112選生四－2-4生態系２能量流轉的討論教學

前面的第一節課是112選生四－2-1生態學與2-4生態系的交互作用

第二節課的主軸是能量流轉與物質循環

一般比較常見的上法是

前面講完

• 生態系的定義是環境＋生物組成的系統
• 生態系的非生物因子與生物因子會交互影響，然後舉幾個例子

然後就是

• 說明生態系裡會有能量流轉與物質循環
• 因為是透過食物鏈的吃與被吃
• 接著就直接講能量流轉與物質循環

我的上法是

從物種的交互作用對生態系的影響切進能量流轉與物質循環。

在這邊會連帶先串起後面群集會講的掠食、競爭、共生與寄生。

（別忘了我是倒過來上，學生是先學生態系，這時還沒上過群集）

（其實這邊有個很大的重點，就是不能讓學生覺得生態學好像跟國中學的差不多）
（下面會看到三個討論讓學生嚇一跳地發現原來是自己以為自己懂，但其實不懂）

（用了幾個元素來讓學生engaged，挑戰教育夥伴可以留意看看）

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我們前面有說，在一個生態系中，非生物因子是先決的、是決定性的。

不過，生物因子對生態系的影響也還是有的。

只是，環境都是存在的，不論這些影響是什麼、怎麼影響。

真的不騙你，生物因子的影響沒有很大啦。

像是這四種交互作用，只有掠食是比較主要的影響。所以我們等一下的時間大概都繞掠食「對生態系」造成的影響。

第二個是競爭，這只是決定兩個物種間誰留下來影響生態系。

共生跟寄生更是「對生態系」沒什麼影響啊！所以我們這邊根本不會提到這兩個，是在下一節課，專門教群集時，才會多些時間介紹。

競爭的部分，什麼叫做決定誰留下來？

每種生物都有各種需求，像是水、光線、空間、濕度等等，這些條件的交集，就是這個生物在生態系裡的抽象位置，我們叫做生態區位。

當兩個生物的各種需求很接近的時候，就會彼此競爭，贏的就留下來。

這邊就用課本上的兩種槭樹與草履蟲做例子（從後面群集的部分拿過來講）

所以才會說，對生態系的影響只有誰競爭贏，留在生態系而已。

那，讓我們專心來看掠食對生態系的影響吧（掠食本身放在後面的群集講喔）

小時候大家都學過食物網，但不知道那有什麼用，除了算是哪一級的消費者之外。

但如果加上食性關係的程度，就可以拿來判斷關鍵種。

像這個斑馬，因為是很多生物的食物，所以如果發生數量的變動，對整個生態系都會有很大的影響。

而食性關係也決定了生態系裡的能量與物質怎麼走。（這邊才提到能量與物質）

在一個生態系裡，要維持這兩類的運作，只需要生產者與分解者就好。

因為生產者能靠自己就把無機物變成有機物，而分解者能把有機物變成無機物。

就物質與能量的運作來看，是不需要消費者的喔。

那麼，「動物會進行呼吸作用，將葡萄糖變成二氧化碳，也是有機物變成無機物，為什麼不算分解者呢？」

這邊會停大約三分鐘，讓學生在心裡準備一個答案。

因為生產者與分解者是功能上的定義。

以分解者來說，是整個系統的生物都依賴他們將有機物變成無機物。

誰呢？是腐生細菌跟腐生真菌。

他們有海量的酵素種類，幾乎什麼有機物都可以分解。

木頭裡的木質素、塑膠裡的聚合物，都有對應的酵素可以分解。

如果沒有他們，很多物質與能量會被卡在生物體內，無法回到無機狀態。

但動物只能分解少數糖類、脂質與蛋白質，這個系統即使沒有動物，也還是能將有機物變回無機物。

因此，在功能上，動物不被依賴作為分解者。

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吃與被吃的關係裡，除了有機、無機之間的轉換外，還有能量的轉移。

（這邊會連回去選修生物一時教過的自由能喔）

生態學家發現，如果我們用食性分層，那麼每一層的「吃」大約都只有十分之一的能量會被吃到！

因為只有變成我們身體一部分的那些能量，可以被掠食者吃到啊。

想想，也還好只有十分之一欸。

如果我們每天吃進去的1500(女生)~2500(男生)卡都存在物質中、留在身體裡，那麼每天就會增加130~270公克的脂肪，五天就增加一公斤，一年就會增加72公斤的脂肪！！

（等學生想通後大笑）

不過，能量去哪裡了呢？

所以我問了四個問題，請小組選一個進行討論，然後分享討論的過程

（不是結果，只要講有討論到什麼就好。這可以避開學生覺得好像一定要是正確的答案）
（當然老師在接話時，就不能以哪個是正確的去接話）

這四個問題是

1. 9/10的能量去哪兒了？
2. 既然課本上以熱能散失描述，那麼，這個世界為什麼沒有越來越熱？？
3. 能量的轉移是單向還是雙向？
4. 為什麼能量不能循環？

