巧構模型解答生態系統相關問題的實例探究
——由2018年浙江省生物選考第29題引發的思考

甘肅

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》的核心素養之社會責任中明確提出要使學生樹立和踐行 “綠水青山就是金山銀山”的理念，形成生態意識，參與環境保護實踐。而且生態系統的相關問題是歷年高考和地方選考的熱點和難點之一，如何使學生形成如生態系統中物質與能量觀的生命觀念，培養學生的社會責任等核心素養，也是教學過程中的重點和難點之一。本文論述了應用構建模型的方法，使學生有效地理解和掌握生態系統的各種成分及相互關系。通過構建模型使學生自主探究能量流動的過程，從而理解物質與能量觀的基本生命觀念，掌握能量流動的基本內涵和外延。

一、生態系統成分模型的構建

圖 1 生態系統成分基本模型

圖1 是以生態系統的組成成分之間的相互關系構建的模型，分析圖1可知：A與B之間是雙向箭頭，而且B有三個箭頭指出，所以B為生產者；而A有三個箭頭指入，所以A為非生物的物質和能量，D與C，一個為消費者，一個為分解者。

如果在圖1中增加一個消費者，可以將圖1進行演變，構建如圖2所示的模型。該模型中，先根據A與B之間的雙向箭頭可以判斷出一個是生產者，一個是非生物的物質和能量。再根據A、C、D都流向E，因此判斷出A是生產者，B是非生物的物質和能量，C是初級消費者，D是次級消費者，E是分解者。如果在該圖中再增加一個消費者，可以將圖1演變成如圖3所示的模式圖，在該模式圖中有一條食物鏈是E→F→D→B。

圖 2 生態系統成分模型二

圖 3 生態系統成分模型三

此外，還可以將圖1進行演變，構建如圖4的模型，用來表示人體內環境中各種成分和細胞內液的關系，分析圖4可知，A與B、C都有雙向交換，則A為組織液；而C只與A有雙向交換，C為細胞內液；B與A是雙向交換，而A單向流向D，D又單向流向B，所以B為血漿，D為淋巴。

圖 4 人體內環境成分模型

二、生態系統能量流動模型的構建

圖 5 生態系統能量流動基本模型

圖5 是以人教版教材必修3第94頁圖5-6能量流經第二營養級示意圖為基礎構建的，圖中W1為第一營養級的同化量，A1為第一營養級呼吸作用散失的能量；B1是第一營養級未利用的能量；C1是流入分解者的能量；D1是流入下一個營養級的能量，也是下一個營養級的同化量。同理分析可知：A2是第二營養級呼吸作用散失的能量；B2是第二營養級未利用的能量；C2是流入分解者的能量；D2是流入第三營養級的能量。其中，如果將流入某一營養級的同化量，分為兩部分的話，一部分為A所示的呼吸作用散失的能量，另一部分為用于自身生長、發育和繁殖的能量，即B+C+D。另外，可將該模型進行演變，構建如圖6所示的能量流動模型圖，該圖中各字母代表的基本含義與圖5類似。

圖 6 能量流動模型二

【典例】（2018年4月，浙江省選考，第29題）某生態系統碳循環的部分示意圖如下：

圖 7

回答下列問題：

（1）圖7中的字母________表示大氣中的CO2，由于許多因素的影響，使其含量夏季________冬季。

（2）CO2被生產者吸收轉變成體內物質進入生物群落，再被圖中的A、B的________和C的分解作用以及E的燃燒，轉變成CO2后再重新循環。若此生態系統中的生物群落處在正常演替過程中，生產者吸收的CO2量________整個生物群落排放的CO2量。

（3）若將本題圖7修改為該生態系統的能量流動示意圖，可將D的含義改為________，其他字母及文字代表的含義不變，還需要修改之處有：增加“光→A”、取消“→E→D”、________。

【解析】本題以圖形的形式考查學生對于生態系統成分和能量流動知識的理解和掌握，結合生態系統成分模型和能量流動模型可以有效幫助學生解答此問題。分析題目可知：（1）圖中A和D之間是雙向箭頭，可判斷其中一個為生產者，另一個為大氣中CO2庫（即非生物的物質和能量），而B、C和E都有箭頭指向D，所以D為大氣中的CO2庫，A為生產者；由于夏季植物的整體光合作用比冬季強及冬季的化石燃料的燃燒（采暖使用煤炭、天然氣等的燃燒），所以夏季大氣中的CO2濃度低于冬季。（2）圖中的A為生產者，B為消費者，碳循環中生產者和分解者通過呼吸作用把有機物分解為CO2，從而使碳元素返回大氣中的CO2庫。若此生態系統中的生物群落處在正常演替過程中，則需有有機物的積累，則生產者吸收的CO2量大于整個生物群落排放的CO2的量。（3）能量流動是在生物與整個無機環境之間進行的，所以要將D（大氣CO2庫）改為非生物的環境，其中流經生態系統的能量是生產者固定的太陽能，所以要增加“光→A”的途徑；E為化石燃料的燃燒，不包括在生態系統的能量流動過程中，所以要取消“→E→D”；生態系統的能量流動特點是單向傳遞、逐級遞減，所以應該取消“D→A”。

【答案】（1）D 低于 （2）呼吸作用 大于 （3）非生物環境 取消“D→A”

綜上所述，通過構建模型不僅使學生學會歸納和概括生態系統的主要知識點，還有利于學生理解課本中的核心概念，提高學生學習和復習的效率，并且為今后學生應用和遷移該部分知識打下良好的基礎，為高效而準確地解答相關習題提供重要的保證，從而提高學生解題的效率和正確率，避免會但答錯的現象發生。另外，通過構建模型的過程，可訓練學生的建模能力，更加有益于培養模型構建的科學思維，從而培養和提高學生生物學核心素養。