指向生命觀念形成的高中生物學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)

摘" 要：生命觀念是高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的重要組成成分，具有獨(dú)特的育人價(jià)值。本文以“生命系統(tǒng)的信息傳遞”專題復(fù)習(xí)為例，引導(dǎo)學(xué)生形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀、結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀等生命觀念，進(jìn)而用生命觀念認(rèn)識(shí)生物的多樣性、統(tǒng)一性、獨(dú)特性和復(fù)雜性，形成科學(xué)的自然觀和世界觀，并以此探究生命活動(dòng)規(guī)律，解決實(shí)際問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提高。

關(guān)鍵詞：生命觀念；專題復(fù)習(xí)；生命系統(tǒng)的信息傳遞

文章編號(hào)：1003-7586（2024）12-0033-04" 中圖分類號(hào)：G633.91" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

基金項(xiàng)目：（1）江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究2022年度第十四期課題“學(xué)習(xí)進(jìn)階視域下的高中生物概念轉(zhuǎn)變教學(xué)研究”（2021JY14-ZB109）；（2）江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究2023年度第十五期課題“指向生命觀念形成的高中生物學(xué)概念教學(xué)的實(shí)踐研究”（2023JY15-L253）。

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）明確提出發(fā)展學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，其中，生命觀念作為生物學(xué)區(qū)別于其他學(xué)科的關(guān)鍵素養(yǎng)，是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的基石和標(biāo)志。［1］生命觀念的價(jià)值在于，其培養(yǎng)過(guò)程能促使學(xué)生逐漸形成解決問(wèn)題的思維方式，進(jìn)而獲得認(rèn)識(shí)和改造世界的世界觀和方法論。生命觀念存在于高中生物學(xué)課程中絕大多數(shù)的重要概念中，學(xué)生需要基于對(duì)生物學(xué)事實(shí)的認(rèn)識(shí)及概念性知識(shí)的理解才能逐步形成生命觀念。

如何在指導(dǎo)學(xué)生備戰(zhàn)高考的同時(shí)兼顧對(duì)學(xué)生生命觀念的培養(yǎng)，是高三教師需要重點(diǎn)思考的問(wèn)題。因此，筆者設(shè)計(jì)“生命系統(tǒng)的信息傳遞”專題復(fù)習(xí)方案，旨在幫助學(xué)生形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀、結(jié)構(gòu)與功能觀及物質(zhì)與能量觀等生命觀念，以此促進(jìn)生物學(xué)學(xué)科育人價(jià)值的深度轉(zhuǎn)化。

1" 確定素養(yǎng)目標(biāo)，把握概念內(nèi)涵

“生命系統(tǒng)的信息傳遞”專題包含細(xì)胞內(nèi)信息傳遞、細(xì)胞間信息傳遞及生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞等內(nèi)容，主要涉及人教版普通高中教科書(shū)《生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》第3章第1節(jié)、《生物學(xué)·必修2·遺傳與進(jìn)化》第4章第1節(jié)、《生物學(xué)·選擇性必修1·穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》第2—5章及《生物學(xué)·選擇性必修2·生物與環(huán)境》第5章第4節(jié)。學(xué)生通過(guò)前期的學(xué)習(xí)，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到信息傳遞對(duì)維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)具有關(guān)鍵作用。然而，學(xué)生對(duì)于從微觀到宏觀層面的信息傳遞過(guò)程的認(rèn)識(shí)仍較碎片化，且對(duì)于信息傳遞如何維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)也缺乏整體性認(rèn)知。因此，教師有必要設(shè)計(jì)“生命系統(tǒng)的信息傳遞”這一專題復(fù)習(xí)課，幫助學(xué)生層層深入

地構(gòu)建穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制的概念框架，從而提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

教師在設(shè)計(jì)本節(jié)復(fù)習(xí)課時(shí)需對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行整合，通過(guò)一系列生物學(xué)事實(shí)讓學(xué)生對(duì)“生命系統(tǒng)的信息傳遞”進(jìn)行深入探討，逐步形成生命觀念。

筆者基于《課程標(biāo)準(zhǔn)》和學(xué)情分析確定了如下教學(xué)目標(biāo)。

（1）通過(guò)構(gòu)建細(xì)胞內(nèi)遺傳信息傳遞過(guò)程的模型，提升歸納與概括、模型與建模能力，建立結(jié)構(gòu)與功能觀。

