高中生物教学中学生生命信息观的培养

李钰贺，宫百慧

（吉林师范大学，吉林 四平 136000）

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“课程标准”）中明确指出，普通高中的培养目标是进一步提升学生的综合素质，着力发展其核心素养[1-2]。其中，生命观念作为高中生物学学科核心素养中的第一个组分，可以简单地理解为生物学概念、规律的提炼和升华，是形成科学自然观和世界观的基础。学生应该在较好地理解生物学概念的基础上形成生命观念[3-4]。生命是由物质、能量和信息构成的统一体，生命活动离不开信息。然而，在高中生物课堂中，教师往往从物质和能量的角度引导学生理解生命，容易忽略对学生生命信息观的培养。本研究从生命信息观的维度出发，整理在高中生物课堂中培养学生生命信息观的教学思路。

1 生命信息观概述

生命本质上既是物质的，又是信息的。生命体以物质为基础，依靠信息来控制和调节[5-6]。在生命系统中，信息承担着消息、指令或信号的职责，以维持机体的正常运转。从细胞到生态系统，信息尤为关键，并贯穿现代生命科学的全部研究。生命信息观将信息看作生命的组织形式，是对生命信息特质的抽象概括。生命与信息之间是无法割裂的，没有信息就没有生命，没有生命也就没有信息。生物教师不能在教学中跳脱信息谈生命和生命现象。

1.1 信息在分子水平上的交流与传递

基因的表达过程（转录和翻译）是展示遗传信息在分子水平上流通的完美实例。脱氧核糖核酸（Deoxyribo Nucleic Acid，DNA）分子是由4种脱氧核苷酸组成的多聚体，其遗传信息就蕴含在这4种脱氧核苷酸的排列顺序中[7-8]。转录和翻译是基因指导蛋白质合成过程中的两个主要步骤。

DNA先在细胞核中转录出互补的信使核糖核酸（Messenger Ribonucleic Acid，mRNA），实现遗传信息从双链DNA分子到单链RNA分子的递送，即转录过程；然后，细胞质中的核糖体通过破译mRNA上蕴含的遗传密码合成蛋白质，完成遗传信息从mRNA分子到蛋白质中氨基酸顺序的转变，即翻译过程。

在转录过程中，双链DNA分子是信息的递送者，单链RNA分子是信息的接收者；在翻译过程中，单链RNA分子是信息的递送者，氨基酸脱水缩合而成的多肽是信息的接收者。此外，DNA分子的自我复制也是遗传信息在分子水平上流通的例证。

1.2 信息在细胞水平上的交流与传递

组成生物体的蛋白质大多是在细胞质中的核糖体上合成的，各种蛋白质合成之后要分别运送到细胞中的不同部位，保证细胞生命活动的正常进行。有的蛋白质要通过内质网膜进入内质网腔内，成为分泌蛋白；有的蛋白质需要穿过各种细胞器膜进入细胞器，构成细胞器蛋白[9-10]。

在核糖体上合成的分泌蛋白进入内质网腔后，还要经过加工，如折叠、组装、加上一些糖基团等，才能成为比较成熟的蛋白质。

不同运输小泡的形成和定向运输都是由信号指导的。被释放到细胞外的蛋白质会被运送到指定的位置，这就是分泌蛋白的靶向运输。机体内的众多蛋白质能被精准地送达全身各处的原理如下：每个需要运输的多肽都有一段氨基酸序列，称为信号肽序列，引导多肽精准地前往不同的转运系统。

1.3 信息在个体水平上的交流与传递

生命体是一个系统，系统的调节需要信息传递。激素、神经递质、淋巴因子等细胞分泌的化学物质作用于靶细胞的受体，将信息输送至靶细胞[11-12]。“神经—体液—免疫”调节网络中大多以物质传递的方式进行信息传递。

1.4 信息在生态系统水平上的交流与传递

生命活动的正常进行、生物种群的繁衍和生态系统的稳定都离不开信息的传递。生态系统中的信息被分为物理信息、化学信息、行为信息3类，现代科学研究已经将生态系统信息传递中所学知识应用于实际生活[13-14]。

2 高中生物学教科书中培养学生生命信息观的相关内容

人教版普通高中生物教材将课程标准中发展学生核心素养的主张贯穿始终，全面整合了信息在生命中的流动及其功能。其中，必修二“遗传与进化”模块中的大部分内容是围绕遗传信息展开的，从第一章开始就带领学生踏上了遗传信息的发现之旅。遗传信息的物质载体、复制、转录、翻译直至遗传信息在生物繁衍过程中的变化、在生物进化过程中的演变等内容，都对培养学生的生命信息观大有裨益[15-16]。本研究对该模块前五章内容进行分析和总结，整理适合培养学生生命信息观的内容，如表1所示。

表1 人教版教科书“遗传与进化”模块培养学生生命信息观的示例

3 在生物学教学中培养学生生命信息观的途径和策略

生物学科在培养学生生命信息观上具有显著的学科优势，培养学生的生命信息观不只要求学生发现生活中的生命信息，还要利用所学知识理解生命现象的各种信息观原理，懂得利用生命信息观思考和搭建生物学知识体系。教师在教学中可以利用信息传递的特点帮助学生理解生命系统的复杂性，强调在实际生活中对生命信息观的发掘、理解和应用。本研究从信息传递的特点中甄选出以下4点，帮助教师在教学中更好地与生命系统的复杂性相结合，有效培养学生的生命信息观。

3.1 可传递性

信息可借助一定的载体进行传递，没有传递就没有所谓的信息。DNA是主要的遗传物质，DNA在亲代与子代之间的传递也携带着遗传信息，以此从亲代传递到子代，细胞之间、父子之间、种群之间的传递都可以用来证明生命信息的可传递性。另外，中心法则既高度概括了遗传信息在不同大分子间的单向传递，也诠释了生命信息的可传递性。

3.2 依附性

信息的依附性是指信息必须依附媒介才能传播，即信息要借助某种符号表现出来，而这些符号又要依附在纸张或其他载体物质上。生命信息也必须依附媒介传播，如兴奋在神经元之间的单向传播必须由上一个神经元释放某种化学物质（神经递质），作用于下一个神经元的胞体或树突实现。在这一实例中，生命信息无法独立完成传播，必须依附在神经递质上传递。

3.3 可处理性

信息的可处理性是指信息如果经过分析和处理往往会产生新的信息，使信息得到增值。基因的选择性表达是指在细胞分化中，基因在特定的时间和空间条件下有选择表达的现象，结果是形成了形态结构和生理功能不同的细胞。在基因的表达过程中，DNA上的遗传信息经过处理后转移到mRNA前体上，形成mRNA，进而指导蛋白质的合成。

3.4 可贮存性

信息可以贮存，以备他时或他人使用。在免疫调节机制中，对相同病原体的记忆被贮存在记忆细胞中，记忆细胞可以在抗原消失后存活几年甚至几十年，再接触这种抗原时，能迅速增殖分化，分化后快速产生大量抗体。

4 展望

在生物学的教学内容中，存在诸多可以利用信息观分析理解的实例现象，利用信息观的思维也能更加直观清晰地理解生命系统的原理。在中学阶段，复杂的生命现象大多被学生理解为一成不变或是有直接因果关系的。此时，教师要在实际教学中合理利用生命信息观特点和思维指导学生，最终让学生独立体会，达到培养学生信息观的目的。在实践方面，如何通过教学将生命信息观的培养切实有效地融入学生的实际生活中、如何检测学生生命信息观的培养情况，这些问题都有待进一步研究。