唐文芝

(安徽省碭山中學(xué))

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版2020年修訂)》(以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)指出:“生命觀念”是生物學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容,“生命觀念”是指對(duì)觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特征進(jìn)行解釋后的抽象,是人們經(jīng)過(guò)實(shí)證后的觀點(diǎn),是能夠理解或解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象的意識(shí)、觀念和思想方法?！吧^念”包括結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等。在《課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的這四條觀念的基礎(chǔ)上,許多學(xué)者又進(jìn)一步提煉出生命的系統(tǒng)觀、生態(tài)觀、信息觀等。

信息在生命系統(tǒng)(小到細(xì)胞,大到生態(tài)系統(tǒng))中有重要作用,對(duì)它的研究貫穿現(xiàn)代生命科學(xué)從微觀到宏觀的全部。生命的信息觀與《課程標(biāo)準(zhǔn)》中生命的物質(zhì)和能量觀結(jié)合后,是對(duì)生命更準(zhǔn)確的概括和總結(jié),即生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。本文以近年高考試題為研究對(duì)象,分析其中的“信息觀”并提出建議,以期達(dá)到好的教學(xué)效果。

1.信息觀在近年高考試題中的體現(xiàn)

1.1 分子與細(xì)胞水平的信息觀

例1.(2023全國(guó)乙卷5題)已知某種氨基酸(簡(jiǎn)稱甲)是一種特殊氨基酸,迄今只在某些古菌(古細(xì)菌)中發(fā)現(xiàn)含有該氨基酸的蛋白質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)這種情況出現(xiàn)的原因是,這些古菌含有特異的能夠轉(zhuǎn)運(yùn)甲的tRNA(表示為tRNA甲)和酶E,酶E催化甲與tRNA甲結(jié)合生成攜帶了甲的tRNA甲(表示為甲-tRNA甲),進(jìn)而將甲帶入核糖體參與肽鏈合成。已知tRNA甲可以識(shí)別大腸桿菌mRNA中特定的密碼子,從而在其核糖體上參與肽鏈的合成。若要在大腸桿菌中合成含有甲的肽鏈,則下列物質(zhì)或細(xì)胞器中必須轉(zhuǎn)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)的是

( )

①ATP ②甲 ③RNA聚合酶 ④古菌的核糖體 ⑤酶E的基因 ⑥tRNA甲的基因

A.②⑤⑥ B.①②⑤ C.③④⑥ D.②④⑤

【答案】A

【試題分析】本題利用基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成過(guò)程、基因工程的相關(guān)內(nèi)容,考查了信息觀的生命觀念?；?qū)⑿畔鬟f到蛋白質(zhì),基因在不同生物之間正確表達(dá),都體現(xiàn)了遺傳信息的傳遞過(guò)程。根據(jù)題干信息“已知tRNA甲可以識(shí)別大腸桿菌mRNA 中特定的密碼子,從而在其核糖體上參與肽鏈的合成”,說(shuō)明該肽鏈合成所需能量、核糖體、RNA聚合酶均由大腸桿菌提供,①③④不符合題意;據(jù)題意可知,氨基酸甲是一種特殊氨基酸,迄今只在某些古菌(古細(xì)菌)中發(fā)現(xiàn)含有該氨基酸的蛋白質(zhì),所以要在大腸桿菌中合成含有甲的肽鏈,必須往大腸桿菌中轉(zhuǎn)入氨基酸甲,②符合題意;古菌含有特異的能夠轉(zhuǎn)運(yùn)甲的tRNA(表示為tRNA甲)和酶E,酶E催化甲與tRNA甲結(jié)合生成攜帶了甲的tRNA甲(表示為甲-tRNA甲),進(jìn)而將甲帶入核糖體參與肽鏈合成,所以大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)要含有tRNA甲的基因以便合成tRNA甲,也要含有酶E的基因以便合成酶E,⑤⑥符合題意。

例2.(2021山東卷1題)高爾基體膜上的RS受體特異性識(shí)別并結(jié)合含有短肽序列RS的蛋白質(zhì),以出芽的形式形成囊泡,通過(guò)囊泡運(yùn)輸?shù)姆绞綄㈠e(cuò)誤轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體的該類蛋白運(yùn)回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)并釋放。RS受體與RS的結(jié)合能力隨pH升高而減弱。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

( )

A.消化酶和抗體不屬于該類蛋白

B.該類蛋白運(yùn)回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的過(guò)程消耗ATP

C.高爾基體內(nèi)RS受體所在區(qū)域的pH比內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的pH高

