石進德

(福建省廈門市集美區(qū)灌口中學 361023)

1 活動背景

大型土壤指示動物是指土壤中肉眼可見，能夠指示土壤健康狀態(tài)，體長在0.2 cm以上的動物。如蚯蚓、線蟲、蜈蚣、馬陸、甲蟲和西瓜蟲等。利用大型土壤指示動物開展科學探究活動是一種較新的科技教育方式?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展常常會造成土壤污染，但土壤污染程度如何？是否存在安全隱患，如何監(jiān)測？媒體上也常報道類似的土壤污染問題，影響居民的生計。能否通過大型土壤指示動物進行實時、有效地生態(tài)監(jiān)測，獲取可靠的數(shù)據(jù)與信息，及時發(fā)現(xiàn)和解決土壤污染問題，是值得研究的問題。

在人教版生物學教材《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第四章“種群和群落”中，探究性學習內(nèi)容是“探究土壤中的動物類群豐富度”，學生通過擬定計劃→準備→取樣→采集小動物→觀察和分類→統(tǒng)計和分析，對土壤動物類群豐富度研究已經(jīng)有一定基礎(chǔ)。因此，確立“探究大型土壤指示動物”這個探究課題，聯(lián)系學生對現(xiàn)實的生活體驗、理解和感悟，調(diào)動學生的主動性與積極性[1]，讓學生從課堂中走出來，融入到自然和社會，學會探究。

2 活動目標

活動目標是：①了解大型土壤動物作為指示生物的研究現(xiàn)狀、目的和意義；②在探究中可了解大型土壤指示動物的生活環(huán)境(生境)、分類，群落的類群數(shù)、個體密度和多樣性指標等，可進一步探究不同大型指示動物的指示作用；③嘗試發(fā)現(xiàn)新的大型指示動物及指示特征，為土壤的有效監(jiān)測和健康修復(fù)提供參考；④拓展延伸，尋找與大型土壤指示動物相關(guān)的研究性課題或創(chuàng)意項目，并開展研究。

3 實施過程

3.1 理論學習先行 科技輔導(dǎo)教師利用研究性學習時間，通過開設(shè)講座等形式，組織學生學習：①土壤指示動物及動物分類的相關(guān)知識,了解土壤動物的群落組成、物種多樣性、物種的多度和豐富度等概念；②了解指示生物的選擇條件；③了解大型土壤動物作為指示生物的目的、意義和研究現(xiàn)狀；④學習土壤動物的采集和調(diào)查方法、土壤動物標本制作等；⑤輔以觀看科普片等形式展示應(yīng)用實例；⑥開展組內(nèi)和組間討論，展開頭腦風暴，引發(fā)學生關(guān)注和思考在實驗室中能開展的與大型土壤指示動物有關(guān)的課題，提出初步的規(guī)劃。

3.2 實驗室初研究 利用學校生物學探究實驗室，在理論學習的基礎(chǔ)上進行實驗研究。

3.2.1 大型土壤動物標本制作 嘗試用不同的采集裝置采集，制作成標本并進行分類研究，分小組對土壤動物采集裝置進行改造和創(chuàng)新、對比分析，得出最佳的采集方式。

3.2.2 探究生境改變后的影響 先模擬生境變化，再探究不同理化性質(zhì)改變對土壤動物的脅迫效應(yīng)(主要探究半致死效應(yīng)、存活率、運動機能和應(yīng)激性等指標)。

案例1：大型土壤動物實驗室培養(yǎng)和繁殖，采集不同種類的大型土壤動物，實驗室培養(yǎng)和繁殖，觀察記錄生活史；將培養(yǎng)的土壤動物作為后續(xù)實驗研究材料。

案例2：探究不同土壤結(jié)構(gòu)、土壤質(zhì)地、土壤pH和土壤水分等環(huán)境因子對同種類大型土壤動物(蚯蚓、線蟲、蜈蚣、馬陸、甲蟲或西瓜蟲等)的影響。

案例3：探究同種土壤結(jié)構(gòu)、土壤質(zhì)地、土壤pH和土壤水分等對不同種類大型土壤動物的影響(表1)。

表1 環(huán)境因子對不同種類大型土壤動物的影響

案例4：探究不同種類常規(guī)殺蟲劑對不同種類大型土壤動物的影響(表2)。

表2 殺蟲劑對不同種類大型土壤動物的影響

案例5：模擬重金屬毒理污染實驗，探究重金屬對不同種類大型土壤指示動物的效應(yīng)和毒性影響，進行生態(tài)毒理評價，指示重金屬(污染物)對土壤生態(tài)系統(tǒng)可能造成的危害(表3)。

