“用样方法调查柏木的种群密度”的实践教学与反思

李 江 易航宇 骆 婷 文冬梅 姚 恬

（四川省仁寿县铧强中学 四川眉山 620500）

“用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度”是人教版生物学必修3“种群的特征”中设置的一个探究性实验，在教材内容的布局中位置突出[1]，旨在通过植物种群密度的调查激发学生的兴趣和热情，加深学生对“种群密度是种群最基本的数量特征”的理解和认识[1]。该实验作为高中生物学中少有的野外调查探究实验，在培养学生“科学思维”和“科学探究”的生物学学科核心素养方面具有一定的典型性和代表性[2-4]。

从内容上分析，教材对实验中采取双子叶植物作为研究对象进行了说明，并提出了实施计划和常用的调查方法。可见，本实验的野外实践教学难度不大，可行性较高。但由于课时紧张、组织难度大、样地选择困难、学生安全等多方面因素的影响，该实验的教学多停留在方案的设计或书面上的模拟实验[5-7]，以及视频演示[8]。仅徐建林[5]、黄见良[9]、吴志强[7]等以草本植物为例开展了野外实地调查，但存在学生不认识植物、调查对象选择不合理等问题。由于地域差异、学校位置等决定调查的对象和样地的选择，现有研究文献中可供开展“调查植物种群密度”的实践教学的参考案例并不多，还需进一步加强该实验的优化改进。

在文献研究及实地踏勘的基础上，本文以柏木（Cupressus funebris）为研究对象进行实地调查，力争达到以下实验目的：①借用学生野外调查活动，丰富教学模式，激发学生的兴趣；②以真实的调查体验和交流，加深学生对教材知识内容的理解，加强科学探究能力和思维能力的培养；③探究实验的优化改进方案，丰富调查植物种群密度的实验教学案例，为城区学校开展野外实践教学提供参考。

1 实验准备

1.1 调查物种的简介 柏木（Cupressus funebris）隶属柏科（Cupressaceae）柏木属（Cupressus），高可达35 m，胸径2 m。柏木分布广，生长快，在四川主要分布于海拔1 600 m 以下的地区，常作为山地及丘陵地带的造林树种。紧邻仁寿县城西的丘陵及低山分布有大面积的柏木林地，在进行本实验的野外实践调查中，具有易识别、易计数、易选择调查地点等优势。

1.2 调查地点及样方大小的选择 经实地踏勘，仁寿县天仁公园至凤凰山（E104°07′26″、N29°59′39″）一线地势平坦、植被茂盛，通车条件好，可作为调查地点。因本实验的调查对象为乔木，考虑地形坡度等对学生安全的影响，样方大小确定为10 m×10 m。

1.3 学生分组及调查用具 7 名学生为一个调查小组进行分组，其中3 人负责样方划定及牵拉皮尺，2 人负责计数，1 人负责记录，1 人负责安全及通信联络。每个小组负责统计3 个乔木样方并记录调查结果。各调查小组配发的用具有50 m 皮尺1 个、5 m 卷尺1 个、记录表及笔等。

2 野外实践教学的组织及实施

2020年11月15日至19日完成了野外调查实验的准备工作，例如，教材内容预习、学生分组、调查用具发放、实验方法及学生安全等注意事项的说明。2020年11月20日开展了实地调查，全班52 人分为7 个小组；于上午9∶00 在学校门口乘车前往调查点，调查时间约3.5 h。

2.1 调查实施 在天仁公园至凤凰山一线按预定布置开展调查，每个小组负责3 个乔木样方的调查统计，调查样方不得重叠，间距保持在20～50 m，尽量避开地形陡峭地段。调查结束后，将统计结果进行比较，分析差异。调查过程中，教师指导学生进行调查，引导学生在调查中发现并提出问题，对调查不当之处进行分析讨论。

2.2 调查结果 各小组完成调查后，计算柏木的种群密度，并汇总分析，其结果详见表1。由表1可知，各小组调查结果值为：柏木种群密度为15.0～21.3 株/100 m2，总平均值为18.5 株/100 m2。

表1 柏木种群密度调查结果及统计一览表（单位：株/100 m2）

2.3 组织讨论与分析 调查结束后，回到乘车地点，以小组为单位就本实验“是否达到了调查的目的及要求，样方大小、数量及布置是否合理”等问题进行了讨论和总结。同时，就学生在调查中存在的问题进行统一讨论及解答说明。

在小组讨论中，学生一致认可调查结果总平均值18.5 株/100 m2可作为区域柏木的种群密度，其可信度较高。同时，也有学生指出：第7 组样方2 统计的柏木数量为31 株，与其余各组数据差异较大，是否存在重复计数等操作错误。而第7 小组成员也给予了解答说明：样方内存在柏木幼苗11 株，按要求也统计在内。对此，结合种群定义及教材内容对第7 小组的解释及做法给予了肯定。

通过即时的小组讨论，学生对教材中“随机取样”“样方大小、数量适宜”等问题有了切身体会和更深层次的理解；对实地调查中存在的问题及分析处理，极大锻炼了学生的科学思维及科学研究等方面的能力。

3 反思与总结

本文以柏木为研究对象，对教材实验“用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度”进行了改进和优化，避开了调查草本植物中学生不认识植物、难以计数等问题，使得该实验从课堂的模拟实验切实走到校外进行实地调查，极大地激发了学生的兴趣和热情。这也是课堂模拟实验教学所不具备的优势。从调查结果看，柏木种群密度总平均值18.5 株/100 m2具有较高的可信度；学生在调查中能很好的处理取样、计数、分析数据等问题，并就相关问题进行讨论分析和提出解决办法。可见，本次野外调查实验基本实现了教材拟定的实验目的，锻炼了学生的参与实践、小组合作、分析处理问题等方面的能力。通过即时的交流讨论，对调查中的问题、结果等进行了总结分析，是调查实验的升华，推动了在教学中科学思维、科学探究素养的落实。

在实践调查中也存在一些问题，例如，乔木样方面积大，要求调查地点地势平坦、开阔；因地形因素“五点取样法”的设置难度大，缺乏教材2 种方法的结果对比分析；学生难得进行野外调查实践，不少学生过于兴奋，组织难度较大等。因此，针对本实验的进一步优化和改进还需不断地研究创新，以丰富种群密度的实践教学案例。“用样方法调查种群密度”的实验可依据学生学情、教材内容等进行延伸，例如，调查不同环境中同一植物的密度[10]；验证教材中“践踏对车前、狼尾草、狗尾草分布的影响”；调查林地群落的垂直结构及物种组成；开展校园植物的调查等。

此外，通过本次调查笔者也深刻认识到，野外实践调查的开展对教师组织能力、自身素养等方面要求较高，作为一线教师必须加强自我能力的提升，能在课堂内、外提点和引导学生进行思考和探究，落实生物学学科核心素养的培养。

致谢：在野外实地调查中，感谢生物组蒋德辉、刘建琼等老师的帮助和建议，感谢班主任的组织及何娇老师在植物识别方面给予的帮助。