再議能量流動(dòng)教學(xué)中的理解誤區(qū)及應(yīng)對(duì)策略

張德超+姜德芹

能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的主要功能，其中能量流動(dòng)是教學(xué)中的難點(diǎn)，尤其是各級(jí)能量的去向?qū)W生的理解不甚清晰。下面結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，對(duì)學(xué)生常犯的一些錯(cuò)誤進(jìn)行梳理，并提出自己的應(yīng)對(duì)策略。

1 認(rèn)為攝食中的能量即為該生物的同化能量

對(duì)于能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級(jí)的起點(diǎn)，學(xué)生會(huì)根據(jù)自己的生活經(jīng)歷，簡(jiǎn)單地認(rèn)為自己所攝入食物中的能量，會(huì)完全轉(zhuǎn)化為自己的能量，即成為自己的同化能量。究其原因是對(duì)同化能量中的“同化”缺乏理解，另外，對(duì)所攝入食物中能量進(jìn)入人體后的去向思考不到位。因此，在教學(xué)中，教師可以從食物進(jìn)入人體內(nèi)的初步變化以及去向進(jìn)行分析，此外，還要對(duì)同化能量的本質(zhì)屬性進(jìn)行必要的分析。

在此之前，學(xué)生對(duì)同化作用已有所了解。為了幫助學(xué)生構(gòu)建同化能量這一新概念，教師可引導(dǎo)學(xué)生回憶同化作用：同化作用，又叫合成代謝，是指生物體把從外界環(huán)境中獲取的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成自身的組成物質(zhì)，并且儲(chǔ)存能量的變化過程。學(xué)生從中即可明確同化的實(shí)質(zhì)：將外界的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化成為自身的組成成分和能量，進(jìn)而明確了同化能量的實(shí)質(zhì)，即將外界的能量轉(zhuǎn)化為自身所能利用的能量。

為了消除認(rèn)為食物中的能量即是自身同化能量的理解誤區(qū)，教師可提出問題：我們所吃的食物，進(jìn)入人體后流向何處？學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識(shí)可知，被消化系統(tǒng)分解，其中一部分被消化系統(tǒng)吸收進(jìn)入人體內(nèi)環(huán)境，另一部分未被吸收進(jìn)入大腸，以糞便的形式排出體外。教師進(jìn)而追問：哪部分的能量屬于我們的同化能量？學(xué)生根據(jù)同化能量的內(nèi)涵，即可判定出前者才屬于我們的同化能量，從而列出同化能量=食物中的能量-糞便中的能量。

2 流向分解者的能量（糞便、遺體殘骸）均來自于該營養(yǎng)級(jí)生物的同化能量

對(duì)于同化能量的去向，大部分學(xué)生會(huì)產(chǎn)生這樣的理解誤區(qū)：流向分解者的能量均被認(rèn)為屬于自身同化能量的一部分，究其原因是不能很好地區(qū)分糞便和遺體殘骸中能量的歸屬問題。

對(duì)于這類問題的解決，教師可以采取先創(chuàng)設(shè)特定的問題情景，以暴露學(xué)生的認(rèn)知錯(cuò)誤。美國著名教育心理學(xué)家桑代克在“試誤說”中提出：嘗試與錯(cuò)誤是動(dòng)物學(xué)習(xí)的基本形式，學(xué)習(xí)是嘗試錯(cuò)誤的過程。教師與其拼命地講解，以避免學(xué)生在今后做題過程中犯錯(cuò)，不如故設(shè)陷阱，讓學(xué)生去嘗試，然后再引導(dǎo)其進(jìn)行分析，方能達(dá)到知錯(cuò)就改的目的。

【例1】 圖1表示某草原生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)圖解，①～④表示相關(guān)過程能量流動(dòng)量。下列有關(guān)敘述不正確的是（ ）

A. ①是流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量

B. 分解者獲得的能量最少

C. 圖中②/①的比值代表草→兔的能量傳遞效率

D. ③和④分別屬于草和兔同化量的一部分

參考答案：ABC。

解析：該試題能更好地考查學(xué)生對(duì)圖表中各數(shù)字代表能量所屬的理解，因?yàn)槟芰苛鲃?dòng)類試題以這種流程圖出現(xiàn)較多。因此，以此類試題為知識(shí)分析的載體，能較好地暴露學(xué)生理解上的錯(cuò)誤，如認(rèn)為①、②分別是兔攝食、狐攝食中所含的能量，③、④分別屬于兔、狐的同化能量等。原試題設(shè)置為單選題，學(xué)生可能通過簡(jiǎn)單的排除法得出正確的答案，不能很好地暴露更多的理解誤區(qū)，可將其改變?yōu)槎噙x題，從而盡可能全面地考查學(xué)生對(duì)新知識(shí)的掌握情況。

