活动设计：装进瓶子中的池塘生态系统

　　胡继飞

　　对于中小学的科学课程，无论是在国内还是在国外，“生态与环保”既是一项颇为重要的课程内容，也是开展科学探究活动题材最为广泛的一个领域。这里提供一个利用生态缩影来开展科学探究的活动设计——“装进瓶子中的池塘生态系统(Pone in a Jar)”。

　　1 背景提示

　　生态缩影技术正在成为现代生态学尖端研究的一个重要领域，生态学家正在精心设计生态缩影来模拟自然环境。这种研究的局限性在于不能观察原整个生态系统的反应，但仍能帮助我们对生态系统的变化过程进行有价值的观察。

　　生态缩影也能用于课堂教学，它能给学生提供动手和探究的实践机会。实践表明，让学生做模拟生态实验练习效果非常好，尤其适合于生物学课程的绪论和有关生态与环境的内容。模拟使学生得以在实验条件下去研究诸如演替、食物链、种群变化等一些重要生态学原理。有人对多种不同类型的生态缩影做过尝试，最成功的工作之一就是被命名为“池塘生态瓶”的生态模拟。此方法容易建立自给自足的生态系统，且具有多方面的适用性。这种简单而花费低廉的练习适合于从小学到大学各个学习水平的学生。它可以用于学生进行简单的观察和各种探究实验。

　　2 活动目的

　　本探究活动强调将能力、态度和知识的目标融为一体。希望本活动能够：

　　2.1 提高学生的动手、设计、观察、组织协调、分工与合作、分析与综合、表达与交流等多种能力，并使学生初步掌握一些生态学研究的基本方法。

　　2.2 培养学生实事求是、团结协作和坚持不懈的科学精神，帮助学生初步建立系统、整体、循环、协调、变化等生态学基本观点。同时也让学生体验到生态缩影是学习生物学课程的一种很好的方法。

　　2.3使学生通过池塘生态瓶来了解水生生态系统的组成与特点，进而获得有关生态学基本原理方面的一些基础知识。

　　3 活动过程

　　首先将学生分成若干小组，每组3~5人。分组应采用自愿的原则，并分别推选出一名小组长。

　　3.1 用具的准备

　　制作生态瓶所需工具比较简单，学校可以提供，学生也可以自备。

　　3.1.1 玻璃或塑料广口瓶，并配以玻璃或塑料瓶盖(有不生锈的优点)。选用稍大一点的广口瓶效果会比较好。如果学校没有足够多的玻璃广口瓶，则可以让学生自备，比如由大的塑料饮料瓶改制。

　　3.1.2 浮游生物网。可以用市售水网，也可以用长统袜或其它材料自制。比如把一只长统袜的袜口绷紧固定在铁丝圈上，将袜的踝部剪断再接上一个小瓶，就可以用来捞起水中的微小生物。

　　3.1.3 取水样的器具。可以使用专业的取样器，也可以用家用器材如带螺旋盖的瓶子等。

　　3.1.4 水底取样器。可以用Peterson挖泥器，但使用一般的铁铲也可以，比如可以使用植物标本采集箱中的铁铲。

　　3.1.5 有定时器的荧光灯。但不是必须的，没有时可以利用窗户的自然光来给予光照。

　　以上只是制作生态瓶时所需工具。进一步的探究实验还需要其他一些器材，比如显微镜、放大镜、玻片和水生生物形态图谱等。

　　3.2 生态瓶的制备

　　活动可以在当地一个带有池塘的公园里进行。教师教给学生怎样使用取样器，然后让学生自己制作他们的“池塘生态瓶”。如果不能带学生到校外，教师可将野外采集的材料带回学校，让学生在教室制作生态缩影。

