引言在新課標(biāo)對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的明確要求下，生命科學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)革新（如生物信息學(xué)、人工智能）正推動(dòng)生物學(xué)教學(xué)從傳統(tǒng)講授式向數(shù)字化、探究式轉(zhuǎn)型。信息技術(shù)與生物教學(xué)的深度融合，不僅能突破微觀結(jié)構(gòu)抽象性、實(shí)驗(yàn)條件局限性等教學(xué)難點(diǎn)，更能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與實(shí)踐創(chuàng)新能力。本文通過高中、大學(xué)、中職三個(gè)教育階段的典型教學(xué)案例，剖析生物信息技術(shù)融合的實(shí)施路徑、成效及優(yōu)化策略，為一線教師提供可遷移的實(shí)踐范式。一、高中生物學(xué)“基因的表達(dá)”融合教學(xué)案例（一）教學(xué)目標(biāo)與技術(shù)定位結(jié)合新課標(biāo)“遺傳信息的傳遞規(guī)律”要求，教學(xué)目標(biāo)聚焦于理解轉(zhuǎn)錄翻譯的動(dòng)態(tài)過程、掌握基因序列與蛋白質(zhì)功能的關(guān)聯(lián)。針對(duì)微觀過程抽象、序列分析實(shí)操不足的痛點(diǎn)，選用“基因表達(dá)虛擬仿真平臺(tái)”（模擬分子水平動(dòng)態(tài)過程）、NCBI序列分析工具（在線查詢基因序列）、騰訊文檔（小組協(xié)作分析）作為核心技術(shù)工具，構(gòu)建“虛擬探究+真實(shí)數(shù)據(jù)分析”的學(xué)習(xí)場景。（二）教學(xué)實(shí)施過程1.情境導(dǎo)入：展示鐮刀型細(xì)胞貧血癥的臨床病例影像，提出“基因突變?nèi)绾斡绊懙鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)？”的問題，引發(fā)認(rèn)知沖突。2.虛擬探究：學(xué)生通過仿真平臺(tái)自主操作DNA解旋、RNA聚合酶結(jié)合、密碼子-反密碼子配對(duì)等步驟，觀察轉(zhuǎn)錄、翻譯的動(dòng)態(tài)過程。平臺(tái)內(nèi)置“錯(cuò)誤操作反饋”（如堿基配對(duì)錯(cuò)誤時(shí)提示“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定”），幫助學(xué)生糾正“堿基隨機(jī)配對(duì)”等認(rèn)知誤區(qū)。3.序列分析：分組在NCBI數(shù)據(jù)庫中查詢正常血紅蛋白與突變型的基因序列，對(duì)比堿基差異；利用騰訊文檔協(xié)作記錄密碼子變化，推導(dǎo)氨基酸序列差異，繪制“基因-蛋白質(zhì)-性狀”邏輯鏈。4.成果展示：小組用XMind繪制思維導(dǎo)圖，班級(jí)開展“分子機(jī)制辯論會(huì)”，探討“基因突變是否必然導(dǎo)致性狀改變”，深化對(duì)“密碼子簡并性”的理解。（三）教學(xué)成效與反思學(xué)生對(duì)轉(zhuǎn)錄翻譯過程的理解正確率從62%提升至89%，序列分析實(shí)操能力顯著增強(qiáng)。反思發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生因信息技術(shù)基礎(chǔ)薄弱（如數(shù)據(jù)庫檢索技巧）影響效率，后續(xù)需增設(shè)“生物信息學(xué)工具入門”微課時(shí)，配套“數(shù)據(jù)庫檢索流程圖”等可視化指南。二、大學(xué)分子生物學(xué)“蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測”項(xiàng)目式教學(xué)案例（一）教學(xué)目標(biāo)與技術(shù)架構(gòu)面向生物科學(xué)專業(yè)本科生，教學(xué)目標(biāo)是掌握生物信息學(xué)工具的應(yīng)用邏輯、理解“序列-結(jié)構(gòu)-功能”的生物學(xué)關(guān)系。整合BioPython（序列處理）、AlphaFold2（結(jié)構(gòu)預(yù)測）、PyMOL（結(jié)構(gòu)可視化）、Zotero（文獻(xiàn)管理），構(gòu)建“數(shù)據(jù)獲取-分析-可視化-匯報(bào)”的科研式學(xué)習(xí)流程。（二）教學(xué)實(shí)施過程1.項(xiàng)目啟動(dòng)：教師布置“新冠刺突蛋白的結(jié)構(gòu)功能分析”課題，學(xué)生自由組隊(duì)（3-5人），明確“序列分析”“結(jié)構(gòu)預(yù)測”“功能驗(yàn)證”等分工。2.工具培訓(xùn)：通過“微慕課+工作坊”形式，講解BioPython的序列比對(duì)代碼（如`fromBioimportpairwise2;alignments=pairwise2.align.globalxx(seq1,seq2)`）、AlphaFold的提交流程、PyMOL的結(jié)構(gòu)渲染技巧（如`showcartoon,colorbychain`）。4.成果輸出：小組制作“結(jié)構(gòu)-功能”研究報(bào)告，包含序列比對(duì)圖、3D結(jié)構(gòu)模型、功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在“科研論壇”中答辯，教師從“方法科學(xué)性”“邏輯嚴(yán)謹(jǐn)性”“創(chuàng)新點(diǎn)”三方面點(diǎn)評(píng)。（三）教學(xué)成效與反思85%的小組能獨(dú)立完成結(jié)構(gòu)預(yù)測與功能分析，部分成果被推薦至校級(jí)科創(chuàng)競賽。不足在于，AlphaFold的計(jì)算資源受限（免費(fèi)額度不足），需聯(lián)系高校超算中心或購買教育版賬號(hào)；代碼調(diào)試過程中，學(xué)生易因語法錯(cuò)誤受挫，需增設(shè)“代碼排錯(cuò)工作坊”，配套“常見錯(cuò)誤代碼對(duì)照表”。