（2）通過(guò)對(duì)細(xì)胞間信息傳遞模式圖和實(shí)例的分析，構(gòu)建細(xì)胞間信息傳遞的概念體系，在解決信息傳遞問(wèn)題的過(guò)程中，提升科學(xué)探究能力，認(rèn)同動(dòng)植物機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)依賴信息傳遞。

（3）通過(guò)構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞模型，認(rèn)識(shí)到生態(tài)平衡離不開(kāi)信息傳遞，樹(shù)立人與自然和諧相處的觀念，提高維護(hù)生態(tài)平衡、保護(hù)環(huán)境的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

（4）通過(guò)分析信息傳遞在整個(gè)生命系統(tǒng)中的作用，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)到生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體，建立物質(zhì)與能量觀，逐步形成生命觀念。

主線式情境的設(shè)計(jì)可以幫助學(xué)生在已有知識(shí)體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行有機(jī)整合，從而構(gòu)建概念體系。因此，筆者以“興化千垛油菜花”為主題，對(duì)細(xì)胞內(nèi)信息傳遞、細(xì)胞間信息傳遞及生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞相關(guān)知識(shí)進(jìn)行整合，采用主線式情境貫穿課堂，引導(dǎo)學(xué)生在情境中構(gòu)建概念體系，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)（見(jiàn)圖1）。

2" 設(shè)計(jì)情境主線，構(gòu)建概念體系

2.1" 穩(wěn)態(tài)與平衡觀分析生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞及意義

教師首先播放興化千垛油菜花節(jié)的相關(guān)宣傳視頻，創(chuàng)設(shè)本地油菜花節(jié)這一特定情境，引導(dǎo)學(xué)生從生命觀念的角度對(duì)生命系統(tǒng)的信息傳遞進(jìn)行深度剖析。然后教師提供子情境1，并說(shuō)明每到清明時(shí)節(jié)，江蘇興化千垛油菜花進(jìn)入花期。教師通過(guò)視頻資料引起學(xué)生的探究興趣，并提出問(wèn)題：結(jié)合情境中的具體實(shí)例，說(shuō)出視頻資料中的信息種類，分別體現(xiàn)了信息傳遞在生態(tài)系統(tǒng)中的哪些作用。學(xué)生結(jié)合視頻資料，回憶生態(tài)系統(tǒng)中的信息種類及信息傳遞的作用，從宏觀角度嘗試構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞概念圖并進(jìn)行展示（見(jiàn)圖2）。

構(gòu)建概念圖的過(guò)程不僅可以幫助學(xué)生厘清各個(gè)概念之間的層級(jí)關(guān)系和邏輯結(jié)構(gòu)，還能夠幫助學(xué)生形成生命物質(zhì)觀、能量觀、穩(wěn)態(tài)觀。［2］學(xué)生在構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞概念圖時(shí)，能夠自主完成概念的整合，并在討論的過(guò)程中完善對(duì)概念的理解，形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

2.2" 結(jié)構(gòu)與功能觀分析植物的信息傳遞及意義

教師提供子情境2，并說(shuō)明2024年興化干垛油菜花節(jié)出現(xiàn)的特殊情況：清明節(jié)前油菜花節(jié)門票已大量售出，但當(dāng)節(jié)日來(lái)臨時(shí)，景區(qū)內(nèi)卻只見(jiàn)翠綠的花苞，完全盛開(kāi)的油菜花數(shù)量稀少。教師據(jù)此提出問(wèn)題：“為何今年油菜花的花期推遲？”并引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有生活經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)聯(lián)想到溫度作為環(huán)境因素的作用。教師繼續(xù)提問(wèn)：溫度影響油菜花開(kāi)花的機(jī)制有哪些？隨后，教師展示補(bǔ)充資料：泰州興化大面積種植的甘藍(lán)型油菜花，屬于半冬性油菜，其生長(zhǎng)周期中必經(jīng)一定時(shí)長(zhǎng)的低溫春化，花芽才能在春季隨著溫度的升高開(kāi)始發(fā)育（見(jiàn)圖3）。