　　3.2.1 取泥样。从池塘水底挖取泥样，并将泥样放入广口瓶底。泥量以至3~6厘米高为宜。泥样中会含有底栖水生生物。

　　3.2.2 取浮游生物。从池塘中网取浮游生物放入广口瓶中。可提供许多枝角类、桡足类等小型甲壳动物和单细胞的水藻类等。

　　3.1.3 取水草。将一些带根的水底植物、丝状藻类、浮萍等放入瓶中。

　　3.2.4 取池水。取池塘水加满广口瓶，加盖。

　　需说明的是，在采集水样时，最好能画一张池塘及其周围环境的地形草图，并作一些必要的文字上的记录。可以专门成立一个小组负责这项工作。

　　3.3 进一步探究

　　学生可以用自己的生态瓶进行多种调查研究。下面列出一些可以做的项目：

　　3.3.1 测量池塘生态系统pH值和其它理化参数在时间上的变化。

　　3.3.2 坚持对生态瓶中能找到的生物进行观察记录。比如学生有可能找到水蛭、水螅、端足类、桡足类、枝角类、介形类、水藻、泥螺等水生生物。

　　3.3.3 用成对的生态瓶(实验组和控制组)进行条件控制的实验研究，测定以下因素对生物的影响：a、不同的光照条件;b、无机养料;c、有机养料，如蔗糖;d、无机物污染和有机物污染;e、水中的盐分;f、不同的温度。

　　3.4 交流与表达

　　在各小组的研究取得一定成果后，应及时召开一个小型学术研讨会。研讨会将书面交流与口头讨论两种形式相结合，交流和讨论的内容可以包括：池塘生态系统有何特点?它与湖泊、海洋生态系统有哪些不同?该生态系统的组成成分和生态结构为何?生态瓶中各个种群是如何变化的?各生态因子对这些水生生物有何影响?等等。

　　4 活动建议

　　该活动项目在初二和高二学生中分别进行过尝试，效果不错。这里再就活动中的有关问题作一些补充说明。

　　4.1 关于适用对象。“池塘生态瓶”是把池塘生态系统搬进课堂的一种简便、价廉、实用的方法，可改用在不同学习水平的生物学课程中。初中、高中和大学的生物学课程都是适用的，只是探究的范围和深度有所不同。本方案是以高中生作为参照点来设计的。

　　4.2 关于工具的制备。广口瓶、浮游生物网和取样器等实验工具最好是让学生自制，因为制作过程本身有利于学生动手能力和创新能力的提高。应鼓励学生在实验器材的设计与制作上大胆创新。

　　4.3 关于一些仅供参照的实验结果。生态系统给予充足的光照就会保持很长时间。虽然把家鱼之类个体较大的生物放进生态瓶不是一个好主意，但我们仍可以让学生忽视这个问题而在瓶中放入小鲤鱼。有人将放有小鲤鱼的生态瓶置于装有定时器的荧光灯下，每天保持14小时的光照。结果这些小鱼存活了整整一个学期。有人用1000克容量的果酱瓶饲养毛翅目昆虫石蚕蛾幼虫、蜻蜓幼虫、池塘蜗牛、小型甲壳纲动物，以及伊乐藻(Elodea)、浮萍、黑藻或金鱼藻等。瓶底可以铺3cm厚的干净沙子，为石蚕提供冬眠的场所，瓶口则盖上单层纱布，以防止石蚕蛾逃跑。结果其平衡状态保持了8个月之久。

　　4.4 关于水生生物的识别。识别水生生物需要查阅水生生物检索表和水生生物形态图谱。一种方法是教师给学生提供该检索工具;另一种方法是让学生自己编制该检索工具。在时间许可的条件下，后者比较可取，比如可以单独设立一个检索工具编制小组。编制检索工具是一种很好的学习形式。

　　4.5 关于活动的拓展。可以运用类似的方法来研究陆地生态系统或海水生态系统，比如用罐头瓶等来制作蔬菜地土壤的生态缩影，可以研究土壤生物的生态学现象;或制作大型水族缸，饲养一些稍大一点的生物供家庭或单位观赏之用。