多種方法分析數(shù)據(jù)，巧析能量流動(dòng)的特點(diǎn)

王 嬌

(云南省昆明市第三中學(xué) 昆明 650599)

“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”是人教版教材必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第5章第2節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)主要介紹了能量流動(dòng)的定義、過程、特點(diǎn)和研究能量流動(dòng)的意義。其中能量流動(dòng)的特點(diǎn)是在對(duì)過程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上利用賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解(圖1)從定性到定量的分析中得出的。

而教材中所給出的賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解中有大量的能量數(shù)值，如何有效地處理這些數(shù)值以幫助學(xué)生自主建構(gòu)“能量流動(dòng)的特點(diǎn)”是本節(jié)內(nèi)容的難點(diǎn)，筆者在教學(xué)中嘗試了以下幾種方式對(duì)圖中數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

圖1 賽達(dá)伯格湖的能量圖解[數(shù)字單位為J/(cm2·a)]

1 看圖說話，明晰每一個(gè)數(shù)值的含義

在介紹生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程的基礎(chǔ)上，教師可要求學(xué)生對(duì)照教材“能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級(jí)示意圖”以及“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)示意圖”說出圖1每一個(gè)數(shù)值所代表的含義。

該環(huán)節(jié)學(xué)生會(huì)遇到兩個(gè)理解難點(diǎn)： 一是由生產(chǎn)者流向植食性動(dòng)物的能量62.8J/(cm2·a)是植食性動(dòng)物的同化量還是攝入量；另一個(gè)是未利用所指的能量到底是什么。難點(diǎn)一通過學(xué)生之間的相互討論結(jié)合“生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)示意圖”即可解決，難點(diǎn)二教材中已有解釋：“未利用是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一營養(yǎng)級(jí)和分解者利用的能量?！泵鎸?duì)這一解釋，學(xué)生自然會(huì)問：“那未利用的能量到底去哪里了？”因此學(xué)生對(duì)未利用的理解依舊停留在定義層面，想要更加深刻地理解或許可以嘗試其他數(shù)據(jù)處理方式。

2 巧用扇形圖，厘清能量去向

教師可以生產(chǎn)者的能量流動(dòng)情況為例，將生產(chǎn)者的總能量值以及流向各部分的能量值繪制為扇形圖(圖2)。通過扇形圖，學(xué)生可以一目了然看出，生產(chǎn)者的總能量等于呼吸作用消耗的部分、植食性動(dòng)物同化的部分、分解者分解的部分和未利用部分。其中未利用部分占生產(chǎn)者總能量的63%，看到此數(shù)據(jù)學(xué)生將更加想探索未利用部分的能量到底在哪里以什么形式存在，這為教師之后的講解做好了情感鋪墊，成功引起了學(xué)生的注意力。

教師可以在學(xué)生討論和分享的基礎(chǔ)上給出兩個(gè)提示： ①生產(chǎn)者死亡后是否一定會(huì)被分解者分解？②請(qǐng)大家關(guān)注生態(tài)學(xué)家林德曼對(duì)賽達(dá)伯格湖研究的時(shí)長有多久？最終歸納得出“未利用”可以是指： 死亡后未被分解者分解的枯枝敗葉，有可能是時(shí)間有限，分解者還未能將枯枝敗葉完全分解，若在其他生態(tài)系統(tǒng)中則還可能是一部分遺體殘骸成為了化石。除此之外還應(yīng)該包括研究期間沒有死亡、沒有被捕食的個(gè)體內(nèi)用于機(jī)體形態(tài)結(jié)構(gòu)建成的有機(jī)物以及儲(chǔ)存在營養(yǎng)器官中的有機(jī)物。

圖2 生產(chǎn)者的能量流動(dòng)情況

3 利用表格整理數(shù)據(jù)，建構(gòu)新知

教師可布置任務(wù)： 要求學(xué)生將圖1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理填寫到表格中，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單處理(表1)。

通過數(shù)據(jù)處理，學(xué)生計(jì)算出該生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者與植食性動(dòng)物之間能量傳遞效率為13.52%，植食性動(dòng)物與肉食性動(dòng)物之間能量傳遞效率為20.06%。師生共同歸納得出能量流動(dòng)的特點(diǎn)： 逐級(jí)遞減、單向傳遞。

表1 賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)[能量單位是J/(cm2·a)]

4 擺一擺，構(gòu)建能量金字塔

教師還可從圖1中剝離出食物鏈(圖3)，布置任務(wù)： ①若用一個(gè)粉筆盒代表一個(gè)能量塊，其表示的能量值為100J/(cm2·a)，請(qǐng)用若干粉筆盒表示出生產(chǎn)者、植食性動(dòng)物、肉食性動(dòng)物的同化量；②請(qǐng)將代表生產(chǎn)者同化量的能量塊放在最下面，將代表植食性動(dòng)物同化量的能量塊放在第二層，以此類推。學(xué)生完成該任務(wù)后，賽達(dá)伯格湖的能量金字塔模型就已經(jīng)呈現(xiàn)在眼前了(圖4)。通過該模型，學(xué)生可以直觀得出能量流動(dòng)沿食物鏈進(jìn)行，因而能量流動(dòng)必然是單向的，而金字塔型則形象地體現(xiàn)了能量流動(dòng)的第二個(gè)特點(diǎn)——逐級(jí)遞減。

通過這4種數(shù)據(jù)處理方式，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下將復(fù)雜的能量流動(dòng)圖解最終簡化為一個(gè)簡單金字塔模型，將一個(gè)抽象的問題、許多冷漠的數(shù)字以金字塔模型的形式形象生動(dòng)地展現(xiàn)出來。

圖3 賽達(dá)伯格湖的能量圖解中的食物鏈[數(shù)字單位為J/(cm2·a)]

圖4 賽達(dá)伯格湖的能量金字塔模型(左圖為電腦繪制模型，右圖為實(shí)物模型)

通過對(duì)“賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解”中數(shù)據(jù)的不同處理，最終給能量流動(dòng)的特點(diǎn)“單向流動(dòng)、逐級(jí)遞減”賦予了更多的內(nèi)涵，使得該內(nèi)容有血有肉，學(xué)生不再是單純地背誦這8個(gè)字，而是通過自己的分析，將復(fù)雜問題進(jìn)行拆解，逐步解決，不再是被動(dòng)地接受知識(shí)，而是主動(dòng)地探索發(fā)現(xiàn)知識(shí)，最終自主建構(gòu)出能量流動(dòng)的特點(diǎn)。

在這一過程中，學(xué)生通過整理、計(jì)算、歸納、概括、建模最終完成了對(duì)自身科學(xué)思維的培養(yǎng)。在后續(xù)的教學(xué)中，教師還可以借助教材中技能訓(xùn)練的部分進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)處理的能力。