基于情境創設培養高中生生命信息觀的研究
——以《生態系統的信息傳遞》為例

王瓊芬 熊映波

（云南師范大學生命科學學院 云南昆明 650500）

生命觀念是生物學科核心素養的標志和關鍵，它可以為我們指明解決生物學問題的思路和方法。只有了解生命是一個多層級的復雜系統，是由物質、能量及信息組成的統一體，才能形成真正意義上的生命觀念。越來越多的學者注重對生命信息觀的解讀，生命信息觀與生命觀念的其他內涵不同，主要強調信息傳遞在生物的生長、繁殖和進化中的作用，是從更廣泛的意義上理解生命觀念[1]。吳成軍學者提出信息是生命系統聯系的存在，它以物質和能量為媒介、穿越時空和空間進行傳遞[2]。譚勇平學者也提出生命系統的正常運轉離不開信息的傳遞，基因是最根本的生命信息，維持穩態離不開調控，調控依賴于信息傳遞等生命觀點[3]。

有一位德國學者做過這樣一個比喻：將15克鹽放在你的面前，無論如何你難以下咽，但將這15克鹽放入一碗美味的湯肴中，就在你享用佳肴時，便輕而易舉地將這15克鹽全部吞咽[4]。情境教學和知識的關系就好比湯和鹽的關系，在高中生物課堂中有目的、有意識地創設恰到好處的情境來進行教學，能幫助學生更輕松地建構生物學上的一些重要概念，使學生的核心素養得到更好的發展，也能更好地激發學生學習的興趣，啟發他們的思維，使知識由繁化簡，學生更容易接受。

一、教材分析

“生態系統的信息傳遞”是人教版高中生物學選擇性必修2第三章第4節的內容，在教材第2節和第3節分別介紹了物質循環和能量流動后，本節教材介紹了信息傳遞，將生態系統的三大功能進行了整合。在該節中教材給出了大量具體的實例，有利于學生了解并鞏固信息的三種類型和歸納不同類型的信息所具有的共同點。本節的重點是信息傳遞在生態系統中的作用，側重于幫助學生構建“信息交流對維持生態系統的穩態發揮著重要的作用”的概念。教材思考·討論部分給出的生物的生存繁衍與信息傳遞相關的實例，對學生形成生命信息觀也有著重要的意義。

二、教學目標

1.通過對資料的討論分析，說出信息的種類，明白信息傳遞無論是對于生物個體、種群、群落，還是在生態系統的穩態與平衡都起到不可替代的作用。

2.認同種內生物之間的交流、不同種群之間的交流、生物與環境的交流都離不開信息傳遞的觀點，認同物質循環、能量流動和信息傳遞三者形成統一整體的生命觀點。

3.能夠應用信息傳遞的知識解決農業生產中遇到的問題。

三、教學過程

1.創設直觀情境和生物學事例情境，引出課題，講解信息的概念

教師利用多媒體播放蜜蜂采蜜的視頻：一只蜜蜂飛出蜂巢后，在距離蜂巢80米的地方發現了蜜源。接著蜜蜂返回蜂巢，通過跳圓圈舞的方式向同伴傳遞蜜源情況。隨后一群蜜蜂出發前往蜜源所在地。教師介紹蜜蜂跳圓圈舞的意思是蜜源較近，距離在100米以內，“100米以內”這幾個字對我們來說就是信息。引導學生討論：什么是信息？植物通過什么方式為蜜蜂傳達“這里有蜜源”的信息？隨后圖片展示交通信號燈、股票配套圖、人民日報新聞，引導學生回答什么是信息，并根據教材講解信息的概念。

采用直觀的方式創設學生熟悉的生物學事例情境，激發學生的求知欲、激起學生學習的興趣。通過這些提問，引出本節課的課題，引發學生思考。同時引導學生帶著這些問題一起來認識生態系統中的信息，讓學生初步了解信息的概念，為后續學習信息的種類、信息傳遞的一般過程作鋪墊。

2.創設直觀情景和問題情境，講解信息的種類

拿出提前準備好的顏色鮮艷、芳香四溢的盆栽月菊，引導學生討論：如果你是這盆月菊，你將通過什么方式吸引蜜蜂的注意來進行傳粉？學生觀察后發現可以通過顏色和香味。教師繼續提問：植物鮮艷的顏色是通過什么方式被蜜蜂的眼進行接收的？學生思考后聯系物理學上的知識回答是通過光的反射與傳播。隨后教師進行講解：根據信息傳遞方式的不同，人們將生態系統中的信息劃分為三種。花朵的鮮艷顏色是通過光的反射與傳播過程由蜜蜂接收到的，這是通過物理過程傳遞的信息。像自然界中的光、聲、溫度、磁場等這些都是通過物理過程傳遞的信息，稱為物理信息。據此提問：你還能給出其他物理信息的例子嗎？學生受到啟發后給出蜘蛛網的振動頻率、狗的呼叫聲、孔雀漂亮的羽毛等答案。