學生多半討論是第一與第三個問題。

讓十個小組都分享完，再一起梳理。

在這邊有幾個隱藏的重點，是在接學生的回答時，可以留意並追問一些細節。

• 確保學生「真的認知到」運動以外的耗能有哪些。
  
• 用上面的自由能解釋能量為什麼不能循環。
  
• 連結到細胞學時，對呼吸作用的能量轉移效率的學習。
  
• 澄清是以系統尺度來觀察能量（與個體層次區別）。

例如（要依據學生分享的內容來調整）

剛剛講的運動會消耗熱能的意思是什麼呢？
（大多學生只是直覺運動會耗能，但說不出細胞級的機制）

其實是肌肉在收縮的時候，有肌絲蛋白的變形、滑動（記得用手比劃動作）。
而肌絲蛋白的變形是要透過ATP轉移磷酸跟與自由能才能完成的。

還記得嗎？（一邊在白板上寫下呼吸作用的化學式）
我們在細胞學時曾經帶大家算過葡萄糖中的能量只有很少一部分轉移到ATP中
（要算給學生看，雖然學生多半都有在點頭表示有記得）

這麼一來，身體裡所有會用到ATP的活動，都會造成能量散失，像是主動運輸。
也就是神經細胞內外的離子濃度差、每個細胞的物質進出都會造成散失，才會有90％這麼高啊。

（這邊如果不這樣帶學生算過，那麼學生只是把課本上說「運動、主動運輸」給背下來）


而這些沒有被轉移到ATP的能量是以熱能形式散失

因為熱能是亂度最大的能量形式（把我們在高二講的東西簡單說一下），無法再被轉為光能，所以不能被植物吸收喔

（鎢絲燈是電能轉光能＋熱能喔）

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從上一張投影片說明，這也是為什麼生態系多半只有四層，因為到上面的能量就超級少了。

