“探究大型土壤指示動(dòng)物”科技教育活動(dòng)的開展

石進(jìn)德

(福建省廈門市集美區(qū)灌口中學(xué) 361023)

1 活動(dòng)背景

大型土壤指示動(dòng)物是指土壤中肉眼可見，能夠指示土壤健康狀態(tài)，體長(zhǎng)在0.2 cm以上的動(dòng)物。如蚯蚓、線蟲、蜈蚣、馬陸、甲蟲和西瓜蟲等。利用大型土壤指示動(dòng)物開展科學(xué)探究活動(dòng)是一種較新的科技教育方式?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展常常會(huì)造成土壤污染，但土壤污染程度如何？是否存在安全隱患，如何監(jiān)測(cè)？媒體上也常報(bào)道類似的土壤污染問題，影響居民的生計(jì)。能否通過大型土壤指示動(dòng)物進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效地生態(tài)監(jiān)測(cè)，獲取可靠的數(shù)據(jù)與信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決土壤污染問題，是值得研究的問題。

在人教版生物學(xué)教材《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第四章“種群和群落”中，探究性學(xué)習(xí)內(nèi)容是“探究土壤中的動(dòng)物類群豐富度”，學(xué)生通過擬定計(jì)劃→準(zhǔn)備→取樣→采集小動(dòng)物→觀察和分類→統(tǒng)計(jì)和分析，對(duì)土壤動(dòng)物類群豐富度研究已經(jīng)有一定基礎(chǔ)。因此，確立“探究大型土壤指示動(dòng)物”這個(gè)探究課題，聯(lián)系學(xué)生對(duì)現(xiàn)實(shí)的生活體驗(yàn)、理解和感悟，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性與積極性[1]，讓學(xué)生從課堂中走出來，融入到自然和社會(huì)，學(xué)會(huì)探究。

2 活動(dòng)目標(biāo)

活動(dòng)目標(biāo)是：①了解大型土壤動(dòng)物作為指示生物的研究現(xiàn)狀、目的和意義；②在探究中可了解大型土壤指示動(dòng)物的生活環(huán)境(生境)、分類，群落的類群數(shù)、個(gè)體密度和多樣性指標(biāo)等，可進(jìn)一步探究不同大型指示動(dòng)物的指示作用；③嘗試發(fā)現(xiàn)新的大型指示動(dòng)物及指示特征，為土壤的有效監(jiān)測(cè)和健康修復(fù)提供參考；④拓展延伸，尋找與大型土壤指示動(dòng)物相關(guān)的研究性課題或創(chuàng)意項(xiàng)目，并開展研究。

3 實(shí)施過程

3.1 理論學(xué)習(xí)先行 科技輔導(dǎo)教師利用研究性學(xué)習(xí)時(shí)間，通過開設(shè)講座等形式，組織學(xué)生學(xué)習(xí)：①土壤指示動(dòng)物及動(dòng)物分類的相關(guān)知識(shí),了解土壤動(dòng)物的群落組成、物種多樣性、物種的多度和豐富度等概念；②了解指示生物的選擇條件；③了解大型土壤動(dòng)物作為指示生物的目的、意義和研究現(xiàn)狀；④學(xué)習(xí)土壤動(dòng)物的采集和調(diào)查方法、土壤動(dòng)物標(biāo)本制作等；⑤輔以觀看科普片等形式展示應(yīng)用實(shí)例；⑥開展組內(nèi)和組間討論，展開頭腦風(fēng)暴，引發(fā)學(xué)生關(guān)注和思考在實(shí)驗(yàn)室中能開展的與大型土壤指示動(dòng)物有關(guān)的課題，提出初步的規(guī)劃。

3.2 實(shí)驗(yàn)室初研究 利用學(xué)校生物學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室，在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

3.2.1 大型土壤動(dòng)物標(biāo)本制作 嘗試用不同的采集裝置采集，制作成標(biāo)本并進(jìn)行分類研究，分小組對(duì)土壤動(dòng)物采集裝置進(jìn)行改造和創(chuàng)新、對(duì)比分析，得出最佳的采集方式。