表3 重金屬對不同種類大型土壤動物的影響

案例6：創(chuàng)新性研究，以蚯蚓為例，探究某種理化性質(zhì)改變對其再生的影響。如“蝸牛足腺分泌物對蚯蚓再生的影響”的探究課題。

3.3 校園生境研究 以實驗室研究為基礎(chǔ)，用自制土壤動物采集裝置，對校園內(nèi)不同生境的大型土壤動物調(diào)查，應(yīng)用均勻度指數(shù)、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)、豐富度指數(shù)及密度和類群數(shù)等指標，了解校園不同生境中大型土壤動物群落特征的差異性，探究不同生境對大型土壤指示動物的影響。

3.3.1 確定取樣地點 選擇土壤濕度和有機物含量較高場所(如學校食堂周邊、大樹下落葉和食物殘渣較多區(qū)域)，校園土壤濕度和有機物含量較低、土壤質(zhì)地疏松場所(如荒草地)，校園土壤濕度居中和有機物含量較低、土壤質(zhì)地相對較結(jié)實場所(如新植草坪)等有較大差異的土壤環(huán)境。

3.3.2 準備實驗用具 自制的采集裝置、吸蟲器和誘蟲器、70%酒精、筆、塑料袋、花鏟、瓷盆、標簽、紗布、解剖針、鑷子、放大鏡、體視鏡等。

3.3.3 學生分組取樣 學生依據(jù)土壤取樣地點分三大組,每大組再分四小組重復(fù)實驗，時間段相同、取樣地隨機取樣和取土量相同。取同一土壤表層,用于控制無關(guān)變量，減少偶然因素對實驗結(jié)果帶來的誤差。標注采集者姓名、采樣時間、采樣地點和序號。

3.3.4 采集指示動物 采用簡易采集法及誘蟲器采集法采集大型土壤動物。

3.3.5 分析探究結(jié)果 指導(dǎo)學生借助有關(guān)大型土壤動物圖譜觀察，做好統(tǒng)計與分析，探究不同生境中大型土壤指示動物的差異，了解環(huán)境對其影響。

3.4 校外生境研究 帶領(lǐng)學生走出校門，根據(jù)“組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)”原則組成活動小組，到不同典型生境(林地、公園、居住區(qū)、耕地及草地、污染區(qū)域和化工廠周邊等)進行調(diào)查。

3.4.1 了解土壤生態(tài) 實地調(diào)查大型土壤指示動物種群結(jié)構(gòu)(組成、分布)、數(shù)量，獲得種類豐度、多樣性等參數(shù)，了解大型土壤指示動物群落特征與環(huán)境變化的相關(guān)性及土壤生態(tài)系統(tǒng)健康程度。

3.4.2 監(jiān)測土壤污染 以某種大型土壤指示動物(如蚯蚓)的標志物來指示半致死效應(yīng)，探究污染物對該動物在個體水平上所產(chǎn)生的影響,監(jiān)測土壤污染情況，形成早期預(yù)警系統(tǒng)，探究該系統(tǒng)能否于大型土壤指示動物群體發(fā)生衰減前做出警報。

3.4.3 探究土壤修復(fù) 選定某一污染區(qū)土壤，隔離成兩個對照樣本區(qū)域，其中一個引入大型土壤指示動物，對比研究其改善土壤物理結(jié)構(gòu)、改善土壤通氣性和透水性、增強土壤肥力和降解有機污染物，恢復(fù)退化的污染土壤生態(tài)系統(tǒng)的能力。分析對照樣本區(qū)域土壤中動物數(shù)量，探究其對污染土壤修復(fù)潛力。

3.4.4 探究種群結(jié)構(gòu) 探究污染區(qū)域土壤中大型動物種群的數(shù)量和結(jié)構(gòu)變化,嘗試獲取新型指示動物特征及建立土壤健康生物指標數(shù)據(jù)庫。

3.5 成果匯報展示 組織中期匯報，收集小組活動記錄、項目活動使用的文獻資料與原始數(shù)據(jù)，匯報、交流、展示成果。

3.5.1 整理原始資料 教師指導(dǎo)學生保留活動研究原始材料，整理活動照片，完成活動記錄表，總結(jié)活動結(jié)果，通過自評、互評與師評方式評價每次活動，交流信息，資源共享。

3.5.2 撰寫活動報告 指導(dǎo)學生做結(jié)題報告，各小組根據(jù)展示方案，形成文字材料，撰寫活動報告。以論文或?qū)嶒瀳蟾婊騽?chuàng)新設(shè)計方式體現(xiàn)各項研究成果。

3.5.3 完成課題答辯 小組成員撰寫心得體會，完成課題答辯，展示活動取得的成果，由教師和學生兩個環(huán)節(jié)評審組成。教師可從課題完整性與達成度和實際水平對研究成果予以客觀地評價，師生共同評比出優(yōu)秀活動個人(小組)、優(yōu)秀活動班級。

3.5.4 綜合分析評價 通過對學生參與的積極性，對過程的合理性、科學性和活動的有效性等方面進行評價[2]。分享研究成果，收集對活動小組的意見和建議，及時反饋，為進一步完善和拓展研究提供延伸空間。