不過很奇怪的是，海洋中竟然可以到七級！

為什麼呢？

而且海洋還不止這邊奇怪喔。

我們剛剛用食性做的金字塔是用能量為主題

也可以用生物總重量或數量為主題。

如果是生物總重量，那麼也會正向的金字塔型。
因為能量越多，理論上形成的總重量也越大。

數量會出現第一層比較小也不難想像，因為一棵大樹上會有很多昆蟲。

但是，水域生態系又是奇怪的了。

竟然它的生物量塔會是下面比較小！！

為什麼呢？？？

是水域生態系不用遵守能量與物質的定理嗎？？？

還是生物量塔有什麼前提假設，會造成這樣的現象？？

這邊就留大約五分鐘讓學生想，然後以全班尺度邀請分享就好。

（學生的回答常常很有趣，也展示了他們對能量和物質之間的混淆）

最後再提供常見的說法。

不過要注意，課本上的只是說法，並沒有辦法驗證喔。

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第三節課是物質循環，也埋了讓學生engaged的元素喔

112選生四－2-1生態學、2-4生態系交互作用的地方學＋討論課程

放在高三下學期的選修生物四－演化與生態，有很多挑戰。

我打算讓學生跟新竹的海洋產業做連結。

原本海洋產業對我真的沒什麼意義，我也沒有愛吃海鮮，吃魚更是覺得超級麻煩。

但是就在上學期結束時，有三件跟海洋有關的事情同時發生了。

一是因為非常難得的機緣，在過年前參加了新竹地區有名的明發定置漁場的尾牙。

又在寒假取得了魚苗放流權責人員的證照（我現在可以負責魚苗放流的申請、規劃與執行喔），知道了台灣的漁業管理政策的現況與研究成果，

加上有機會聽陳吉仲前部長分享農業部在漁業方面的努力。

三件事情讓我決定在生態系與多樣性的章節，用新竹的漁業產業及管理作為學習的連結。

新嘗試，希望我能完整的記錄下來。

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為什麼要學生態學？

研究者想知道這個世界怎麼運作，但對一般人呢？

可以讓我們避開因為短時間、無系統跟小範圍的觀察導致的錯誤認知與決定。

例如，我們看到網購平台也好，吃到飽餐廳，都可以讓消費者大量消耗黑鮪魚。

象徵高消費力的美式賣場也都在推動大量消費帝王蟹，但產地卻已經是捕撈量銳減。

黑鮪魚的捕捉量也是年年降低。

相同的現象是全面性的，漁港空蕩蕩。

但為什麼還是能看到這樣的畫面？

這些魚是哪裡來？而這樣畫面的背後，發生了什麼事？

新竹也是一樣。（當然，因為我的學生是新竹，所以用新竹的例子）

新竹有兩個還在運作的漁港（絕大部分的學生不知道新竹有真的捕魚的漁港）

漁獲主要為烏魚、鯛類、烏賊類、白帶魚、鰆魚、鯊魚。

但為什麼走進南寮的市場，看到的都不是這些呢？

當然，答案沒什麼驚人，就是外地來的嘛！！

問題來囉。

一個地方的漁民捕不到魚，而消費者可以買到大量的魚。

這一定是有問題，而且是會出問題的啊！

如果你的爸媽賺不到什麼錢，但仍然可以給你大量的錢，到底錢怎麼來。

這應該不難理解，也不難想像後果會很糟。

我們來看另一種漁獲來源－定置漁場。

定置漁場是利用行為學的概念讓魚隻能進得了網但不容易出去。

明發除了是西海岸少數的定置漁場之外，也是全台灣唯一只將漁獲直接賣給個別消費者（而非中盤商或餐廳）的定置漁場。

對我這種不熟魚價的人來說，明發每個月的定價都是事先公告，這樣就不會覺得有被差別待遇的可能

邀請我去尾牙的朋友是因為明發對待外籍漁工的方式是相對來說不苛刻也盡力提高福利的。

不過呢，老闆也說，漁獲量明顯變少了！！！

漁網的購置、更新跟維護要錢，漁船機具也要錢，更不用說漁工的薪水。

老闆必須思考下面幾點：

• 會有哪些魚？穩定的漁獲量會有多少？
• 漁獲量會穩定嗎？不穩定怎麼辦？
• 魚哪裡來？有哪些因素影響魚種及數量？
• 有哪些是我們可以控制的？

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接著我讓每個小組討論，如果他們是定置漁場的老闆，要怎麼辦？

學生提出的策略很豐富：

1. 移動定置漁網位置
2. 抓大魚就好，不抓小魚
3. 把高價魚的價格炒高
4. 轉型休閒漁業，賣體驗取代賣魚
5. 在魚生小魚的時期不要捕魚
6. 從別的地方批魚來賣
7. 只賣給高級餐廳
8. ....(還有很多)

事實上，老闆的策略是２＋４。

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不過，大家都是自立自強的性格，沒有人想到要叫政府幫忙欸！

因為漁業是一個大型產業鍊，顯然，維持產業鏈的穩定才能維持社會穩定。

那麼政府做了哪些事情呢？

（我真的覺得漁業部門做了超多事情，卻一點也不為人所知）

首先，政府已經試著從消費端改變大家吃海鮮的選擇。

我在這一頁綠色的魚種，分享了我從明發那邊買的當日竹莢魚做的一夜干超級好吃，比餐廳的好吃十倍以上，正鰹直接進烤箱烤也是比餐廳的好吃太多。

真的不用花大錢去買不知道多久以前抓的魚！

因為海鮮的蛋白質在魚死掉開始就急速decade，當天的一定是最棒的～

而在這一頁，我花比較多時間跟學生說幾種大家常見的高價魚其實一點道理也沒有。

例如鰻魚，鰻魚的口感其實跟很多其他魚相近，大家愛吃的只是醬汁。

而台灣的鰻魚被視為有點高級的東西，是因為台灣人認識鰻魚飯是由於日本文化，輕易的將之與高級劃上等號。

但是，在日本，與其他魚料理相較，鰻魚並不是特別高價。因為，真的沒有好吃到天上啊！

事實上，很多台灣人也吃不出來桌上的是鰻魚還是鯛魚呢。

以此類推，我還講了石斑與花枝等這類常見的魚獲，試圖在學生心中種下少吃的潛意識。

漁業部門還做了很多事情。

例如年度總容許漁獲量與個別配額。

不要小看兩行字。這是要多少協商與讓步才能達到的成就！

陳吉仲前部長在一場分享中有說他們去東港跟漁民會談時，根本差點被趕出來！！

而我們也不能禁止漁民捕魚，只能用獎勵休漁的方式，讓魚類族群在生殖期能有空間恢復族群大小。

這個休漁補助在每年都是以億為單位在發放的，真的是非常重視地在做這件事情。

而政府還有在做魚苗的放流，要讓主要的經濟魚種的族群大小不至於萎縮太快。

（我分享我是魚苗放流權責人員時，好多學生露出崇拜的表情哈哈，害我超得意。）

而且根據去年的

水產動物海域放流管理政策

顯示，至少有兩種經濟魚種的中的捕獲量中，快要一半是放流的魚苗！

這真的顯示漁業政策中的魚苗放流實際上對維持漁獲量是超級有用的。
（當然也表示野外族群已經很小了）

這些政策都要依賴著生態學將很多事情弄清楚才行，我們的第二章就在學這些～

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以上是我為了讓學生不要覺得生態學跟自己無關，背起來就好，而可以覺得生態學是實際上正在發揮重大功效的所做的努力。

