基于情境創(chuàng)設(shè)培養(yǎng)高中生生命信息觀的研究
——以《生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞》為例

王瓊芬 熊映波

（云南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 云南昆明 650500）

生命觀念是生物學(xué)科核心素養(yǎng)的標(biāo)志和關(guān)鍵，它可以為我們指明解決生物學(xué)問題的思路和方法。只有了解生命是一個(gè)多層級(jí)的復(fù)雜系統(tǒng)，是由物質(zhì)、能量及信息組成的統(tǒng)一體，才能形成真正意義上的生命觀念。越來越多的學(xué)者注重對(duì)生命信息觀的解讀，生命信息觀與生命觀念的其他內(nèi)涵不同，主要強(qiáng)調(diào)信息傳遞在生物的生長、繁殖和進(jìn)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(xué)者提出信息是生命系統(tǒng)聯(lián)系的存在，它以物質(zhì)和能量為媒介、穿越時(shí)空和空間進(jìn)行傳遞[2]。譚勇平學(xué)者也提出生命系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)離不開信息的傳遞，基因是最根本的生命信息，維持穩(wěn)態(tài)離不開調(diào)控，調(diào)控依賴于信息傳遞等生命觀點(diǎn)[3]。

有一位德國學(xué)者做過這樣一個(gè)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(shí)，便輕而易舉地將這15克鹽全部吞咽[4]。情境教學(xué)和知識(shí)的關(guān)系就好比湯和鹽的關(guān)系，在高中生物課堂中有目的、有意識(shí)地創(chuàng)設(shè)恰到好處的情境來進(jìn)行教學(xué)，能幫助學(xué)生更輕松地建構(gòu)生物學(xué)上的一些重要概念，使學(xué)生的核心素養(yǎng)得到更好的發(fā)展，也能更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，啟發(fā)他們的思維，使知識(shí)由繁化簡，學(xué)生更容易接受。

一、教材分析

“生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞”是人教版高中生物學(xué)選擇性必修2第三章第4節(jié)的內(nèi)容，在教材第2節(jié)和第3節(jié)分別介紹了物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)后，本節(jié)教材介紹了信息傳遞，將生態(tài)系統(tǒng)的三大功能進(jìn)行了整合。在該節(jié)中教材給出了大量具體的實(shí)例，有利于學(xué)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(diǎn)。本節(jié)的重點(diǎn)是信息傳遞在生態(tài)系統(tǒng)中的作用，側(cè)重于幫助學(xué)生構(gòu)建“信息交流對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)發(fā)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(guān)的實(shí)例，對(duì)學(xué)生形成生命信息觀也有著重要的意義。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.通過對(duì)資料的討論分析，說出信息的種類，明白信息傳遞無論是對(duì)于生物個(gè)體、種群、群落，還是在生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與平衡都起到不可替代的作用。

2.認(rèn)同種內(nèi)生物之間的交流、不同種群之間的交流、生物與環(huán)境的交流都離不開信息傳遞的觀點(diǎn)，認(rèn)同物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞三者形成統(tǒng)一整體的生命觀點(diǎn)。

3.能夠應(yīng)用信息傳遞的知識(shí)解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中遇到的問題。

三、教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)直觀情境和生物學(xué)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(fā)現(xiàn)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(fā)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(nèi)，“100米以內(nèi)”這幾個(gè)字對(duì)我們來說就是信息。引導(dǎo)學(xué)生討論：什么是信息？植物通過什么方式為蜜蜂傳達(dá)“這里有蜜源”的信息？隨后圖片展示交通信號(hào)燈、股票配套圖、人民日?qǐng)?bào)新聞，引導(dǎo)學(xué)生回答什么是信息，并根據(jù)教材講解信息的概念。

采用直觀的方式創(chuàng)設(shè)學(xué)生熟悉的生物學(xué)事例情境，激發(fā)學(xué)生的求知欲、激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。通過這些提問，引出本節(jié)課的課題，引發(fā)學(xué)生思考。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生帶著這些問題一起來認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)中的信息，讓學(xué)生初步了解信息的概念，為后續(xù)學(xué)習(xí)信息的種類、信息傳遞的一般過程作鋪墊。

2.創(chuàng)設(shè)直觀情景和問題情境，講解信息的種類

拿出提前準(zhǔn)備好的顏色鮮艷、芳香四溢的盆栽月菊，引導(dǎo)學(xué)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(jìn)行傳粉？學(xué)生觀察后發(fā)現(xiàn)可以通過顏色和香味。教師繼續(xù)提問：植物鮮艷的顏色是通過什么方式被蜜蜂的眼進(jìn)行接收的？學(xué)生思考后聯(lián)系物理學(xué)上的知識(shí)回答是通過光的反射與傳播。隨后教師進(jìn)行講解：根據(jù)信息傳遞方式的不同，人們將生態(tài)系統(tǒng)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(jù)此提問：你還能給出其他物理信息的例子嗎？學(xué)生受到啟發(fā)后給出蜘蛛網(wǎng)的振動(dòng)頻率、狗的呼叫聲、孔雀漂亮的羽毛等答案。

