高中生物教學中學生生命信息觀的培養

李鈺賀，宮百慧

（吉林師范大學，吉林 四平 136000）

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課程標準”）中明確指出，普通高中的培養目標是進一步提升學生的綜合素質，著力發展其核心素養[1-2]。其中，生命觀念作為高中生物學學科核心素養中的第一個組分，可以簡單地理解為生物學概念、規律的提煉和升華，是形成科學自然觀和世界觀的基礎。學生應該在較好地理解生物學概念的基礎上形成生命觀念[3-4]。生命是由物質、能量和信息構成的統一體，生命活動離不開信息。然而，在高中生物課堂中，教師往往從物質和能量的角度引導學生理解生命，容易忽略對學生生命信息觀的培養。本研究從生命信息觀的維度出發，整理在高中生物課堂中培養學生生命信息觀的教學思路。

1 生命信息觀概述

生命本質上既是物質的，又是信息的。生命體以物質為基礎，依靠信息來控制和調節[5-6]。在生命系統中，信息承擔著消息、指令或信號的職責，以維持機體的正常運轉。從細胞到生態系統，信息尤為關鍵，并貫穿現代生命科學的全部研究。生命信息觀將信息看作生命的組織形式，是對生命信息特質的抽象概括。生命與信息之間是無法割裂的，沒有信息就沒有生命，沒有生命也就沒有信息。生物教師不能在教學中跳脫信息談生命和生命現象。

1.1 信息在分子水平上的交流與傳遞

基因的表達過程（轉錄和翻譯）是展示遺傳信息在分子水平上流通的完美實例。脫氧核糖核酸（Deoxyribo Nucleic Acid，DNA）分子是由4種脫氧核苷酸組成的多聚體，其遺傳信息就蘊含在這4種脫氧核苷酸的排列順序中[7-8]。轉錄和翻譯是基因指導蛋白質合成過程中的兩個主要步驟。

DNA先在細胞核中轉錄出互補的信使核糖核酸（Messenger Ribonucleic Acid，mRNA），實現遺傳信息從雙鏈DNA分子到單鏈RNA分子的遞送，即轉錄過程；然后，細胞質中的核糖體通過破譯mRNA上蘊含的遺傳密碼合成蛋白質，完成遺傳信息從mRNA分子到蛋白質中氨基酸順序的轉變，即翻譯過程。

在轉錄過程中，雙鏈DNA分子是信息的遞送者，單鏈RNA分子是信息的接收者；在翻譯過程中，單鏈RNA分子是信息的遞送者，氨基酸脫水縮合而成的多肽是信息的接收者。此外，DNA分子的自我復制也是遺傳信息在分子水平上流通的例證。

1.2 信息在細胞水平上的交流與傳遞

組成生物體的蛋白質大多是在細胞質中的核糖體上合成的，各種蛋白質合成之后要分別運送到細胞中的不同部位，保證細胞生命活動的正常進行。有的蛋白質要通過內質網膜進入內質網腔內，成為分泌蛋白；有的蛋白質需要穿過各種細胞器膜進入細胞器，構成細胞器蛋白[9-10]。

在核糖體上合成的分泌蛋白進入內質網腔后，還要經過加工，如折疊、組裝、加上一些糖基團等，才能成為比較成熟的蛋白質。

不同運輸小泡的形成和定向運輸都是由信號指導的。被釋放到細胞外的蛋白質會被運送到指定的位置，這就是分泌蛋白的靶向運輸。機體內的眾多蛋白質能被精準地送達全身各處的原理如下：每個需要運輸的多肽都有一段氨基酸序列，稱為信號肽序列，引導多肽精準地前往不同的轉運系統。

1.3 信息在個體水平上的交流與傳遞

生命體是一個系統，系統的調節需要信息傳遞。激素、神經遞質、淋巴因子等細胞分泌的化學物質作用于靶細胞的受體，將信息輸送至靶細胞[11-12]。“神經—體液—免疫”調節網絡中大多以物質傳遞的方式進行信息傳遞。