教師根據(jù)資料提出問(wèn)題：晚秋環(huán)境信號(hào)下，花芽的生長(zhǎng)為何受到抑制而處于休眠狀態(tài)？深冬低溫誘導(dǎo)最終促使油菜花春天開(kāi)放的機(jī)理是什么？

學(xué)生通過(guò)資料，分析討論得出：晚秋環(huán)境信號(hào)誘導(dǎo)基因2的表達(dá)，促進(jìn)脫落酸的合成，脫落酸可以抑制基因1的表達(dá)從而抑制蛋白質(zhì)1的合成，導(dǎo)致其不能促進(jìn)花芽生長(zhǎng)最終進(jìn)入休眠。深冬低溫信號(hào)可以誘導(dǎo)基因3的表達(dá)，促進(jìn)赤霉素的合成，進(jìn)而促進(jìn)基因1的表達(dá)及蛋白質(zhì)1的合成，最終促進(jìn)花芽生長(zhǎng)。

教師利用問(wèn)題串的方式，引導(dǎo)學(xué)生在思考過(guò)程中逐漸認(rèn)識(shí)到，溫度作為一種信息能夠觸發(fā)植物體內(nèi)一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程的改變，進(jìn)而影響植物的性狀。隨后，教師利用“環(huán)境因素、植物激素和基因表達(dá)調(diào)控”的概念引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建如圖4所示的概念關(guān)系。

教師繼續(xù)提問(wèn)：基因表達(dá)過(guò)程中是否存在信息傳遞？學(xué)生通過(guò)構(gòu)建細(xì)胞內(nèi)信息傳遞過(guò)程概念圖（見(jiàn)圖5），認(rèn)識(shí)到各個(gè)層次的生命活動(dòng)中都存在著信息傳遞，理解信息傳遞的過(guò)程不僅體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與功能觀，還體現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)與平衡觀，進(jìn)而逐漸形成生命觀念。

2.3" 結(jié)構(gòu)與功能觀分析動(dòng)物的信息傳遞及意義

2.3.1" 血糖調(diào)節(jié)

細(xì)胞間信息傳遞涉及多個(gè)信息分子種類與作用方式，相關(guān)知識(shí)較多且易混淆。因此，教師運(yùn)用知識(shí)塊幫助學(xué)生重構(gòu)知識(shí)體系很有必要。動(dòng)物生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)在高中生物學(xué)教學(xué)中占據(jù)重要地位。為此教師提供子情境3并提出問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考：人體在饑餓時(shí)，血糖水平仍能維持在正常范圍內(nèi)，此過(guò)程中參與血糖調(diào)節(jié)的激素主要是哪兩種？

兩種激素維持血糖平衡的機(jī)理是什么？

教師介紹胰高血糖素和胰島素的作用原理，將學(xué)生引入動(dòng)物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)的學(xué)習(xí)（見(jiàn)圖6、圖7）。教師根據(jù)作用原理繼續(xù)提出問(wèn)題：胰高血糖素的作用發(fā)生在血糖水平下降還是升高時(shí)？腎上腺素和胰高血糖素是如何發(fā)揮作用的？胰島素與受體結(jié)合后激活酪氨酸激酶可以引發(fā)哪些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)？

學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)結(jié)合圖形分析得出：圖6中胰高血糖素的作用發(fā)生在血糖水平下降過(guò)程中，腎上腺素和胰高血糖素通過(guò)一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)引起肝糖原分解，使血糖水平升高?；趯?duì)圖6的分析，學(xué)生能夠了解細(xì)胞間信息傳遞過(guò)程中必須有信息分子和受體的結(jié)合，信息傳遞過(guò)程中的G蛋白偶聯(lián)受體保證了信息傳遞的正常進(jìn)行?；趯?duì)圖7的分析，學(xué)生能夠掌握信息傳遞過(guò)程中酶聯(lián)受體的功能。

通過(guò)一系列圖形分析，學(xué)生明晰了細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)信息傳遞的過(guò)程，構(gòu)建了知識(shí)體系，形成了邏輯思維，提升了歸納概括與組織表達(dá)的能力。

2.3.2" 體液調(diào)節(jié)

