再议能量流动教学中的理解误区及应对策略

张德超+姜德芹

能量流动、物质循环是生态系统的主要功能，其中能量流动是教学中的难点，尤其是各级能量的去向学生的理解不甚清晰。下面结合教学实践，对学生常犯的一些错误进行梳理，并提出自己的应对策略。

1 认为摄食中的能量即为该生物的同化能量

对于能量流经第二营养级的起点，学生会根据自己的生活经历，简单地认为自己所摄入食物中的能量，会完全转化为自己的能量，即成为自己的同化能量。究其原因是对同化能量中的“同化”缺乏理解，另外，对所摄入食物中能量进入人体后的去向思考不到位。因此，在教学中，教师可以从食物进入人体内的初步变化以及去向进行分析，此外，还要对同化能量的本质属性进行必要的分析。

在此之前，学生对同化作用已有所了解。为了帮助学生构建同化能量这一新概念，教师可引导学生回忆同化作用：同化作用，又叫合成代谢，是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质，并且储存能量的变化过程。学生从中即可明确同化的实质：将外界的物质和能量转化成为自身的组成成分和能量，进而明确了同化能量的实质，即将外界的能量转化为自身所能利用的能量。

为了消除认为食物中的能量即是自身同化能量的理解誤区，教师可提出问题：我们所吃的食物，进入人体后流向何处？学生根据所学的知识可知，被消化系统分解，其中一部分被消化系统吸收进入人体内环境，另一部分未被吸收进入大肠，以粪便的形式排出体外。教师进而追问：哪部分的能量属于我们的同化能量？学生根据同化能量的内涵，即可判定出前者才属于我们的同化能量，从而列出同化能量=食物中的能量-粪便中的能量。

2 流向分解者的能量（粪便、遗体残骸）均来自于该营养级生物的同化能量

对于同化能量的去向，大部分学生会产生这样的理解误区：流向分解者的能量均被认为属于自身同化能量的一部分，究其原因是不能很好地区分粪便和遗体残骸中能量的归属问题。

对于这类问题的解决，教师可以采取先创设特定的问题情景，以暴露学生的认知错误。美国著名教育心理学家桑代克在“试误说”中提出：尝试与错误是动物学习的基本形式，学习是尝试错误的过程。教师与其拼命地讲解，以避免学生在今后做题过程中犯错，不如故设陷阱，让学生去尝试，然后再引导其进行分析，方能达到知错就改的目的。

【例1】 图1表示某草原生态系统中能量流动图解，①～④表示相关过程能量流动量。下列有关叙述不正确的是（ ）

A. ①是流入该生态系统的总能量

B. 分解者获得的能量最少

C. 图中②/①的比值代表草→兔的能量传递效率

D. ③和④分别属于草和兔同化量的一部分

参考答案：ABC。

解析：该试题能更好地考查学生对图表中各数字代表能量所属的理解，因为能量流动类试题以这种流程图出现较多。因此，以此类试题为知识分析的载体，能较好地暴露学生理解上的错误，如认为①、②分别是兔摄食、狐摄食中所含的能量，③、④分别属于兔、狐的同化能量等。原试题设置为单选题，学生可能通过简单的排除法得出正确的答案，不能很好地暴露更多的理解误区，可将其改变为多选题，从而尽可能全面地考查学生对新知识的掌握情况。

在学生得出自己的答案后，教师不要急于给出评价，而是要提出相应的问题，引导学生展开分析：编号①～④分别代表什么能量？某营养级生物以粪便形式流向分解者的能量是否属于该生物的同化能量？若不是，请说明应属于哪一类生物的同化能量，若是，同样需要说明理由。通过对上述问题的解决，学生即可消除上述的理解误区。

学生通过对上面例题的分析可知：某营养级生物以粪便的形式流向分解者的能量并非是属于该生物的同化能量，而是来自于上一个营养级生物的同化能量，而该营养级生物同化能量中流向分解者的，是以其遗体残骸的形式进行的，其粪便中的能量可看作是来自于上一营养级生物的遗体残骸。

3 不能很好地区分生产者与消费者能量流动的过程

由于生产者和消费者的同化类型不同，分别属于自养型和异养型，因而能量在体内流向存在一定的差异，如消费者食物中能量首先有两大去向：未消化吸收的以粪便形式流向分解者，消化吸收的成为该营养级生物的同化能量，而生产者却不存在消化与吸收的问题，因而也就不存在粪便的问题。这样会导致学生在上述问题中产生一定的理解误区。

