中五生物｜生态系统能量流备课指引（导师用）｜光合效率、能量金字塔与碳循环

2026-11-01

学生背得出“能量金字塔”，但一问“为何食物链通常只有四五级”就只答“因为能量流失”，讲不出流失几多、流失去边。这一堂每个环节都要有数字。

本堂目标　学生能够：① 用 GPP、NPP 与呼吸作用解释能量在生产者层的增减；② 用十百分比定律计算各营养级可得能量并解释金字塔形状；③ 说明分解者在能量流与碳循环的角色，并比较食素与食肉所需土地。

01　先备知识（开课前 3 分钟快检）

以下任何一项未过关，本堂就会卡住，先补该项：

技能	快检题	过关标准
光合作用	光合作用需要什么	光、二氧化碳、水
呼吸作用	呼吸作用释放什么	能量、二氧化碳、水
食物链	生产者与消费者的分别	自制养分／摄食

02　课堂流程（60 分钟）

时间	环节	导师做什么	学生做什么
0–12 分	太阳能到生产者	入射 5.0×10⁶ kJ m⁻² yr⁻¹	NPP 20000，效率 0.4%
12–26 分	GPP、NPP 与呼吸	GPP 26000、NPP 20000	呼吸占 23.1%
26–42 分	十百分比定律	20000 → 2000 → 200 → 20 kJ	每级剩 10%
42–50 分	分解者与碳循环	分解者把有机物变无机物	能量不回传、物质可循环
50–56 分	人类饮食的土地代价	食三级消费者需多 1000 倍面积	食物链越短越省
56–60 分	离场检查	三题收回即批	独立完成

03　讲解脚本（照着说就可以）

第一幕：太阳能到生产者：光合效率只有零点几个 percent

入射太阳能约 5.0×10⁶ kJ m⁻² yr⁻¹，森林的净初级生产力 NPP 约 20000 kJ m⁻² yr⁻¹，光合效率 = 20000 ÷ 5.0×10⁶ = 0.4%。
GPP 26000 减去呼吸 6000 才等于 NPP，即呼吸已用掉 23.1%。所以“植物把阳光全部变成生物量”是错的，九成九以上的能量根本没进入食物链。
NPP 才是可供下一级利用的部分，计能量金字塔一定要用 NPP 做分母。

要学生做：若某农地 GPP 为 30,000、呼吸 7,500 kJ m⁻² yr⁻¹，求 NPP 与呼吸占比（22,500；25.0%）。

第二幕：十百分比定律：为何食物链这么短

由 NPP 20000 kJ m⁻² yr⁻¹ 开始，每级约 10% 传到下一级：初级消费者 2000、次级 200、三级 20 kJ。
其余 90% 去了哪里？呼吸散热、排泄物与未食部分（变成碎屑给分解者）、以及运动消耗。
所以到第五级只剩 2.00 kJ，支撑不到一个可繁殖的族群，这就是食物链长度有上限的原因。
能量金字塔一定正立；生物量金字塔在海洋可能倒立（浮游植物周转快），数目金字塔更可以倒立（一棵树养很多昆虫）。

要学生讲：用“10% 传递、90% 散失”两句解释金字塔为何越上越窄，并举一个倒立生物量金字塔的例子。

第三幕：分解者与碳循环：物质循环、能量单向

分解者（细菌、真菌）把碎屑中的有机碳氧化成 CO₂，把氮变回铵盐，养分回到生产者手中 —— 物质是循环的。
能量却不可以循环：每一步都以热的形式散失，所以生态系统要不断输入太阳能，否则会停。
人类饮食的推论：直接食植物，20000 kJ 可养 10% 即 2000 kJ 的人类；食三级消费者只剩 20 kJ，同一块地要 1000 倍才可以养同样人口。
所以食物链越短越省资源；这也是“食肉对土地压力较大”的科学根据，不是道德判断。

要学生做：计若人口需要的能量是 2000 kJ，食三级消费者时需要多少块同样土地，答 1000 块。

04　必教题型与步骤

题型	例子	步骤	答案
计算题	能量传递	逐级乘 0.1，注意用 NPP	2000 → 200 → 20
图表题	金字塔判读	先分能量／生物量／数目	只有能量金字塔必正立
解释题	食物链长度	10% 传递、90% 散失	第五级不足以维持族群
应用题	饮食与土地	比较食物链长短的可得能量	差 1000 倍

合理性检查（一定要教）：单位要一致：全部用 kJ m⁻² yr⁻¹，若题目给 J 或 kcal 要先换算（1 kcal ≈ 4.18 kJ）。分母检查：光合效率用入射太阳能，能量传递效率用上一级的 NPP／摄入能量，两条公式的分子分母不可以混。
数值合理性：0.4% 光合效率看似很低，但那是全年平均并已扣除呼吸；若计到 40% 就要警觉 —— 那是不可能的。每级 10% 是平均数，实际可在 5–20% 之间，答题时要写“约”而不好写成定律。

05　独立练习三题

题目	答案	想观察什么
NPP 20,000、初级消费者可得能量	2000 kJ	×0.1
GPP 30,000、呼吸 7,500 的 NPP	22,500 kJ	30,000 − 7,500
三级消费者只剩多少（由 20,000 起）	20 kJ	×0.1 三次
为何能量金字塔不会倒立	每级能量必少于上一级	热散失不可逆

06　学生常见错误与纠正句

错误	学生通常这样写	导师这样说
用 GPP 代替 NPP 起算	由 26,000 起乘 0.1	“可供下一级用的只有 NPP，呼吸用了的部分不会传出去。”
以为能量可以循环	答分解者把能量还给植物	“分解者还的系物质，能量已经变成热散走，两样要分开讲。”
把 10% 当定律	写“能量一定传 10%”	“10% 系平均数，题目俾几多就用几多，不好当成必然。”
忽略单位换算	kcal 与 kJ 直接相加	“1 kcal 等于 4.18 kJ，不换算就成条数都错。”

07　家课建议（直接指到练习卷题号）

中学生物章节索引　全科章节
生物练习卷　生态与能量流题组第 9–14 题

08　离场检查（最后 5 分钟）

题目	答案	判定
NPP 20,000 的次级消费者能量	200 kJ	全对＝可进生态演替
能量金字塔可否倒立	不可以，能量必递减	错＝重讲十百分比
分解者的两个角色	分解有机物、释放无机养分	错两题以上＝回到第一幕

09　导师常问

为何海洋的生物量金字塔可以倒立？

浮游植物繁殖与被食速度都极快，任何一刻的存量很少，但全年总生产量足以支撑较大的浮游动物存量。

能量流失九成去了哪里？

主要是呼吸散热，其次是排泄物与未被食用的部分，全部最终由分解者处理。

食物链越短为何越省资源？

每一级都要损失约九成能量，少一级就少一次九成的损耗，同一块地可以养活更多人。

立即免费找导师导师登记 →

本页为 TutorZone 导师备课指引，内容由 TutorZone 团队编写；题目与流程为原创，并非任何学校或出版社的教材。