多種方法分析數據，巧析能量流動的特點

王 嬌

(云南省昆明市第三中學 昆明 650599)

“生態系統的能量流動”是人教版教材必修3《穩態與環境》第5章第2節的內容。本節主要介紹了能量流動的定義、過程、特點和研究能量流動的意義。其中能量流動的特點是在對過程學習的基礎上利用賽達伯格湖的能量流動圖解(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伯格湖的能量流動圖解中有大量的能量數值，如何有效地處理這些數值以幫助學生自主建構“能量流動的特點”是本節內容的難點，筆者在教學中嘗試了以下幾種方式對圖中數據進行處理。

圖1 賽達伯格湖的能量圖解[數字單位為J/(cm2·a)]

1 看圖說話，明晰每一個數值的含義

在介紹生態系統能量流動的過程的基礎上，教師可要求學生對照教材“能量流經第二營養級示意圖”以及“生態系統能量流動示意圖”說出圖1每一個數值所代表的含義。

該環節學生會遇到兩個理解難點： 一是由生產者流向植食性動物的能量62.8J/(cm2·a)是植食性動物的同化量還是攝入量；另一個是未利用所指的能量到底是什么。難點一通過學生之間的相互討論結合“生態系統能量流動示意圖”即可解決，難點二教材中已有解釋：“未利用是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一營養級和分解者利用的能量?！泵鎸@一解釋，學生自然會問：“那未利用的能量到底去哪里了？”因此學生對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據處理方式。

2 巧用扇形圖，厘清能量去向

教師可以生產者的能量流動情況為例，將生產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，學生可以一目了然看出，生產者的總能量等于呼吸作用消耗的部分、植食性動物同化的部分、分解者分解的部分和未利用部分。其中未利用部分占生產者總能量的63%，看到此數據學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，成功引起了學生的注意力。

教師可以在學生討論和分享的基礎上給出兩個提示： ①生產者死亡后是否一定會被分解者分解？②請大家關注生態學家林德曼對賽達伯格湖研究的時長有多久？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，有可能是時間有限，分解者還未能將枯枝敗葉完全分解，若在其他生態系統中則還可能是一部分遺體殘骸成為了化石。除此之外還應該包括研究期間沒有死亡、沒有被捕食的個體內用于機體形態結構建成的有機物以及儲存在營養器官中的有機物。

圖2 生產者的能量流動情況

3 利用表格整理數據，建構新知

教師可布置任務： 要求學生將圖1中的數據進行整理填寫到表格中，并對數據進行簡單處理(表1)。

通過數據處理，學生計算出該生態系統中生產者與植食性動物之間能量傳遞效率為13.52%，植食性動物與肉食性動物之間能量傳遞效率為20.06%。師生共同歸納得出能量流動的特點： 逐級遞減、單向傳遞。

表1 賽達伯格湖的能量流動[能量單位是J/(cm2·a)]

4 擺一擺，構建能量金字塔

教師還可從圖1中剝離出食物鏈(圖3)，布置任務： ①若用一個粉筆盒代表一個能量塊，其表示的能量值為100J/(cm2·a)，請用若干粉筆盒表示出生產者、植食性動物、肉食性動物的同化量；②請將代表生產者同化量的能量塊放在最下面，將代表植食性動物同化量的能量塊放在第二層，以此類推。學生完成該任務后，賽達伯格湖的能量金字塔模型就已經呈現在眼前了(圖4)。通過該模型，學生可以直觀得出能量流動沿食物鏈進行，因而能量流動必然是單向的，而金字塔型則形象地體現了能量流動的第二個特點——逐級遞減。

通過這4種數據處理方式，學生在教師的引導下將復雜的能量流動圖解最終簡化為一個簡單金字塔模型，將一個抽象的問題、許多冷漠的數字以金字塔模型的形式形象生動地展現出來。

圖3 賽達伯格湖的能量圖解中的食物鏈[數字單位為J/(cm2·a)]

圖4 賽達伯格湖的能量金字塔模型(左圖為電腦繪制模型，右圖為實物模型)

通過對“賽達伯格湖的能量流動圖解”中數據的不同處理，最終給能量流動的特點“單向流動、逐級遞減”賦予了更多的內涵，使得該內容有血有肉，學生不再是單純地背誦這8個字，而是通過自己的分析，將復雜問題進行拆解，逐步解決，不再是被動地接受知識，而是主動地探索發現知識，最終自主建構出能量流動的特點。

在這一過程中，學生通過整理、計算、歸納、概括、建模最終完成了對自身科學思維的培養。在后續的教學中，教師還可以借助教材中技能訓練的部分進一步強化學生對數據處理的能力。