生物教學中能量流動的理解誤區及闡釋

張德超+趙蘋

摘 要 能量流動中的來源與去向分析，一直是學生理解錯誤的重災區，本文結合多年的教學經歷，對其中較為常見的錯誤展開分析并提出適當的應對措施。

關鍵詞 攝食中的能量 同化能量 生產者與消費者 人為添加能量

一、攝食中的能量為該生物的同化能量

對于能量流經第二營養級的起點，學生會根據自己的生活經歷，簡單地認為自己所攝入食物中的能量，會完全轉化為自己的能量，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入人體后的去向思考不到位。因此，在教學中可以從食物進入人體內的初步變化以及去向進行分析，還要對同化能量的本質屬性進行必要的分析。

為了幫助學生構建同化能量這一新概念，可引導學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境中獲取的營養物質轉變成自身的組成物質并且儲存能量的變化過程。學生從中即可明確同化的實質：將外界的物質和能量轉化成為自身的組成成分和能量。進而明確了同化能量的實質：將外界的能量轉化為自身所能利用的能量。為了消除認為食物中的能量即是自身同化能量的理解誤區，可提出問題：我們所吃的食物，進入人體后流向何處？學生根據所學的知識可知，被消化系統水解，其中一部分被消化系統吸收進入人體內環境，另一部分未被吸收進入大腸，以糞便的形式排出體外。進而追問：哪部分的能量屬于我們的同化能量？學生根據同化能量的內涵，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級生物的同化能量

在教學中發現，對于同化能量的去向，大部分學生會產生理解誤區：流向分解者的能量，均被認為屬于自身同化能量的一部分，究其原因是不能很好地區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，可以創設特定的問題情景，以暴露學生的認知錯誤。美國著名教育心理學家桑代克在“試誤說”中提出：嘗試與錯誤是動物學習的基本形式，學習是嘗試錯誤的過程。教師與其拼命地講解，以避免學生在今后做題過程中犯錯，不如故設陷阱，讓學生去嘗試，然后再引導其進行錯誤的分析，方能達到知錯深改的目的。

例1，圖1為某草原生態系統中能量流動圖解，①～④表示相關過程能量流動量。下列有關敘述不正確的是（ ）

A.①是流入該生態系統的總能量

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生對圖表中各數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，而是要提出相應的問題，引導學生展開分析：編號①②③④分別代表什么能量？某營養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，學生即可消除理解誤區。

學生通過對例題1的分析可知，某營養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級生物的同化能量，而該營養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行的，其糞便中的能量可看作是來自于上一營養級生物的遺體殘骸。

三、難以區分生產者與消費者能量流動的過程

由于生產者和消費者的同化類型不同，分別屬于自養型和異養型，因而能量在體內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級生物的同化能量；而生產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，從而導致學生容易產生一定的理解誤區。

為了更好地幫助學生消除上述的理解誤區，需要在教材內容的基礎上，增加能量流經生產者的過程示意圖（圖2）。為了順利引導學生完成該流程圖的構建，列出如下問題：生產者同化能量的途徑是什么？能否認為是照射到生產者表面的光能呢？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行的？通過對上述系列問題的討論、分析，學生初步理解了生產者通過光合作用固定太陽能，主要儲存在糖類等有機物中。根據呼吸作用原理，學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。聯系生活實際，可引導學生分析出生產者是以殘枝敗葉（或遺體殘骸）的形式流向分解者的，并非以糞便的形式進行的。為了讓學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，可引導學生對牛糞這一常見物質進行分析，并告知學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，而是來自于生產者的同化能量，以此類推出：某營養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級的同化能量。

四、人為添加有機物能量的生態系統中能量傳遞效率的計算

教學中，大多是以自然生態系統作為研究對象，進行相鄰營養級能量傳遞效率的計算，大多數學生已明確其計算公式：下一營養級生物的同化能量÷上一營養級生物的同化能量。而在現實生活中，存在著大量的人工添加能量的生態系統，如魚塘、農場，甚至是遭到破壞后自然生態系統，為了盡快恢復該生態系統的結構和功能，往往需要人工添加部分的能量物質。學生在計算過程中通常會犯如下錯誤：下一個營養級生物所有同化能量（來自上一營養級和人工加入）÷上一營養級來的同化能量（來自于上一營養級和人工加入的能量），或者下一營養級生物同化上一營養級生物的能量÷上一營養級生物同化能量（不包括人工加入的能量），或者下一個營養級生物所有同化能量（來自上一營養級和人工加入）除以上一營養級來的同化能量（不包括人工加入的能量）。

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

【責任編輯 郭振玲】endprint