優(yōu)化教材圖形 破解能量流動(dòng)難點(diǎn)

安徽 江升霞 王 軍

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)是高考的高頻考點(diǎn)。能量流動(dòng)的過(guò)程和特點(diǎn)是這部分內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)，課本主要通過(guò)能量流動(dòng)過(guò)程圖來(lái)進(jìn)行闡述，全國(guó)卷對(duì)能量流動(dòng)內(nèi)容的考查也常以圖為載體。在復(fù)習(xí)備考的最后階段，教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步回歸教材，本文結(jié)合教材，對(duì)能量流動(dòng)圖進(jìn)行優(yōu)化處理，解決該部分的知識(shí)難點(diǎn)。

一、三圖歸一，洞悉過(guò)程本質(zhì)

圖1源自人教版教材必修3第94頁(yè)的圖5-7，也是學(xué)生最熟悉、最易理解的圖，除最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)外，每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量均有一個(gè)來(lái)源三個(gè)去向，故此圖又稱“一來(lái)三去圖”。若僅止步于此，學(xué)生對(duì)該部分知識(shí)的掌握程度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，教師可以對(duì)此圖做優(yōu)化處理，見(jiàn)圖1。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)示意圖

（一）設(shè)置問(wèn)題串，加深理解

圖1是食物鏈中能量流動(dòng)的直接反映，也可以反映生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)情況，結(jié)合本節(jié)標(biāo)題，可以針對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)概念進(jìn)行歸類(lèi)性設(shè)問(wèn)。

（1）表示該生態(tài)系統(tǒng)能量輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化、散失的箭頭分別是哪些？

（2）該生態(tài)系統(tǒng)能量輸入的總量、形式、過(guò)程分別是什么？

（3）該生態(tài)系統(tǒng)能量傳遞的途徑、形式分別是什么？

（4）該生態(tài)系統(tǒng)能量以哪些形式進(jìn)行轉(zhuǎn)化？

（5）該生態(tài)系統(tǒng)能量散失的過(guò)程、形式分別是什么？

（二）文圖轉(zhuǎn)換，過(guò)程細(xì)化、可視化

圖1是整個(gè)食物鏈中的能量流動(dòng)情況，那么具體到生產(chǎn)者，其能量的來(lái)源和去向又如何呢？教師可以在圖1的基礎(chǔ)上，請(qǐng)學(xué)生做兩件事情：首先，用二分法把人教版教材必修3第94頁(yè)第二段文字轉(zhuǎn)換成圖（如圖2），此圖中生產(chǎn)者同化量有一個(gè)來(lái)源兩個(gè)去向，故此圖又稱“一來(lái)二去圖”。然后，請(qǐng)學(xué)生把圖1中的箭頭標(biāo)號(hào)①～⑥在圖2中做對(duì)應(yīng)標(biāo)記，使學(xué)生明白隨殘枝敗葉等被分解者分解而釋放出來(lái)的那部分能量、流入下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的那部分能量都屬于能量?jī)?chǔ)存，它們是能量?jī)?chǔ)存之后的進(jìn)一步細(xì)分。

圖2 能量流經(jīng)生產(chǎn)者示意圖

（三）適當(dāng)補(bǔ)圖，前后連貫

消費(fèi)者的能量流動(dòng)情況與生產(chǎn)者有所區(qū)別，所以人教版教材必修3第94頁(yè)安排了圖5-6，此圖較為復(fù)雜，學(xué)生容易混亂。鑒于此種情況，在教材圖5-6的基礎(chǔ)上可以做些補(bǔ)充（如圖3），添加次級(jí)消費(fèi)者的糞便、同化。為了讓學(xué)生理清能量的各種去向，可以請(qǐng)學(xué)生把圖1中的箭頭標(biāo)號(hào)①～⑥在圖3做對(duì)應(yīng)標(biāo)記，從而達(dá)到融會(huì)貫通的效果。

在此基礎(chǔ)上，明確相關(guān)概念的關(guān)系：

消費(fèi)者攝入能量＝消費(fèi)者同化能量＋糞便中能量，即動(dòng)物糞便中的能量不屬于該營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化能量，應(yīng)為上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)固定或同化能量。

消費(fèi)者同化能量＝呼吸消耗的能量＋用于生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖的能量。

生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖的能量＝分解者利用的能量＋下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化的能量。

