对“探究土壤微生物的分解作用”的实验改良设计

龚伊娜

实验教学是生物学课程的特点，是促进学生发展生物学学科核心素养的重要支撑。为着力培养学生的生物学学科核心素养，尤其是科学探究和生物学实践能力，教师应当加强和完善生物学实验教学，增加学生动手实践和体验的机会。因此，笔者结合学校和学生实际，对人教版高中生物《必修3·稳态与环境》中“探究土壤微生物的分解作用”探究实验进行改良设计，以便更好地开展实验教学，提高学生的理解。

1教材案例实验存在的问题

教材参考案例一“探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐爛的”实验操作复杂，实验土壤用量多，实验组土壤需要进行灭菌处理，处理要求高，容易改变土壤的理化性质。落叶被埋在土壤中，学生不能每天直观地观察到落叶被分解的情况，且实验所需的时间比较长。教材参考案例二“探究土壤微生物对淀粉的分解作用”实验操作相对比较简易，但学生不能直观地观察到烧杯中的淀粉是否被分解。且实验中需要将溶液静置7d后，再进行碘液或斐林试剂检测才能观察到实验现象。

2实验改良设计方案

针对两个案例实验的不足，作出以下改良：用马铃薯方块替换淀粉糊，观察马铃薯方块在不同液体的浸泡下的形状变化与腐烂程度，进一步分析土壤微生物对有机物的分解作用。

2.1实验目的

探究土壤微生物对马铃薯方块的分解作用。

2.2实验原理

马铃薯富含纤维素、淀粉等有机物。微生物能分泌多种水解酶将大分子有机物分解成小分子有机物，如纤维素酶、淀粉酶可将纤维素、淀粉水解成葡萄糖。然后，这些小分子有机物被分解者吸收到细胞中氧化分解，最终形成CO2、水和各种无机盐，同时释放能量。

2.3材料用具

（1）材料：林地土壤、马铃薯、蒸馏水。

（2）用具：烧杯、纱布、玻璃棒、量筒、滴管、锥形瓶、刀具、橡皮筋。

2.4实验步骤

（1）将取自林地的土壤放入垫有厚纱布的烧杯中，加入适量蒸馏水，用玻璃棒搅拌。然后，将纱布和土壤一起取出，得到烧杯中的土壤浸出液，静置一段时间备用。

（2）取2只锥形瓶，编号A、B，将马铃薯切成约1cm3均匀的6～10块小方块，平均分成两组，分别加入A、B两只锥形瓶中。在A锥形瓶中加入100mL土壤浸出液，B锥形瓶中加入100mL蒸馏水，用纱布和橡皮筋将锥形瓶封口。

（3）将A、B两组实验装置放置在同一环境下，每天观察并记录两组装置中马铃薯方块的形状变化与腐烂程度。

2.5实验结果与分析

在一周时间范围内，A组锥形瓶中的马铃薯方块随着土壤浸出液浸泡天数的增加，方块逐渐分解，腐烂程度逐天增大;而B组锥形瓶中的马铃薯方块无明显变化。这说明在土壤浸出液中微生物的作用下，淀粉等有机物逐渐被分解，马铃薯方块逐渐消失。

3实验改良的优点

（1）器材简易，操作简单，不受场地限制。材料、用具简易，实验装置可放置同一环境下，如在实验室或教室中，方便学生每天观察记录与分析，减少场地的限制，便于实验的开展及学生的参与，实验条件较差的学校也可开展教学与实践。

（2）观察直观，现象明显。学生通过观察马铃薯方块的形状变化与腐烂程度，每天都能直观地观察到土壤微生物的分解作用。

（3）实验时间明显缩短。实验有效地将教材中的两个案例实验合并，学生每天观察、记录。一周内，实验现象已经非常明显，所需时间明显缩短。这样既克服了案例实验一需要数周后，挖土才能观察到微生物分解作用的不足，也克服了案例实验二需要一周后用碘液或斐林试剂检测才能观察到淀粉被分解的不足。

（4）实验拓展性较大，为学生提供更为丰富的实验材料和探索空间。本实验可以将实验材料换成苹果块、落叶等，观察土壤微生物的分解作用;还可将林地土壤换成菜地、花盆泥、不同肥沃程度的土壤等，观察微生物的分解作用。教师引导学生从多角度探究微生物的分解作用，开阔探究思维，提高学习热情，进一步促进对生态系统物质循环的知识建构。