三、中職生物技術(shù)專業(yè)“微生物發(fā)酵工藝”信息化教學(xué)案例（一）教學(xué)目標(biāo)與技術(shù)整合針對(duì)中職學(xué)生的職業(yè)技能培養(yǎng)，教學(xué)目標(biāo)是掌握發(fā)酵過程的參數(shù)調(diào)控、提升工藝優(yōu)化能力。融合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)酵監(jiān)測系統(tǒng)（實(shí)時(shí)采集溫度、pH、溶氧）、OriginPro（數(shù)據(jù)分析）、企業(yè)微信（遠(yuǎn)程協(xié)作），實(shí)現(xiàn)“虛實(shí)結(jié)合”的生產(chǎn)性學(xué)習(xí)。（二）教學(xué)實(shí)施過程1.崗位模擬：學(xué)生分組扮演“發(fā)酵工程師”，接手虛擬企業(yè)的“酸奶發(fā)酵”項(xiàng)目，任務(wù)是優(yōu)化發(fā)酵周期與產(chǎn)品風(fēng)味。2.實(shí)時(shí)監(jiān)測：利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，學(xué)生在教室終端查看發(fā)酵罐的實(shí)時(shí)參數(shù)（溫度25-42℃、pH4.0-5.5等），每隔2小時(shí)記錄數(shù)據(jù)；當(dāng)參數(shù)偏離閾值（如溫度>45℃）時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)推送預(yù)警，學(xué)生需遠(yuǎn)程調(diào)整冷卻系統(tǒng)。3.數(shù)據(jù)分析：用OriginPro繪制“時(shí)間-活菌數(shù)”“pH-風(fēng)味物質(zhì)”的關(guān)聯(lián)曲線，分析不同發(fā)酵條件（如菌種比例、加糖量）對(duì)產(chǎn)物的影響；小組通過企業(yè)微信共享數(shù)據(jù)，協(xié)作撰寫《工藝優(yōu)化方案》。4.成果驗(yàn)證：將優(yōu)化方案提交至校辦實(shí)訓(xùn)基地的真實(shí)發(fā)酵罐驗(yàn)證，對(duì)比虛擬與真實(shí)生產(chǎn)的差異，反思“數(shù)字模型”與“實(shí)際工藝”的偏差原因（如虛擬系統(tǒng)未考慮雜菌污染）。（三）教學(xué)成效與反思學(xué)生的工藝優(yōu)化方案通過率從70%提升至92%，職業(yè)技能證書考核通過率提高15%。但物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的維護(hù)成本較高，部分傳感器易受發(fā)酵液腐蝕，需開發(fā)“虛擬傳感器故障排查”模塊，增強(qiáng)學(xué)生的設(shè)備運(yùn)維能力。四、生物信息技術(shù)融合的策略與優(yōu)化路徑（一）融合策略：從“工具輔助”到“思維建構(gòu)”1.情境化融合：以臨床案例、科研熱點(diǎn)（如CRISPR技術(shù)）為情境，用信息技術(shù)還原真實(shí)問題的解決過程（如用虛擬仿真模擬基因編輯流程），培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)。2.探究式融合：設(shè)計(jì)“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”的探究任務(wù)（如分析癌癥基因組數(shù)據(jù)），讓學(xué)生經(jīng)歷“提出假設(shè)-獲取數(shù)據(jù)-驗(yàn)證假設(shè)”的科研流程，掌握生物信息學(xué)的核心思維（如序列比對(duì)、結(jié)構(gòu)預(yù)測的邏輯）。3.個(gè)性化融合：利用學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)（如雨課堂的答題數(shù)據(jù)），識(shí)別學(xué)生的認(rèn)知薄弱點(diǎn)（如對(duì)“密碼子簡并性”的誤解），推送針對(duì)性的微視頻、虛擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)“一人一策”的精準(zhǔn)教學(xué)。（二）優(yōu)化路徑：突破技術(shù)與教學(xué)的壁壘1.資源建設(shè)：聯(lián)合高校、企業(yè)開發(fā)“生物信息學(xué)教學(xué)資源庫”，包含標(biāo)準(zhǔn)化的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、開源的數(shù)據(jù)分析工具（如簡化版BioPython教程）、真實(shí)科研數(shù)據(jù)集（脫敏處理），降低教師的資源開發(fā)成本。2.教師發(fā)展：構(gòu)建“技術(shù)+教學(xué)”的雙師培訓(xùn)體系，邀請(qǐng)生物信息學(xué)專家講解工具原理，一線教師分享融合課例，通過“工作坊+校本教研”提升教師的技術(shù)整合能力。3.評(píng)價(jià)創(chuàng)新：建立“過程+成果”的多元評(píng)價(jià)體系，過程性評(píng)價(jià)關(guān)注學(xué)生的數(shù)據(jù)分析日志、協(xié)作貢獻(xiàn)度；成果性評(píng)價(jià)重視研究報(bào)告的科學(xué)性、方案的可行性，避免“唯分?jǐn)?shù)”的評(píng)價(jià)傾向。五、結(jié)論與展望生物信息技術(shù)的融合教學(xué)，正推動(dòng)生物學(xué)教育從“知識(shí)傳授”向“素養(yǎng)培育”轉(zhuǎn)型。上述案例表明，通過虛擬仿真、生物信息學(xué)工具、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有機(jī)整合，能有