“生态系统的信息传递”的教学设计

张舒

1 教材分析

“生态系统的信息传递”是人教版普通高中生物教科书《必修3.稳态与环境》第五章第四节的内容。信息传递是继生态系统的能量流动和物质循环功能外的又一大功能。在生態系统中，物质循环是能量流动的载体，能量流动是生态系统的动力，信息传递则决定着能量流动和物质循环的方向和状态。教科书介绍了多种多样的信息传递方式，剖析了生物与生物之间以及生物与无机环境之间如何联系，体现了结构与功能相适应的生物学观点，也为“生态系统的稳定性”这一核心概念作下铺垫。

2 教学策略分析

本节内容对于学生来说理解并不难。首先，教师应引导学生认识到信息在人类的日常生活中和自然界普遍存在，并通过引导学生分析讨论出“信息传递是生物进化的结果”。虽然教科书中的内容相对简单，但是教师要寻找有价值有针对性的素材，激发学生的学习兴趣，精心设置问题，在已有知识经验与新知识之间给学生搭建桥梁，培养学生的科学思维;运用恰当的教学策略，培养学生应用知识解决实际问题的能力、归纳总结能力、创新思维、横向迁移知识的能力等。另外，教师可充实教材内容，使学生在知识方面和实验设计能力方面得以拓展和提升。

3 教学目标

①举例说出生态系统中信息的种类;说出信息传递在生态系统中的作用;描述信息传递在农业生产中的应用。

②基于对视频、图片、资料的分析讨论，利用角色扮演，尝试应用信息传递在生态系统中的作用，提高科学思维的能力;设计实验探究雌蛾是否能分泌化学物质吸引雄蛾前来交尾，提高科学探究的能力。

③体验生态系统中信息传递的重要性;培养科学严谨的精神;认同信息传递是长期生物进化的结果，生物与环境是统一的整体。

4 教学重难点

教学重点：准确区分生态系统中信息的种类;深入理解信息传递在生态系统中的作用。

教学难点：设计实验，证明雌蛾能分泌性外激素吸引雄蛾前来交尾。

5 教学准备

学生带着问题预习教材;教师收集生态系统中信息的种类、信息传递的例子、信息传递在农业生产中的应用的资料等制作视频和多媒体课件。

6 教学过程

6.1 创设情境，导入新课

教师播放谍战电影《风声》的片段，提出问题：在战争中情报的及时性和准确性的作用实在是太重要了。从古至今，信息在人们的生活中是非常常见的，21世纪就是信息时代，更可以说得信息者得天下。什么是信息呢？

学生：手机、电视、电脑、报纸……

教师：一般将可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等称作信息。我们人类离不开信息，事实上，信息也广泛存在于生态系统中，而且时常发挥着奇妙的作用！

6.2 学习生态系统中信息的种类

教师引导学生根据图1及课前预习的内容，将所呈现的若干生态系统中的信息种类进行分类：

①哺乳动物的体温;

②鸟类呜叫;

③红外线;

④萤火虫发光;

⑤植物分泌的化学物质;

⑥电磁波;

⑦昆虫发出的声音;

⑧昆虫的性信息素;

⑨植物开花;

⑩蓟的刺;

?紫外线;

?竹外桃花三两枝，春江水暖鸭先知;

?蜜蜂跳舞。

学生对②、④、⑨的意见不统一，有的认为是物理信息，有的认为是行为信息。教师先不做讲解，留个悬念。

教师指导学生按照信息传递的一般过程寻找信息分类的依据，找出它们的本质区别，并完成表1。

教师引导，拔高提升：生态系统中物理信息和化学信息的分类依据是信道.而行为信息的分类依据是信源，这就会导致三种信息可能会产生交集。如“鸟类的呜叫”属于哪类信息？如果从信源角度分析，“鸟类的呜叫”是鸟类的行为，属于行为信息。如果从信道角度分析，鸟类通过声音传递信息，那么“声”又属于物理信息。这时，可从信宿的角度去区分物理、化学、行为信息。如“植物开花”属于哪种信息？对于传粉昆虫而言，如果是被花瓣的艳丽颜色吸引过来，属于物理信息;如果是被花朵散发的香气吸引过来，则属于化学信息;当然传粉昆虫可能同时被颜色和香气吸引，所以自然界中的信息传递是多渠道的复杂的。

教师出示生物学事实，要求学生小试牛刀进行正确分类：

①稻草人驱赶鸟类;

②萤火虫发光;

③老马识途;

④分别从雌鸟和猎鹰的角度分析，求偶炫耀的雄鸟;

⑤将一只椿象杀死，尽管做得干净无声，也引起了其他椿象的逃跑。

教师展示探究实验“雌蛾是否通过分泌某种化学物质吸引雄蛾前来交尾”的资料。

资料一：1904年，法国著名昆虫学家法布尔做了一个有趣的实验，在一个风雨交加的夜晚，在一间被森林包围的黑屋里，他把一只雌蚕蛾扣在纱笼里，尽管狂风暴雨，当天晚上还是有40多只雄蚕蛾穿过风雨赶来交配。第二天晚上，法布尔在雌蛾周围撒满樟脑和汽油.但一点也没影响雄蛾寻找雌蛾。

