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所属栏目：高中生物说课视频
视频课题：第五届全国高中生物实验教学说课视频录像《调查厦门鳌园海滩招潮蟹的种群密度及其分布特点》
教学设计、课堂实录及教案：第五届全国高中生物实验教学说课视频录像《调查厦门鳌园海滩招潮蟹的种群密度及其分布特点》厦门集美中学高中生物
调查厦门鳌园海滩招潮蟹的种群密度及其分布特点
——基于解决真实问题的实验探究方案
厦门集美中学 汪会喆
一、使用教材
人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书生物必修3《稳态与环境》第4章第1节“种群的特征”中的探究实验——用样方法调查生物的种群密度。
二、实验器材与试剂
自制取样框、取样标记签、筛子、铁锹、卷尺、绳子、水桶、石膏粉、清水
三、实验改进要点
基于“培养学生解决真实问题的能力，发展学生生物学科核心素养”的目标，我们对“用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度”实验进行如下改进：
1．调查对象及调查方法的创新
结合本校为海滨学校的实际情况，我们选择以动物（招潮蟹）代替课本建议的某双子叶植物为调查对象。创造性地使用样方法对“潮间带清道夫”——招潮蟹进行种群密度的调查，既具有浓厚的本土特色，又能高度激发学生关注生态，保护环境的社会责任感。
2．实验技术的创新
用“石膏塑形法”研究招潮蟹的巢穴形态，确定了取样的深度；通过使用专业数据分析软件medcalc对预实验的数据进行分析，确定了调查招潮蟹种群密度的最佳取样面积。
3．课程理念与形式的创新
高度贯彻了教育部教育装备研究与发展中心曹志祥主任提倡的“未来教育，要培养在真实环境下解决复杂问题的人”的理念，实验中设置了真实的问题情境，培养了学生利用所学知识解决实际问题的能力。同时还打通了课内和课外的界限，拓展了课堂的外延。
四、实验原理
1．标志重捕法适用于活动能力强，活动范围大的动物；而样方法适用于某些植物及活动能力弱，活动范围小的动物。本实验调查的招潮蟹虽然活动能力较强，但由于其营穴居生活，活动半径很小，更适宜以样方法调查其种群密度。
2．液体石膏具有良好的流动性及较快的凝固时间，可用于对招潮蟹巢穴形态进行塑形研究。
五、实验教学目标
（一）知识与技能
1．列举种群的基本特征；
2．概述样方法与标志重捕法调查种群密度的适用范围和操作要点。
（二）过程与方法
1．能结合文献检索的方法，制定调查某物种种群密度的实验方案；
2．能利用数据分析软件，对实验数据进行分析处理；
3．能通过小组合作，利用样方法完成对某物种种群密度的调查。
（三）情感态度与价值观
1．通过设计和完成实验，体会科学研究的方法，产生对生物科学研究的兴趣，逐步树立严谨的实验态度；
2．通过分析招潮蟹分布特征，初步形成生物与环境相适应的生命观念；
3．通过对具有本土特色的招潮蟹的调查，增强关注家乡生态环境的意识；
4．在小组探究合作过程中，增强探究意识和合作意识，形成团队合作观念。
六、实验教学内容
“用样方法调查生物的种群密度”是人教版高中生物必修3第4章第1节“种群的特征”一节中设置的一个探究型实验，旨在让学生理解调查种群密度的实践意义，掌握使用样方法调查种群密度的基本方法。本实验以弧边招潮为调查对象，通过样方法调查厦门鳌园海滩弧边招潮的种群密度及其分布特点。在教学过程中遇到了以下问题：1．如何选择合适的调查方法？2．如何确定招潮蟹的巢穴形态？3．如何确定取样面积？对此我们进行了一一探究，利用文献检索、石膏塑形、数据软件分析等方法解决了这些问题，最终计算出了厦门集美鳌园海滩弧边招潮的种群密度并绘制出其空间分布图。同时还对弧边招潮的性别比例进行了拓展研究。
