“用樣方法調(diào)查柏木的種群密度”的實(shí)踐教學(xué)與反思

李 江 易航宇 駱 婷 文冬梅 姚 恬

（四川省仁壽縣鏵強(qiáng)中學(xué) 四川眉山 620500）

“用樣方法調(diào)查草地中某種雙子葉植物的種群密度”是人教版生物學(xué)必修3“種群的特征”中設(shè)置的一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)，在教材內(nèi)容的布局中位置突出[1]，旨在通過(guò)植物種群密度的調(diào)查激發(fā)學(xué)生的興趣和熱情，加深學(xué)生對(duì)“種群密度是種群最基本的數(shù)量特征”的理解和認(rèn)識(shí)[1]。該實(shí)驗(yàn)作為高中生物學(xué)中少有的野外調(diào)查探究實(shí)驗(yàn)，在培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究”的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)方面具有一定的典型性和代表性[2-4]。

從內(nèi)容上分析，教材對(duì)實(shí)驗(yàn)中采取雙子葉植物作為研究對(duì)象進(jìn)行了說(shuō)明，并提出了實(shí)施計(jì)劃和常用的調(diào)查方法?？梢姡緦?shí)驗(yàn)的野外實(shí)踐教學(xué)難度不大，可行性較高。但由于課時(shí)緊張、組織難度大、樣地選擇困難、學(xué)生安全等多方面因素的影響，該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)多停留在方案的設(shè)計(jì)或書面上的模擬實(shí)驗(yàn)[5-7]，以及視頻演示[8]。僅徐建林[5]、黃見良[9]、吳志強(qiáng)[7]等以草本植物為例開展了野外實(shí)地調(diào)查，但存在學(xué)生不認(rèn)識(shí)植物、調(diào)查對(duì)象選擇不合理等問(wèn)題。由于地域差異、學(xué)校位置等決定調(diào)查的對(duì)象和樣地的選擇，現(xiàn)有研究文獻(xiàn)中可供開展“調(diào)查植物種群密度”的實(shí)踐教學(xué)的參考案例并不多，還需進(jìn)一步加強(qiáng)該實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化改進(jìn)。

在文獻(xiàn)研究及實(shí)地踏勘的基礎(chǔ)上，本文以柏木（Cupressus funebris）為研究對(duì)象進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，力爭(zhēng)達(dá)到以下實(shí)驗(yàn)?zāi)康模孩俳栌脤W(xué)生野外調(diào)查活動(dòng)，豐富教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的興趣；②以真實(shí)的調(diào)查體驗(yàn)和交流，加深學(xué)生對(duì)教材知識(shí)內(nèi)容的理解，加強(qiáng)科學(xué)探究能力和思維能力的培養(yǎng)；③探究實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化改進(jìn)方案，豐富調(diào)查植物種群密度的實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例，為城區(qū)學(xué)校開展野外實(shí)踐教學(xué)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 調(diào)查物種的簡(jiǎn)介 柏木（Cupressus funebris）隸屬柏科（Cupressaceae）柏木屬（Cupressus），高可達(dá)35 m，胸徑2 m。柏木分布廣，生長(zhǎng)快，在四川主要分布于海拔1 600 m 以下的地區(qū)，常作為山地及丘陵地帶的造林樹種。緊鄰仁壽縣城西的丘陵及低山分布有大面積的柏木林地，在進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)的野外實(shí)踐調(diào)查中，具有易識(shí)別、易計(jì)數(shù)、易選擇調(diào)查地點(diǎn)等優(yōu)勢(shì)。

1.2 調(diào)查地點(diǎn)及樣方大小的選擇 經(jīng)實(shí)地踏勘，仁壽縣天仁公園至鳳凰山（E104°07′26″、N29°59′39″）一線地勢(shì)平坦、植被茂盛，通車條件好，可作為調(diào)查地點(diǎn)。因本實(shí)驗(yàn)的調(diào)查對(duì)象為喬木，考慮地形坡度等對(duì)學(xué)生安全的影響，樣方大小確定為10 m×10 m。

1.3 學(xué)生分組及調(diào)查用具 7 名學(xué)生為一個(gè)調(diào)查小組進(jìn)行分組，其中3 人負(fù)責(zé)樣方劃定及牽拉皮尺，2 人負(fù)責(zé)計(jì)數(shù)，1 人負(fù)責(zé)記錄，1 人負(fù)責(zé)安全及通信聯(lián)絡(luò)。每個(gè)小組負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)3 個(gè)喬木樣方并記錄調(diào)查結(jié)果。各調(diào)查小組配發(fā)的用具有50 m 皮尺1 個(gè)、5 m 卷尺1 個(gè)、記錄表及筆等。

2 野外實(shí)踐教學(xué)的組織及實(shí)施

2020年11月15日至19日完成了野外調(diào)查實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作，例如，教材內(nèi)容預(yù)習(xí)、學(xué)生分組、調(diào)查用具發(fā)放、實(shí)驗(yàn)方法及學(xué)生安全等注意事項(xiàng)的說(shuō)明。2020年11月20日開展了實(shí)地調(diào)查，全班52 人分為7 個(gè)小組；于上午9∶00 在學(xué)校門口乘車前往調(diào)查點(diǎn)，調(diào)查時(shí)間約3.5 h。