在學(xué)生得出自己的答案后，教師不要急于給出評(píng)價(jià)，而是要提出相應(yīng)的問題，引導(dǎo)學(xué)生展開分析：編號(hào)①～④分別代表什么能量？某營養(yǎng)級(jí)生物以糞便形式流向分解者的能量是否屬于該生物的同化能量？若不是，請(qǐng)說明應(yīng)屬于哪一類生物的同化能量，若是，同樣需要說明理由。通過對(duì)上述問題的解決，學(xué)生即可消除上述的理解誤區(qū)。

學(xué)生通過對(duì)上面例題的分析可知：某營養(yǎng)級(jí)生物以糞便的形式流向分解者的能量并非是屬于該生物的同化能量，而是來自于上一個(gè)營養(yǎng)級(jí)生物的同化能量，而該營養(yǎng)級(jí)生物同化能量中流向分解者的，是以其遺體殘骸的形式進(jìn)行的，其糞便中的能量可看作是來自于上一營養(yǎng)級(jí)生物的遺體殘骸。

3 不能很好地區(qū)分生產(chǎn)者與消費(fèi)者能量流動(dòng)的過程

由于生產(chǎn)者和消費(fèi)者的同化類型不同，分別屬于自養(yǎng)型和異養(yǎng)型，因而能量在體內(nèi)流向存在一定的差異，如消費(fèi)者食物中能量首先有兩大去向：未消化吸收的以糞便形式流向分解者，消化吸收的成為該營養(yǎng)級(jí)生物的同化能量，而生產(chǎn)者卻不存在消化與吸收的問題，因而也就不存在糞便的問題。這樣會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在上述問題中產(chǎn)生一定的理解誤區(qū)。

為了更好地幫助學(xué)生消除上述的理解誤區(qū)，教師需要在教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，增加能量流經(jīng)生產(chǎn)者的過程示意圖，如圖2所示。

為了順利引導(dǎo)學(xué)生完成該流程圖的構(gòu)建，教師列出如下問題：生產(chǎn)者同化能量的途徑是什么？能否認(rèn)為是照射到生產(chǎn)者表面的光能呢？同化的能量以什么樣的形式存在？這些能量又有哪些流向呢？其中流向分解者的能量是以什么形式進(jìn)行的？通過對(duì)上述系列問題的討論、分析，學(xué)生初步理解了生產(chǎn)者通過光合作用固定太陽能，主要儲(chǔ)存在糖類等有機(jī)物中。根據(jù)所學(xué)呼吸作用原理，學(xué)生即可明確可通過呼吸作用分解葡萄糖，釋放能量，這部分能量大部分以熱能形式散失，少部分合成ATP，為生命活動(dòng)提供直接能量。

聯(lián)系生活實(shí)際，教師可引導(dǎo)學(xué)生分析出：生產(chǎn)者是以殘枝敗葉（或遺體殘?。┑男问搅飨蚍纸庹叩模⒎且约S便的形式進(jìn)行的。為了讓學(xué)生正確理解初級(jí)消費(fèi)者流向分解者能量的來源——糞便和遺體殘骸中所含能量的所屬問題，教師可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)牛糞這一常見物質(zhì)的分析，并告知學(xué)生蒙古草原上牧民往往是利用曬干的牛糞作為燃料，從而明確牛糞中含有大量的未被牛消化吸收的牧草成分。這樣，學(xué)生可以很自然地判定出初級(jí)消費(fèi)者糞便中的能量，并非屬于自身的同化能量，而是來自于生產(chǎn)者的同化能量。教師要求學(xué)生以此類推出：某營養(yǎng)級(jí)流向分解者的同化能量是自身遺體殘骸所含的能量，其糞便中所含的能量屬于上一營養(yǎng)級(jí)的同化能量。在上述問題解決之后，教師要求學(xué)生嘗試?yán)L出能量流經(jīng)第一和第二營養(yǎng)級(jí)的流程圖。