學(xué)生理解物理信息的概念后，教師利用情境信息繼續(xù)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(xué)生回顧以前的知識(shí)回答是通過空氣的擴(kuò)散。教師作出相應(yīng)講解：花朵的芳香氣味源自植物體產(chǎn)生的芳香化合物，通過生物體產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)傳遞的信息就稱為化學(xué)信息。比如，某些植物會(huì)產(chǎn)生一些堿類、酸類物質(zhì)，某些動(dòng)物會(huì)產(chǎn)生性外激素等都是化學(xué)信息，隨后提問：同樣的，你能給出其他化學(xué)信息的例子嗎？學(xué)生思考后給出了貓排尿來標(biāo)記位置、黃鼬放出的臭氣等例子。

講解完化學(xué)信息后，教師聯(lián)系課堂開始時(shí)播放的視頻內(nèi)容進(jìn)行提問：蜜蜂飛回蜂巢后如何將蜜源的信息傳達(dá)給其他蜜蜂？學(xué)生也結(jié)合視頻內(nèi)容和教師的介紹回答：跳圓圈舞或擺尾舞。教師繼續(xù)講解：蜜蜂的舞蹈是動(dòng)物表現(xiàn)出來的特殊行為，通過各種動(dòng)作表現(xiàn)出來的動(dòng)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(guān)行為信息的例子嗎？學(xué)生根據(jù)教師的講解聯(lián)系到自己生活中的所見所聞，舉出了孔雀開屏進(jìn)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(chuàng)設(shè)引導(dǎo)學(xué)生理解物理信息、化學(xué)信息和行為信息的概念，也讓學(xué)生聯(lián)系到生活中的一些實(shí)例，并對(duì)這些實(shí)例的信息類型作出判斷，使學(xué)生形成物理、化學(xué)、行為信息的傳遞對(duì)生命活動(dòng)的正常進(jìn)行及調(diào)節(jié)種群物種間的關(guān)系有著不可替代的作用的觀念。

3.充分利用所創(chuàng)情境，講解信息傳遞的基本過程和特點(diǎn)

通過提問的方式引發(fā)學(xué)生思考并進(jìn)行教學(xué)環(huán)節(jié)的過渡：無論物理信息、化學(xué)信息，還是行為信息，它們的傳遞過程有什么共同點(diǎn)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(gè)環(huán)節(jié)？引導(dǎo)學(xué)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(chǎn)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(guān)的例子便于學(xué)生理解，使學(xué)生明白完整的信息傳遞過程包含三個(gè)方面：信息源、信道和信息受體，信息源即信息產(chǎn)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(dòng)物的眼、耳、鼻、皮膚，植物的葉、芽以及一些細(xì)胞中的特殊物質(zhì)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(diǎn)：了解了信息傳遞的一般過程，那信息傳遞有什么特點(diǎn)呢？通過一些生物學(xué)事例創(chuàng)設(shè)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(jìn)行交流，也可以通過散發(fā)芳香氣味這類化學(xué)信息進(jìn)行交流；例2.孔雀可以通過開屏等行為信息進(jìn)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(jié)伴在犀牛身上覓食時(shí)，會(huì)通過鳴叫的方式提醒同伴食物信息，當(dāng)附近有危險(xiǎn)情況時(shí)，鳥也會(huì)通過跳躍來提醒犀牛注意危險(xiǎn)。提問：你能從例1、例2中歸納出信息傳遞有什么特點(diǎn)嗎？從例3又能歸納出信息傳遞的什么特點(diǎn)？學(xué)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(fā)生在同種生物之間也可以發(fā)生在不同物種間。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下明白了信息傳遞的特點(diǎn)，知道信息傳遞具有復(fù)雜性和雙向性，也讓學(xué)生認(rèn)同種內(nèi)生物之間的交流、不同種群之間的交流、生物與環(huán)境的交流都離不開信息的傳遞的生命觀點(diǎn)。

4.創(chuàng)設(shè)生物學(xué)事例情境和問題情境，講解信息傳遞的作用

展示相關(guān)生物學(xué)事例資料，資料1：海豚的回聲定位系統(tǒng)被海洋中的噪聲干擾后，就無法準(zhǔn)確進(jìn)行信息的接受，進(jìn)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(dāng)光的波長在500-600納米之間時(shí)，萵苣種子的發(fā)芽率隨著波長的增加而增加，光的波長在600-700納米之間時(shí)，萵苣種子的萌發(fā)率近乎100%，而波長在大于700納米后，種子的萌發(fā)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(gè)小時(shí)的光照時(shí)間才能讓木蘭開花。雌飛蛾會(huì)在特定時(shí)期釋放吸引雄飛蛾的信息素來傳遞性信號(hào)。資料4：煙草植株在收到飛蛾攻擊后會(huì)釋放某種特殊化學(xué)物質(zhì)，這種化學(xué)物質(zhì)白天會(huì)吸引蛾幼蟲的天敵，在夜間驅(qū)會(huì)趕雌性非蛾，使之不能在此煙草植株上產(chǎn)卵。

