“探究大型土壤指示动物”科技教育活动的开展

石进德

(福建省厦门市集美区灌口中学 361023)

1 活动背景

大型土壤指示动物是指土壤中肉眼可见，能够指示土壤健康状态，体长在0.2 cm以上的动物。如蚯蚓、线虫、蜈蚣、马陆、甲虫和西瓜虫等。利用大型土壤指示动物开展科学探究活动是一种较新的科技教育方式。现代工业的发展常常会造成土壤污染，但土壤污染程度如何？是否存在安全隐患，如何监测？媒体上也常报道类似的土壤污染问题，影响居民的生计。能否通过大型土壤指示动物进行实时、有效地生态监测，获取可靠的数据与信息，及时发现和解决土壤污染问题，是值得研究的问题。

在人教版生物学教材《稳态与环境》第四章“种群和群落”中，探究性学习内容是“探究土壤中的动物类群丰富度”，学生通过拟定计划→准备→取样→采集小动物→观察和分类→统计和分析，对土壤动物类群丰富度研究已经有一定基础。因此，确立“探究大型土壤指示动物”这个探究课题，联系学生对现实的生活体验、理解和感悟，调动学生的主动性与积极性[1]，让学生从课堂中走出来，融入到自然和社会，学会探究。

2 活动目标

活动目标是：①了解大型土壤动物作为指示生物的研究现状、目的和意义；②在探究中可了解大型土壤指示动物的生活环境(生境)、分类，群落的类群数、个体密度和多样性指标等，可进一步探究不同大型指示动物的指示作用；③尝试发现新的大型指示动物及指示特征，为土壤的有效监测和健康修复提供参考；④拓展延伸，寻找与大型土壤指示动物相关的研究性课题或创意项目，并开展研究。

3 实施过程

3.1 理论学习先行 科技辅导教师利用研究性学习时间，通过开设讲座等形式，组织学生学习：①土壤指示动物及动物分类的相关知识,了解土壤动物的群落组成、物种多样性、物种的多度和丰富度等概念；②了解指示生物的选择条件；③了解大型土壤动物作为指示生物的目的、意义和研究现状；④学习土壤动物的采集和调查方法、土壤动物标本制作等；⑤辅以观看科普片等形式展示应用实例；⑥开展组内和组间讨论，展开头脑风暴，引发学生关注和思考在实验室中能开展的与大型土壤指示动物有关的课题，提出初步的规划。

3.2 实验室初研究 利用学校生物学探究实验室，在理论学习的基础上进行实验研究。

3.2.1 大型土壤动物标本制作 尝试用不同的采集装置采集，制作成标本并进行分类研究，分小组对土壤动物采集装置进行改造和创新、对比分析，得出最佳的采集方式。

3.2.2 探究生境改变后的影响 先模拟生境变化，再探究不同理化性质改变对土壤动物的胁迫效应(主要探究半致死效应、存活率、运动机能和应激性等指标)。

案例1：大型土壤动物实验室培养和繁殖，采集不同种类的大型土壤动物，实验室培养和繁殖，观察记录生活史；将培养的土壤动物作为后续实验研究材料。

案例2：探究不同土壤结构、土壤质地、土壤pH和土壤水分等环境因子对同种类大型土壤动物(蚯蚓、线虫、蜈蚣、马陆、甲虫或西瓜虫等)的影响。

案例3：探究同种土壤结构、土壤质地、土壤pH和土壤水分等对不同种类大型土壤动物的影响(表1)。

表1 环境因子对不同种类大型土壤动物的影响

案例4：探究不同种类常规杀虫剂对不同种类大型土壤动物的影响(表2)。

表2 杀虫剂对不同种类大型土壤动物的影响

案例5：模拟重金属毒理污染实验，探究重金属对不同种类大型土壤指示动物的效应和毒性影响，进行生态毒理评价，指示重金属(污染物)对土壤生态系统可能造成的危害(表3)。

