巧構(gòu)模型解答生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)問題的實(shí)例探究
——由2018年浙江省生物選考第29題引發(fā)的思考

甘肅

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的核心素養(yǎng)之社會(huì)責(zé)任中明確提出要使學(xué)生樹立和踐行 “綠水青山就是金山銀山”的理念，形成生態(tài)意識(shí)，參與環(huán)境保護(hù)實(shí)踐。而且生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)問題是歷年高考和地方選考的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一，如何使學(xué)生形成如生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)與能量觀的生命觀念，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任等核心素養(yǎng)，也是教學(xué)過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。本文論述了應(yīng)用構(gòu)建模型的方法，使學(xué)生有效地理解和掌握生態(tài)系統(tǒng)的各種成分及相互關(guān)系。通過構(gòu)建模型使學(xué)生自主探究能量流動(dòng)的過程，從而理解物質(zhì)與能量觀的基本生命觀念，掌握能量流動(dòng)的基本內(nèi)涵和外延。

一、生態(tài)系統(tǒng)成分模型的構(gòu)建

圖 1 生態(tài)系統(tǒng)成分基本模型

圖1 是以生態(tài)系統(tǒng)的組成成分之間的相互關(guān)系構(gòu)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(gè)箭頭指出，所以B為生產(chǎn)者；而A有三個(gè)箭頭指入，所以A為非生物的物質(zhì)和能量，D與C，一個(gè)為消費(fèi)者，一個(gè)為分解者。

如果在圖1中增加一個(gè)消費(fèi)者，可以將圖1進(jìn)行演變，構(gòu)建如圖2所示的模型。該模型中，先根據(jù)A與B之間的雙向箭頭可以判斷出一個(gè)是生產(chǎn)者，一個(gè)是非生物的物質(zhì)和能量。再根據(jù)A、C、D都流向E，因此判斷出A是生產(chǎn)者，B是非生物的物質(zhì)和能量，C是初級(jí)消費(fèi)者，D是次級(jí)消費(fèi)者，E是分解者。如果在該圖中再增加一個(gè)消費(fèi)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?zhǔn)荅→F→D→B。

圖 2 生態(tài)系統(tǒng)成分模型二

圖 3 生態(tài)系統(tǒng)成分模型三

此外，還可以將圖1進(jìn)行演變，構(gòu)建如圖4的模型，用來表示人體內(nèi)環(huán)境中各種成分和細(xì)胞內(nèi)液的關(guān)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(xì)胞內(nèi)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(nèi)環(huán)境成分模型

二、生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)模型的構(gòu)建

圖 5 生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)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(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)示意圖為基礎(chǔ)構(gòu)建的，圖中W1為第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量，A1為第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)呼吸作用散失的能量；B1是第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)未利用的能量；C1是流入分解者的能量；D1是流入下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量，也是下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量。同理分析可知：A2是第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)呼吸作用散失的能量；B2是第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)未利用的能量；C2是流入分解者的能量；D2是流入第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量。其中，如果將流入某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)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(zhǎng)、發(fā)育和繁殖的能量，即B+C+D。另外，可將該模型進(jìn)行演變，構(gòu)建如圖6所示的能量流動(dòng)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(dòng)模型二

【典例】（2018年4月，浙江省選考，第29題）某生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)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(chǎn)者吸收轉(zhuǎn)變成體內(nèi)物質(zhì)進(jìn)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(zhuǎn)變成CO2后再重新循環(huán)。若此生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落處在正常演替過程中，生產(chǎn)者吸收的CO2量________整個(gè)生物群落排放的CO2量。

（3）若將本題圖7修改為該生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)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(xué)生對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)成分和能量流動(dòng)知識(shí)的理解和掌握，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)成分模型和能量流動(dòng)模型可以有效幫助學(xué)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(gè)為生產(chǎn)者，另一個(gè)為大氣中CO2庫（即非生物的物質(zhì)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(chǎn)者；由于夏季植物的整體光合作用比冬季強(qiáng)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(chǎn)者，B為消費(fèi)者，碳循環(huán)中生產(chǎn)者和分解者通過呼吸作用把有機(jī)物分解為CO2，從而使碳元素返回大氣中的CO2庫。若此生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落處在正常演替過程中，則需有有機(jī)物的積累，則生產(chǎn)者吸收的CO2量大于整個(gè)生物群落排放的CO2的量。（3）能量流動(dòng)是在生物與整個(gè)無機(jī)環(huán)境之間進(jìn)行的，所以要將D（大氣CO2庫）改為非生物的環(huán)境，其中流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的能量是生產(chǎn)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(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過程中，所以要取消“→E→D”；生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)特點(diǎn)是單向傳遞、逐級(jí)遞減，所以應(yīng)該取消“D→A”。

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

綜上所述，通過構(gòu)建模型不僅使學(xué)生學(xué)會(huì)歸納和概括生態(tài)系統(tǒng)的主要知識(shí)點(diǎn)，還有利于學(xué)生理解課本中的核心概念，提高學(xué)生學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)的效率，并且為今后學(xué)生應(yīng)用和遷移該部分知識(shí)打下良好的基礎(chǔ)，為高效而準(zhǔn)確地解答相關(guān)習(xí)題提供重要的保證，從而提高學(xué)生解題的效率和正確率，避免會(huì)但答錯(cuò)的現(xiàn)象發(fā)生。另外，通過構(gòu)建模型的過程，可訓(xùn)練學(xué)生的建模能力，更加有益于培養(yǎng)模型構(gòu)建的科學(xué)思維，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)。