校園大型土壤動物群落特征的戶外調查實驗

張龍龍　王亞民

土壤動物是生態系統中不可分割的一環，承擔著消費者和分解者的角色，能夠加速生態系統中的物質循環和能量流動，對維持生態系統的穩定具有重要意義。大型土壤動物是指軀體體長大于2 mm的土壤動物，利用大型土壤動物開展戶外調查實驗是一種較為有效的教學方法。浙科版高中生物學必修三第五章“群落”第四節中的學生探究活動“不同群落中土壤動物類群豐度的研究”，是在物種豐富度知識的基礎上，通過實驗進一步加深學生對物種豐富度和多樣性的了解，初步學會常用的物種多樣性和豐富度測量方法。

下面基于樣方法，結合豐富度指數、辛普森多樣性指數、密度和類群數等指標，進行校園大型土壤動物群落特征的戶外調查實驗，并提出相應的改進課堂教學的措施。本調查實驗能充分調動學生的積極性和主動性，讓學生走出課堂走向自然，培養科學探究的生物學核心素養。

1實驗前期準備

1.1戶外實驗樣方地的選擇

大型土壤動物調查一般選擇樣方法，樣方可以是方形、長方形、圓形、條帶狀等多種形狀。不同地點的干擾程度和環境條件不同，導致物種豐富度和均勻度不同，從而影響不同地點土壤動物的辛普森多樣性指數值。所以，樣方地點的選擇至關重要。樣方面積的大小常常取該樣方中大型土壤動物種類最多時的最小面積。調查大型土壤動物的樣方面積大約為20×20 cm²，取土深度為30 cm。

本調查實驗的研究地點選在筆者所任教的校園內。根據校園不同綠地的植被類型、人為干擾的強弱，本調查實驗選擇了行政樓東側樹林（離學生活動區較遠，有人為干擾，以琵琶樹，竹林等為主）、體育館前樹林（離學生活動區較近，有人為干擾主要以矮樹和苔草為主）、3號教學樓后樹林（無學生活動干擾，地表光照不足，以麥冬和高大喬木為主）、教學樓西側樹林（以矮樹和灌木為主，離學生活動區近，無學生踩踏干擾）和體育場草坪（以苔草為主，人為干擾強）5個地點作為取樣地。每個取樣地中選取4個樣方，樣方面積為20×20cm²，取土深度為30 cm。在選擇樣方地時，要注意避開存在安全隱患的地點。

1.2大型土壤動物的收集和鑒定方法

取樣時，對于肉眼能看到的動物應立即手揀放入瓶中帶回。所取樣品帶回生物實驗室，用鑷子和放大鏡對土樣中的大型土壤動物進行分離，采集到的大型土壤動物用體積分數為70%的酒精殺死固定。依據《中國土壤動物檢索圖鑒》的大類別（綱、目）分類方法，對大型土壤動物進行分類鑒定。

1.3群落特征的測度指標

由于土壤動物群落在分類時的分類單位常常較大，往往是以類群（綱目）為單位，本實驗擬采用密度、類群數、豐富度、均勻度和多樣性指標來測度大型土壤動物的群落特征。

1.4戶外調查實驗的學案設計

考慮到學生鑒定大型土壤動物有困難，教師需事先準備好校園常見大型土壤動物圖鑒、大型土壤動物檢索表、校園地形圖（標注樣方地位置）、實驗數據記錄表和土壤動物取樣法實施細則等資料。課前，教師將這些資料以學案的形式發給學生，讓學生可以提前預習實驗目的、實驗方法等，以提高學生鑒定大型土壤動物的效率，提高課堂教學的有效性。

學生的主觀因素對樣方的操作有較大的影響。因此，教師要強調：取樣的關鍵是隨機取樣，如果刻意選擇植物較多或較少的地點均會對大型土壤動物的類群估算造成較大誤差。同時，學生要了解取樣方法有“五點取樣法”和“等距取樣法”兩種。“五點取樣法”適用于調查地段為正方形，環境條件比較均勻的地形。“等距取樣法”適用于地段為長條形的地段。當然，教師也可以指導學生課前模擬練習，隨機選取不同的樣地，讓學生練習兩種取樣方法。

另外，大型土壤動物測度指標的計算也是本實驗的難點，教師可以在課前輔導學生利用Excel表格對密度、豐富度、均勻度和多樣性指標進行模擬計算。

1.5實驗材料及分組準備

實驗材料：卷尺、鐵鍬、塑料袋、鉛筆、標簽、鑷子、計算器，土壤動物分類圖鑒、實驗數據記錄表等。一般4位學生為一小組，兩個小組計為一個大組，負責一塊樣地。5塊樣地分給10小組，共5個大組，分別進行編號。課前，各小組組長帶領組員，根據學案自學的內容選取好樣方地，并認真學習常見大型土壤動物鑒定知識和群落結構指標計算的相關知識。

2校園戶外實驗

2.1課堂教學的新課引入

首先，教師根據校園地形圖，出示擬選擇樣方地的圖片，請學生推測：5塊樣方地中哪個大型土壤動物群落結構最復雜，多樣性最高呢？教師要求學生通過戶外調查實驗來驗證自己的推測。然后，學生根據課前分組，去校園指定的樣方地開展戶外調查實驗，通過小組合作、教師指導的形式對調查實驗結果進行統計與分析。

2.2實驗結果交流與討論

按約定時間，師生返回課堂展開結果交流與討論。先請5個大組各選出代表展示每個樣地的調查數據和統計結果，教師現場對5個樣地的數據進行統計比較（表1、表2）。

根據調查結果，學生回答教師在探究前提出的問題。教師引導學生利用類群數、豐富度指數、均勻度指數和辛普森多樣性指數對大型土壤動物群落特征進行分析，并推斷出影響辛普森多樣性指數的兩大因素，即物種豐富度和均勻度。接著，教師提問：“比較5塊樣地，總結大型土壤動物群落多樣性影響因素有哪些？”教師引導學生總結出不同植被類型、人為干擾強弱、溫度和濕度等都可能會影響大型土壤動物群落多樣性。

最后，教師提問：“為什么要在每個樣地要兩個小組，每小組取2個樣方？”教師引導學生思考實驗操作時，人為因素和實驗方法等可能給實驗造成誤差的因素。通過充分的交流和討論，學生逐漸意識到生物科學實驗研究時科學方法和科學態度的重要性，發展了其生物學核心素養。

本節課的教學內容看似不多，但教學環境復雜，耗時長，很難在一節課的時間內完成。因此，教師要有較強的“控時”意識和“控班”能力，要有完整的教學設計方案和周密的課前預習安排，以保證教學目標的順利達成。

3戶外調查實驗影響因素分析

影響大型土壤動物戶外調查實驗結果的因素很多，主要有以下幾點：

①在實地進行實驗時，利用樣方法取樣時必須要保證隨機取樣，并且樣方面積和深度的測量一定要準確，取土過程中可能有個別土壤動物遺漏。因此，要特別注意設置平行重復。

②學生對大型土壤動物的識別和鑒定有困難，需要在課前對大型土壤動物的鑒定做大量的準備工作。對于學生難以確定的種類，教師要及時給予幫助。

③實地調查實驗需要較長的時間，受課堂時間限制，學生完成實驗比較倉促，這也會影響實驗的精確度。

因此，課前的充分的準備和學案設計的科學性和合理性較為重要。

另外，在校園實地調查及數據統計處理過程中，教師應及時給學生提供相關幫助和指導。