为了更好地帮助学生消除上述的理解误区，教师需要在教材内容的基础上，增加能量流经生产者的过程示意图，如图2所示。

为了顺利引导学生完成该流程图的构建，教师列出如下问题：生产者同化能量的途径是什么？能否认为是照射到生产者表面的光能呢？同化的能量以什么样的形式存在？这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进行的？通过对上述系列问题的讨论、分析，学生初步理解了生产者通过光合作用固定太阳能，主要储存在糖类等有机物中。根据所学呼吸作用原理，学生即可明确可通过呼吸作用分解葡萄糖，释放能量，这部分能量大部分以热能形式散失，少部分合成ATP，为生命活动提供直接能量。

联系生活实际，教师可引导学生分析出：生产者是以残枝败叶（或遗体残骸）的形式流向分解者的，并非以粪便的形式进行的。为了让学生正确理解初级消费者流向分解者能量的来源——粪便和遗体残骸中所含能量的所属问题，教师可引导学生对牛粪这一常见物质的分析，并告知学生蒙古草原上牧民往往是利用晒干的牛粪作为燃料，从而明确牛粪中含有大量的未被牛消化吸收的牧草成分。这样，学生可以很自然地判定出初级消费者粪便中的能量，并非属于自身的同化能量，而是来自于生产者的同化能量。教师要求学生以此类推出：某营养级流向分解者的同化能量是自身遗体残骸所含的能量，其粪便中所含的能量属于上一营养级的同化能量。在上述问题解决之后，教师要求学生尝试绘出能量流经第一和第二营养级的流程图。

4 人为添加有机物能量的生态系统中能量传递效率的计算

教学中，大多是以自然生态系统作为研究对象，进行相邻营养级能量传递效率的计算，多数学生已明确其计算公式：下一营养级生物的同化能量÷上一营养级生物的同化能量。而在现实生活中，存在着大量的人工添加能量的生态系统，如鱼塘、农场，包括遭到破坏后的自然生态系统，为了尽快恢复该生态系统的结构和功能，往往需要人工添加部分的能量物质。学生在计算过程中通常会犯如下错误：下一个营养级生物所有同化能量（来自上一营养级和人工加入）/上一营养级来的同化能量（来自于上一营养级和人工加入的能量），或者下一營养级生物同化上一营养级生物的能量÷上一营养级生物同化能量（不包括人工加入的能量），或下一个营养级生物所有同化能量（来自上一营养级和人工加入）/上一营养级来的同化能量（不包括人工加入的能量）。

根据能量流动的过程和能量传递效率的计算可知：下一营养级同化上一营养级生物的能量，这点和外界人工添加的能量无关。计算过程中，该生物的同化能量，应该排除外界加入的能量，这个能量应该是同化上一营养级生物的能量。这是在上一营养级生物同化总能量的基础上完成的。因此，上一营养级生物能够流向下一营养级生物的能量，包括来自其上一营养级生物的和人工添加物质中的同化能量。对于有人工加入能量的生态系统而言，其计算公式应该为：下一营养级生物同化上一营养级生物的能量÷上一营养级生物同化能量（来自于上一营养级和人工加入的能量）。

【例2】 图3是某人工鱼塘生态系统能量流动图解（能量单位为：J/cm2·a），请回答：

（1） 生产者同化能量是 ，植食性动物同化生产者的能量是 ，肉食性动物同化植食性动物的能量是 。

（2） 生产者的能量流向植食性动物的传递效率是 ，植食性动物的能量流向肉食性动物的传递效率是 。

参考答案：（1） 110 16 25 （2） 12.7% 15.6%

解析：对于该类试题的解答，不仅需要求出各营养级生物的同化能量，还要求出其同化能量中来自于上一营养级生物的能量值。由图可知，要想求出生产者的同化能量，必须要得知流向植食性动物的能量值，依次类推。因此，要想顺利求出各营养级生物的同化能量，必须先要求出最高营养级生物同化能量的相关数值，即要求出肉食性动物同化的总能量。因为来源中的其一（来自于植食性动物）未知，因而此方法行不通，就此可追寻其能量的流向：流向分解者（0.05）、自身呼吸消耗（2.1）、流向下一营养级（0.25）、未利用（5.1），这几个数据之和即为7.5 J/cm2·a。这个能量有两大来源：人工输入（5）、来自于植食性动物（未知），进一步求出肉食性动物同化植食性动物的能量：7.5-5=2.5 J/cm2·a。以此类推，即可求出植食性动物同化总能量（16）、生产者流向植食性动物的能量（16-2=14）、生产者的同化能量（3+14+70+23=110）。进而可求出生产者与植食性动物能量传递效率为14÷110×100%=12.7%，植食性动物与肉食性动物能量传递效率为2.5÷16×100%=15.6%。