。

（三）虛擬實驗模擬，突破抽象概念壁壘

實驗是生物概念教學的核心載體，能直觀揭示生命規律并深化學生對本質的理解。針對傳統實驗受限于設備、風險或微觀不可見性等問題，教師可依托虛擬PhET平臺、Nb生物學虛擬實驗室等仿真實驗平臺，構建沉浸式實驗場景，引導學生通過自主操作觀察動態過程。仿真系統支持參數調節與多維度數據采集，學生在模擬中親歷假設驗證、現象分析等科學探究步驟，將抽象概念轉化為具象認知，同時培養實證思維與問題解決能力[4]。

例如，在學習“DNA的結構”時，教師可依托PhET平臺構建虛擬模型實驗室，引導學生探究制作DNA雙螺旋結構模型實驗。在虛擬平臺上，學生可以通過拖拽堿基（A-T、C-G）完成配對，實時觀察氫鍵數量和螺旋直徑變化，調整GC比例后，模型自動顯示結構穩定性差異。完成虛擬構建后，學生可以再用實物材料（如泡沫球、扭扭棒）制作物理模型，對比兩種場景下的堿基連接方向與骨架結構。同時，教師可以同步在Nb平臺導入錯誤案例如反向平行錯誤，引導學生排查并修正，結合平臺數據統計功能分析常見認知誤區，如磷酸-脫氧核糖連接方向混淆，并針對性地采取措施強化學生空間結構認知。此外，全息投影技術還可以將學生制作的模型放大百倍，多角度旋轉展示堿基堆疊與雙螺旋穩定性關系。通過這樣的虛擬實驗實踐，學生能夠更加直觀地掌握雙螺旋結構與堿基配對原理，提升空間思維與遺傳信息分析能力。

（四）繪制思維圖譜，厘清概念關聯邏輯

傳統教學中機械性的概念記憶易導致知識碎片化，學生難以形成系統性認知。因此，教師可利用信息技術工具引導學生將孤立概念轉化為層級化思維圖譜，通過節點鏈接、顏色標注等方式直觀呈現概念間的邏輯關系，在動態調整圖譜的過程中強化對核心概念的深度理解。教師通過實時查看學生圖譜的構建路徑，能夠精準定位其認知偏差，針對性引導修正，提升概念整合效率。

例如，對于“基因的本質”單元概念記憶，教師可利用信息技術工具設計“基因核心概念圖譜”，幫助學生系統整合知識。

首先，搭建主干框架。以“基因是DNA片段”為中央節點，向外延伸“DNA結構模型”“遺傳物質證據”“復制機制”等二級概念，通過層級箭頭標注邏輯關系（如“雙螺旋結構 $$ 堿基配對 $$ 穩定性維持”）。

其次，動態填充細節。學生結合課本與實驗視頻，如格里菲思肺炎鏈球菌轉化實驗，自主添加三級節點，用顏色區分知識點屬性，紅色標注核心結論，藍色標注實驗證據，并插入艾弗里實驗的關鍵步驟截圖作為案例支撐。

最后，關聯技術應用。在分支末梢鏈接“DNA指紋技術”“基因編輯”等現實應用，用虛線箭頭標注“基因 $$ 遺傳效應 $$ 性狀控制”的邏輯鏈，強化概念遷移能力。

此外，教師也要注重查看學生圖譜中“DNA復制條件”分支的缺失或“RNA作為遺傳物質”的錯誤關聯，針對性推送經典實驗動畫（如赫爾希-蔡斯噬菌體實驗），引導學生修正認知偏差，深入理解基因本質的相關概念。

（五）創設真實情境，深化概念遷移應用

新課標強調組織以探究為特點的主動學習是落實生物學學科核心素養的關鍵。在此背景下，教師可以借助多媒體資源庫、虛擬仿真系統等工具，構建真實情境，將抽象概念與實際問題結合，引導學生基于情境提出假設、設計探究路徑[5]。同時依托在線平臺，學生可自主分析多維度信息，在解決真實問題的過程中理解概念的應用場景與科學規律。這種情境化學習不僅激發探究動機，還能推動學生從表層記憶轉向深度遷移，在知識整合中形成系統性思維與科學決策能力。

