“土壤中小動(dòng)物類群豐富度的研究”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和優(yōu)化

陳密玉 張凌霞 何淑珠

(1 福建省漳州第一中學(xué) 漳州 363000； 2 福建省漳州市第三中學(xué) 漳州 363000)

“土壤中小動(dòng)物類群豐富度的研究”是人教版高中生物學(xué)教材《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中的一項(xiàng)探究實(shí)驗(yàn)，是被列入全國(guó)考試大綱要求的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。本案例對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，注重讓學(xué)生在做中學(xué)、在學(xué)中思，著重體現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置

本案例本著科學(xué)合理、簡(jiǎn)單易行、節(jié)約成本等原則，對(duì)主要裝置——土壤取樣器、誘蟲(chóng)器、吸蟲(chóng)器進(jìn)行改進(jìn)，由學(xué)生動(dòng)手制作裝置，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。

1.1 改進(jìn)土壤取樣器 教材中建議的土壤取樣器是用鋁制易拉罐，取土?xí)r很容易變形，且取得的土樣體積也不夠準(zhǔn)確。把問(wèn)題交給學(xué)生，分小組對(duì)取樣器進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過(guò)討論，選用質(zhì)地堅(jiān)硬的不銹鋼口杯獲得一致認(rèn)可(圖1)。選用質(zhì)地堅(jiān)硬的不銹鋼口杯制成土壤環(huán)刀，刀頭高度5 cm，在環(huán)刀上安裝帶旋轉(zhuǎn)把手的刀柄，改進(jìn)后的取樣器刀頭較為鋒利，便于旋轉(zhuǎn)施力，使環(huán)刀容易鉆入土中，體積精準(zhǔn)，高度適宜，在取土樣時(shí)更加方便快捷。

圖1 改進(jìn)后的土壤取樣器結(jié)構(gòu)圖

1.2 改進(jìn)誘蟲(chóng)器 教材中所建議的誘蟲(chóng)器存在的不足是無(wú)底花盆放置土樣后，再放到漏斗上，由于花盆很難固定，且較重，使得裝置不穩(wěn)定。不同小組對(duì)誘蟲(chóng)器都進(jìn)行了改進(jìn)，有的小組用油桶代替漏斗和無(wú)底花盆，直接將金屬網(wǎng)放到油桶中；有的小組用泡面桶代替無(wú)底花盆和金屬網(wǎng)，直接將泡面桶放到漏斗中；有的小組直接將金屬網(wǎng)放置于漏斗中，再放到三腳架上。經(jīng)過(guò)討論，第三種做法獲得大多數(shù)學(xué)生的認(rèn)可(圖2)，整套裝置既組裝簡(jiǎn)單，又保證了穩(wěn)定性。

圖2 改進(jìn)后的誘蟲(chóng)器

1.3 改進(jìn)吸蟲(chóng)器 教材中建議的吸蟲(chóng)器在應(yīng)用時(shí)存在一些不足。為此，學(xué)生對(duì)教材提供的吸蟲(chóng)器進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)： 左邊吸管向下彎曲以便于吸取土壤中小動(dòng)物；試管中裝70%酒精或浸濕的棉花，前者適合于采集固定標(biāo)本的樣品，后者適合于采集活體繼續(xù)飼養(yǎng)；在右邊吸管處連接注射器，便于取樣。

2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案

結(jié)合本校擁有生物園的優(yōu)勢(shì)，選擇該范圍作為取樣地點(diǎn)，研究不同土質(zhì)土壤小動(dòng)物類群豐富度的差異和不同深度土壤小動(dòng)物類群豐富度的差異，既能激發(fā)學(xué)生關(guān)注生態(tài)、保護(hù)環(huán)境的社會(huì)責(zé)任感，又能為校園文化建設(shè)作出貢獻(xiàn)。

2.1 確定土壤樣地 研究不同土質(zhì)土壤小動(dòng)物類群豐富度的差異，首先要確定取哪里的土壤進(jìn)行研究。通過(guò)討論，結(jié)合校園文化建設(shè)，最后確定研究“漳州一中生物園”中的土壤。通過(guò)對(duì)漳州一中生物園的考察，發(fā)現(xiàn)主要分成花圃、玉米地、菜地3個(gè)地塊，將全班分成3個(gè)小組，每小組又分成3小分組進(jìn)行平行重復(fù)試驗(yàn)，分別分配到生物園的3個(gè)地塊取土樣。