學生理解物理信息的概念后，教師利用情境信息繼續提問：植物芳香的氣味又是通過什么方式被蜜蜂的嗅覺接收？學生回顧以前的知識回答是通過空氣的擴散。教師作出相應講解：花朵的芳香氣味源自植物體產生的芳香化合物，通過生物體產生的化學物質傳遞的信息就稱為化學信息。比如，某些植物會產生一些堿類、酸類物質，某些動物會產生性外激素等都是化學信息，隨后提問：同樣的，你能給出其他化學信息的例子嗎？學生思考后給出了貓排尿來標記位置、黃鼬放出的臭氣等例子。

講解完化學信息后，教師聯系課堂開始時播放的視頻內容進行提問：蜜蜂飛回蜂巢后如何將蜜源的信息傳達給其他蜜蜂？學生也結合視頻內容和教師的介紹回答：跳圓圈舞或擺尾舞。教師繼續講解：蜜蜂的舞蹈是動物表現出來的特殊行為，通過各種動作表現出來的動物的行為特征，這類信息稱為行為信息。接著提問：你能給出其他的有關行為信息的例子嗎？學生根據教師的講解聯系到自己生活中的所見所聞，舉出了孔雀開屏進行求偶炫耀、螞蟻觸角相碰傳遞食物與洞穴的位置信息等例子。

通過情境創設引導學生理解物理信息、化學信息和行為信息的概念，也讓學生聯系到生活中的一些實例，并對這些實例的信息類型作出判斷，使學生形成物理、化學、行為信息的傳遞對生命活動的正常進行及調節種群物種間的關系有著不可替代的作用的觀念。

3.充分利用所創情境，講解信息傳遞的基本過程和特點

通過提問的方式引發學生思考并進行教學環節的過渡：無論物理信息、化學信息，還是行為信息，它們的傳遞過程有什么共同點嗎？植物的花朵和偵察蜂的舞蹈、光和空氣、蜜蜂的眼和嗅覺器官分別屬于信息傳遞的哪個環節？引導學生通過比較、利用圖解歸納概括信息傳遞的一般過程（如圖1）。并明白植物的花朵和偵察蜂的舞蹈是信息產生的部位，光和空氣是傳播信息的媒介，蜜蜂的眼和嗅覺器官是接收信息的部位。隨后講解并給出相關的例子便于學生理解，使學生明白完整的信息傳遞過程包含三個方面：信息源、信道和信息受體，信息源即信息產生的部位，信道即傳播信息的媒介，信息受體即接收信息的生物或其部位，常見的信道如：光、空氣、水；常見的信息受體有：動物的眼、耳、鼻、皮膚，植物的葉、芽以及一些細胞中的特殊物質等。

圖1 信息傳遞的一般過程

接下來過渡到信息傳遞的特點：了解了信息傳遞的一般過程，那信息傳遞有什么特點呢？通過一些生物學事例創設問題情境：例1.植物花朵既可以通過鮮艷顏色這類物理信息與蜜蜂進行交流，也可以通過散發芳香氣味這類化學信息進行交流；例2.孔雀可以通過開屏等行為信息進行求偶，也可以通過鳴叫等物理信息與同類交流；例3.牛椋鳥結伴在犀牛身上覓食時，會通過鳴叫的方式提醒同伴食物信息，當附近有危險情況時，鳥也會通過跳躍來提醒犀牛注意危險。提問：你能從例1、例2中歸納出信息傳遞有什么特點嗎？從例3又能歸納出信息傳遞的什么特點？學生分析材料知道例1、例2說明生物之間的交流方式存在多種信息類型，例3信息傳遞既可以發生在同種生物之間也可以發生在不同物種間。學生在教師的引導下明白了信息傳遞的特點，知道信息傳遞具有復雜性和雙向性，也讓學生認同種內生物之間的交流、不同種群之間的交流、生物與環境的交流都離不開信息的傳遞的生命觀點。