血糖平衡調(diào)節(jié)過(guò)程主要是激素的參與，但是動(dòng)物生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)中，神經(jīng)—體液調(diào)節(jié)過(guò)程中的信息傳遞更是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在高考中占有很大比重。教師提供子情境4：當(dāng)外界溫度較低時(shí)，機(jī)體會(huì)分泌更多的甲狀腺激素，提高細(xì)胞代謝的速率，使機(jī)體產(chǎn)生更多的熱量。教師據(jù)此提出問(wèn)題：寒冷刺激是如何經(jīng)由冷覺(jué)感受器傳入下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞的？該過(guò)程中的效應(yīng)器是什么？興奮在神經(jīng)元之間是如何傳遞的？借助了哪個(gè)結(jié)構(gòu)？

教師根據(jù)問(wèn)題提供突觸結(jié)構(gòu)及甲狀腺激素的作用機(jī)制相關(guān)內(nèi)容。

學(xué)生根據(jù)突觸結(jié)構(gòu)，回憶起興奮在神經(jīng)元之間的傳遞需要神經(jīng)遞質(zhì)與突觸后膜上的受體結(jié)合，使突觸后膜上的離子通道發(fā)生變化，從而引發(fā)電位變化。神經(jīng)遞質(zhì)與受體未結(jié)合前通道保持關(guān)閉，結(jié)合后通道打開(kāi)，離子擴(kuò)散，教師由此說(shuō)明與神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)合的受體也是某種離子通道，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)信息傳遞過(guò)程中的第三種受體“離子通道”，進(jìn)一步理解信息傳遞的機(jī)制。

教師提出問(wèn)題：甲狀腺激素是如何提高細(xì)胞代謝速率的？學(xué)生分析得出：甲狀腺激素以自由擴(kuò)散的方式進(jìn)入細(xì)胞，轉(zhuǎn)化成三碘甲狀腺原氨酸（T3），再進(jìn)入細(xì)胞核，與核內(nèi)的T3受體結(jié)合，調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)與相關(guān)蛋白質(zhì)的合成，從而提高細(xì)胞代謝速率。通過(guò)對(duì)作用機(jī)制的分析，學(xué)生能夠遵循科學(xué)探究的一般規(guī)律，從宏觀現(xiàn)象延伸到微觀機(jī)制，發(fā)展科學(xué)探究能力，形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀、結(jié)構(gòu)與功能觀。

3" 完善概念模型，形成生命觀念

生命觀念作為生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是貫穿生物學(xué)學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的主線。［3］本節(jié)復(fù)習(xí)課以“生命系統(tǒng)的信息傳遞”為主題，分析了生命系統(tǒng)的信息種類、信息受體及信息傳遞的作用。學(xué)生首先通過(guò)宏觀分析生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞作用，明確信息傳遞在維持生態(tài)平衡方面的作用，再通過(guò)微觀分析動(dòng)植物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程中信息的來(lái)源和信息受體的種類，掌握三種典型的信息受體及作用。通過(guò)專題復(fù)習(xí)，學(xué)生能夠理解信息分子在與特異性受體結(jié)合后，通過(guò)一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來(lái)調(diào)控基因的表達(dá)或者細(xì)胞代謝，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的生理效應(yīng)來(lái)維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài)。概念與生命觀念不可分割，生命觀念的建立需要以概念理解為基礎(chǔ)，同時(shí)也需要依靠概念來(lái)表達(dá)。因此，本節(jié)復(fù)習(xí)課最后可以通過(guò)讓學(xué)生嘗試構(gòu)建生命系統(tǒng)的信息傳遞概念模型（見(jiàn)圖8），以提升學(xué)生的科學(xué)思維，建立信息與調(diào)控的系統(tǒng)觀。結(jié)構(gòu)化概念的構(gòu)建過(guò)程也是學(xué)生思維外顯的過(guò)程［4］，學(xué)生在繪制概念圖時(shí)，能夠進(jìn)一步厘清概念的內(nèi)涵和外延。教師在高三生物學(xué)復(fù)習(xí)課中以生命觀念為線索進(jìn)行教學(xué)，可幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生將概念有機(jī)整合到已有的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中。

學(xué)生在構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)形成相應(yīng)的生命觀念，并運(yùn)用這些生命觀念理解生命現(xiàn)象，從而更深入地了解生命的本質(zhì)，發(fā)展自身的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

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