2.2 確定取樣土壤深度 按照土壤分層理論，取表土層的0～15 cm耕作層和15～30 cm犁底層兩層土樣進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，確定土壤小動(dòng)物主要分布在0～15 cm耕作層，再進(jìn)一步確定取淺表層(0～5 cm)、中表層(5～10 cm)和深表層(10～15 cm)進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)。

3 實(shí)施計(jì)劃，合作探究

3.1 取土樣 各組到達(dá)取樣地點(diǎn)，選取合適的采樣面，將改進(jìn)后的取樣器按入土中，按壓到罐底與地表幾乎平齊。旋轉(zhuǎn)操作桿，將罐內(nèi)的土連同罐子一起挖出，將罐中的土壤倒入塑料袋中。每個(gè)采樣點(diǎn)取3個(gè)土樣，分別為0～5 cm、 5～10 cm和10～15 cm深度各取1個(gè)。取樣后要回填土壤，注意保護(hù)環(huán)境，注意填寫(xiě)采集標(biāo)簽(注明采集地點(diǎn)、采集人和采集時(shí)間)。

3.2 采集小動(dòng)物 具體步驟如下：

3.2.1 誘蟲(chóng)器采集法 將取到的土樣倒在圖2金屬網(wǎng)上，打開(kāi)電燈，利用土壤小動(dòng)物避光、避熱、趨濕的特點(diǎn)，使土壤小動(dòng)物下移，落入盛有酒精的燒杯中，個(gè)體較大的土壤小動(dòng)物肉眼即可見(jiàn)。

3.2.2 簡(jiǎn)易采集法 將取到的土樣放在瓷盆內(nèi)(注意防止小動(dòng)物逃走)，用解剖針撥找小動(dòng)物，同時(shí)用放大鏡觀察發(fā)現(xiàn)體型較大的小動(dòng)物，用包著紗布的鑷子取出來(lái)，體型較小的小動(dòng)物用改進(jìn)后的吸蟲(chóng)器采集。

3.3 觀察和分類 參閱《中國(guó)土壤動(dòng)物檢索圖鑒》[1]，學(xué)生制作了“常見(jiàn)土壤小動(dòng)物類群匯總表”(表1)，包括動(dòng)物的形態(tài)特征和示例圖片[2]。然后對(duì)照該匯總表，直接或借助放大鏡、實(shí)體鏡等觀察，將收集到的土壤小動(dòng)物進(jìn)行分類并做好記錄，無(wú)法定名的小動(dòng)物名，可記為“待鑒定××”。

表1 常見(jiàn)土壤小動(dòng)物類群匯總表(部分)

3.4 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 學(xué)生利用記名計(jì)算法統(tǒng)計(jì)觀察到的土壤小動(dòng)物，并利用Excel軟件設(shè)計(jì)表格，匯總每個(gè)小分組數(shù)據(jù)，求平均值(圖3)，并將3個(gè)樣地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)繪制成柱狀圖(圖略)，形象呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖3 三種樣地調(diào)查數(shù)據(jù)匯總表

4 結(jié)論

分析發(fā)現(xiàn)，不同采樣點(diǎn)土壤小動(dòng)物豐富度不同，花圃、菜地較高，玉米地較低；同一采樣點(diǎn)不同土層深度土壤小動(dòng)物群落豐富度也不同，隨著深度增加，豐富度降低。說(shuō)明土壤小動(dòng)物多分布在土壤有機(jī)質(zhì)含量多、植物茂盛的土壤中。因此在生物園規(guī)劃中，應(yīng)保持植物茂盛，多施農(nóng)家肥，并中耕松土，為土壤小動(dòng)物的生存提供良好的生存環(huán)境，從而改善該生態(tài)系統(tǒng)。

該案例采用了自主學(xué)習(xí)、合作探究的教學(xué)策略，通過(guò)不斷啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行討論、探究，最后分析結(jié)果，得出結(jié)論。實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間較長(zhǎng)，涉及實(shí)驗(yàn)儀器較多，且高中教學(xué)課時(shí)緊張，但與研究性學(xué)習(xí)、校園文化建設(shè)相結(jié)合，達(dá)到了一舉多得的效果。在該案例中，學(xué)生形成了動(dòng)物多樣性的生命觀念，發(fā)展了建立數(shù)學(xué)模型的科學(xué)思維，培養(yǎng)了科學(xué)探究能力，以及承擔(dān)保護(hù)動(dòng)物多樣性的社會(huì)責(zé)任。但該案例也還存在一些不足，例如： 對(duì)部分土壤小動(dòng)物的鑒定和分類還存在困難，期待開(kāi)發(fā)出像識(shí)別植物的“花伴侶”手機(jī)APP類似的軟件，為識(shí)別動(dòng)物帶來(lái)方便。