高中生物学学生命信息观的教学策略探析——以“基因的表达”教学为例

陈志川 郑 烨

（漳州第一中学，福建 漳州 363000）

有关生命信息的研究贯穿于现代生命科学的微观到宏观的不同层次，如DNA 双螺旋结构研究揭示了遗传信息的物质载体，2021 年诺贝尔生理学或医学奖表彰的痛觉和触觉形成机制研究等。生命信息观是基于生命系统中信息类型、调节过程、信息作用效果等认识而形成的思想、观点与方法。［1］生命信息观是重要的生命观念，有助于学生深刻理解信息在基因、细胞、个体及生态系统等不同层次生命系统中的作用，在更广泛的意义上理解生命本质。

2020 年版人民教育出版社普通高中教科书《生物学》中涉及基因层面生命信息观的主要有《必修2•遗传与进化》（下文简称必修2 模块）及《选择性必修1•稳态与调节》（下文简称选择性必修1 模块）。必修2模块将调控遗传信息表达的“基因选择性表达和细胞分化”与“表观遗传”整合至“基因表达与性状的关系”一节，突显了基因层面的生命信息观。选择性必修1模块在“光对植物生长发育的调节”相关内容中将个体水平的调节与基因信息传递相联系，体现信息传递在个体生命活动中的重要作用。本文以“基因的表达”教学为例，探讨如何开展基因层面的生命信息观教学。

一、创设问题情境，领悟生命信息观

基于事实、现象创设具有挑战性的问题情境，激发学生主动参与，“沉浸式”思维与深度学习，体验成功，领悟抽象的生命信息观。

“基因指导蛋白质合成”一节包括遗传信息的转录、遗传信息的翻译和中心法则等三部分内容。改变以往平铺直叙地讲解，依次紧扣“DNA 的遗传信息是怎样传给mRNA”“遗传信息核酸的排列顺序如何转化为蛋白质的氨基酸序列”及“不同生物遗传信息传递规律是否一致”等三个问题展开教学，激发学生深入思考。

“基因与性状的关系”一节教学时，提出问题“细胞分化与基因表达有什么关系”后，提供不同细胞类型DNA 和mRNA 检测结果的数据，引导学生思考与讨论，得出细胞分化的实质是基因选择性表达。进一步结合个体发育过程，引导学生认识“基因选择性表达具有不同生长发育时期表达不同基因”“不同细胞表达基因不同”等时间性与空间性特征。由此，创设问题情境“怎样调控基因表达”，引导学生分析必修2 模块中有关资料，得出表观遗传概念，最后，总结“表观遗传信息如何调控基因表达”，促进学生基于表观遗传这一较复杂的生命现象，领悟生命信息观。

“环境因素参与调节植物的生命活动”一节教学时，以“光是怎样调节植物生长发育的”为核心问题，引导学生分析相关资料，得出“光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程”这一生物学概念，并以“植物怎样感受到光照”及“接收到光信号后，植物如何反应进而调节生长发育”等问题，引导学生深刻理解植物适应环境的机理。

二、构建知识网络，形成生命信息观

通过具有挑战性学习活动，促进学生抓住概念的本质属性，构建知识网络，深刻理解基因是最根本的生命信息。生物个体会消失，但遗传信息却可以传给后代，生物个体皆是遗传信息的临时载体。每个生物体的生命活动离不开遗传信息的调控。

指导学生根据大概念“遗传信息控制生物性状，并代代相传”、结构与功能观、物质与能量观及中心法则等剖析有关遗传现象，梳理必修2 模块及选择性必修1 模块相关内容（如表1），阐释生命信息作用机制，构建基因表达概念模型（如图1），深刻理解“生命是物质、能量和信息的统一体”，形成生命信息观，从信息的角度阐释生命的本质。

表1 与基因层面生命信息观相关的现象与概念

图1 基因表达概念模型

三、完成学习任务，深化生命信息观

根据教学目标及学生认知水平，布置适宜的学习任务，促进学生在把握事物本质的基础上，迁移应用所学的知识，深化生命信息观。

“基因的本质”学习之后，指导学生根据重要概念“亲代传给子代的遗传信息主要编码在DNA 分子的碱基排序上”、物质观及生命信息观，分析、解决“多糖和核酸都是由许多单体组成的多聚体，试从组成二者单体种类的角度分析，为什么核酸是遗传信息的携带者”。完成“基因的选择性表达与细胞分化”学习后，要求学生推测胰岛素细胞和肝细胞中是否存在ATP合成酶、胰岛素及谷氨酸转移酶的所对应的基因与mRNA，引导学生应用基因选择性表达过程及其机制进行逆向思维分析，促进学生应用生命信息观解决实际问题。

四、综合应用生命观念，发展生物学学科核心素养

创设综合性的学习情境，有计划、有目的地引导学生应用包括生命信息观在内的多种生命观念，开展高中生物学复习，促进学生深刻地认识生命的系统性、复杂性、统一性与多样性，发展生物学学科核心素养。［2］

例如，进行“稳态与调节”复习教学时，以光调节植物生长发育为例，引导学生综合应用生命信息观与生命系统观，即“各层次生命系统的正常运转都离不开信息的传递。系统中信息的传递保证了系统功能的有序性，实现了系统的稳态，从而使生物能够与环境和谐共处”等生物学观点，认识光作为环境信号，最终可以调节植物遗传信息的表达，使得植物能够更好维持自身系统稳定，适应环境。复习“生物的进化”时，创设问题情境“现代生物进化理论为何认为进化的实质是种群基因频率的改变”，引导学生根据生命信息观与遗传与进化观，深刻认识：种群最根本的特征，不是种群数量，而是种群基因库，即种群的遗传信息。进化本质是时间维度上遗传信息发生改变。这就是“个体会消失，而种群会世代延续”的根本原因。复习“基因的表达”时，引导学生根据生命信息观、物质与能量观，深刻认识：在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA 是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP 为信息的流动提供能量。由此可见，信息本质上不是物质或能量，但是信息的传递、复制、加工和保存都要以物质为载体，并消耗能量。［3］

可见，除了基因层面之外，生物个体及生态系统等层面也蕴含着生命信息观。可以从神经-体液-免疫调节网络和植物激素调节的角度去理解个体层面的生命信息观。如神经调节实质上是通过神经系统将个体接收到的刺激转化为神经冲动和神经递质等形式的信息完成细胞间的信息传递。生态系统层面的生命信息观体现于生态系统的各种组分之间进行信息的双向传递，维持了生态系统结构和功能的相对稳定。