3.2.2 探究生境改變后的影響 先模擬生境變化，再探究不同理化性質(zhì)改變對(duì)土壤動(dòng)物的脅迫效應(yīng)(主要探究半致死效應(yīng)、存活率、運(yùn)動(dòng)機(jī)能和應(yīng)激性等指標(biāo))。

案例1：大型土壤動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)和繁殖，采集不同種類的大型土壤動(dòng)物，實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)和繁殖，觀察記錄生活史；將培養(yǎng)的土壤動(dòng)物作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究材料。

案例2：探究不同土壤結(jié)構(gòu)、土壤質(zhì)地、土壤pH和土壤水分等環(huán)境因子對(duì)同種類大型土壤動(dòng)物(蚯蚓、線蟲、蜈蚣、馬陸、甲蟲或西瓜蟲等)的影響。

案例3：探究同種土壤結(jié)構(gòu)、土壤質(zhì)地、土壤pH和土壤水分等對(duì)不同種類大型土壤動(dòng)物的影響(表1)。

表1 環(huán)境因子對(duì)不同種類大型土壤動(dòng)物的影響

案例4：探究不同種類常規(guī)殺蟲劑對(duì)不同種類大型土壤動(dòng)物的影響(表2)。

表2 殺蟲劑對(duì)不同種類大型土壤動(dòng)物的影響

案例5：模擬重金屬毒理污染實(shí)驗(yàn)，探究重金屬對(duì)不同種類大型土壤指示動(dòng)物的效應(yīng)和毒性影響，進(jìn)行生態(tài)毒理評(píng)價(jià)，指示重金屬(污染物)對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)可能造成的危害(表3)。

表3 重金屬對(duì)不同種類大型土壤動(dòng)物的影響

案例6：創(chuàng)新性研究，以蚯蚓為例，探究某種理化性質(zhì)改變對(duì)其再生的影響。如“蝸牛足腺分泌物對(duì)蚯蚓再生的影響”的探究課題。

3.3 校園生境研究 以實(shí)驗(yàn)室研究為基礎(chǔ)，用自制土壤動(dòng)物采集裝置，對(duì)校園內(nèi)不同生境的大型土壤動(dòng)物調(diào)查，應(yīng)用均勻度指數(shù)、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、豐富度指數(shù)及密度和類群數(shù)等指標(biāo)，了解校園不同生境中大型土壤動(dòng)物群落特征的差異性，探究不同生境對(duì)大型土壤指示動(dòng)物的影響。

3.3.1 確定取樣地點(diǎn) 選擇土壤濕度和有機(jī)物含量較高場(chǎng)所(如學(xué)校食堂周邊、大樹下落葉和食物殘?jiān)^多區(qū)域)，校園土壤濕度和有機(jī)物含量較低、土壤質(zhì)地疏松場(chǎng)所(如荒草地)，校園土壤濕度居中和有機(jī)物含量較低、土壤質(zhì)地相對(duì)較結(jié)實(shí)場(chǎng)所(如新植草坪)等有較大差異的土壤環(huán)境。

3.3.2 準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用具 自制的采集裝置、吸蟲器和誘蟲器、70%酒精、筆、塑料袋、花鏟、瓷盆、標(biāo)簽、紗布、解剖針、鑷子、放大鏡、體視鏡等。

3.3.3 學(xué)生分組取樣 學(xué)生依據(jù)土壤取樣地點(diǎn)分三大組,每大組再分四小組重復(fù)實(shí)驗(yàn)，時(shí)間段相同、取樣地隨機(jī)取樣和取土量相同。取同一土壤表層,用于控制無(wú)關(guān)變量，減少偶然因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來的誤差。標(biāo)注采集者姓名、采樣時(shí)間、采樣地點(diǎn)和序號(hào)。

3.3.4 采集指示動(dòng)物 采用簡(jiǎn)易采集法及誘蟲器采集法采集大型土壤動(dòng)物。

3.3.5 分析探究結(jié)果 指導(dǎo)學(xué)生借助有關(guān)大型土壤動(dòng)物圖譜觀察，做好統(tǒng)計(jì)與分析，探究不同生境中大型土壤指示動(dòng)物的差異，了解環(huán)境對(duì)其影響。

