校园大型土壤动物群落特征的户外调查实验

张龙龙　王亚民

土壤動物是生态系统中不可分割的一环，承担着消费者和分解者的角色，能够加速生态系统中的物质循环和能量流动，对维持生态系统的稳定具有重要意义。大型土壤动物是指躯体体长大于2 mm的土壤动物，利用大型土壤动物开展户外调查实验是一种较为有效的教学方法。浙科版高中生物学必修三第五章“群落”第四节中的学生探究活动“不同群落中土壤动物类群丰度的研究”，是在物种丰富度知识的基础上，通过实验进一步加深学生对物种丰富度和多样性的了解，初步学会常用的物种多样性和丰富度测量方法。

下面基于样方法，结合丰富度指数、辛普森多样性指数、密度和类群数等指标，进行校园大型土壤动物群落特征的户外调查实验，并提出相应的改进课堂教学的措施。本调查实验能充分调动学生的积极性和主动性，让学生走出课堂走向自然，培养科学探究的生物学核心素养。

1实验前期准备

1.1户外实验样方地的选择

大型土壤动物调查一般选择样方法，样方可以是方形、长方形、圆形、条带状等多种形状。不同地点的干扰程度和环境条件不同，导致物种丰富度和均匀度不同，从而影响不同地点土壤动物的辛普森多样性指数值。所以，样方地点的选择至关重要。样方面积的大小常常取该样方中大型土壤动物种类最多时的最小面积。调查大型土壤动物的样方面积大约为20×20 cm²，取土深度为30 cm。

本调查实验的研究地点选在笔者所任教的校园内。根据校园不同绿地的植被类型、人为干扰的强弱，本调查实验选择了行政楼东侧树林（离学生活动区较远，有人为干扰，以琵琶树，竹林等为主）、体育馆前树林（离学生活动区较近，有人为干扰主要以矮树和苔草为主）、3号教学楼后树林（无学生活动干扰，地表光照不足，以麦冬和高大乔木为主）、教学楼西侧树林（以矮树和灌木为主，离学生活动区近，无学生踩踏干扰）和体育场草坪（以苔草为主，人为干扰强）5个地点作为取样地。每个取样地中选取4个样方，样方面积为20×20cm²，取土深度为30 cm。在选择样方地时，要注意避开存在安全隐患的地点。

1.2大型土壤动物的收集和鉴定方法

取样时，对于肉眼能看到的动物应立即手拣放入瓶中带回。所取样品带回生物实验室，用镊子和放大镜对土样中的大型土壤动物进行分离，采集到的大型土壤动物用体积分数为70%的酒精杀死固定。依据《中国土壤动物检索图鉴》的大类别（纲、目）分类方法，对大型土壤动物进行分类鉴定。

1.3群落特征的测度指标

由于土壤动物群落在分类时的分类单位常常较大，往往是以类群（纲目）为单位，本实验拟采用密度、类群数、丰富度、均匀度和多样性指标来测度大型土壤动物的群落特征。

1.4户外调查实验的学案设计

考虑到学生鉴定大型土壤动物有困难，教师需事先准备好校园常见大型土壤动物图鉴、大型土壤动物检索表、校园地形图（标注样方地位置）、实验数据记录表和土壤动物取样法实施细则等资料。课前，教师将这些资料以学案的形式发给学生，让学生可以提前预习实验目的、实验方法等，以提高学生鉴定大型土壤动物的效率，提高课堂教学的有效性。

学生的主观因素对样方的操作有较大的影响。因此，教师要强调：取样的关键是随机取样，如果刻意选择植物较多或较少的地点均会对大型土壤动物的类群估算造成较大误差。同时，学生要了解取样方法有“五点取样法”和“等距取样法”两种。“五点取样法”适用于调查地段为正方形，环境条件比较均匀的地形。“等距取样法”适用于地段为长条形的地段。当然，教师也可以指导学生课前模拟练习，随机选取不同的样地，让学生练习两种取样方法。

另外，大型土壤动物测度指标的计算也是本实验的难点，教师可以在课前辅导学生利用Excel表格对密度、丰富度、均匀度和多样性指标进行模拟计算。

1.5实验材料及分组准备

实验材料：卷尺、铁锹、塑料袋、铅笔、标签、镊子、计算器，土壤动物分类图鉴、实验数据记录表等。一般4位学生为一小组，两个小组计为一个大组，负责一块样地。5块样地分给10小组，共5个大组，分别进行编号。课前，各小组组长带领组员，根据学案自学的内容选取好样方地，并认真学习常见大型土壤动物鉴定知识和群落结构指标计算的相关知识。

2校园户外实验

2.1课堂教学的新课引入

首先，教师根据校园地形图，出示拟选择样方地的图片，请学生推测：5块样方地中哪个大型土壤动物群落结构最复杂，多样性最高呢？教师要求学生通过户外调查实验来验证自己的推测。然后，学生根据课前分组，去校园指定的样方地开展户外调查实验，通过小组合作、教师指导的形式对调查实验结果进行统计与分析。

2.2实验结果交流与讨论

按约定时间，师生返回课堂展开结果交流与讨论。先请5个大组各选出代表展示每个样地的调查数据和统计结果，教师现场对5个样地的数据进行统计比较（表1、表2）。

根据调查结果，学生回答教师在探究前提出的问题。教师引导学生利用类群数、丰富度指数、均匀度指数和辛普森多样性指数对大型土壤动物群落特征进行分析，并推断出影响辛普森多样性指数的两大因素，即物种丰富度和均匀度。接着，教师提问：“比较5块样地，总结大型土壤动物群落多样性影响因素有哪些？”教师引导学生总结出不同植被类型、人为干扰强弱、温度和湿度等都可能会影响大型土壤动物群落多样性。

最后，教师提问：“为什么要在每个样地要两个小组，每小组取2个样方？”教师引导学生思考实验操作时，人为因素和实验方法等可能给实验造成误差的因素。通过充分的交流和讨论，学生逐渐意识到生物科学实验研究时科学方法和科学态度的重要性，发展了其生物学核心素养。

本节课的教学内容看似不多，但教学环境复杂，耗时长，很难在一节课的时间内完成。因此，教师要有较强的“控时”意识和“控班”能力，要有完整的教学设计方案和周密的课前预习安排，以保证教学目标的顺利达成。

3户外调查实验影响因素分析

影响大型土壤动物户外调查实验结果的因素很多，主要有以下几点：

①在实地进行实验时，利用样方法取样时必须要保证随机取样，并且样方面积和深度的测量一定要准确，取土过程中可能有个别土壤动物遗漏。因此，要特别注意设置平行重复。

②学生对大型土壤动物的识别和鉴定有困难，需要在课前对大型土壤动物的鉴定做大量的准备工作。对于学生难以确定的种类，教师要及时给予帮助。

③实地调查实验需要较长的时间，受课堂时间限制，学生完成实验比较仓促，这也会影响实验的精确度。

因此，课前的充分的准备和学案设计的科学性和合理性较为重要。

另外，在校园实地调查及数据统计处理过程中，教师应及时给学生提供相关帮助和指导。