圖3 能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)示意圖

二、圖表對(duì)比，定量體現(xiàn)異同

人教版教材必修3第95頁(yè)中的圖5-8是定量分析圖，除最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)外，每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量有一個(gè)來(lái)源和四個(gè)去向，故該圖可稱為“一來(lái)四去圖”（如圖4）。多出來(lái)的一個(gè)去向——“未利用”是指在一定時(shí)間內(nèi)能量未被利用，若無(wú)時(shí)間限制，其最終仍會(huì)被利用，此部分能量也是能量?jī)?chǔ)存之后的進(jìn)一步細(xì)分，所以最終去向是流向下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)或分解者。對(duì)此圖的優(yōu)化處理可以從以下兩方面著手。

首先，與“二來(lái)四去圖”做比較。教學(xué)中，往往以自然生態(tài)系統(tǒng)作為研究對(duì)象，而在現(xiàn)實(shí)生活中，存在著大量的人工生態(tài)系統(tǒng)，如魚(yú)塘、農(nóng)場(chǎng)等，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)，所以輸入該生態(tài)系統(tǒng)的能量多了一條途徑，故該圖稱為“二來(lái)四去圖”（如圖5）。學(xué)生在分析這些人工生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)時(shí)，對(duì)某營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量，以及兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞效率感到困惑，關(guān)鍵在于是否應(yīng)該把人工添加的能量輸入計(jì)算在內(nèi)。上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物能夠流向下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量，除來(lái)自其上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物，還包括人工添加物質(zhì)中的同化能量。因此，對(duì)于這樣的人工生態(tài)系統(tǒng)而言，能量傳遞效率 = 下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物同化上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的能量（不包括人工輸入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量）÷上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物同化能量（來(lái)自于上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)和人工輸入的能量）。

圖4 賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解

圖5 人工魚(yú)塘生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)圖

其次，設(shè)計(jì)以下表格（表1），讓學(xué)生分別根據(jù)圖4、圖5來(lái)填寫(xiě)，通過(guò)這種定量的計(jì)算分析兩種生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的區(qū)別。

表1 生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)定量分析表

三、一圖多變，進(jìn)行遷移應(yīng)用

能量流動(dòng)具有復(fù)雜性，由于描述角度的不同，繪制的能量流動(dòng)圖會(huì)多種多樣，教師在幫助學(xué)生把握住以上本質(zhì)問(wèn)題后，應(yīng)該再展示多種變式圖訓(xùn)練學(xué)生的分析能力。比如：圖6可以認(rèn)為是“一來(lái)二去圖”的一種變式，其中蜘蛛的攝入量為7.93 g，同化量為7.3 g，X為用于生長(zhǎng)發(fā)育繁殖的能量。這樣優(yōu)化處理可以進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的遷移應(yīng)用能力。

圖6 “一來(lái)二去圖”變式圖

四、化繁為簡(jiǎn)，拔高立足點(diǎn)

如果只是對(duì)以上各圖進(jìn)行分析，會(huì)有就圖說(shuō)圖之嫌，教師可以對(duì)人教版教材必修3第93頁(yè)的圖進(jìn)行優(yōu)化（如圖7）。圖中X可以認(rèn)為是個(gè)體，也可以認(rèn)為是種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)。在一定時(shí)間范圍內(nèi)（比如一年），個(gè)體的能量輸入如果大于能量散失，則有能量?jī)?chǔ)存，個(gè)體則表現(xiàn)為生長(zhǎng)，但在個(gè)體衰老時(shí)，會(huì)有能量輸入小于能量散失。群落演替過(guò)程中，由裸巖階段演替到森林階段的過(guò)程中，輸入群落的能量大于群落散失能量，群落中有機(jī)物在積累，當(dāng)演替到頂極群落時(shí)，輸入群落的能量等于群落散失的能量，生態(tài)系統(tǒng)的演替過(guò)程中也有類(lèi)似的變化。不論何種情況，個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)生命系統(tǒng)，均有能量的來(lái)源和去向問(wèn)題，均遵循能量守恒定律。教師立足點(diǎn)的高低，直接影響學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

圖7 能量流動(dòng)簡(jiǎn)化圖

以上四個(gè)方面，對(duì)能量流動(dòng)過(guò)程的理解由繁至簡(jiǎn)，再由簡(jiǎn)至繁，尤如讀書(shū)時(shí)把書(shū)“讀薄”再“讀厚”，從而在緊扣教材的同時(shí)，抓住能量流動(dòng)的本質(zhì)，并靈活解決不同生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)問(wèn)題，破解能量流動(dòng)難點(diǎn)。