教师提出问题：

①法布尔所做这个实验的目的是什么？法布尔的实验是否严谨？

②通过法布尔的实验，雌雄蚕蛾之间通过哪种信息传递性信号的？能否加以证明？实验器材：处于生殖期的雌雄蛾、带有瓶塞的玻璃瓶、滤纸f可吸附化学物质）

学生：①法布尔实验的目的是探究雌雄蚕蛾通过什么方式进行信息传递的，不够严谨，缺少对照试验。②雌雄蚕蛾之间可能通过化学信息进行传递的。

教师参与学生的讨论，并给予指导。学生派代表发言。

小组1：对照组：生殖期的雌蚕蛾+带塞玻璃瓶;实验组：生殖期的雌蚕蛾+未加塞的玻璃瓶。对照组没有雄蛾前来交尾，实验组有雄蚕蛾来交尾。

教师引导学生进行点评，大部分学生都赞同这个设计，有对照试验，能达到实验目的。只有少数学生能提出质疑：实验组可能是雌蚕蛾发出的声波或光波吸引了异性。于是对实验进行改进。

小组2：对照组：（未被生殖期的雌蚕蛾处理过）滤纸+未加塞的玻璃瓶;实验组：（被生殖期的雌蚕蛾处理过）滤纸+未加塞的玻璃瓶。对照组没有雄蛾前来交尾，实验组有雄蚕蛾来交尾。

教师：看来，同学们的实验设计和法布尔有异曲同工之处。法布尔又做了一个更为严谨的实验，分为三组：雌蛾+透气笼子，雄蛾飞来;放置过雌蛾的滤纸+透气笼子，雄蛾飞来;雌蛾+不透气笼子，雄蛾没有飞来。

设计目的;通过以上活动让学生充分地理解生物采取不同的手段适应生态系统。信息交流是生物适应环境的一种重要形式，作用不可忽视。

6.3 学习信息传递在生态系统中的作用

教师提供资料，并提出问题：既然信息传递这样重要，那么，信息传递在生态系统中有何作用呢？

资料一：蝙蝠对周围环境的识别，取食与飞行，几乎完全依赖声波。蝙蝠通过自身发出声波，对目标进行“回声定位”;有些植物，像莴苣、茄、烟草的种子必须接受某种波长的光信息，才能萌发生长。

资料二：自然界中，植物开花需要光信息刺激。当日照时间达到一定长度时，植物才能够开花。许多动物都能在特定时期释放用于吸引异性的信息素。经过科学家的收集、分离和测定，现已确定了200余种昆虫信息素的化学结构和性质，其中大部分是用来传递性信号的。

资料三：2001年，科学家们在研究植物与草食性昆虫之间的关系时，发现了一个有趣的现象。当烟草植株受到蛾幼虫攻击后，能够产生和释放一种可挥发的化学物质，白天可以吸引蛾幼虫的天敌——捕食者;夜间又能够驱除夜间活动的雌蛾，使它们不能停留在叶片上产卵。

教师提出问题串，引导学生分析：

①针对资料一，信息传递与生命活动的正常进行有什么关系？

②针对资料二，信息传递在种群的繁衍过程中起什么作用？

③针对资料三，烟草释放的信息素，在白天与夜间是否都使它本身收益？信息传递在群落水平上有什么作用？

④根据上述所有资料，分析信息传递与物质循环和能量流动的关系如何？它们对生态系统的稳定性都起到怎样的作用？

⑤信息传递除了在个体、种群、群落、生态系统水平上传递外，其他生命层次上有没有信息传递？

⑥信息传递还有没有其他作用？

教师引导学生总结出：

①在群落水平上，可以反馈性调节种间关系。

②在生态系统中，物质循环是基础，能量流动是动力，信息传递决定着物质循环和能量流动的方向和状态。三者都是生态系统的功能，共同维持生态系统的稳定。信息传递是生物进化的结果。

③回忆必修一细胞膜的功能：进行细胞间的信息交流，属于细胞水平的信息传递。信息传递在生态系统中普遍存在，发挥着重要的功能。

④生态系统的信息传递是生态学新的研究领域，目前人们只能模糊地认识自然界的这种“对话”。这一领域中尚有许多问题有待发现和深入研究。期待将来的你们为人类打开更多生态系统中信息传递的奥秘。

6.4 信息传递在农业生产中的应用

教师提出问题，促进学生对知识的实际运用：假如你是一位养殖大户，如何让养殖场中的鸡多下蛋？假如你是一位农场主，如何让农场中的害虫数量减少，提高农产品产量？

7 教学反思

本节内容难度虽不大，主要内容属记忆性知识。如果教师不充分备课和挖掘教材，學生容易出现“吃不饱”的现象，教师容易出现“读教材”的现象。这显然违背教材在生态系统的能量流动和物质循环之后加入这节新课的初衷。生态系统的信息传递作为生态系统三大功能之一，与生态系统的能量流动和物质循环同等重要。学生不仅仅要了解信息的种类、信息传递在生态系统中的作用以及信息传递在农业生产中的应用，更要从个体、种群、群落和生态系统等层面理解信息传递，进而理解“信息传递决定物质循环和能量流动的方向和状态，三者是统一的整体，共同决定生态系统的稳定性”。教师甚至可以引导学生回忆微观细胞层次上的信息传递，适当挖掘知识的深度，既能培养学生的发散思维能力和新旧知识的迁移能力，又能使学生树立从宏观到微观的生命系统信息观、结构和功能适应观。

教师以资料的形式将课外实践活动中法布尔所做的性外激素科学发现史呈现给学生，设置一系列有梯度的问题串，引导学生分组讨论，合作探究，激发学生的学习兴趣同时，培养他们的科学思维和实验探究能力。