表3 重金属对不同种类大型土壤动物的影响

案例6：创新性研究，以蚯蚓为例，探究某种理化性质改变对其再生的影响。如“蜗牛足腺分泌物对蚯蚓再生的影响”的探究课题。

3.3 校园生境研究 以实验室研究为基础，用自制土壤动物采集装置，对校园内不同生境的大型土壤动物调查，应用均匀度指数、多样性指数、优势度指数、丰富度指数及密度和类群数等指标，了解校园不同生境中大型土壤动物群落特征的差异性，探究不同生境对大型土壤指示动物的影响。

3.3.1 确定取样地点 选择土壤湿度和有机物含量较高场所(如学校食堂周边、大树下落叶和食物残渣较多区域)，校园土壤湿度和有机物含量较低、土壤质地疏松场所(如荒草地)，校园土壤湿度居中和有机物含量较低、土壤质地相对较结实场所(如新植草坪)等有较大差异的土壤环境。

3.3.2 准备实验用具 自制的采集装置、吸虫器和诱虫器、70%酒精、笔、塑料袋、花铲、瓷盆、标签、纱布、解剖针、镊子、放大镜、体视镜等。

3.3.3 学生分组取样 学生依据土壤取样地点分三大组,每大组再分四小组重复实验，时间段相同、取样地随机取样和取土量相同。取同一土壤表层,用于控制无关变量，减少偶然因素对实验结果带来的误差。标注采集者姓名、采样时间、采样地点和序号。

3.3.4 采集指示动物 采用简易采集法及诱虫器采集法采集大型土壤动物。

3.3.5 分析探究结果 指导学生借助有关大型土壤动物图谱观察，做好统计与分析，探究不同生境中大型土壤指示动物的差异，了解环境对其影响。

3.4 校外生境研究 带领学生走出校门，根据“组间同质、组内异质”原则组成活动小组，到不同典型生境(林地、公园、居住区、耕地及草地、污染区域和化工厂周边等)进行调查。

3.4.1 了解土壤生态 实地调查大型土壤指示动物种群结构(组成、分布)、数量，获得种类丰度、多样性等参数，了解大型土壤指示动物群落特征与环境变化的相关性及土壤生态系统健康程度。

3.4.2 监测土壤污染 以某种大型土壤指示动物(如蚯蚓)的标志物来指示半致死效应，探究污染物对该动物在个体水平上所产生的影响,监测土壤污染情况，形成早期预警系统，探究该系统能否于大型土壤指示动物群体发生衰减前做出警报。

3.4.3 探究土壤修复 选定某一污染区土壤，隔离成两个对照样本区域，其中一个引入大型土壤指示动物，对比研究其改善土壤物理结构、改善土壤通气性和透水性、增强土壤肥力和降解有机污染物，恢复退化的污染土壤生态系统的能力。分析对照样本区域土壤中动物数量，探究其对污染土壤修复潜力。

3.4.4 探究种群结构 探究污染区域土壤中大型动物种群的数量和结构变化,尝试获取新型指示动物特征及建立土壤健康生物指标数据库。

3.5 成果汇报展示 组织中期汇报，收集小组活动记录、项目活动使用的文献资料与原始数据，汇报、交流、展示成果。

3.5.1 整理原始资料 教师指导学生保留活动研究原始材料，整理活动照片，完成活动记录表，总结活动结果，通过自评、互评与师评方式评价每次活动，交流信息，资源共享。

3.5.2 撰写活动报告 指导学生做结题报告，各小组根据展示方案，形成文字材料，撰写活动报告。以论文或实验报告或创新设计方式体现各项研究成果。

3.5.3 完成课题答辩 小组成员撰写心得体会，完成课题答辩，展示活动取得的成果，由教师和学生两个环节评审组成。教师可从课题完整性与达成度和实际水平对研究成果予以客观地评价，师生共同评比出优秀活动个人(小组)、优秀活动班级。

3.5.4 综合分析评价 通过对学生参与的积极性，对过程的合理性、科学性和活动的有效性等方面进行评价[2]。分享研究成果，收集对活动小组的意见和建议，及时反馈，为进一步完善和拓展研究提供延伸空间。