4 人為添加有機(jī)物能量的生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞效率的計(jì)算

教學(xué)中，大多是以自然生態(tài)系統(tǒng)作為研究對(duì)象，進(jìn)行相鄰營養(yǎng)級(jí)能量傳遞效率的計(jì)算，多數(shù)學(xué)生已明確其計(jì)算公式：下一營養(yǎng)級(jí)生物的同化能量÷上一營養(yǎng)級(jí)生物的同化能量。而在現(xiàn)實(shí)生活中，存在著大量的人工添加能量的生態(tài)系統(tǒng)，如魚塘、農(nóng)場(chǎng)，包括遭到破壞后的自然生態(tài)系統(tǒng)，為了盡快恢復(fù)該生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，往往需要人工添加部分的能量物質(zhì)。學(xué)生在計(jì)算過程中通常會(huì)犯如下錯(cuò)誤：下一個(gè)營養(yǎng)級(jí)生物所有同化能量（來自上一營養(yǎng)級(jí)和人工加入）/上一營養(yǎng)級(jí)來的同化能量（來自于上一營養(yǎng)級(jí)和人工加入的能量），或者下一營養(yǎng)級(jí)生物同化上一營養(yǎng)級(jí)生物的能量÷上一營養(yǎng)級(jí)生物同化能量（不包括人工加入的能量），或下一個(gè)營養(yǎng)級(jí)生物所有同化能量（來自上一營養(yǎng)級(jí)和人工加入）/上一營養(yǎng)級(jí)來的同化能量（不包括人工加入的能量）。

根據(jù)能量流動(dòng)的過程和能量傳遞效率的計(jì)算可知：下一營養(yǎng)級(jí)同化上一營養(yǎng)級(jí)生物的能量，這點(diǎn)和外界人工添加的能量無關(guān)。計(jì)算過程中，該生物的同化能量，應(yīng)該排除外界加入的能量，這個(gè)能量應(yīng)該是同化上一營養(yǎng)級(jí)生物的能量。這是在上一營養(yǎng)級(jí)生物同化總能量的基礎(chǔ)上完成的。因此，上一營養(yǎng)級(jí)生物能夠流向下一營養(yǎng)級(jí)生物的能量，包括來自其上一營養(yǎng)級(jí)生物的和人工添加物質(zhì)中的同化能量。對(duì)于有人工加入能量的生態(tài)系統(tǒng)而言，其計(jì)算公式應(yīng)該為：下一營養(yǎng)級(jí)生物同化上一營養(yǎng)級(jí)生物的能量÷上一營養(yǎng)級(jí)生物同化能量（來自于上一營養(yǎng)級(jí)和人工加入的能量）。

【例2】 圖3是某人工魚塘生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)圖解（能量單位為：J/cm2·a），請(qǐng)回答：

（1） 生產(chǎn)者同化能量是 ，植食性動(dòng)物同化生產(chǎn)者的能量是 ，肉食性動(dòng)物同化植食性動(dòng)物的能量是 。

（2） 生產(chǎn)者的能量流向植食性動(dòng)物的傳遞效率是 ，植食性動(dòng)物的能量流向肉食性動(dòng)物的傳遞效率是 。

參考答案：（1） 110 16 25 （2） 12.7% 15.6%

解析：對(duì)于該類試題的解答，不僅需要求出各營養(yǎng)級(jí)生物的同化能量，還要求出其同化能量中來自于上一營養(yǎng)級(jí)生物的能量值。由圖可知，要想求出生產(chǎn)者的同化能量，必須要得知流向植食性動(dòng)物的能量值，依次類推。因此，要想順利求出各營養(yǎng)級(jí)生物的同化能量，必須先要求出最高營養(yǎng)級(jí)生物同化能量的相關(guān)數(shù)值，即要求出肉食性動(dòng)物同化的總能量。因?yàn)閬碓粗械钠湟唬▉碜杂谥彩承詣?dòng)物）未知，因而此方法行不通，就此可追尋其能量的流向：流向分解者（0.05）、自身呼吸消耗（2.1）、流向下一營養(yǎng)級(jí)（0.25）、未利用（5.1），這幾個(gè)數(shù)據(jù)之和即為7.5 J/cm2·a。這個(gè)能量有兩大來源：人工輸入（5）、來自于植食性動(dòng)物（未知），進(jìn)一步求出肉食性動(dòng)物同化植食性動(dòng)物的能量：7.5-5=2.5 J/cm2·a。以此類推，即可求出植食性動(dòng)物同化總能量（16）、生產(chǎn)者流向植食性動(dòng)物的能量（16-2=14）、生產(chǎn)者的同化能量（3+14+70+23=110）。進(jìn)而可求出生產(chǎn)者與植食性動(dòng)物能量傳遞效率為14÷110×100%=12.7%，植食性動(dòng)物與肉食性動(dòng)物能量傳遞效率為2.5÷16×100%=15.6%。