校園大型土壤動(dòng)物群落特征的戶(hù)外調(diào)查實(shí)驗(yàn)

張龍龍　王亞民

土壤動(dòng)物是生態(tài)系統(tǒng)中不可分割的一環(huán)，承擔(dān)著消費(fèi)者和分解者的角色，能夠加速生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義。大型土壤動(dòng)物是指軀體體長(zhǎng)大于2 mm的土壤動(dòng)物，利用大型土壤動(dòng)物開(kāi)展戶(hù)外調(diào)查實(shí)驗(yàn)是一種較為有效的教學(xué)方法。浙科版高中生物學(xué)必修三第五章“群落”第四節(jié)中的學(xué)生探究活動(dòng)“不同群落中土壤動(dòng)物類(lèi)群豐度的研究”，是在物種豐富度知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)物種豐富度和多樣性的了解，初步學(xué)會(huì)常用的物種多樣性和豐富度測(cè)量方法。

下面基于樣方法，結(jié)合豐富度指數(shù)、辛普森多樣性指數(shù)、密度和類(lèi)群數(shù)等指標(biāo)，進(jìn)行校園大型土壤動(dòng)物群落特征的戶(hù)外調(diào)查實(shí)驗(yàn)，并提出相應(yīng)的改進(jìn)課堂教學(xué)的措施。本調(diào)查實(shí)驗(yàn)?zāi)艹浞终{(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，讓學(xué)生走出課堂走向自然，培養(yǎng)科學(xué)探究的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

1實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備

1.1戶(hù)外實(shí)驗(yàn)樣方地的選擇

大型土壤動(dòng)物調(diào)查一般選擇樣方法，樣方可以是方形、長(zhǎng)方形、圓形、條帶狀等多種形狀。不同地點(diǎn)的干擾程度和環(huán)境條件不同，導(dǎo)致物種豐富度和均勻度不同，從而影響不同地點(diǎn)土壤動(dòng)物的辛普森多樣性指數(shù)值。所以，樣方地點(diǎn)的選擇至關(guān)重要。樣方面積的大小常常取該樣方中大型土壤動(dòng)物種類(lèi)最多時(shí)的最小面積。調(diào)查大型土壤動(dòng)物的樣方面積大約為20×20 cm²，取土深度為30 cm。

本調(diào)查實(shí)驗(yàn)的研究地點(diǎn)選在筆者所任教的校園內(nèi)。根據(jù)校園不同綠地的植被類(lèi)型、人為干擾的強(qiáng)弱，本調(diào)查實(shí)驗(yàn)選擇了行政樓東側(cè)樹(shù)林（離學(xué)生活動(dòng)區(qū)較遠(yuǎn)，有人為干擾，以琵琶樹(shù)，竹林等為主）、體育館前樹(shù)林（離學(xué)生活動(dòng)區(qū)較近，有人為干擾主要以矮樹(shù)和苔草為主）、3號(hào)教學(xué)樓后樹(shù)林（無(wú)學(xué)生活動(dòng)干擾，地表光照不足，以麥冬和高大喬木為主）、教學(xué)樓西側(cè)樹(shù)林（以矮樹(shù)和灌木為主，離學(xué)生活動(dòng)區(qū)近，無(wú)學(xué)生踩踏干擾）和體育場(chǎng)草坪（以苔草為主，人為干擾強(qiáng)）5個(gè)地點(diǎn)作為取樣地。每個(gè)取樣地中選取4個(gè)樣方，樣方面積為20×20cm²，取土深度為30 cm。在選擇樣方地時(shí)，要注意避開(kāi)存在安全隱患的地點(diǎn)。

1.2大型土壤動(dòng)物的收集和鑒定方法

取樣時(shí)，對(duì)于肉眼能看到的動(dòng)物應(yīng)立即手揀放入瓶中帶回。所取樣品帶回生物實(shí)驗(yàn)室，用鑷子和放大鏡對(duì)土樣中的大型土壤動(dòng)物進(jìn)行分離，采集到的大型土壤動(dòng)物用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精殺死固定。依據(jù)《中國(guó)土壤動(dòng)物檢索圖鑒》的大類(lèi)別（綱、目）分類(lèi)方法，對(duì)大型土壤動(dòng)物進(jìn)行分類(lèi)鑒定。

1.3群落特征的測(cè)度指標(biāo)

由于土壤動(dòng)物群落在分類(lèi)時(shí)的分類(lèi)單位常常較大，往往是以類(lèi)群（綱目）為單位，本實(shí)驗(yàn)擬采用密度、類(lèi)群數(shù)、豐富度、均勻度和多樣性指標(biāo)來(lái)測(cè)度大型土壤動(dòng)物的群落特征。

1.4戶(hù)外調(diào)查實(shí)驗(yàn)的學(xué)案設(shè)計(jì)

考慮到學(xué)生鑒定大型土壤動(dòng)物有困難，教師需事先準(zhǔn)備好校園常見(jiàn)大型土壤動(dòng)物圖鑒、大型土壤動(dòng)物檢索表、校園地形圖（標(biāo)注樣方地位置）、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表和土壤動(dòng)物取樣法實(shí)施細(xì)則等資料。課前，教師將這些資料以學(xué)案的形式發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生可以提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)方法等，以提高學(xué)生鑒定大型土壤動(dòng)物的效率，提高課堂教學(xué)的有效性。

