生物教學(xué)中能量流動的理解誤區(qū)及闡釋

張德超+趙蘋

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

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

一、攝食中的能量為該生物的同化能量

對于能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的起點，學(xué)生會根據(jù)自己的生活經(jīng)歷，簡單地認(rèn)為自己所攝入食物中的能量，會完全轉(zhuǎn)化為自己的能量，即成為自己的同化能量。究其原因是對同化能量中的“同化”缺乏必要的理解，并對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)并且儲存能量的變化過程。學(xué)生從中即可明確同化的實質(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)級生物的同化能量

在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，對于同化能量的去向，大部分學(xué)生會產(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：嘗試與錯誤是動物學(xué)習(xí)的基本形式，學(xué)習(xí)是嘗試錯誤的過程。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，不如故設(shè)陷阱，讓學(xué)生去嘗試，然后再引導(dǎo)其進(jìn)行錯誤的分析，方能達(dá)到知錯深改的目的。

例1，圖1為某草原生態(tài)系統(tǒng)中能量流動圖解，①～④表示相關(guān)過程能量流動量。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)生對圖表中各數(shù)字代表能量所屬的理解。能量流動類試題以這種流程圖出現(xiàn)較多，因此，以此類試題為知識分析的載體，能較好地暴露理解上的錯誤。如會認(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價，而是要提出相應(yīng)的問題，引導(dǎo)學(xué)生展開分析：編號①②③④分別代表什么能量？某營養(yǎng)級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)生通過對例題1的分析可知，某營養(yǎng)級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，而是來自于上一個營養(yǎng)級生物的同化能量，而該營養(yǎng)級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)級生物的遺體殘骸。

三、難以區(qū)分生產(chǎn)者與消費者能量流動的過程

由于生產(chǎn)者和消費者的同化類型不同，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，為生命活動提供直接能量來源。聯(lián)系生活實際，可引導(dǎo)學(xué)生分析出生產(chǎn)者是以殘枝敗葉（或遺體殘骸）的形式流向分解者的，并非以糞便的形式進(jìn)行的。為了讓學(xué)生正確理解初級消費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消費者糞便中的能量，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算

教學(xué)中，大多是以自然生態(tài)系統(tǒng)作為研究對象，進(jìn)行相鄰營養(yǎng)級能量傳遞效率的計算，大多數(shù)學(xué)生已明確其計算公式：下一營養(yǎng)級生物的同化能量÷上一營養(yǎng)級生物的同化能量。而在現(xiàn)實生活中，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，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)生在計算過程中通常會犯如下錯誤：下一個營養(yǎng)級生物所有同化能量（來自上一營養(yǎng)級和人工加入）÷上一營養(yǎng)級來的同化能量（來自于上一營養(yǎng)級和人工加入的能量），或者下一營養(yǎng)級生物同化上一營養(yǎng)級生物的能量÷上一營養(yǎng)級生物同化能量（不包括人工加入的能量），或者下一個營養(yǎng)級生物所有同化能量（來自上一營養(yǎng)級和人工加入）除以上一營養(yǎng)級來的同化能量（不包括人工加入的能量）。

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

【責(zé)任編輯 郭振玲】endprint