中學生態瓶實驗的設計與發散性思維的培養

摘 要：實驗選取了瑪麗、金苔鼠、接吻魚、虎皮魚等觀賞魚以及金魚藻、小青菜等材料，探討中學生物實驗有關生態瓶制作的設計，測定了不同環境下生態瓶中動物與植物的生存狀況、病蟲害情況并進行水質評價。實驗材料易取，實驗中需要考慮的變量因子較多，有利于培養學生的發散性思維和實驗創新的能力，從而促進中學生物實驗教學的發展。

關鍵詞：生態瓶；穩定性；發散思維

高中生物教材中，增加了“小生態瓶的制作”的實驗，目的在于：（1）學會小生態瓶的制作方法；（2）通過觀察生態瓶中生物的生存情況，了解生態系統的穩定性。該實驗培養了學生的實驗設計能力，實驗設計的過程也是學生創造性思維發展的過程，從而培養學生的發散思維能力。強調發現知識的過程與方法，通過對實驗結果的分析，鍛煉和提高學生分析問題的能力，這正是新課程改革所倡導的，同時也強調了生物學的科學地位。

在中學生物教材中關于“小生態瓶的制作”這一實驗的實際操作過程中，給出了實驗材料及實驗步驟，我們可以以此為基礎，在實驗的設計過程中，除了參考教材中的方法和步驟外，還要注意以下幾點：（1）生態瓶可以做成密封型，也可以做成開放型，前者對生態系統的基本成分和比例有著嚴格的要求，在物質交換方面是相對封閉的，我們一般做的生態系統都是封閉的；（2）生態瓶必須是透明的，既讓里面的植物見光，又易于觀察；（3）生態瓶中放置的生物要有較強的生命力，計算好不同物種之間量的關系，不能過多地投放生物個體數量；（4）生態瓶制作完畢后應貼上標簽，寫好制作者的姓名和制作日期，瓶子不能隨意移動；（5）每天觀察并記錄瓶中生物的存活情況、病蟲害及水質狀況。根據以上要求，選取不同的實驗材料加以組合，并設置不同的生態瓶放置環境，通過對不同生態瓶中植物生存狀況、動物生存狀況和水質的分析與記錄，得出生態系統最穩定的生態瓶。從對小生態瓶的生態系統穩定性的觀察及對影響其穩定性的因素分析入手，再延伸擴展到整個生物圈面臨的“生態危機”，增強學生的“環境意識”和“生態觀念”，使學生對于解決“生態危機”有自己的一些看法。

同時新課程改革提出了改革課程實施過于強調接受學習、死記硬背、機械學習的現狀，倡導學生主動參與、樂于研究、勤于動手，培養學生搜集和處理信息的能力、獲得新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力，這個實驗就是置身于新課改目標中來理解并設計的。

一、實驗材料

黑瑪麗，金瑪麗，金苔鼠，接吻魚，虎皮魚

金魚藻，小青菜

廣口瓶，微型玻璃瓶

二、實驗方法

1.微型生態瓶和廣口生態瓶的制作

（1）瓶子處理：取10個相同的微型玻璃瓶和10個相同的廣口瓶，清洗干凈，并用開水燙一下瓶子和瓶蓋；

（2）放沙注水：往每個瓶里放1cm厚的沙子，再加新鮮的河水至瓶子容積的4/5；

（3）投放植物：待瓶內水澄清后，在每個瓶子里放入大小相似的金魚藻；

（4）粘貼標簽：在瓶子上貼上標簽，注明瓶子序號1～10為微型生態瓶，11～20為廣口瓶，制作日期、制作者姓名；

（5）投放動物：在每個瓶子中投放1條虎皮魚；

（6）加蓋封口：用保鮮膜裹住瓶口，再給瓶子加蓋；

（7）放置瓶子：將制作好的微型生態瓶放置在室溫25攝氏度的人工氣候室，有較強的散射光照射，之后不要再隨意移動其位置。

2.不同生物組合的廣口生態瓶的處理

（1）瓶子處理：取40個大小相同的廣口瓶，清洗干凈，并用開水燙一下瓶子和瓶蓋；

（2）粘貼標簽：在瓶子上貼上標簽，注明瓶子序號21～60，制作日期、制作者姓名；

（3）放沙注水：往每個瓶里放1cm厚的沙子，再加新鮮的河水至瓶子容積的4/5；

（4）投放植物：待瓶內水澄清后，在瓶子里放入大小相似的金魚藻；

（5）投放動物：在21～30號瓶子中每一瓶投放1條金瑪麗，在31～40號瓶子中每一瓶投放1條金苔鼠，在41～50號瓶子中每一瓶投放1條接吻魚，在51～60號瓶子中每一瓶投放1條黑瑪麗；

（6）加蓋封口：用保鮮膜裹住瓶口，再給瓶子加蓋；

（7）放置瓶子：將制作好的微型生態瓶放置在室溫25攝氏度的人工氣候室，有較強的散射光照射，之后不要再隨意移動其位置。

3.廣口生態瓶改變不同條件的處理

（1）瓶子處理：取40個大小相同的廣口瓶，清洗干凈，并用開水燙一下瓶子和瓶蓋；

（2）粘貼標簽：在瓶子上貼上標簽，注明瓶子序號61～100，制作日期、制作者姓名；

（3）放沙注水：往序號61～80，91～100的廣口瓶中，每個瓶里放1cm厚的沙子，然后往序號61～90的瓶子中注入新鮮的河水至瓶子容積的4/5，91～100號瓶中加水至瓶口；