1.4 信息在生態系統水平上的交流與傳遞

生命活動的正常進行、生物種群的繁衍和生態系統的穩定都離不開信息的傳遞。生態系統中的信息被分為物理信息、化學信息、行為信息3類，現代科學研究已經將生態系統信息傳遞中所學知識應用于實際生活[13-14]。

2 高中生物學教科書中培養學生生命信息觀的相關內容

人教版普通高中生物教材將課程標準中發展學生核心素養的主張貫穿始終，全面整合了信息在生命中的流動及其功能。其中，必修二“遺傳與進化”模塊中的大部分內容是圍繞遺傳信息展開的，從第一章開始就帶領學生踏上了遺傳信息的發現之旅。遺傳信息的物質載體、復制、轉錄、翻譯直至遺傳信息在生物繁衍過程中的變化、在生物進化過程中的演變等內容，都對培養學生的生命信息觀大有裨益[15-16]。本研究對該模塊前五章內容進行分析和總結，整理適合培養學生生命信息觀的內容，如表1所示。

表1 人教版教科書“遺傳與進化”模塊培養學生生命信息觀的示例

3 在生物學教學中培養學生生命信息觀的途徑和策略

生物學科在培養學生生命信息觀上具有顯著的學科優勢，培養學生的生命信息觀不只要求學生發現生活中的生命信息，還要利用所學知識理解生命現象的各種信息觀原理，懂得利用生命信息觀思考和搭建生物學知識體系。教師在教學中可以利用信息傳遞的特點幫助學生理解生命系統的復雜性，強調在實際生活中對生命信息觀的發掘、理解和應用。本研究從信息傳遞的特點中甄選出以下4點，幫助教師在教學中更好地與生命系統的復雜性相結合，有效培養學生的生命信息觀。

3.1 可傳遞性

信息可借助一定的載體進行傳遞，沒有傳遞就沒有所謂的信息。DNA是主要的遺傳物質，DNA在親代與子代之間的傳遞也攜帶著遺傳信息，以此從親代傳遞到子代，細胞之間、父子之間、種群之間的傳遞都可以用來證明生命信息的可傳遞性。另外，中心法則既高度概括了遺傳信息在不同大分子間的單向傳遞，也詮釋了生命信息的可傳遞性。

3.2 依附性

信息的依附性是指信息必須依附媒介才能傳播，即信息要借助某種符號表現出來，而這些符號又要依附在紙張或其他載體物質上。生命信息也必須依附媒介傳播，如興奮在神經元之間的單向傳播必須由上一個神經元釋放某種化學物質（神經遞質），作用于下一個神經元的胞體或樹突實現。在這一實例中，生命信息無法獨立完成傳播，必須依附在神經遞質上傳遞。

3.3 可處理性

信息的可處理性是指信息如果經過分析和處理往往會產生新的信息，使信息得到增值。基因的選擇性表達是指在細胞分化中，基因在特定的時間和空間條件下有選擇表達的現象，結果是形成了形態結構和生理功能不同的細胞。在基因的表達過程中，DNA上的遺傳信息經過處理后轉移到mRNA前體上，形成mRNA，進而指導蛋白質的合成。

3.4 可貯存性

信息可以貯存，以備他時或他人使用。在免疫調節機制中，對相同病原體的記憶被貯存在記憶細胞中，記憶細胞可以在抗原消失后存活幾年甚至幾十年，再接觸這種抗原時，能迅速增殖分化，分化后快速產生大量抗體。

4 展望

在生物學的教學內容中，存在諸多可以利用信息觀分析理解的實例現象，利用信息觀的思維也能更加直觀清晰地理解生命系統的原理。在中學階段，復雜的生命現象大多被學生理解為一成不變或是有直接因果關系的。此時，教師要在實際教學中合理利用生命信息觀特點和思維指導學生，最終讓學生獨立體會，達到培養學生信息觀的目的。在實踐方面，如何通過教學將生命信息觀的培養切實有效地融入學生的實際生活中、如何檢測學生生命信息觀的培養情況，這些問題都有待進一步研究。