優化教材圖形 破解能量流動難點

安徽 江升霞 王 軍

生態系統的能量流動是高考的高頻考點。能量流動的過程和特點是這部分內容的重點和難點，課本主要通過能量流動過程圖來進行闡述，全國卷對能量流動內容的考查也常以圖為載體。在復習備考的最后階段，教師要引導學生進一步回歸教材，本文結合教材，對能量流動圖進行優化處理，解決該部分的知識難點。

一、三圖歸一，洞悉過程本質

圖1源自人教版教材必修3第94頁的圖5-7，也是學生最熟悉、最易理解的圖，除最高營養級外，每個營養級的能量均有一個來源三個去向，故此圖又稱“一來三去圖”。若僅止步于此，學生對該部分知識的掌握程度是遠遠不夠的，教師可以對此圖做優化處理，見圖1。

圖1 生態系統能量流動示意圖

（一）設置問題串，加深理解

圖1是食物鏈中能量流動的直接反映，也可以反映生態系統中能量流動情況，結合本節標題，可以針對生態系統的能量流動概念進行歸類性設問。

（1）表示該生態系統能量輸入、傳遞、轉化、散失的箭頭分別是哪些？

（2）該生態系統能量輸入的總量、形式、過程分別是什么？

（3）該生態系統能量傳遞的途徑、形式分別是什么？

（4）該生態系統能量以哪些形式進行轉化？

（5）該生態系統能量散失的過程、形式分別是什么？

（二）文圖轉換，過程細化、可視化

圖1是整個食物鏈中的能量流動情況，那么具體到生產者，其能量的來源和去向又如何呢？教師可以在圖1的基礎上，請學生做兩件事情：首先，用二分法把人教版教材必修3第94頁第二段文字轉換成圖（如圖2），此圖中生產者同化量有一個來源兩個去向，故此圖又稱“一來二去圖”。然后，請學生把圖1中的箭頭標號①～⑥在圖2中做對應標記，使學生明白隨殘枝敗葉等被分解者分解而釋放出來的那部分能量、流入下一個營養級的那部分能量都屬于能量儲存，它們是能量儲存之后的進一步細分。

圖2 能量流經生產者示意圖

（三）適當補圖，前后連貫

消費者的能量流動情況與生產者有所區別，所以人教版教材必修3第94頁安排了圖5-6，此圖較為復雜，學生容易混亂。鑒于此種情況，在教材圖5-6的基礎上可以做些補充（如圖3），添加次級消費者的糞便、同化。為了讓學生理清能量的各種去向，可以請學生把圖1中的箭頭標號①～⑥在圖3做對應標記，從而達到融會貫通的效果。

在此基礎上，明確相關概念的關系：

消費者攝入能量＝消費者同化能量＋糞便中能量，即動物糞便中的能量不屬于該營養級同化能量，應為上一個營養級固定或同化能量。

消費者同化能量＝呼吸消耗的能量＋用于生長、發育和繁殖的能量。

生長、發育和繁殖的能量＝分解者利用的能量＋下一營養級同化的能量。

圖3 能量流經第二營養級示意圖

二、圖表對比，定量體現異同

人教版教材必修3第95頁中的圖5-8是定量分析圖，除最高營養級外，每個營養級的能量有一個來源和四個去向，故該圖可稱為“一來四去圖”（如圖4）。多出來的一個去向——“未利用”是指在一定時間內能量未被利用，若無時間限制，其最終仍會被利用，此部分能量也是能量儲存之后的進一步細分，所以最終去向是流向下一營養級或分解者。對此圖的優化處理可以從以下兩方面著手。

首先，與“二來四去圖”做比較。教學中，往往以自然生態系統作為研究對象，而在現實生活中，存在著大量的人工生態系統，如魚塘、農場等，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，所以輸入該生態系統的能量多了一條途徑，故該圖稱為“二來四去圖”（如圖5）。學生在分析這些人工生態系統能量流動時，對某營養級的同化量，以及兩個營養級之間的能量傳遞效率感到困惑，關鍵在于是否應該把人工添加的能量輸入計算在內。上一營養級生物能夠流向下一營養級生物的能量，除來自其上一營養級生物，還包括人工添加物質中的同化能量。因此，對于這樣的人工生態系統而言，能量傳遞效率 = 下一營養級生物同化上一營養級生物的能量（不包括人工輸入下一營養級的能量）÷上一營養級生物同化能量（來自于上一營養級和人工輸入的能量）。

圖4 賽達伯格湖的能量流動圖解

圖5 人工魚塘生態系統能量流動圖

其次，設計以下表格（表1），讓學生分別根據圖4、圖5來填寫，通過這種定量的計算分析兩種生態系統中能量流動的區別。

表1 生態系統能量流動定量分析表

三、一圖多變，進行遷移應用

能量流動具有復雜性，由于描述角度的不同，繪制的能量流動圖會多種多樣，教師在幫助學生把握住以上本質問題后，應該再展示多種變式圖訓練學生的分析能力。比如：圖6可以認為是“一來二去圖”的一種變式，其中蜘蛛的攝入量為7.93 g，同化量為7.3 g，X為用于生長發育繁殖的能量。這樣優化處理可以進一步加強學生的遷移應用能力。

圖6 “一來二去圖”變式圖

四、化繁為簡，拔高立足點

如果只是對以上各圖進行分析，會有就圖說圖之嫌，教師可以對人教版教材必修3第93頁的圖進行優化（如圖7）。圖中X可以認為是個體，也可以認為是種群、群落、生態系統。在一定時間范圍內（比如一年），個體的能量輸入如果大于能量散失，則有能量儲存，個體則表現為生長，但在個體衰老時，會有能量輸入小于能量散失。群落演替過程中，由裸巖階段演替到森林階段的過程中，輸入群落的能量大于群落散失能量，群落中有機物在積累，當演替到頂極群落時，輸入群落的能量等于群落散失的能量，生態系統的演替過程中也有類似的變化。不論何種情況，個體、種群、群落、生態系統作為一個生命系統，均有能量的來源和去向問題，均遵循能量守恒定律。教師立足點的高低，直接影響學生對知識的理解。

圖7 能量流動簡化圖

以上四個方面，對能量流動過程的理解由繁至簡，再由簡至繁，尤如讀書時把書“讀薄”再“讀厚”，從而在緊扣教材的同時，抓住能量流動的本質，并靈活解決不同生態系統的能量流動問題，破解能量流動難點。