在高中生物学习中，“遗传和进化”是三大必修模块之一，与我们的生活实际紧密联系。但由于这方面知识非常抽象，以微观层面知识为主，因此，在常规条件下，学习这方面知识非常困难。学生在学习这方面知识时，普遍存在厌学情况。急需新的讲解、认知和探究的资源和工具，为学生构建有效的学习环境。实践证明，通过信息技术构建“遗传与进化”的有效学习环境是可行的，也是目前比较有效的途径。近年来，在应用信息技术构建“遗传与进化”的学习环境方面，在高中阶段开展的研究和应用较多，曾有很多学者从不同方面做了大量的研究和应用，但在总体上看，效果并不理想。主要原因是，信息技术与“遗传和进化”的融合思路和方法有问题，导致即使有技术含量高的软件，但缺乏针对性和有效性；从融合层次上看，主要是平移性和按整合点两种层次，对“遗传和进化”的领域模型没有深入分析，而领域模型不科学或缺失，技术的应用是很难产生效果的；支撑环境与资源主要以专题网站或专用软件为主，针对“遗传与进化”模块的某个或某类知识点，而缺乏对“遗传与进化”模块的系统分析与整体考虑，从而缺乏体现共性规律、又能满足个性化学习的简易工具；主要利用社会性软件进行学习沟通与协作，缺少针对生物学科的沟通交流工具。本论文定位于解决高中生物“遗传与进化”模块中的领域模型研究缺失、学习系统缺乏系统性以及缺乏学科内容共性基础支撑工具的问题。论文以软件工程方法学贯穿其中，首先以高中生物“遗传与进化”模块为研究对象，以建构主义学习理论为理论基础，以对“遗传与进化”模块的教学现状及需求分析为现实依据，以智慧教育及高阶思维培养为价值取向，以“遗传与进化”模块学习中的整合点和解决办法为核心，在分析数字化学习环境构成要素的基础上，构建了“遗传与进化”领域模型。然后依据所提出的“遗传与进化”领域模型，从学科应用、支撑工具和公共服务平台三层进行了总体设计，其中学科应用层包括基本知识与规律认知工具、生命现象解释训练工具，以及生产应用探究工具；支撑工具层具体包括学科教学工具、虚拟仿真实验室、教学资源库、网络题库系统、互动交流工具等；公共服务平台包括服务器虚拟化、云存储技术和网络基础设施，将完成系统的最基本底层支撑。在进行“遗传与进化”领域模型及总体架构分析的基础上，进行了详细设计，具体包括：针对“遗传与进化”当中的基本知识与规律部分，基于内容分析法对学科知识进行充分分析，分别构建概念与事实、结构与模型、规律与方法三类共性基础支撑工具；针对“遗传与进化”当中的生命现象解释部分，从学科特点和交互特点出发，分别设计了话题讨论、案例阐述、现象解释、实验互动等主要支撑工具；针对“遗传与进化”当中的生产应用部分，基于学科内容及学习规律的分析，构建了探究学习支撑工具。论文还针对所设计的系统和关键支撑工具进行了应用案例设计及成效分析。本论文所形成的针对“遗传与进化”内容的、有益于学生智慧培养的领域模型、数字化学习系统及工具，对于数字化学习环境的理论与模型将具有很好的补充和完善作用，对信息技术与学科深入融合的理论与方法具有理论发展及案例补充价值。在实践价值方面，本论文所设计的“遗传与进化”学习系统、基本知识与规律认知工具、生命现象解释训练工具以及生产应用探究工具，能够为从事学习系统设计的相关机构提供必要的参考和借鉴；为教师教学和学生学习提供有利支撑，能够很好的支持“遗传与进化”模块的自主学习、合作学习和探究学习，激发学生的学习兴趣；所设计的案例也能够为教学应用提供实际参考和操作规程。