巧构模型解答生态系统相关问题的实例探究
——由2018年浙江省生物选考第29题引发的思考

甘肃

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》的核心素养之社会责任中明确提出要使学生树立和践行 “绿水青山就是金山银山”的理念，形成生态意识，参与环境保护实践。而且生态系统的相关问题是历年高考和地方选考的热点和难点之一，如何使学生形成如生态系统中物质与能量观的生命观念，培养学生的社会责任等核心素养，也是教学过程中的重点和难点之一。本文论述了应用构建模型的方法，使学生有效地理解和掌握生态系统的各种成分及相互关系。通过构建模型使学生自主探究能量流动的过程，从而理解物质与能量观的基本生命观念，掌握能量流动的基本内涵和外延。

一、生态系统成分模型的构建

图 1 生态系统成分基本模型

图1 是以生态系统的组成成分之间的相互关系构建的模型，分析图1可知：A与B之间是双向箭头，而且B有三个箭头指出，所以B为生产者；而A有三个箭头指入，所以A为非生物的物质和能量，D与C，一个为消费者，一个为分解者。

如果在图1中增加一个消费者，可以将图1进行演变，构建如图2所示的模型。该模型中，先根据A与B之间的双向箭头可以判断出一个是生产者，一个是非生物的物质和能量。再根据A、C、D都流向E，因此判断出A是生产者，B是非生物的物质和能量，C是初级消费者，D是次级消费者，E是分解者。如果在该图中再增加一个消费者，可以将图1演变成如图3所示的模式图，在该模式图中有一条食物链是E→F→D→B。

图 2 生态系统成分模型二

图 3 生态系统成分模型三

此外，还可以将图1进行演变，构建如图4的模型，用来表示人体内环境中各种成分和细胞内液的关系，分析图4可知，A与B、C都有双向交换，则A为组织液；而C只与A有双向交换，C为细胞内液；B与A是双向交换，而A单向流向D，D又单向流向B，所以B为血浆，D为淋巴。

图 4 人体内环境成分模型

二、生态系统能量流动模型的构建

图 5 生态系统能量流动基本模型

图5 是以人教版教材必修3第94页图5-6能量流经第二营养级示意图为基础构建的，图中W1为第一营养级的同化量，A1为第一营养级呼吸作用散失的能量；B1是第一营养级未利用的能量；C1是流入分解者的能量；D1是流入下一个营养级的能量，也是下一个营养级的同化量。同理分析可知：A2是第二营养级呼吸作用散失的能量；B2是第二营养级未利用的能量；C2是流入分解者的能量；D2是流入第三营养级的能量。其中，如果将流入某一营养级的同化量，分为两部分的话，一部分为A所示的呼吸作用散失的能量，另一部分为用于自身生长、发育和繁殖的能量，即B+C+D。另外，可将该模型进行演变，构建如图6所示的能量流动模型图，该图中各字母代表的基本含义与图5类似。

图 6 能量流动模型二

【典例】（2018年4月，浙江省选考，第29题）某生态系统碳循环的部分示意图如下：

图 7

回答下列问题：

（1）图7中的字母________表示大气中的CO2，由于许多因素的影响，使其含量夏季________冬季。

（2）CO2被生产者吸收转变成体内物质进入生物群落，再被图中的A、B的________和C的分解作用以及E的燃烧，转变成CO2后再重新循环。若此生态系统中的生物群落处在正常演替过程中，生产者吸收的CO2量________整个生物群落排放的CO2量。

（3）若将本题图7修改为该生态系统的能量流动示意图，可将D的含义改为________，其他字母及文字代表的含义不变，还需要修改之处有：增加“光→A”、取消“→E→D”、________。

【解析】本题以图形的形式考查学生对于生态系统成分和能量流动知识的理解和掌握，结合生态系统成分模型和能量流动模型可以有效帮助学生解答此问题。分析题目可知：（1）图中A和D之间是双向箭头，可判断其中一个为生产者，另一个为大气中CO2库（即非生物的物质和能量），而B、C和E都有箭头指向D，所以D为大气中的CO2库，A为生产者；由于夏季植物的整体光合作用比冬季强及冬季的化石燃料的燃烧（采暖使用煤炭、天然气等的燃烧），所以夏季大气中的CO2浓度低于冬季。（2）图中的A为生产者，B为消费者，碳循环中生产者和分解者通过呼吸作用把有机物分解为CO2，从而使碳元素返回大气中的CO2库。若此生态系统中的生物群落处在正常演替过程中，则需有有机物的积累，则生产者吸收的CO2量大于整个生物群落排放的CO2的量。（3）能量流动是在生物与整个无机环境之间进行的，所以要将D（大气CO2库）改为非生物的环境，其中流经生态系统的能量是生产者固定的太阳能，所以要增加“光→A”的途径；E为化石燃料的燃烧，不包括在生态系统的能量流动过程中，所以要取消“→E→D”；生态系统的能量流动特点是单向传递、逐级递减，所以应该取消“D→A”。

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

综上所述，通过构建模型不仅使学生学会归纳和概括生态系统的主要知识点，还有利于学生理解课本中的核心概念，提高学生学习和复习的效率，并且为今后学生应用和迁移该部分知识打下良好的基础，为高效而准确地解答相关习题提供重要的保证，从而提高学生解题的效率和正确率，避免会但答错的现象发生。另外，通过构建模型的过程，可训练学生的建模能力，更加有益于培养模型构建的科学思维，从而培养和提高学生生物学核心素养。