D.RS功能的缺失可能會(huì)使高爾基體內(nèi)該類蛋白的含量增加

【答案】C

【試題分析】本題考查了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)通過(guò)囊泡運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)內(nèi)容,囊泡的運(yùn)輸是在細(xì)胞精準(zhǔn)的調(diào)控下的運(yùn)輸,這種精準(zhǔn)的調(diào)控離不開(kāi)細(xì)胞內(nèi)信息的交流。根據(jù)題干信息,高爾基體產(chǎn)生的囊泡將錯(cuò)誤轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體的蛋白質(zhì)運(yùn)回內(nèi)質(zhì)網(wǎng),即這類蛋白質(zhì)不應(yīng)該運(yùn)輸至高爾基體,而消化酶和抗體屬于分泌蛋白,需要運(yùn)輸至高爾基體并發(fā)送至細(xì)胞外,所以消化酶和抗體不屬于該類蛋白,A正確;細(xì)胞通過(guò)囊泡運(yùn)輸需要消耗能量ATP,B正確;根據(jù)題干信息“RS受體特異性識(shí)別并結(jié)合含有短肽序列RS的蛋白質(zhì)” “RS受體與RS的結(jié)合能力隨pH升高而減弱”,如果高爾基體內(nèi)RS受體所在區(qū)域的pH比內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的pH高,則兩者結(jié)合能力會(huì)減弱,可以推測(cè)高爾基體內(nèi)RS受體所在區(qū)域的pH比內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的pH低,C錯(cuò)誤;通過(guò)題干“RS受體特異性識(shí)別并結(jié)合含有短肽序列RS的蛋白質(zhì),通過(guò)囊泡運(yùn)輸?shù)姆绞綄㈠e(cuò)誤轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體的該類蛋白運(yùn)回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)并釋放”,可以得出結(jié)論,如果RS的功能缺失,受體不能和錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)結(jié)合,并運(yùn)回內(nèi)質(zhì)網(wǎng),會(huì)使高爾基體內(nèi)該類蛋白的含量增加,D正確。

【分子與細(xì)胞水平體現(xiàn)信息觀實(shí)例拓展】分泌蛋白合成過(guò)程中信號(hào)肽被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)識(shí)別并起引導(dǎo)作用;分泌蛋白合成運(yùn)輸過(guò)程中,囊泡的形成和移動(dòng)都由信號(hào)指導(dǎo);細(xì)胞間可以通過(guò)信號(hào)識(shí)別和胞間連絲等方式進(jìn)行信息交流,體現(xiàn)細(xì)胞信息交流的方式多種多樣;細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的過(guò)程也是在信息的調(diào)控下實(shí)現(xiàn)的;光合作用與呼吸作用的進(jìn)行也離不開(kāi)信息的作用;基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過(guò)程,就是遺傳信息從DNA到RNA,進(jìn)而流向蛋白質(zhì)的過(guò)程;DNA的自我復(fù)制也體現(xiàn)了信息在分子水平上的流通;基因工程也是人類利用生物學(xué)遺傳信息進(jìn)行的操作。

1.2 個(gè)體水平的信息觀

例3.(2023廣東卷15題)種植和欣賞水仙是廣東的春節(jié)習(xí)俗。當(dāng)室外栽培的水仙被移入室內(nèi)后,其體內(nèi)會(huì)發(fā)生一系列變化,導(dǎo)致徒長(zhǎng)甚至倒伏。下列分析正確的是

( )

A.水仙光敏色素感受的光信號(hào)發(fā)生改變

B.水仙葉綠素傳遞的光信號(hào)發(fā)生改變

C.水仙轉(zhuǎn)入室內(nèi)后不能發(fā)生向光性彎曲

D.強(qiáng)光促進(jìn)了水仙花莖及葉的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)

【答案】A

【試題分析】本題考查了環(huán)境因素參與調(diào)節(jié)植物生命活動(dòng)的相關(guān)內(nèi)容,在自然界中,種子的萌發(fā),植株生長(zhǎng)、開(kāi)花、衰老等,都會(huì)受到光的調(diào)控。光作為一種信號(hào),影響、調(diào)控植物生長(zhǎng)、發(fā)育的全過(guò)程。當(dāng)室外栽培的水仙被移入室內(nèi)后,光信號(hào)發(fā)生變化,光照強(qiáng)度減弱,光敏色素作為光信號(hào)的受體感受到光信號(hào)發(fā)生改變,影響相關(guān)基因的表達(dá),進(jìn)而導(dǎo)致水仙徒長(zhǎng)甚至倒伏,A正確、D錯(cuò)誤;葉綠素可以吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能,葉綠素本身不傳遞光信號(hào),B錯(cuò)誤;植物的向光性是指在單側(cè)光的作用下,向光側(cè)生長(zhǎng)素濃度低于背光側(cè),導(dǎo)致背光側(cè)生長(zhǎng)快,向光側(cè)生長(zhǎng)慢,植物向光彎曲。水仙轉(zhuǎn)入室內(nèi)后,若給以單側(cè)光,植物仍可以發(fā)生向光彎曲,C錯(cuò)誤。