教師根據(jù)所創(chuàng)情境，引導(dǎo)學(xué)生討論：資料1通過海豚的事例說明個(gè)體的生存行為與信息傳遞之間存在什么樣的關(guān)系？資料1和資料2共同說明了什么？學(xué)生根據(jù)資料分析和問題導(dǎo)向，在教師的引導(dǎo)下知道資料1說明個(gè)體的生存行為依賴于信息傳遞，資料2說明生物個(gè)體的生長發(fā)育依賴于信息傳遞，兩者共同說明生命活動(dòng)的正常進(jìn)行離不開信息的作用。隨后教師繼續(xù)提問：資料3中，開花、吸引異性、傳遞性信號(hào)這些都屬于種群的什么行為？這些活動(dòng)的進(jìn)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(guān)系？學(xué)生分析資料回答：資料3中的行為都與種群繁衍有關(guān)，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(jìn)行自我保護(hù)的？學(xué)生在教師的引導(dǎo)下回答：煙草植株通過釋放化學(xué)物質(zhì)調(diào)節(jié)種間關(guān)系來實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)。

隨后教師根據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)情況進(jìn)行講解：信息傳遞會(huì)影響到生物生命活動(dòng)的各個(gè)方面，如前面資料提到的生長、發(fā)育、繁殖等，讓學(xué)生明白生命活動(dòng)的正常進(jìn)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(diào)節(jié)生物的種間關(guān)系，進(jìn)而維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定，讓學(xué)生明白沒有信息傳遞，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)無法正常進(jìn)行，生態(tài)系統(tǒng)的秩序就不能維持，生態(tài)系統(tǒng)就是物質(zhì)流、能量流和信息流形成的統(tǒng)一整體，認(rèn)同生命活動(dòng)是在信息調(diào)控和指導(dǎo)下進(jìn)行的這一觀點(diǎn)，從而幫助學(xué)生形成生命信息觀。

5.創(chuàng)設(shè)虛擬情境，得出信息傳遞在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

過渡：人類是否可以利用信息傳遞來提高生產(chǎn)生活質(zhì)量呢？假如你是一個(gè)農(nóng)場主，在農(nóng)莊里種植了很多桂圓樹、養(yǎng)了很多母雞，當(dāng)你學(xué)習(xí)了信息傳遞的知識(shí)后，你會(huì)用什么樣的方法來提高桂圓樹的傳粉率和母雞的產(chǎn)蛋率？在這里，教師給學(xué)生兩個(gè)提示，提示學(xué)生動(dòng)物可以產(chǎn)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(zhì)；提示學(xué)生光照是雞卵巢發(fā)育和雌激素分泌所需要的一種物理信息。部分學(xué)生討論后提出：除了人工合成信息素外，還可以在農(nóng)莊里養(yǎng)蜜蜂，提高傳粉率的同時(shí)還可以增產(chǎn)蜂蜜；可以通過增加光照的時(shí)間的方式來提高雞的產(chǎn)蛋率。繼續(xù)提問：當(dāng)你的農(nóng)場遭受蟲害時(shí)，你如何利用你所學(xué)的信息傳遞的知識(shí)來減輕這種蟲害？在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生總結(jié)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(jìn)行誘殺、利用昆蟲信息素誘捕害蟲。

教師根據(jù)所創(chuàng)情境對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)，學(xué)生明白了信息傳遞在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用主要是提高農(nóng)畜產(chǎn)品的產(chǎn)量和對(duì)有害動(dòng)物進(jìn)行控制。教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，提高對(duì)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)三者的認(rèn)識(shí)，能夠運(yùn)用信息理論分析生命活動(dòng)和更準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)生命系統(tǒng)，解決生物學(xué)問題。

結(jié)語

“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”這一章節(jié)所包含的生物學(xué)知識(shí)比較簡單，學(xué)生理解起來比較容易。但是這節(jié)所蘊(yùn)含的生命信息觀卻尤為重要，一旦學(xué)生對(duì)應(yīng)了這種生命觀念，就會(huì)是學(xué)生人生道路上一筆重要的財(cái)富。所以，在這一節(jié)的教學(xué)中，教師注重知識(shí)傳授的同時(shí)，更應(yīng)該注重對(duì)學(xué)生的生命信息觀進(jìn)行培養(yǎng)。情境教學(xué)法就是倡導(dǎo)在教學(xué)活動(dòng)中學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的一種教學(xué)模式，越來越多的老師在課堂教學(xué)中都用到了這種教學(xué)方法。但是很少有教師會(huì)通過情境創(chuàng)設(shè)來培養(yǎng)高中生的生命觀念。而生命觀念是一個(gè)十分抽象的概念，學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境中可以更好地建構(gòu)與生命觀念相關(guān)的概念，從而形成相應(yīng)的生命觀念，