4.創設生物學事例情境和問題情境，講解信息傳遞的作用

展示相關生物學事例資料，資料1：海豚的回聲定位系統被海洋中的噪聲干擾后，就無法準確進行信息的接受，進而影響捕食、探路、定位躲避天敵等行為，甚至造成海豚集體擱淺和死亡。資料2：當光的波長在500-600納米之間時，萵苣種子的發芽率隨著波長的增加而增加，光的波長在600-700納米之間時，萵苣種子的萌發率近乎100%，而波長在大于700納米后，種子的萌發率大幅降低。資料3：木蘭開花需要光信息刺激，每日至少6個小時的光照時間才能讓木蘭開花。雌飛蛾會在特定時期釋放吸引雄飛蛾的信息素來傳遞性信號。資料4：煙草植株在收到飛蛾攻擊后會釋放某種特殊化學物質，這種化學物質白天會吸引蛾幼蟲的天敵，在夜間驅會趕雌性非蛾，使之不能在此煙草植株上產卵。

教師根據所創情境，引導學生討論：資料1通過海豚的事例說明個體的生存行為與信息傳遞之間存在什么樣的關系？資料1和資料2共同說明了什么？學生根據資料分析和問題導向，在教師的引導下知道資料1說明個體的生存行為依賴于信息傳遞，資料2說明生物個體的生長發育依賴于信息傳遞，兩者共同說明生命活動的正常進行離不開信息的作用。隨后教師繼續提問：資料3中，開花、吸引異性、傳遞性信號這些都屬于種群的什么行為？這些活動的進行需要光信息、信息素等信息的傳遞，這說明了這種行為與信息傳遞之間有什么關系？學生分析資料回答：資料3中的行為都與種群繁衍有關，都屬于種群的繁殖行為，資料3說明了生物種群的繁衍也離不開信息的傳遞。教師接著提問：資料4中煙草植株在受到攻擊后是如何進行自我保護的？學生在教師的引導下回答：煙草植株通過釋放化學物質調節種間關系來實現自我保護。

隨后教師根據學生的課堂表現情況進行講解：信息傳遞會影響到生物生命活動的各個方面，如前面資料提到的生長、發育、繁殖等，讓學生明白生命活動的正常進行離不開信息的作用，生物種群的繁衍也離不開信息的傳遞。除此之外，群落中還能通過信息傳遞來調節生物的種間關系，進而維持生態系統的平衡與穩定，讓學生明白沒有信息傳遞，能量流動和物質循環無法正常進行，生態系統的秩序就不能維持，生態系統就是物質流、能量流和信息流形成的統一整體，認同生命活動是在信息調控和指導下進行的這一觀點，從而幫助學生形成生命信息觀。

5.創設虛擬情境，得出信息傳遞在農業生產中的應用

過渡：人類是否可以利用信息傳遞來提高生產生活質量呢？假如你是一個農場主，在農莊里種植了很多桂圓樹、養了很多母雞，當你學習了信息傳遞的知識后，你會用什么樣的方法來提高桂圓樹的傳粉率和母雞的產蛋率？在這里，教師給學生兩個提示，提示學生動物可以產生信息素來吸引或聚集同伴，人們可以人工合成具有這類作用的物質；提示學生光照是雞卵巢發育和雌激素分泌所需要的一種物理信息。部分學生討論后提出：除了人工合成信息素外，還可以在農莊里養蜜蜂，提高傳粉率的同時還可以增產蜂蜜；可以通過增加光照的時間的方式來提高雞的產蛋率。繼續提問：當你的農場遭受蟲害時，你如何利用你所學的信息傳遞的知識來減輕這種蟲害？在教師的引導下，學生總結出了以下方法：采用一些手段吸引鳥類來捕食害蟲、利用昆蟲的趨光性進行誘殺、利用昆蟲信息素誘捕害蟲。

教師根據所創情境對學生進行啟發，學生明白了信息傳遞在農業生產中的應用主要是提高農畜產品的產量和對有害動物進行控制。教師要引導學生學以致用，提高對科學、技術、社會三者的認識，能夠運用信息理論分析生命活動和更準確地認識生命系統，解決生物學問題。

結語

“生態系統的能量流動”這一章節所包含的生物學知識比較簡單，學生理解起來比較容易。但是這節所蘊含的生命信息觀卻尤為重要，一旦學生對應了這種生命觀念，就會是學生人生道路上一筆重要的財富。所以，在這一節的教學中，教師注重知識傳授的同時，更應該注重對學生的生命信息觀進行培養。情境教學法就是倡導在教學活動中學生為主體，教師為主導的一種教學模式，越來越多的老師在課堂教學中都用到了這種教學方法。但是很少有教師會通過情境創設來培養高中生的生命觀念。而生命觀念是一個十分抽象的概念，學生在教師創設的教學情境中可以更好地建構與生命觀念相關的概念，從而形成相應的生命觀念，