引入學(xué)術(shù)成果的“生態(tài)系統(tǒng)信息傳遞”一節(jié)教學(xué)設(shè)計

劉 兵 趙 棣 姜萬錄

（1.吉林師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 吉林四平 136000）

（2.吉林省梨樹縣第一高級中學(xué) 吉林四平 136500）

“生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞”是高中生物人教版《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第五章第四節(jié)的內(nèi)容。該節(jié)內(nèi)容主要包括生態(tài)系統(tǒng)中的信息種類、信息傳遞在生態(tài)系統(tǒng)中的作用和信息傳遞在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用這三部分內(nèi)容。本節(jié)課內(nèi)容是在學(xué)完生態(tài)系統(tǒng)基本功能“物質(zhì)循環(huán)和能量流動”基礎(chǔ)上的對生態(tài)系統(tǒng)基本功能的延伸，同時為“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”做了鋪墊，起到承上啟下的作用。教師在教學(xué)中先引入前沿學(xué)術(shù)研究成果，使學(xué)生在剖析學(xué)術(shù)材料過程中發(fā)展科學(xué)思維和科學(xué)探究等學(xué)科核心素養(yǎng)；然后，結(jié)合課本內(nèi)容進(jìn)一步深化這部分內(nèi)容的理解。這樣有助于學(xué)生形成物質(zhì)、能量與信息觀和穩(wěn)態(tài)與平衡觀以及增強社會責(zé)任感。

1 引入學(xué)術(shù)研究，感知新知

教師提出問題：大家知道偷聽嗎？通常偷聽都是人類才有的動作，但是大家知道動物也存在偷聽行為嗎？并展示物種間截斷式偷聽的研究實驗：物種間截斷式偷聽的研究分別使用了行為觀測和人為播放鳥類報警錄音的方法，比較了戴勝（獨居物種）和斑鶇鹛（社會性物種）對于彼此存在和互相發(fā)生警報聲的不同反應(yīng)。通過野外觀測，定量研究和分析了3個方面的內(nèi)容：（1）戴勝和斑鶇鹛共處的時間比例與斑鶇鹛種群大小之間的關(guān)系；（2）戴勝在獨處時與和斑鶇鹛種群共處時的行為特征；（3）通過人為播放斑鶇鹛和戴勝的報警聲，觀察戴勝和斑鶇鹛對于異種警戒叫聲錄音的反應(yīng)。從上述研究中，可以得出什么結(jié)論？

2 分析實驗結(jié)果，理解新識

2.1 物種間截斷式偷聽的研究實驗分析

通過對野外研究觀測結(jié)果的圖表分析可知，戴勝和斑鶇鹛棲息在同一片區(qū)域，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，斑鶇鹛種群越大，戴勝與其呆在一起的時間比例越高（圖1）。例如，當(dāng)斑鶇鹛種群達(dá)到9只時，戴勝有接近80%的時間和其呆在一起活動。對斑鶇鹛和戴勝的行為進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)：（1）戴勝獨處時覓食時間比例較少，僅為30%，而與斑鶇鹛種群在一起時其覓食時間大大增加，時間比例約為60%（圖2A）；（2）戴勝獨處時用于警惕的時間比例較高，達(dá)到20%，而戴勝與斑鶇鹛種群在一起后用于警戒的時間顯著地減少（圖2B）；（3）戴勝獨處時覓食效率較低，僅為0.2 g·min-1，而與斑鶇鹛種群在一起時其覓食效率大大增長，約為0.3 g·min-1（圖2C）；（4）戴勝獨處時在樹上覓食時間比例很大，幾乎為100%；而與斑鶇鹛種群在一起時其在樹上覓食時間比例顯著降低，僅為70%，這表明戴勝有30%的時間到地面上覓食，擴展了覓食范圍（圖2D）。因此，可以總結(jié)出：在獨居性鳥類（戴勝）與社會性鳥類（斑鶇鹛）一起活動的情況下，戴勝獲得了很大的生存利益。通過人為播放社會鳥類（斑鶇鹛）的報警聲，觀察獨居性鳥類（戴勝）對于斑鶇鹛報警叫聲的反應(yīng)（圖3）。在播放斑鶇鹛的報警聲后，戴勝選擇逃走躲藏的概率約為90%，變得警惕的概率約為10%。與此形成對照是，在播放戴勝的報警聲后，斑鶇鹛幾乎不會選擇逃走躲藏，變得警惕的概率約為60%，無反應(yīng)的概率約為40%。