（4）投放植物：待瓶內水澄清后，在61～70號瓶子里放入大小相似的小青菜葉子，在71～100號瓶子中加入大小相似的金魚藻；

（5）投放動物：在每個瓶子中放入1條接吻魚；

（6）加蓋封口：用保鮮膜裹住瓶口，再給瓶子加蓋；

（7）放置瓶子：將制作好的微型生態瓶放置在室溫25攝氏度的人工氣候室，有較強的散射光照射，71～80號瓶子用一疊報紙包住遮住光線，之后不要再隨意移動其位置。

三、實驗結果與分析

1.空間大小對生態系統穩定性的影響

由表1可以看出，1～10號微型生態瓶中的動物普遍比11～20號廣口生態瓶中的死亡得早，而且其中綠色植物發黃情況以及水質變化較快，因此可以得出廣口生態瓶中的生態系統穩定性較高。

2.不同生物組合對生態系統穩定性的影響

由表2可以看出，瓶中放置接吻魚和金魚藻的生態瓶中動物存活的時間最長，植物保持鮮綠時間較長，水質狀況良好，生態系統穩定性最好。

3.改變不同條件對生態系統穩定性的影響

由表3可以看出，改變生態瓶的植物種類、陽光、土壤、水量都對生態瓶的穩定性造成一定程度的影響，其中序號為61～70的生態瓶由于放置的小青菜不是水生植物，因此動物存活時間最短；序號為71～80的生態瓶沒有陽光的照射，植物無法進行光合作用產生有機物，動物存活時間也較短；序號為81～90的生態瓶由于沒有河沙，缺乏了生態系統必須的微生物，所以其中的生物存活時間也沒有序號為41～50的生態瓶中的長；序號為91～100的生態瓶中水加滿，難以形成密封狀態，可能受到外界病蟲害的影響，因此生物存活時間也沒有序號為41～50的長。

4.結論

生態瓶制作實驗在中學生物實驗中占有很重要的地位，尤其在生態系統知識方面舉足輕重。通過實驗的設計制作過程，可以培養學生的實驗設計能力，加強學生的動手能力以及分析問題的能力，從而培養學生自主學習、解決問題的能力。

本課題研究在原來教材給出的實驗材料和實驗步驟的基礎上，選取不同的實驗材料加以組合，并設置不同的生態瓶放置環境，通過對不同生態瓶中植物生存狀況、動物生存狀況和水質的分析與記錄，得出了幾種不同條件下生態系統最穩定的生態瓶。影響生態系統穩定性的因素有很多，本實驗就空間大小、動物類型、植物種類、土壤要求、陽光、水量等方面的變化進行了研究探討。

（1）空間的大?。嚎臻g越大，氧氣越多，并且動物活動的空間比較大，空間較小會加速動物的死亡，因此廣口瓶中的生物存活時間較長。

（2）動物的種類：食性要求：能量流動是生態系統的功能之一，為了讓植物合成的有機物傳遞到動物體內，因此植食性或雜食性的動物在生態瓶中存活時間較長；適應性要求：生態瓶中的生活環境與大自然有著天壤之別，適應性較強的動物存活的時間較長，本實驗中接吻魚比其他幾種動物更能適應生態瓶的環境，存活的時間最長。

（3）植物的種類：部分學生會錯誤地以為生態系統中只要有植物就行，其實所取的植物應該是水生植物，因此陸生植物就不行，本實驗中放置金魚藻的生態瓶中動物存活時間更久。

（4）土壤要求：在河沙中存在一些生態系統必須的微生物成分，所以裝有河沙的瓶中生物存活時間更長。

（5）陽光：陽光給生態系統提供了總的能量，在光線較弱或較暗的地方，瓶中生物存活時間較短。

（6）水量：一般情況下水量越多，水中溶解氧的量就越多，但是在滿瓶水時，水蒸發形成的水蒸氣使瓶內壓強過大，易造成瓶中水外溢，難以形成密封狀態，所以，水量為4/5的瓶中生物存活時間更久。

因此得出在室溫25攝氏度時，放置在散射光較強的地方的瓶中裝有河沙、4/5水量的接吻魚和金魚藻的生態瓶的穩定性最好。

本實驗只是對影響生態系統穩定性的一些因素加以探討，實驗材料的獲取、實驗中需要考慮的變量因素還有很多，因此該設計是進行發散性思維訓練的較好素材，發散性思維是指在思考過程中，問題的信息朝各種可能的方向擴散，并引出更多的新信息，使思考者能從各種設想出發，不拘泥于一條途徑，不局限于既定的理解，盡可能作出合乎條件的多種解答。對小生態瓶的實驗設計，目的在于對生態系統的結構和功能有一個感性認識。在生態瓶制作過程中，教師可以引導學生從其他角度來分析影響生態系統穩定性的原因，例如非生物成分，包括陽光、水、土壤、空氣等；生物成分，包括綠色植物、動物和微生物等。

參考文獻：

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？誗編輯 王夢玉