“模擬動物種群密度調查的標記重捕法”實踐的一些改進

唐杰

摘 要 文中依托建構主義理論，通過控制無關變量，對蘇教版必修3教材上的標記重捕法模擬實驗中的實驗材料和實驗方法做了一些改進，認為能使高中學生更好地領悟標記重捕法。

關鍵詞 標記重捕法 模擬實驗 實踐改進 建構主義 無關變量 合作學習

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

建構主義的學習理論對生物學教學具有重要的指導意義。建構主義學習理論認為，學習過程不是學習者被動地接受知識，而是積極地建構知識的過程。建構主義提倡在教師指導下的、以學習者為中心的學習，提倡發現學習、探究性的學習、合作學習、個別化教學以及利用現代信息技術手段進行教學。

實驗是以認識為直接目的的探究活動，是人類認識客觀世界的本質和規律，能動地改造客觀世界的活動。生物學實驗是生物科學形成和發展的基礎；生物學實驗教學是中學生物學教學的重要組成部分，是實現中學教學目標的基本途徑和方法。因此，在實驗教學中如何開展實驗，如何優化實驗教學過程，如何進行生物實驗教學設計是對教師能力的基本要求。

但是，在生物學教學中，直接用研究對象的實驗很多時候是非常困難或不可能進行的，因而模擬實驗成為其中一個重要的方法。

蘇教版高中生物教科書必修三《穩態與環境》第三章“生物群落的演替”第一節“生物群落的基本單位——種群”中，有關調查、測定、計算動物種群密度的常用方法是標記重捕法。動物種群密度的調查，對城市學生來說，很難通過實地調查展開，為了避免將方法論僅當作知識來講授，教師可以通過模擬實驗活動，讓學生領悟有關科學方法，并且培養學生的小組合作學習精神與能力。

建構主義認為，知識不僅是個體在與環境的相互作用中建構起來的，而且其與社會的相互作用同樣重要。學生可以通過相互溝通和交流，相互爭辯和討論，合作完成一定的任務，共同解決問題，從而形成更豐富、更靈活的理解。采用“合作學習”有助于學生的意義構建，即教師給定一個任務（問題），經小組成員在研究、解決問題中相互溝通，相互合作，共同負責才能完成的。

筆者在按照教材進行實踐的過程中遇到了一些問題。比如：世界上沒有2粒長得一模一樣的黃豆和紅豆，學生有時能從手感上區分出黃豆和紅豆，從而增加實驗誤差；有學生會反映“實踐”中計算公式的字母（a、x）與之前正文中計算公式的字母（N、M、n、m）不統一；教師在教學研討中也發現“每次從大燒杯中隨機抓取一粒……連續抓取……”似乎不符合標記重捕法的實際情況；……

該實驗成功的關鍵之一在于控制無關變量。無關變量，也稱控制變量，是指實驗中除實驗變量以外的影響實驗現象或結果的因素和條件。無關變量的控制是生物學實驗設計中重要而又復雜的內容，只有控制好無關變量，才能排除無關干擾，得出正確的結論。

因此，筆者對教材上邊做邊學中學生實踐活動的材料用具、方法步驟和數據統計等進行了一些改進，使其更符合標記重捕法的精髓。實踐材料由黃豆、紅豆改為人工制成的大小相同的藍色、黃色玻璃球，避免了因材料的大小不一而造成的實驗誤差。將方法步驟中標記數（M）改為不固定，由各組第一次捕獲數確定；將“每次從大燒杯中隨機抓取一粒……連續抓取……”改為“抓取一把（或兩把）（可根據學生手的大小而靈活調整）”。數據統計時，將字母表示與教材正文中標記重捕法估算公式中的字母統一（N、M、n、m）；因每組各項統計數據（N、M、n、m）均不相同，故設計每組最終計算“N平均值與實際總數的差值（%）”（即誤差率），全班統計、比較，再討論如何減少誤差。

具體改進如下：

材料與用具：（每組）

藍色玻璃球若干，同樣大小的黃色玻璃球若干，1個籃筐，3個大燒杯。

方法與步驟：

（1） 從籃筐中取出一把（或兩把）藍色玻璃球（M），計數后將同樣數量的黃色玻璃球放入籃筐（模擬標記后的動物）。

（2） 充分混勻后，從籃筐中隨機抓取一把（或兩把）玻璃球（n），并計數其中黃色玻璃球數（m）。

（3） 根據N=M×n/m，估算藍色玻璃球總數（N）。

（4） 重復3次，求N平均值。

（5） 計數藍色玻璃球的實際總數，計算N平均值與實際總數的差值（%），即誤差率。

（6） 統計全班誤差率，比較。

討論：如何減少模擬標記重捕法實驗中的誤差？

改進之后，師生通過實踐發現：如第一次捕獲的數量（M）較大，并注意充分混勻、隨機抓取等，可以有效地減少模擬標記重捕法實驗中的誤差；而且，通過4人小組的“合作學習”，每一位學生都積極參與到課堂的實踐活動中，不僅有助于小組合作學習精神的培養，也有助于小組合作學習能力的提高，更能實現高效課堂！