由此得出結(jié)論是：斑鶇鹛的警報聲是一種信息，戴勝可以通過這種偷聽行為獲得許多好處。當(dāng)斑鶇鹛種群數(shù)量越大，種群內(nèi)的哨兵報警機制越有效，因此戴勝和其呆在一起的時間比例越高。戴勝通過偷聽斑鶇鹛種群內(nèi)的報警聲，其行為發(fā)生巨大改變，可以極大減少自己的警戒時間，顯著增加了覓食時間和覓食效率，不需要長時間在樹上覓食，可以進(jìn)入到更多的地面棲息地和能夠挖掘更多的地下食物種類，從而擴展自己的生態(tài)位。

3 回歸教材內(nèi)容，深化新知

3.1 生態(tài)系統(tǒng)中信息的種類

教師針對上述實驗，提問問題：戴勝通過偷聽獲得的斑鶇鹛的警報聲屬于什么種類的信息？學(xué)生閱讀教材并回答問題。接著，學(xué)生試著舉出他們所知道的生物間信息傳遞的例子并分析屬于物理、化學(xué)、行為哪種信息，并練習(xí)相關(guān)習(xí)題以保證對信息的類型準(zhǔn)確區(qū)分。

3.2 信息傳遞在生態(tài)系統(tǒng)中的作用

通過上述實驗，學(xué)生能夠認(rèn)識到生物可以通過信息傳遞來調(diào)節(jié)自身行為。教師進(jìn)一步舉例：蝙蝠的回聲定位，蝙蝠通過發(fā)射超聲波，碰到物體后返回來進(jìn)而分析物體性狀，這可以幫助蝙蝠確定障礙物或食物的距離和方位從而使其在黑暗中找到方向；孔雀開屏，雄孔雀通過這種行為，向雌孔雀炫耀自己并達(dá)到求偶的目的，雌孔雀也會開屏，但其目的不是求偶而是對侵入自己領(lǐng)地的同類的警告。上述例子促進(jìn)學(xué)生思考信息傳遞在生態(tài)系統(tǒng)中的作用，從而更加直觀具體地理解書中闡述的“信息傳遞對于個體、種群以及生態(tài)系統(tǒng)的作用”。在生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)循環(huán)、能量單向流動、信息相互傳遞缺一不可；物質(zhì)是流動的基礎(chǔ)、能量是循環(huán)的動力，信息傳遞將生態(tài)系統(tǒng)各部分聯(lián)系成一個整體，三者共同維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3.3 信息傳遞在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和實際生活中的應(yīng)用

通過對信息傳遞的學(xué)習(xí)，教師引導(dǎo)學(xué)生積極探討有關(guān)于信息傳遞在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用以拓展學(xué)生思維。學(xué)生討論后，列舉其應(yīng)用：（1）提高農(nóng)、畜產(chǎn)品的產(chǎn)量，如以模擬的動物信息引誘昆蟲對作物進(jìn)行傳粉從而使作物更好地受粉，提高產(chǎn)量；在母雞產(chǎn)蛋時改變照明時間以及光色會影響產(chǎn)蛋率；（2）防治有害物種，目前人們對于蟲害的防治更傾向于生物防治，如某些化學(xué)物質(zhì)可以干擾動物交配，通過影響種群繁殖降低有害物種的個體數(shù)量，可以更好地消滅害蟲從而保證作物產(chǎn)量。教師提倡生物防治，增強學(xué)生“保護(hù)環(huán)境、減少污染”的社會責(zé)任意識。

新知學(xué)完之后，教師再引導(dǎo)學(xué)生列表比較生態(tài)系統(tǒng)三大基本功能的區(qū)別與聯(lián)系，不僅有助于學(xué)生全面理解生態(tài)系統(tǒng)三大基本功能的相關(guān)原理，而且對于解決當(dāng)前全球性環(huán)境問題有重要的指導(dǎo)意義。

總之，教師結(jié)合生物學(xué)前沿的研究成果，采用調(diào)查數(shù)據(jù)分析和實驗設(shè)計等方式，讓學(xué)生接觸與教學(xué)內(nèi)容緊密關(guān)聯(lián)的有趣科學(xué)知識，利用所學(xué)知識分析問題并作出合理的解釋。這樣的學(xué)習(xí)過程不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還鍛煉了學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)了科學(xué)探究能力。教學(xué)中，教師嘗試通過選擇合適科學(xué)文獻(xiàn)素材，豐富教學(xué)內(nèi)容，才能做到寓教于樂，寓教于趣。