基于情境创设培养高中生生命信息观的研究——以《生态系统的信息传递》为例

王琼芬 熊映波

（云南师范大学生命科学学院 云南昆明 650500）

生命观念是生物学科核心素养的标志和关键，它可以为我们指明解决生物学问题的思路和方法。只有了解生命是一个多层级的复杂系统，是由物质、能量及信息组成的统一体，才能形成真正意义上的生命观念。越来越多的学者注重对生命信息观的解读，生命信息观与生命观念的其他内涵不同，主要强调信息传递在生物的生长、繁殖和进化中的作用，是从更广泛的意义上理解生命观念[1]。吴成军学者提出信息是生命系统联系的存在，它以物质和能量为媒介、穿越时空和空间进行传递[2]。谭勇平学者也提出生命系统的正常运转离不开信息的传递，基因是最根本的生命信息，维持稳态离不开调控，调控依赖于信息传递等生命观点[3]。

有一位德国学者做过这样一个比喻：将15克盐放在你的面前，无论如何你难以下咽，但将这15克盐放入一碗美味的汤肴中，就在你享用佳肴时，便轻而易举地将这15克盐全部吞咽[4]。情境教学和知识的关系就好比汤和盐的关系，在高中生物课堂中有目的、有意识地创设恰到好处的情境来进行教学，能帮助学生更轻松地建构生物学上的一些重要概念，使学生的核心素养得到更好的发展，也能更好地激发学生学习的兴趣，启发他们的思维，使知识由繁化简，学生更容易接受。

一、教材分析

“生态系统的信息传递”是人教版高中生物学选择性必修2第三章第4节的内容，在教材第2节和第3节分别介绍了物质循环和能量流动后，本节教材介绍了信息传递，将生态系统的三大功能进行了整合。在该节中教材给出了大量具体的实例，有利于学生了解并巩固信息的三种类型和归纳不同类型的信息所具有的共同点。本节的重点是信息传递在生态系统中的作用，侧重于帮助学生构建“信息交流对维持生态系统的稳态发挥着重要的作用”的概念。教材思考·讨论部分给出的生物的生存繁衍与信息传递相关的实例，对学生形成生命信息观也有着重要的意义。

二、教学目标

1.通过对资料的讨论分析，说出信息的种类，明白信息传递无论是对于生物个体、种群、群落，还是在生态系统的稳态与平衡都起到不可替代的作用。

2.认同种内生物之间的交流、不同种群之间的交流、生物与环境的交流都离不开信息传递的观点，认同物质循环、能量流动和信息传递三者形成统一整体的生命观点。

3.能够应用信息传递的知识解决农业生产中遇到的问题。

三、教学过程

1.创设直观情境和生物学事例情境，引出课题，讲解信息的概念

教师利用多媒体播放蜜蜂采蜜的视频：一只蜜蜂飞出蜂巢后，在距离蜂巢80米的地方发现了蜜源。接着蜜蜂返回蜂巢，通过跳圆圈舞的方式向同伴传递蜜源情况。随后一群蜜蜂出发前往蜜源所在地。教师介绍蜜蜂跳圆圈舞的意思是蜜源较近，距离在100米以内，“100米以内”这几个字对我们来说就是信息。引导学生讨论：什么是信息？植物通过什么方式为蜜蜂传达“这里有蜜源”的信息？随后图片展示交通信号灯、股票配套图、人民日报新闻，引导学生回答什么是信息，并根据教材讲解信息的概念。

采用直观的方式创设学生熟悉的生物学事例情境，激发学生的求知欲、激起学生学习的兴趣。通过这些提问，引出本节课的课题，引发学生思考。同时引导学生带着这些问题一起来认识生态系统中的信息，让学生初步了解信息的概念，为后续学习信息的种类、信息传递的一般过程作铺垫。

2.创设直观情景和问题情境，讲解信息的种类

拿出提前准备好的颜色鲜艳、芳香四溢的盆栽月菊，引导学生讨论：如果你是这盆月菊，你将通过什么方式吸引蜜蜂的注意来进行传粉？学生观察后发现可以通过颜色和香味。教师继续提问：植物鲜艳的颜色是通过什么方式被蜜蜂的眼进行接收的？学生思考后联系物理学上的知识回答是通过光的反射与传播。随后教师进行讲解：根据信息传递方式的不同，人们将生态系统中的信息划分为三种。花朵的鲜艳颜色是通过光的反射与传播过程由蜜蜂接收到的，这是通过物理过程传递的信息。像自然界中的光、声、温度、磁场等这些都是通过物理过程传递的信息，称为物理信息。据此提问：你还能给出其他物理信息的例子吗？学生受到启发后给出蜘蛛网的振动频率、狗的呼叫声、孔雀漂亮的羽毛等答案。

