引入學術成果的“生態系統信息傳遞”一節教學設計

劉 兵 趙 棣 姜萬錄

（1.吉林師范大學生命科學學院 吉林四平 136000）

（2.吉林省梨樹縣第一高級中學 吉林四平 136500）

“生態系統的信息傳遞”是高中生物人教版《必修3·穩態與環境》第五章第四節的內容。該節內容主要包括生態系統中的信息種類、信息傳遞在生態系統中的作用和信息傳遞在農業生產中的應用這三部分內容。本節課內容是在學完生態系統基本功能“物質循環和能量流動”基礎上的對生態系統基本功能的延伸，同時為“生態系統的穩定性”做了鋪墊，起到承上啟下的作用。教師在教學中先引入前沿學術研究成果，使學生在剖析學術材料過程中發展科學思維和科學探究等學科核心素養；然后，結合課本內容進一步深化這部分內容的理解。這樣有助于學生形成物質、能量與信息觀和穩態與平衡觀以及增強社會責任感。

1 引入學術研究，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生警報聲的不同反應。通過野外觀測，定量研究和分析了3個方面的內容：（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。從上述研究中，可以得出什么結論？

2 分析實驗結果，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果的圖表分析可知，戴勝和斑鶇鹛棲息在同一片區域，經觀察發現，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，當斑鶇鹛種群達到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行觀察，發現：（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（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%，無反應的概率約為40%。

由此得出結論是：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。當斑鶇鹛種群數量越大，種群內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的報警聲，其行為發生巨大改變，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位。

3 回歸教材內容，深化新知

3.1 生態系統中信息的種類

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？學生閱讀教材并回答問題。接著，學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、行為哪種信息，并練習相關習題以保證對信息的類型準確區分。

3.2 信息傳遞在生態系統中的作用

通過上述實驗，學生能夠認識到生物可以通過信息傳遞來調節自身行為。教師進一步舉例：蝙蝠的回聲定位，蝙蝠通過發射超聲波，碰到物體后返回來進而分析物體性狀，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地的同類的警告。上述例子促進學生思考信息傳遞在生態系統中的作用，從而更加直觀具體地理解書中闡述的“信息傳遞對于個體、種群以及生態系統的作用”。在生態系統中，物質循環、能量單向流動、信息相互傳遞缺一不可；物質是流動的基礎、能量是循環的動力，信息傳遞將生態系統各部分聯系成一個整體，三者共同維持生態系統的穩定。

3.3 信息傳遞在農業生產和實際生活中的應用

通過對信息傳遞的學習，教師引導學生積極探討有關于信息傳遞在生產生活中的應用以拓展學生思維。學生討論后，列舉其應用：（1）提高農、畜產品的產量，如以模擬的動物信息引誘昆蟲對作物進行傳粉從而使作物更好地受粉，提高產量；在母雞產蛋時改變照明時間以及光色會影響產蛋率；（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，如某些化學物質可以干擾動物交配，通過影響種群繁殖降低有害物種的個體數量，可以更好地消滅害蟲從而保證作物產量。教師提倡生物防治，增強學生“保護環境、減少污染”的社會責任意識。

新知學完之后，教師再引導學生列表比較生態系統三大基本功能的區別與聯系，不僅有助于學生全面理解生態系統三大基本功能的相關原理，而且對于解決當前全球性環境問題有重要的指導意義。

總之，教師結合生物學前沿的研究成果，采用調查數據分析和實驗設計等方式，讓學生接觸與教學內容緊密關聯的有趣科學知識，利用所學知識分析問題并作出合理的解釋。這樣的學習過程不僅激發了學生的學習興趣，還鍛煉了學生的科學思維，培養了科學探究能力。教學中，教師嘗試通過選擇合適科學文獻素材，豐富教學內容，才能做到寓教于樂，寓教于趣。