生物教學(xué)中能量流動(dòng)的理解誤區(qū)及闡釋

張德超+趙蘋

摘 要 能量流動(dòng)中的來源與去向分析，一直是學(xué)生理解錯(cuò)誤的重災(zāi)區(qū)，本文結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)歷，對(duì)其中較為常見的錯(cuò)誤展開分析并提出適當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞 攝食中的能量 同化能量 生產(chǎn)者與消費(fèi)者 人為添加能量

一、攝食中的能量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”缺乏必要的理解，并對(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，還要對(duì)同化能量的本質(zhì)屬性進(jìn)行必要的分析。

為了幫助學(xué)生構(gòu)建同化能量這一新概念，可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)同化作用展開回憶：同化作用（又叫做合成代謝）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)：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)，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)水解，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。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”。

二、流向分解者的能量均來自于該營養(yǎng)級(jí)生物的同化能量

在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同化能量的去向，大部分學(xué)生會(huì)產(chǎn)生理解誤區(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，可以創(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)行錯(cuò)誤的分析，方能達(dá)到知錯(cuò)深改的目的。

例1，圖1為某草原生態(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

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。能量流動(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，能較好地暴露理解上的錯(cuò)誤。如會(huì)認(rèn)為①②分別是兔攝食、狐攝食中的所含的能量，③④分別屬于兔、狐的同化能量等。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)①②③④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)生即可消除理解誤區(qū)。

學(xué)生通過對(duì)例題1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。

三、難以區(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，從而導(dǎo)致學(xué)生容易產(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)，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（圖2）。為了順利引導(dǎo)學(xué)生完成該流程圖的構(gòu)建，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)呼吸作用原理，學(xué)生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)提供直接能量來源。聯(lián)系生活實(shí)際，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，可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)牛糞這一常見物質(zhì)進(jìn)行分析，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，進(jìn)而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，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。

四、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，大多數(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)，甚至是遭到破壞后自然生態(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），或者下一個(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）除以上一營養(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，包括其來自其上一營養(yǎng)級(jí)生物的和人工添加物質(zhì)中的同化能量。因此，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）。

【責(zé)任編輯 郭振玲】endprint