例如，為深化學生對“DNA雙螺旋結構”的認識，教師可以結合刑偵破案的真實情境優化教學設計。首先，播放一段“DNA指紋技術鎖定嫌疑人”的短視頻，引導學生思考“為何不同個體的DNA片段電泳圖譜差異顯著”，關聯到DNA雙螺旋結構的堿基互補配對原則與序列特異性。隨后，學生通過虛擬仿真平臺（如PhET）模擬DNA提取、限制性酶切和凝膠電泳流程，觀察不同個體的DNA片段分布差異，直觀理解反向平行雙鏈、磷酸二酯鍵與氫鍵對結構穩定性的作用。在動手實踐環節，教師可以組織學生分組利用3D建模軟件或實體教具搭建DNA模型，重點驗證兩條鏈的反向平行關系、脫氧核糖一磷酸骨架的排列方向以及A-T/G-C的配對規則；同時，設置“模型糾錯”任務，如故意提供錯誤堿基（如A-G連接）或方向混亂的組件，讓學生通過小組討論發現并修正問題，同時結合在線平臺的實時反饋功能，推送沃森與克里克構建模型時的關鍵科學資料，幫助學生理解“多學科交叉”對科學發現的意義。最后，拓展至親子鑒定或災難遺骸身份確認的社會應用場景，要求學生通過分析三組家庭DNA指紋圖的條帶匹配度，自主歸納“堿基排列多樣性 $$ DNA特異性 $$ 個體識別”的邏輯鏈，并撰寫實驗報告解釋DNA結構如何支撐其作為遺傳物質的功能。教師則根據學生模型中常見的“氫鍵數量錯誤”或“磷酸二酯鍵連接方向混淆”等問題，針對性推送動態演示課件，引導學生在解決“為何DNA指紋具有唯一性”的實際問題中完成知識遷移與系統整合。

（六）智能反饋追蹤，優化概念內化路徑

新課標強調課程評價需重視以評價促進學生的學習與發展，重視評價的診斷作用、激勵作用和促進作用。然而傳統評價方式存在反饋滯后、覆蓋片面等問題，難以精準定位學生的認知缺口。對此，教師可依托智能平臺的AI診斷系統、學習行為分析工具等功能，實時記錄學生的課堂互動、作業表現及階段性測試數據，通過算法分析其概念內化軌跡。基于多維度學情反饋，教師可動態調整教學節奏，針對共性薄弱點設計補償性訓練，并為不同認知水平的學生推送分層學習資源。這種即時、精準的追蹤機制，既能減少評價主觀性，又能幫助學生逐步修正迷思概念，形成個性化的知識建構路徑。

例如，在“DNA雙螺旋結構”教學中，教師可以借助智能平臺追蹤學生探究過程，當學生搭建虛擬模型時，系統會實時記錄堿基配對正確率與反向平行結構錯誤率；若超過 30% 的學生混淆磷酸二酯鍵方向，平臺自動推送微課視頻，并分層設計練習，如基礎組重繪堿基配對圖，進階組分析DNA指紋圖譜的堿基序列差異。此外，教師也可以根據系統生成的“氫鍵連接薄弱點熱力圖”，在下一課時重點演示A-T/G-C配對規則，并推送模擬實驗任務，引導學生自主修正錯誤。課后智能學習系統會形成個性化學習報告，并推送相關錯題變式，如反向平行結構拆解動畫，輔以自評量表，幫助學生定位迷思點，逐步完善認知結構。

結束語

信息技術為高中生物概念教學提供了多維度的支持策略，有效解決了傳統教學中抽象概念難以具象化、知識關聯性薄弱等問題。通過微課趣味導學、動態模型構建、虛擬實驗模擬、思維圖譜梳理、真實情境實踐及智能反饋追蹤等手段，教師能夠將微觀結構可視化、復雜機理直觀化，促使學生從被動記憶轉向主動建構。這些策略不僅強化了核心概念的內化路徑，還通過情境遷移與精準評價機制，助力學生形成系統化知識網絡與科學探究能力，為生物學核心素養的落地提供了實踐支撐。

參考文獻

[1]李嘉.信息技術支持下高中生物新型課堂教學模式的構建[].亞太教育，2022（17）：108-110.

[2]王本華，李絢.充分利用信息技術，助力重要概念教學[].教育文匯，2020（10）：35-37.

[3]楊小麗.信息技術與高中生物教學深度融合探究[].新課程導學，2020（14）：79.

[4]楊偉宏.信息技術在初中生物概念教學中應用的利與弊[J].名師在線，2021（18）：80-81.

[5]寇珊珊，譚衛梅，吳立清，等.信息技術與探究式學習融合策略在高中生物概念教學中的應用[].中學教學參考，2023（17）：90-92.