對“探究土壤微生物的分解作用”的實(shí)驗(yàn)改良設(shè)計(jì)

龔伊娜

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)課程的特點(diǎn)，是促進(jìn)學(xué)生發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐。為著力培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，尤其是科學(xué)探究和生物學(xué)實(shí)踐能力，教師應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)和完善生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增加學(xué)生動手實(shí)踐和體驗(yàn)的機(jī)會。因此，筆者結(jié)合學(xué)校和學(xué)生實(shí)際，對人教版高中生物《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中“探究土壤微生物的分解作用”探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，以便更好地開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生的理解。

1教材案例實(shí)驗(yàn)存在的問題

教材參考案例一“探究落葉是否在土壤微生物的作用下腐爛的”實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)土壤用量多，實(shí)驗(yàn)組土壤需要進(jìn)行滅菌處理，處理要求高，容易改變土壤的理化性質(zhì)。落葉被埋在土壤中，學(xué)生不能每天直觀地觀察到落葉被分解的情況，且實(shí)驗(yàn)所需的時間比較長。教材參考案例二“探究土壤微生物對淀粉的分解作用”實(shí)驗(yàn)操作相對比較簡易，但學(xué)生不能直觀地觀察到燒杯中的淀粉是否被分解。且實(shí)驗(yàn)中需要將溶液靜置7d后，再進(jìn)行碘液或斐林試劑檢測才能觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2實(shí)驗(yàn)改良設(shè)計(jì)方案

針對兩個案例實(shí)驗(yàn)的不足，作出以下改良：用馬鈴薯方塊替換淀粉糊，觀察馬鈴薯方塊在不同液體的浸泡下的形狀變化與腐爛程度，進(jìn)一步分析土壤微生物對有機(jī)物的分解作用。

2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

探究土壤微生物對馬鈴薯方塊的分解作用。

2.2實(shí)驗(yàn)原理

馬鈴薯富含纖維素、淀粉等有機(jī)物。微生物能分泌多種水解酶將大分子有機(jī)物分解成小分子有機(jī)物，如纖維素酶、淀粉酶可將纖維素、淀粉水解成葡萄糖。然后，這些小分子有機(jī)物被分解者吸收到細(xì)胞中氧化分解，最終形成CO2、水和各種無機(jī)鹽，同時釋放能量。

2.3材料用具

（1）材料：林地土壤、馬鈴薯、蒸餾水。

（2）用具：燒杯、紗布、玻璃棒、量筒、滴管、錐形瓶、刀具、橡皮筋。

2.4實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將取自林地的土壤放入墊有厚紗布的燒杯中，加入適量蒸餾水，用玻璃棒攪拌。然后，將紗布和土壤一起取出，得到燒杯中的土壤浸出液，靜置一段時間備用。

（2）取2只錐形瓶，編號A、B，將馬鈴薯切成約1cm3均勻的6～10塊小方塊，平均分成兩組，分別加入A、B兩只錐形瓶中。在A錐形瓶中加入100mL土壤浸出液，B錐形瓶中加入100mL蒸餾水，用紗布和橡皮筋將錐形瓶封口。

（3）將A、B兩組實(shí)驗(yàn)裝置放置在同一環(huán)境下，每天觀察并記錄兩組裝置中馬鈴薯方塊的形狀變化與腐爛程度。

2.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在一周時間范圍內(nèi)，A組錐形瓶中的馬鈴薯方塊隨著土壤浸出液浸泡天數(shù)的增加，方塊逐漸分解，腐爛程度逐天增大;而B組錐形瓶中的馬鈴薯方塊無明顯變化。這說明在土壤浸出液中微生物的作用下，淀粉等有機(jī)物逐漸被分解，馬鈴薯方塊逐漸消失。

3實(shí)驗(yàn)改良的優(yōu)點(diǎn)

（1）器材簡易，操作簡單，不受場地限制。材料、用具簡易，實(shí)驗(yàn)裝置可放置同一環(huán)境下，如在實(shí)驗(yàn)室或教室中，方便學(xué)生每天觀察記錄與分析，減少場地的限制，便于實(shí)驗(yàn)的開展及學(xué)生的參與，實(shí)驗(yàn)條件較差的學(xué)校也可開展教學(xué)與實(shí)踐。

（2）觀察直觀，現(xiàn)象明顯。學(xué)生通過觀察馬鈴薯方塊的形狀變化與腐爛程度，每天都能直觀地觀察到土壤微生物的分解作用。

（3）實(shí)驗(yàn)時間明顯縮短。實(shí)驗(yàn)有效地將教材中的兩個案例實(shí)驗(yàn)合并，學(xué)生每天觀察、記錄。一周內(nèi)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象已經(jīng)非常明顯，所需時間明顯縮短。這樣既克服了案例實(shí)驗(yàn)一需要數(shù)周后，挖土才能觀察到微生物分解作用的不足，也克服了案例實(shí)驗(yàn)二需要一周后用碘液或斐林試劑檢測才能觀察到淀粉被分解的不足。

（4）實(shí)驗(yàn)拓展性較大，為學(xué)生提供更為豐富的實(shí)驗(yàn)材料和探索空間。本實(shí)驗(yàn)可以將實(shí)驗(yàn)材料換成蘋果塊、落葉等，觀察土壤微生物的分解作用;還可將林地土壤換成菜地、花盆泥、不同肥沃程度的土壤等，觀察微生物的分解作用。教師引導(dǎo)學(xué)生從多角度探究微生物的分解作用，開闊探究思維，提高學(xué)習(xí)熱情，進(jìn)一步促進(jìn)對生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的知識建構(gòu)。