例4.(2023新課標(biāo)卷32題)人在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生一系列生理變化,機(jī)體可通過(guò)神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)?；卮鹣铝袉?wèn)題。

(1)運(yùn)動(dòng)時(shí),某種自主神經(jīng)的活動(dòng)占優(yōu)勢(shì)使心跳加快,這種自主神經(jīng)是________。

(2)劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí),機(jī)體耗氧量增加、葡萄糖氧化分解產(chǎn)生大量CO2,CO2進(jìn)入血液使呼吸運(yùn)動(dòng)加快。CO2使呼吸運(yùn)動(dòng)加快的原因是________________。

(3)運(yùn)動(dòng)時(shí)葡萄糖消耗加快,胰高血糖素等激素分泌增加,以維持血糖相對(duì)穩(wěn)定。胰高血糖素在升高血糖濃度方面所起的作用是________________________。

(4)運(yùn)動(dòng)中出汗失水導(dǎo)致細(xì)胞外液滲透壓升高,垂體釋放的某種激素增加,促進(jìn)腎小管、集合管對(duì)水的重吸收,該激素是________。若大量失水使細(xì)胞外液量減少以及血鈉含量降低時(shí),可使醛固酮分泌增加。醛固酮的主要生理功能是________________________。

【參考答案】(1)交感神經(jīng) (2)人體劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí),呼吸作用增強(qiáng),耗氧量增大,同時(shí)產(chǎn)生的CO2增多,刺激呼吸中樞,加快呼吸運(yùn)動(dòng)的頻率 (3)促進(jìn)肝糖原分解成葡萄糖,促進(jìn)非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變成糖 (4)抗利尿激素 促進(jìn)腎小管和集合管對(duì)Na+的重吸收,維持血鈉含量的平衡

【試題分析】本題考查了動(dòng)物生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)的相關(guān)內(nèi)容。動(dòng)物通過(guò)神經(jīng)—體液—免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)來(lái)維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。神經(jīng)、體液、免疫的調(diào)節(jié)都離不開(kāi)信息的傳遞和交流,神經(jīng)遞質(zhì)、通過(guò)體液運(yùn)輸起調(diào)節(jié)作用的物質(zhì)(比如激素、CO2等)、細(xì)胞因子均是信息分子,參與調(diào)節(jié)生命活動(dòng)。(1)自主神經(jīng)包括交感神經(jīng)和副交感神經(jīng),運(yùn)動(dòng)時(shí),交感神經(jīng)的活動(dòng)占優(yōu)勢(shì),表現(xiàn)為心跳加快,支氣管擴(kuò)張,但胃腸的蠕動(dòng)和消化腺的分泌活動(dòng)減弱。(2)人體的呼吸中樞位于腦干,劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí),血液中二氧化碳增多,刺激感受器產(chǎn)生興奮,傳至呼吸中樞,導(dǎo)致呼吸加深加快,肺的通氣量增加,排出體內(nèi)過(guò)多的二氧化碳。(3)胰高血糖素是機(jī)體中能夠升高血糖的激素之一,該激素主要作用于肝臟,促進(jìn)肝糖原分解成葡萄糖進(jìn)入血液,促進(jìn)非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變成糖,使血糖回升到正常水平。(4)細(xì)胞外液滲透壓升高時(shí),抗利尿激素分泌增多,可以促進(jìn)腎小管、集合管對(duì)水的重吸收,使?jié)B透壓恢復(fù)正常;醛固酮是由腎上腺皮質(zhì)分泌的一種激素,其主要生理功能是促進(jìn)腎小管和集合管對(duì)Na+的重吸收,維持血鈉含量的平衡。

【個(gè)體水平體現(xiàn)信息觀實(shí)例拓展】神經(jīng)—體液—免疫調(diào)節(jié)的整個(gè)過(guò)程,都滲透了生命系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的維持離不開(kāi)信息的傳遞和調(diào)控;植物生命活動(dòng)中,激素、光照等環(huán)境因素,都可作為信息對(duì)植物的生命活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.3 群體水平的信息觀