2.1 調(diào)查實(shí)施 在天仁公園至鳳凰山一線按預(yù)定布置開展調(diào)查，每個(gè)小組負(fù)責(zé)3 個(gè)喬木樣方的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，調(diào)查樣方不得重疊，間距保持在20～50 m，盡量避開地形陡峭地段。調(diào)查結(jié)束后，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較，分析差異。調(diào)查過(guò)程中，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，引導(dǎo)學(xué)生在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)并提出問(wèn)題，對(duì)調(diào)查不當(dāng)之處進(jìn)行分析討論。

2.2 調(diào)查結(jié)果 各小組完成調(diào)查后，計(jì)算柏木的種群密度，并匯總分析，其結(jié)果詳見表1。由表1可知，各小組調(diào)查結(jié)果值為：柏木種群密度為15.0～21.3 株/100 m2，總平均值為18.5 株/100 m2。

表1 柏木種群密度調(diào)查結(jié)果及統(tǒng)計(jì)一覽表（單位：株/100 m2）

2.3 組織討論與分析 調(diào)查結(jié)束后，回到乘車地點(diǎn)，以小組為單位就本實(shí)驗(yàn)“是否達(dá)到了調(diào)查的目的及要求，樣方大小、數(shù)量及布置是否合理”等問(wèn)題進(jìn)行了討論和總結(jié)。同時(shí)，就學(xué)生在調(diào)查中存在的問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)一討論及解答說(shuō)明。

在小組討論中，學(xué)生一致認(rèn)可調(diào)查結(jié)果總平均值18.5 株/100 m2可作為區(qū)域柏木的種群密度，其可信度較高。同時(shí)，也有學(xué)生指出：第7 組樣方2 統(tǒng)計(jì)的柏木數(shù)量為31 株，與其余各組數(shù)據(jù)差異較大，是否存在重復(fù)計(jì)數(shù)等操作錯(cuò)誤。而第7 小組成員也給予了解答說(shuō)明：樣方內(nèi)存在柏木幼苗11 株，按要求也統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。對(duì)此，結(jié)合種群定義及教材內(nèi)容對(duì)第7 小組的解釋及做法給予了肯定。

通過(guò)即時(shí)的小組討論，學(xué)生對(duì)教材中“隨機(jī)取樣”“樣方大小、數(shù)量適宜”等問(wèn)題有了切身體會(huì)和更深層次的理解；對(duì)實(shí)地調(diào)查中存在的問(wèn)題及分析處理，極大鍛煉了學(xué)生的科學(xué)思維及科學(xué)研究等方面的能力。

3 反思與總結(jié)

本文以柏木為研究對(duì)象，對(duì)教材實(shí)驗(yàn)“用樣方法調(diào)查草地中某種雙子葉植物的種群密度”進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，避開了調(diào)查草本植物中學(xué)生不認(rèn)識(shí)植物、難以計(jì)數(shù)等問(wèn)題，使得該實(shí)驗(yàn)從課堂的模擬實(shí)驗(yàn)切實(shí)走到校外進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，極大地激發(fā)了學(xué)生的興趣和熱情。這也是課堂模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)所不具備的優(yōu)勢(shì)。從調(diào)查結(jié)果看，柏木種群密度總平均值18.5 株/100 m2具有較高的可信度；學(xué)生在調(diào)查中能很好的處理取樣、計(jì)數(shù)、分析數(shù)據(jù)等問(wèn)題，并就相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行討論分析和提出解決辦法。可見，本次野外調(diào)查實(shí)驗(yàn)基本實(shí)現(xiàn)了教材擬定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模憻捔藢W(xué)生的參與實(shí)踐、小組合作、分析處理問(wèn)題等方面的能力。通過(guò)即時(shí)的交流討論，對(duì)調(diào)查中的問(wèn)題、結(jié)果等進(jìn)行了總結(jié)分析，是調(diào)查實(shí)驗(yàn)的升華，推動(dòng)了在教學(xué)中科學(xué)思維、科學(xué)探究素養(yǎng)的落實(shí)。

在實(shí)踐調(diào)查中也存在一些問(wèn)題，例如，喬木樣方面積大，要求調(diào)查地點(diǎn)地勢(shì)平坦、開闊；因地形因素“五點(diǎn)取樣法”的設(shè)置難度大，缺乏教材2 種方法的結(jié)果對(duì)比分析；學(xué)生難得進(jìn)行野外調(diào)查實(shí)踐，不少學(xué)生過(guò)于興奮，組織難度較大等。因此，針對(duì)本實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)還需不斷地研究創(chuàng)新，以豐富種群密度的實(shí)踐教學(xué)案例?！坝脴臃椒ㄕ{(diào)查種群密度”的實(shí)驗(yàn)可依據(jù)學(xué)生學(xué)情、教材內(nèi)容等進(jìn)行延伸，例如，調(diào)查不同環(huán)境中同一植物的密度[10]；驗(yàn)證教材中“踐踏對(duì)車前、狼尾草、狗尾草分布的影響”；調(diào)查林地群落的垂直結(jié)構(gòu)及物種組成；開展校園植物的調(diào)查等。

此外，通過(guò)本次調(diào)查筆者也深刻認(rèn)識(shí)到，野外實(shí)踐調(diào)查的開展對(duì)教師組織能力、自身素養(yǎng)等方面要求較高，作為一線教師必須加強(qiáng)自我能力的提升，能在課堂內(nèi)、外提點(diǎn)和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和探究，落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

致謝：在野外實(shí)地調(diào)查中，感謝生物組蔣德輝、劉建瓊等老師的幫助和建議，感謝班主任的組織及何嬌老師在植物識(shí)別方面給予的幫助。