学生理解物理信息的概念后，教师利用情境信息继续提问：植物芳香的气味又是通过什么方式被蜜蜂的嗅觉接收？学生回顾以前的知识回答是通过空气的扩散。教师作出相应讲解：花朵的芳香气味源自植物体产生的芳香化合物，通过生物体产生的化学物质传递的信息就称为化学信息。比如，某些植物会产生一些碱类、酸类物质，某些动物会产生性外激素等都是化学信息，随后提问：同样的，你能给出其他化学信息的例子吗？学生思考后给出了猫排尿来标记位置、黄鼬放出的臭气等例子。

讲解完化学信息后，教师联系课堂开始时播放的视频内容进行提问：蜜蜂飞回蜂巢后如何将蜜源的信息传达给其他蜜蜂？学生也结合视频内容和教师的介绍回答：跳圆圈舞或摆尾舞。教师继续讲解：蜜蜂的舞蹈是动物表现出来的特殊行为，通过各种动作表现出来的动物的行为特征，这类信息称为行为信息。接着提问：你能给出其他的有关行为信息的例子吗？学生根据教师的讲解联系到自己生活中的所见所闻，举出了孔雀开屏进行求偶炫耀、蚂蚁触角相碰传递食物与洞穴的位置信息等例子。

通过情境创设引导学生理解物理信息、化学信息和行为信息的概念，也让学生联系到生活中的一些实例，并对这些实例的信息类型作出判断，使学生形成物理、化学、行为信息的传递对生命活动的正常进行及调节种群物种间的关系有着不可替代的作用的观念。

3.充分利用所创情境，讲解信息传递的基本过程和特点

通过提问的方式引发学生思考并进行教学环节的过渡：无论物理信息、化学信息，还是行为信息，它们的传递过程有什么共同点吗？植物的花朵和侦察蜂的舞蹈、光和空气、蜜蜂的眼和嗅觉器官分别属于信息传递的哪个环节？引导学生通过比较、利用图解归纳概括信息传递的一般过程（如图1）。并明白植物的花朵和侦察蜂的舞蹈是信息产生的部位，光和空气是传播信息的媒介，蜜蜂的眼和嗅觉器官是接收信息的部位。随后讲解并给出相关的例子便于学生理解，使学生明白完整的信息传递过程包含三个方面：信息源、信道和信息受体，信息源即信息产生的部位，信道即传播信息的媒介，信息受体即接收信息的生物或其部位，常见的信道如：光、空气、水；常见的信息受体有：动物的眼、耳、鼻、皮肤，植物的叶、芽以及一些细胞中的特殊物质等。

图1 信息传递的一般过程

接下来过渡到信息传递的特点：了解了信息传递的一般过程，那信息传递有什么特点呢？通过一些生物学事例创设问题情境：例1.植物花朵既可以通过鲜艳颜色这类物理信息与蜜蜂进行交流，也可以通过散发芳香气味这类化学信息进行交流；例2.孔雀可以通过开屏等行为信息进行求偶，也可以通过鸣叫等物理信息与同类交流；例3.牛椋鸟结伴在犀牛身上觅食时，会通过鸣叫的方式提醒同伴食物信息，当附近有危险情况时，鸟也会通过跳跃来提醒犀牛注意危险。提问：你能从例1、例2中归纳出信息传递有什么特点吗？从例3又能归纳出信息传递的什么特点？学生分析材料知道例1、例2说明生物之间的交流方式存在多种信息类型，例3信息传递既可以发生在同种生物之间也可以发生在不同物种间。学生在教师的引导下明白了信息传递的特点，知道信息传递具有复杂性和双向性，也让学生认同种内生物之间的交流、不同种群之间的交流、生物与环境的交流都离不开信息的传递的生命观点。