學(xué)生的主觀(guān)因素對(duì)樣方的操作有較大的影響。因此，教師要強(qiáng)調(diào)：取樣的關(guān)鍵是隨機(jī)取樣，如果刻意選擇植物較多或較少的地點(diǎn)均會(huì)對(duì)大型土壤動(dòng)物的類(lèi)群估算造成較大誤差。同時(shí)，學(xué)生要了解取樣方法有“五點(diǎn)取樣法”和“等距取樣法”兩種。“五點(diǎn)取樣法”適用于調(diào)查地段為正方形，環(huán)境條件比較均勻的地形。“等距取樣法”適用于地段為長(zhǎng)條形的地段。當(dāng)然，教師也可以指導(dǎo)學(xué)生課前模擬練習(xí)，隨機(jī)選取不同的樣地，讓學(xué)生練習(xí)兩種取樣方法。

另外，大型土壤動(dòng)物測(cè)度指標(biāo)的計(jì)算也是本實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)，教師可以在課前輔導(dǎo)學(xué)生利用Excel表格對(duì)密度、豐富度、均勻度和多樣性指標(biāo)進(jìn)行模擬計(jì)算。

1.5實(shí)驗(yàn)材料及分組準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)材料：卷尺、鐵鍬、塑料袋、鉛筆、標(biāo)簽、鑷子、計(jì)算器，土壤動(dòng)物分類(lèi)圖鑒、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表等。一般4位學(xué)生為一小組，兩個(gè)小組計(jì)為一個(gè)大組，負(fù)責(zé)一塊樣地。5塊樣地分給10小組，共5個(gè)大組，分別進(jìn)行編號(hào)。課前，各小組組長(zhǎng)帶領(lǐng)組員，根據(jù)學(xué)案自學(xué)的內(nèi)容選取好樣方地，并認(rèn)真學(xué)習(xí)常見(jiàn)大型土壤動(dòng)物鑒定知識(shí)和群落結(jié)構(gòu)指標(biāo)計(jì)算的相關(guān)知識(shí)。

2校園戶(hù)外實(shí)驗(yàn)

2.1課堂教學(xué)的新課引入

首先，教師根據(jù)校園地形圖，出示擬選擇樣方地的圖片，請(qǐng)學(xué)生推測(cè)：5塊樣方地中哪個(gè)大型土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，多樣性最高呢？教師要求學(xué)生通過(guò)戶(hù)外調(diào)查實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證自己的推測(cè)。然后，學(xué)生根據(jù)課前分組，去校園指定的樣方地開(kāi)展戶(hù)外調(diào)查實(shí)驗(yàn)，通過(guò)小組合作、教師指導(dǎo)的形式對(duì)調(diào)查實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果交流與討論

按約定時(shí)間，師生返回課堂展開(kāi)結(jié)果交流與討論。先請(qǐng)5個(gè)大組各選出代表展示每個(gè)樣地的調(diào)查數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，教師現(xiàn)場(chǎng)對(duì)5個(gè)樣地的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較（表1、表2）。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，學(xué)生回答教師在探究前提出的問(wèn)題。教師引導(dǎo)學(xué)生利用類(lèi)群數(shù)、豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和辛普森多樣性指數(shù)對(duì)大型土壤動(dòng)物群落特征進(jìn)行分析，并推斷出影響辛普森多樣性指數(shù)的兩大因素，即物種豐富度和均勻度。接著，教師提問(wèn)：“比較5塊樣地，總結(jié)大型土壤動(dòng)物群落多樣性影響因素有哪些？”教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出不同植被類(lèi)型、人為干擾強(qiáng)弱、溫度和濕度等都可能會(huì)影響大型土壤動(dòng)物群落多樣性。

最后，教師提問(wèn)：“為什么要在每個(gè)樣地要兩個(gè)小組，每小組取2個(gè)樣方？”教師引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，人為因素和實(shí)驗(yàn)方法等可能給實(shí)驗(yàn)造成誤差的因素。通過(guò)充分的交流和討論，學(xué)生逐漸意識(shí)到生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究時(shí)科學(xué)方法和科學(xué)態(tài)度的重要性，發(fā)展了其生物學(xué)核心素養(yǎng)。

本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容看似不多，但教學(xué)環(huán)境復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，很難在一節(jié)課的時(shí)間內(nèi)完成。因此，教師要有較強(qiáng)的“控時(shí)”意識(shí)和“控班”能力，要有完整的教學(xué)設(shè)計(jì)方案和周密的課前預(yù)習(xí)安排，以保證教學(xué)目標(biāo)的順利達(dá)成。

3戶(hù)外調(diào)查實(shí)驗(yàn)影響因素分析

影響大型土壤動(dòng)物戶(hù)外調(diào)查實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素很多，主要有以下幾點(diǎn)：

①在實(shí)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用樣方法取樣時(shí)必須要保證隨機(jī)取樣，并且樣方面積和深度的測(cè)量一定要準(zhǔn)確，取土過(guò)程中可能有個(gè)別土壤動(dòng)物遺漏。因此，要特別注意設(shè)置平行重復(fù)。

②學(xué)生對(duì)大型土壤動(dòng)物的識(shí)別和鑒定有困難，需要在課前對(duì)大型土壤動(dòng)物的鑒定做大量的準(zhǔn)備工作。對(duì)于學(xué)生難以確定的種類(lèi)，教師要及時(shí)給予幫助。

③實(shí)地調(diào)查實(shí)驗(yàn)需要較長(zhǎng)的時(shí)間，受課堂時(shí)間限制，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)比較倉(cāng)促，這也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的精確度。

因此，課前的充分的準(zhǔn)備和學(xué)案設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性較為重要。

另外，在校園實(shí)地調(diào)查及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理過(guò)程中，教師應(yīng)及時(shí)給學(xué)生提供相關(guān)幫助和指導(dǎo)。