例5.(2022湖南卷8題)稻-蟹共作是以水稻為主體、適量放養(yǎng)蟹的生態(tài)種養(yǎng)模式,常使用燈光誘蟲(chóng)殺蟲(chóng)。水稻為蟹提供遮蔽場(chǎng)所和氧氣,蟹能攝食害蟲(chóng)、蟲(chóng)卵和雜草,其糞便可作為水稻的肥料。下列敘述正確的是

( )

A.該種養(yǎng)模式提高了營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的能量傳遞效率

B.采用燈光誘蟲(chóng)殺蟲(chóng)利用了物理信息的傳遞

C.硬殼蟹(非蛻殼)攝食軟殼蟹(蛻殼)為捕食關(guān)系

D.該種養(yǎng)模式可實(shí)現(xiàn)物質(zhì)和能量的循環(huán)利用

【答案】B

【試題分析】本題考查了群落、生態(tài)系統(tǒng)的功能以及生態(tài)農(nóng)業(yè)等相關(guān)內(nèi)容,生態(tài)系統(tǒng)的信息種類包括物理信息、化學(xué)信息和行為信息。信息傳遞在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用主要有兩個(gè)方面:一是提高農(nóng)產(chǎn)品和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量;二是對(duì)有害動(dòng)物進(jìn)行控制。能量傳遞效率是指相鄰兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間同化量的比值,該模式提高了能量的利用率,但不能提高能量的傳遞效率,A錯(cuò)誤;生態(tài)系統(tǒng)的物理信息有光、聲、溫度、濕度、磁力等,采用燈光誘蟲(chóng)殺蟲(chóng)利用了光,是物理信息的傳遞,B正確;捕食關(guān)系是指群落中兩個(gè)物種之間的關(guān)系,硬殼蟹(非蛻殼)和軟殼蟹(蛻殼)屬于同一物種,兩者之間不屬于捕食關(guān)系,C錯(cuò)誤;生態(tài)系統(tǒng)中的能量傳遞是單向的,不能循環(huán)利用,D錯(cuò)誤。

【群體水平體現(xiàn)信息觀實(shí)例拓展】生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞在個(gè)體之間以及群體之間都是不可或缺的,具有重要意義。同時(shí)人們還可以將信息傳遞應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,以幫助人類更好地生存。

2.教學(xué)建議

生命信息觀貫穿于整個(gè)高中生物的內(nèi)容中,想要更好的發(fā)展學(xué)生的信息觀,就要在教學(xué)中不斷的滲透、整合信息觀。不能滿足于讓學(xué)生找到生命活動(dòng)中的信息,更要讓學(xué)生理解并利用它來(lái)解釋或解決生物學(xué)有關(guān)問(wèn)題。

2.1 注重教學(xué)中信息觀的滲透和整合

“信息觀”的相關(guān)生物學(xué)知識(shí)內(nèi)容較廣、范圍大,在新課教學(xué)中,應(yīng)將信息觀滲透到平時(shí)的教學(xué)中,設(shè)計(jì)合理的情境、結(jié)合問(wèn)題串使學(xué)習(xí)層層遞進(jìn),達(dá)到好的教學(xué)效果。在復(fù)習(xí)課中,以系統(tǒng)化原則設(shè)計(jì)單元教學(xué),將生命系統(tǒng)劃分為分子、細(xì)胞、個(gè)體、群體等層次,再?gòu)南到y(tǒng)的整體性、有序性和反饋性出發(fā)設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程,這樣有利于學(xué)生逐步構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò),由局部到整體形成“信息觀”。

2.2 關(guān)注科學(xué)思維的發(fā)展

新課標(biāo)背景下,學(xué)生學(xué)習(xí)的目的并不只是獲取知識(shí),而是形成相應(yīng)的學(xué)科思維,利用學(xué)科知識(shí)解釋生命現(xiàn)象或者解決生產(chǎn)生活中的問(wèn)題,將所學(xué)知識(shí)最終轉(zhuǎn)化生物學(xué)科素養(yǎng)。比如分子與細(xì)胞水平的信息觀內(nèi)容抽象,高考題中相關(guān)題目的情境較為復(fù)雜,教學(xué)中可以“囊泡的運(yùn)輸”為例,通過(guò)啟發(fā)、解釋、發(fā)展等方式,引導(dǎo)學(xué)生分析,綜合、歸納掌握其中包含的信息調(diào)節(jié)路徑,認(rèn)同生命的信息觀。

2.3 加強(qiáng)深度學(xué)習(xí),建立信息觀和其他生命觀念的聯(lián)系