3.4 校外生境研究 帶領(lǐng)學(xué)生走出校門，根據(jù)“組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)”原則組成活動(dòng)小組，到不同典型生境(林地、公園、居住區(qū)、耕地及草地、污染區(qū)域和化工廠周邊等)進(jìn)行調(diào)查。

3.4.1 了解土壤生態(tài) 實(shí)地調(diào)查大型土壤指示動(dòng)物種群結(jié)構(gòu)(組成、分布)、數(shù)量，獲得種類豐度、多樣性等參數(shù)，了解大型土壤指示動(dòng)物群落特征與環(huán)境變化的相關(guān)性及土壤生態(tài)系統(tǒng)健康程度。

3.4.2 監(jiān)測(cè)土壤污染 以某種大型土壤指示動(dòng)物(如蚯蚓)的標(biāo)志物來指示半致死效應(yīng)，探究污染物對(duì)該動(dòng)物在個(gè)體水平上所產(chǎn)生的影響,監(jiān)測(cè)土壤污染情況，形成早期預(yù)警系統(tǒng)，探究該系統(tǒng)能否于大型土壤指示動(dòng)物群體發(fā)生衰減前做出警報(bào)。

3.4.3 探究土壤修復(fù) 選定某一污染區(qū)土壤，隔離成兩個(gè)對(duì)照樣本區(qū)域，其中一個(gè)引入大型土壤指示動(dòng)物，對(duì)比研究其改善土壤物理結(jié)構(gòu)、改善土壤通氣性和透水性、增強(qiáng)土壤肥力和降解有機(jī)污染物，恢復(fù)退化的污染土壤生態(tài)系統(tǒng)的能力。分析對(duì)照樣本區(qū)域土壤中動(dòng)物數(shù)量，探究其對(duì)污染土壤修復(fù)潛力。

3.4.4 探究種群結(jié)構(gòu) 探究污染區(qū)域土壤中大型動(dòng)物種群的數(shù)量和結(jié)構(gòu)變化,嘗試獲取新型指示動(dòng)物特征及建立土壤健康生物指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.5 成果匯報(bào)展示 組織中期匯報(bào)，收集小組活動(dòng)記錄、項(xiàng)目活動(dòng)使用的文獻(xiàn)資料與原始數(shù)據(jù)，匯報(bào)、交流、展示成果。

3.5.1 整理原始資料 教師指導(dǎo)學(xué)生保留活動(dòng)研究原始材料，整理活動(dòng)照片，完成活動(dòng)記錄表，總結(jié)活動(dòng)結(jié)果，通過自評(píng)、互評(píng)與師評(píng)方式評(píng)價(jià)每次活動(dòng)，交流信息，資源共享。

3.5.2 撰寫活動(dòng)報(bào)告 指導(dǎo)學(xué)生做結(jié)題報(bào)告，各小組根據(jù)展示方案，形成文字材料，撰寫活動(dòng)報(bào)告。以論文或?qū)嶒?yàn)報(bào)告或創(chuàng)新設(shè)計(jì)方式體現(xiàn)各項(xiàng)研究成果。

3.5.3 完成課題答辯 小組成員撰寫心得體會(huì)，完成課題答辯，展示活動(dòng)取得的成果，由教師和學(xué)生兩個(gè)環(huán)節(jié)評(píng)審組成。教師可從課題完整性與達(dá)成度和實(shí)際水平對(duì)研究成果予以客觀地評(píng)價(jià)，師生共同評(píng)比出優(yōu)秀活動(dòng)個(gè)人(小組)、優(yōu)秀活動(dòng)班級(jí)。

3.5.4 綜合分析評(píng)價(jià) 通過對(duì)學(xué)生參與的積極性，對(duì)過程的合理性、科學(xué)性和活動(dòng)的有效性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)[2]。分享研究成果，收集對(duì)活動(dòng)小組的意見和建議，及時(shí)反饋，為進(jìn)一步完善和拓展研究提供延伸空間。