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接下來是進到2-1介紹生態學的研究層級。

一般的教法大概就是講個層級的定義。

但我從各個層級主要想探討的問題切入。

然後再繞回前面的海鮮指南。

跟學生分析這上面的資訊，其實就是整合了各個層級的研究才能提出建議的！

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我真的很不喜歡照著課本的順序上。

應該都是從巨觀到微觀，而且從生態系開始、最後才教族群其實比較直觀。

（因為生態系的環境與生物間的關係比較直觀，而族群的主要內容都是抽象的。）

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好啦，我們從生態系開始看。

生態系層級想知道的是：

• 環境條件如何決定物種的組成？
• 環境與生物間的能量與物質如何彼此影響？

課本上很不負責任的說「非生物因子與生物因子互相影響」。

這樣的一句話看似說了什麼，但其實什麼也沒說！

非生物因子對生物性因子是決定性的影響。

因為對於生物來說，環境是條件先決的，而且尺度也大得多！

（例如氣候對植被帶的影響是緯度級的）

生物因子對非生物因子來說，不是條件先決的，而且影響的尺度也通常比較小。

（例如植被帶並不會改變緯度級的氣候）

所以，「非生物因子對生物的種類、數量與分佈的影響是先決的prerequisite、決定性determinant的」這個概念，在生態系中是一定要確認的。

所以在台灣西岸主要是泥岸，那麼魚市場－例如新竹南寮－看到文蛤等雙殼貝、小螃蟹、魟魚才是在地的。

東岸主要是岩岸，才會看到需要附著點的海藻、大型蟹類還有許多完全不一樣的魚。

如果在不對的地方看到不對的魚獲，那鐵定是很久以前捕撈再運送過來的。

不可能新鮮，也不可能好吃啊！

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再用一個很多新竹人都不知道的新竹新興漁業來教學生認識生態系知識的實際用途。

同時也強調「對於生物的分佈而言，環境條件是先決」的概念。

那就是

烏魚子～（這也是透過春節前跟清大合作食農教育時認識的產業）

我先問學生有沒有吃過烏魚子。

好吃嗎？怎麼吃的？

學生會說不好吃欸

因為硬硬鹹鹹有臭味

啊呀那一定就是沒吃到新竹的烏魚子的緣故啦

大家知道新竹也有產烏魚子嗎？

而且紅到日本ㄋㄟˋ～

烏魚有分佈到日本，但日本不能製作烏魚子喔

這是為什麼呢？

因為烏魚的生殖季是十二月，而且需要在20~22度的水溫的地方。

而十二月的海水溫度20~22度的海水剛好就是分佈於台灣西南沿海。

只是最近幾年冷水團無法壓到這麼南邊，所以有膨大卵巢的烏魚群就會出現在較為北邊的部分，也讓新竹沿海是可以養殖烏魚的溫度，成為台灣最北的養殖區。

這就是為什麼新竹在最近十年才有烏魚子產業的原因

也就是說，整個烏魚產業重心由南部轉移到北部。

說起來就是一句話，但是這樣的轉移其實代表了很多商家的破產，還有許多地方的政治版圖會重組。

這就是非生物因子大幅決定生物因子，然後對人類聚落產生大影響的例子。

如果還有時間，我會把這一張在第一節課的最後介紹給同學。（不然就是放在第二節課的一開始）

這張是用來帶給學生一個很重要的概念：「各種非生物因子對陸域、水域的影響是完全不同的」

而且各種影響都很巨大而全面。

不然學生隨口都會說日照、水、溫度對生物很重要，但其實根本說不出有什麼重要（只會說光合作用）

尤其水域的部分，我是因為去上了「海域放流權責人員教育訓練」才重新意識到這些因子的實際意義。

（在上這個課之前，我只比較有意識到鹽度與溶氧量對水域生態系的影響）

這個地方給學生這個以後，在後面各種生態系的地方，我就會給學生一個小表格，讓他們去整理這些因子交織出的各種生態系。

第一個好處是，學生在那個部分是用小組合作去整理課本，我就不用講課了（最後會有活動確認學生的認知）。

第二個，也是最大的好處，學生是帶著環境條件先決的眼光去「鑑別」生態系。

這樣一來，學生可以將環境條件作為最上位的概念，才下面推導出對應的生物特性（優勢種有哪些特性能更為適應），最後才是作為例子的生物名稱。

而不是把環境條件、生物特性、生物名稱放在完全平行的位置，最後成為龐大的記憶碎片。

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以上是第一節課。

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