對“探究土壤微生物的分解作用”的實驗改良設計

龔伊娜

實驗教學是生物學課程的特點，是促進學生發展生物學學科核心素養的重要支撐。為著力培養學生的生物學學科核心素養，尤其是科學探究和生物學實踐能力，教師應當加強和完善生物學實驗教學，增加學生動手實踐和體驗的機會。因此，筆者結合學校和學生實際，對人教版高中生物《必修3·穩態與環境》中“探究土壤微生物的分解作用”探究實驗進行改良設計，以便更好地開展實驗教學，提高學生的理解。

1教材案例實驗存在的問題

教材參考案例一“探究落葉是否在土壤微生物的作用下腐爛的”實驗操作復雜，實驗土壤用量多，實驗組土壤需要進行滅菌處理，處理要求高，容易改變土壤的理化性質。落葉被埋在土壤中，學生不能每天直觀地觀察到落葉被分解的情況，且實驗所需的時間比較長。教材參考案例二“探究土壤微生物對淀粉的分解作用”實驗操作相對比較簡易，但學生不能直觀地觀察到燒杯中的淀粉是否被分解。且實驗中需要將溶液靜置7d后，再進行碘液或斐林試劑檢測才能觀察到實驗現象。

2實驗改良設計方案

針對兩個案例實驗的不足，作出以下改良：用馬鈴薯方塊替換淀粉糊，觀察馬鈴薯方塊在不同液體的浸泡下的形狀變化與腐爛程度，進一步分析土壤微生物對有機物的分解作用。

2.1實驗目的

探究土壤微生物對馬鈴薯方塊的分解作用。

2.2實驗原理

馬鈴薯富含纖維素、淀粉等有機物。微生物能分泌多種水解酶將大分子有機物分解成小分子有機物，如纖維素酶、淀粉酶可將纖維素、淀粉水解成葡萄糖。然后，這些小分子有機物被分解者吸收到細胞中氧化分解，最終形成CO2、水和各種無機鹽，同時釋放能量。

2.3材料用具

（1）材料：林地土壤、馬鈴薯、蒸餾水。

（2）用具：燒杯、紗布、玻璃棒、量筒、滴管、錐形瓶、刀具、橡皮筋。

2.4實驗步驟

（1）將取自林地的土壤放入墊有厚紗布的燒杯中，加入適量蒸餾水，用玻璃棒攪拌。然后，將紗布和土壤一起取出，得到燒杯中的土壤浸出液，靜置一段時間備用。

（2）取2只錐形瓶，編號A、B，將馬鈴薯切成約1cm3均勻的6～10塊小方塊，平均分成兩組，分別加入A、B兩只錐形瓶中。在A錐形瓶中加入100mL土壤浸出液，B錐形瓶中加入100mL蒸餾水，用紗布和橡皮筋將錐形瓶封口。

（3）將A、B兩組實驗裝置放置在同一環境下，每天觀察并記錄兩組裝置中馬鈴薯方塊的形狀變化與腐爛程度。

2.5實驗結果與分析

在一周時間范圍內，A組錐形瓶中的馬鈴薯方塊隨著土壤浸出液浸泡天數的增加，方塊逐漸分解，腐爛程度逐天增大;而B組錐形瓶中的馬鈴薯方塊無明顯變化。這說明在土壤浸出液中微生物的作用下，淀粉等有機物逐漸被分解，馬鈴薯方塊逐漸消失。

3實驗改良的優點

（1）器材簡易，操作簡單，不受場地限制。材料、用具簡易，實驗裝置可放置同一環境下，如在實驗室或教室中，方便學生每天觀察記錄與分析，減少場地的限制，便于實驗的開展及學生的參與，實驗條件較差的學校也可開展教學與實踐。

（2）觀察直觀，現象明顯。學生通過觀察馬鈴薯方塊的形狀變化與腐爛程度，每天都能直觀地觀察到土壤微生物的分解作用。

（3）實驗時間明顯縮短。實驗有效地將教材中的兩個案例實驗合并，學生每天觀察、記錄。一周內，實驗現象已經非常明顯，所需時間明顯縮短。這樣既克服了案例實驗一需要數周后，挖土才能觀察到微生物分解作用的不足，也克服了案例實驗二需要一周后用碘液或斐林試劑檢測才能觀察到淀粉被分解的不足。

（4）實驗拓展性較大，為學生提供更為豐富的實驗材料和探索空間。本實驗可以將實驗材料換成蘋果塊、落葉等，觀察土壤微生物的分解作用;還可將林地土壤換成菜地、花盆泥、不同肥沃程度的土壤等，觀察微生物的分解作用。教師引導學生從多角度探究微生物的分解作用，開闊探究思維，提高學習熱情，進一步促進對生態系統物質循環的知識建構。