“用樣方法調查柏木的種群密度”的實踐教學與反思

李 江 易航宇 駱 婷 文冬梅 姚 恬

（四川省仁壽縣鏵強中學 四川眉山 620500）

“用樣方法調查草地中某種雙子葉植物的種群密度”是人教版生物學必修3“種群的特征”中設置的一個探究性實驗，在教材內容的布局中位置突出[1]，旨在通過植物種群密度的調查激發學生的興趣和熱情，加深學生對“種群密度是種群最基本的數量特征”的理解和認識[1]。該實驗作為高中生物學中少有的野外調查探究實驗，在培養學生“科學思維”和“科學探究”的生物學學科核心素養方面具有一定的典型性和代表性[2-4]。

從內容上分析，教材對實驗中采取雙子葉植物作為研究對象進行了說明，并提出了實施計劃和常用的調查方法。可見，本實驗的野外實踐教學難度不大，可行性較高。但由于課時緊張、組織難度大、樣地選擇困難、學生安全等多方面因素的影響，該實驗的教學多停留在方案的設計或書面上的模擬實驗[5-7]，以及視頻演示[8]。僅徐建林[5]、黃見良[9]、吳志強[7]等以草本植物為例開展了野外實地調查，但存在學生不認識植物、調查對象選擇不合理等問題。由于地域差異、學校位置等決定調查的對象和樣地的選擇，現有研究文獻中可供開展“調查植物種群密度”的實踐教學的參考案例并不多，還需進一步加強該實驗的優化改進。

在文獻研究及實地踏勘的基礎上，本文以柏木（Cupressus funebris）為研究對象進行實地調查，力爭達到以下實驗目的：①借用學生野外調查活動，豐富教學模式，激發學生的興趣；②以真實的調查體驗和交流，加深學生對教材知識內容的理解，加強科學探究能力和思維能力的培養；③探究實驗的優化改進方案，豐富調查植物種群密度的實驗教學案例，為城區學校開展野外實踐教學提供參考。

1 實驗準備

1.1 調查物種的簡介 柏木（Cupressus funebris）隸屬柏科（Cupressaceae）柏木屬（Cupressus），高可達35 m，胸徑2 m。柏木分布廣，生長快，在四川主要分布于海拔1 600 m 以下的地區，常作為山地及丘陵地帶的造林樹種。緊鄰仁壽縣城西的丘陵及低山分布有大面積的柏木林地，在進行本實驗的野外實踐調查中，具有易識別、易計數、易選擇調查地點等優勢。

1.2 調查地點及樣方大小的選擇 經實地踏勘，仁壽縣天仁公園至鳳凰山（E104°07′26″、N29°59′39″）一線地勢平坦、植被茂盛，通車條件好，可作為調查地點。因本實驗的調查對象為喬木，考慮地形坡度等對學生安全的影響，樣方大小確定為10 m×10 m。

1.3 學生分組及調查用具 7 名學生為一個調查小組進行分組，其中3 人負責樣方劃定及牽拉皮尺，2 人負責計數，1 人負責記錄，1 人負責安全及通信聯絡。每個小組負責統計3 個喬木樣方并記錄調查結果。各調查小組配發的用具有50 m 皮尺1 個、5 m 卷尺1 個、記錄表及筆等。

2 野外實踐教學的組織及實施

2020年11月15日至19日完成了野外調查實驗的準備工作，例如，教材內容預習、學生分組、調查用具發放、實驗方法及學生安全等注意事項的說明。2020年11月20日開展了實地調查，全班52 人分為7 個小組；于上午9∶00 在學校門口乘車前往調查點，調查時間約3.5 h。

2.1 調查實施 在天仁公園至鳳凰山一線按預定布置開展調查，每個小組負責3 個喬木樣方的調查統計，調查樣方不得重疊，間距保持在20～50 m，盡量避開地形陡峭地段。調查結束后，將統計結果進行比較，分析差異。調查過程中，教師指導學生進行調查，引導學生在調查中發現并提出問題，對調查不當之處進行分析討論。

2.2 調查結果 各小組完成調查后，計算柏木的種群密度，并匯總分析，其結果詳見表1。由表1可知，各小組調查結果值為：柏木種群密度為15.0～21.3 株/100 m2，總平均值為18.5 株/100 m2。

表1 柏木種群密度調查結果及統計一覽表（單位：株/100 m2）

2.3 組織討論與分析 調查結束后，回到乘車地點，以小組為單位就本實驗“是否達到了調查的目的及要求，樣方大小、數量及布置是否合理”等問題進行了討論和總結。同時，就學生在調查中存在的問題進行統一討論及解答說明。

在小組討論中，學生一致認可調查結果總平均值18.5 株/100 m2可作為區域柏木的種群密度，其可信度較高。同時，也有學生指出：第7 組樣方2 統計的柏木數量為31 株，與其余各組數據差異較大，是否存在重復計數等操作錯誤。而第7 小組成員也給予了解答說明：樣方內存在柏木幼苗11 株，按要求也統計在內。對此，結合種群定義及教材內容對第7 小組的解釋及做法給予了肯定。

通過即時的小組討論，學生對教材中“隨機取樣”“樣方大小、數量適宜”等問題有了切身體會和更深層次的理解；對實地調查中存在的問題及分析處理，極大鍛煉了學生的科學思維及科學研究等方面的能力。

3 反思與總結

本文以柏木為研究對象，對教材實驗“用樣方法調查草地中某種雙子葉植物的種群密度”進行了改進和優化，避開了調查草本植物中學生不認識植物、難以計數等問題，使得該實驗從課堂的模擬實驗切實走到校外進行實地調查，極大地激發了學生的興趣和熱情。這也是課堂模擬實驗教學所不具備的優勢。從調查結果看，柏木種群密度總平均值18.5 株/100 m2具有較高的可信度；學生在調查中能很好的處理取樣、計數、分析數據等問題，并就相關問題進行討論分析和提出解決辦法。可見，本次野外調查實驗基本實現了教材擬定的實驗目的，鍛煉了學生的參與實踐、小組合作、分析處理問題等方面的能力。通過即時的交流討論，對調查中的問題、結果等進行了總結分析，是調查實驗的升華，推動了在教學中科學思維、科學探究素養的落實。

在實踐調查中也存在一些問題，例如，喬木樣方面積大，要求調查地點地勢平坦、開闊；因地形因素“五點取樣法”的設置難度大，缺乏教材2 種方法的結果對比分析；學生難得進行野外調查實踐，不少學生過于興奮，組織難度較大等。因此，針對本實驗的進一步優化和改進還需不斷地研究創新，以豐富種群密度的實踐教學案例。“用樣方法調查種群密度”的實驗可依據學生學情、教材內容等進行延伸，例如，調查不同環境中同一植物的密度[10]；驗證教材中“踐踏對車前、狼尾草、狗尾草分布的影響”；調查林地群落的垂直結構及物種組成；開展校園植物的調查等。

此外，通過本次調查筆者也深刻認識到，野外實踐調查的開展對教師組織能力、自身素養等方面要求較高，作為一線教師必須加強自我能力的提升，能在課堂內、外提點和引導學生進行思考和探究，落實生物學學科核心素養的培養。

致謝：在野外實地調查中，感謝生物組蔣德輝、劉建瓊等老師的幫助和建議，感謝班主任的組織及何嬌老師在植物識別方面給予的幫助。