4.创设生物学事例情境和问题情境，讲解信息传递的作用

展示相关生物学事例资料，资料1：海豚的回声定位系统被海洋中的噪声干扰后，就无法准确进行信息的接受，进而影响捕食、探路、定位躲避天敌等行为，甚至造成海豚集体搁浅和死亡。资料2：当光的波长在500-600纳米之间时，莴苣种子的发芽率随着波长的增加而增加，光的波长在600-700纳米之间时，莴苣种子的萌发率近乎100%，而波长在大于700纳米后，种子的萌发率大幅降低。资料3：木兰开花需要光信息刺激，每日至少6个小时的光照时间才能让木兰开花。雌飞蛾会在特定时期释放吸引雄飞蛾的信息素来传递性信号。资料4：烟草植株在收到飞蛾攻击后会释放某种特殊化学物质，这种化学物质白天会吸引蛾幼虫的天敌，在夜间驱会赶雌性非蛾，使之不能在此烟草植株上产卵。

教师根据所创情境，引导学生讨论：资料1通过海豚的事例说明个体的生存行为与信息传递之间存在什么样的关系？资料1和资料2共同说明了什么？学生根据资料分析和问题导向，在教师的引导下知道资料1说明个体的生存行为依赖于信息传递，资料2说明生物个体的生长发育依赖于信息传递，两者共同说明生命活动的正常进行离不开信息的作用。随后教师继续提问：资料3中，开花、吸引异性、传递性信号这些都属于种群的什么行为？这些活动的进行需要光信息、信息素等信息的传递，这说明了这种行为与信息传递之间有什么关系？学生分析资料回答：资料3中的行为都与种群繁衍有关，都属于种群的繁殖行为，资料3说明了生物种群的繁衍也离不开信息的传递。教师接着提问：资料4中烟草植株在受到攻击后是如何进行自我保护的？学生在教师的引导下回答：烟草植株通过释放化学物质调节种间关系来实现自我保护。

随后教师根据学生的课堂表现情况进行讲解：信息传递会影响到生物生命活动的各个方面，如前面资料提到的生长、发育、繁殖等，让学生明白生命活动的正常进行离不开信息的作用，生物种群的繁衍也离不开信息的传递。除此之外，群落中还能通过信息传递来调节生物的种间关系，进而维持生态系统的平衡与稳定，让学生明白没有信息传递，能量流动和物质循环无法正常进行，生态系统的秩序就不能维持，生态系统就是物质流、能量流和信息流形成的统一整体，认同生命活动是在信息调控和指导下进行的这一观点，从而帮助学生形成生命信息观。

5.创设虚拟情境，得出信息传递在农业生产中的应用

过渡：人类是否可以利用信息传递来提高生产生活质量呢？假如你是一个农场主，在农庄里种植了很多桂圆树、养了很多母鸡，当你学习了信息传递的知识后，你会用什么样的方法来提高桂圆树的传粉率和母鸡的产蛋率？在这里，教师给学生两个提示，提示学生动物可以产生信息素来吸引或聚集同伴，人们可以人工合成具有这类作用的物质；提示学生光照是鸡卵巢发育和雌激素分泌所需要的一种物理信息。部分学生讨论后提出：除了人工合成信息素外，还可以在农庄里养蜜蜂，提高传粉率的同时还可以增产蜂蜜；可以通过增加光照的时间的方式来提高鸡的产蛋率。继续提问：当你的农场遭受虫害时，你如何利用你所学的信息传递的知识来减轻这种虫害？在教师的引导下，学生总结出了以下方法：采用一些手段吸引鸟类来捕食害虫、利用昆虫的趋光性进行诱杀、利用昆虫信息素诱捕害虫。

教师根据所创情境对学生进行启发，学生明白了信息传递在农业生产中的应用主要是提高农畜产品的产量和对有害动物进行控制。教师要引导学生学以致用，提高对科学、技术、社会三者的认识，能够运用信息理论分析生命活动和更准确地认识生命系统，解决生物学问题。

结语

“生态系统的能量流动”这一章节所包含的生物学知识比较简单，学生理解起来比较容易。但是这节所蕴含的生命信息观却尤为重要，一旦学生对应了这种生命观念，就会是学生人生道路上一笔重要的财富。所以，在这一节的教学中，教师注重知识传授的同时，更应该注重对学生的生命信息观进行培养。情境教学法就是倡导在教学活动中学生为主体，教师为主导的一种教学模式，越来越多的老师在课堂教学中都用到了这种教学方法。但是很少有教师会通过情境创设来培养高中生的生命观念。而生命观念是一个十分抽象的概念，学生在教师创设的教学情境中可以更好地建构与生命观念相关的概念，从而形成相应的生命观念，