七、实验教学过程
1．调查对象的选择
结合海滨学校的本地的实际，我们选择调查招潮蟹的种群密度。
招潮蟹是一种广泛分布在我国海滩的一种蟹类，是潮间带重要的组成物种，以海滩上的碎屑为食，是“潮间带清道夫”，其摄食、爬行和挖掘行为对潮间带的物质循环和能量流动有重要的意义，被誉为“潮滩湿地的生态系统工程师”。同时其生活对海水水质要求严格，其种群密度可反应海水污染的程度。因此调查其种群密度具有重大的现实意义。
通过文献检索以及实际调查发现厦门鳌园海滩有弧边招潮（Uca arcuata）和清白招潮（Uca lacteus）两种招潮蟹，但清白招潮数量极其稀少，因此本实验确定弧边招潮为调查对象。
2．制定实验方案
确定了调查对象之后，学生便尝试制定实验方案。首先进行文献检索和阅读，然后在课外对招潮蟹进行实地考查，制定了初步实验方案，提出了调查的方法，取样方法的建议及可能会遇到的问题，经讨论修正后确定了最终的实验方案。
3．调查方法的确定
标志重捕法适用于活动能力强，活动范围大的动物；而样方法适用于某些植物及活动能力弱，活动范围小的动物。招潮蟹的活动能力虽然较强，但其营穴居生活（图1），经文献查阅和兴趣小组的实地观察发现其有固定的巢穴，活动半径小，一般不超过其洞穴半径的1m。根据其生活特点，若以标志重捕法则捕获标记后无法在样地内随机混合均匀，所以更适宜以样方法调查其种群密度。
4．样方的选择
选择学校旁边的厦门集美鳌园旁的海滩为样地进行调查。该地海滩地势平坦且有大量招潮蟹的分布，兴趣小组进行实地考察，通过目测发现，距海岸线的距离不同招潮蟹的分布有差异，在距海岸线的末端招潮蟹分布的边缘地带其密度明显较少，通过测量发现招潮蟹的分布范围为至低潮时水位线约50m处。根据样地特点，设定退潮时最低水位线为0m线，在0m、10m、20m、30m、40m、50m处分别进行取样，在每一样线内每隔10m取样一次，共取100m，最后在50m×100m的样方内共取66个样点（如图2）。
5．计数方法的选择
如何对招潮蟹进行计数？学生提出能否依据招潮蟹在沙滩上的洞穴数，进行“数穴计数法”，以洞穴数来表示招潮蟹的数目。
兴趣小组进行了预调查，调查过程中学生发现存在着一穴多蟹的现象（如图3）。随后，有学生提出涨退潮会将沙滩表面的穴孔覆盖，人类对洞穴有践踏破坏的行为，经文献的检阅，学生发现招潮蟹有特珠的“封洞行为”。据于这些理由，将“数穴计数法”舍弃。
后有学生提出能否利用“挖掘法”，将样方下的沙子掘后，对其中的招潮蟹进行逐个计数。随后马上有同学提出疑问，我们挖掘的深度多少合适？学生通过上网查找资料，未能发现相关数据。随后我们的兴趣小组对招潮蟹的巢穴形态进行了研究。
6．招潮蟹洞穴形态研究
用清水和石膏粉配置液体石膏（水：石膏约为1：1.5），将现配的液体石膏注入招潮蟹的洞穴之中，待其凝固后得到了其洞穴的结构模型（如图4）。对大量的模型进行分析，发现该样地内弧边招潮巢穴深度一般不超过20cm，因此确定样方的挖掘深度为20cm。
7．计数方法的确定
通过以上的讨论和研究，为“挖掘法”提供了理论的依据，学生确定了计数的方法：取样，将样方下的近20cm的沙子掘出，放入筛网中，在海水中过滤掉沙子，再对样方内的招潮蟹进行逐个计数（如图5）。
8．取样面积的选择
样方的大小多少适宜？样方越大结果越准确，但是工作量也相应越大。样方太小，随机性太大，实验结果的准确性下降。文献检索没有发现相关的研究数据，我们使用铁丝制作了边长分别为20cm、30cm、40cm、50cm的正方形取样框进行预实验。在同一区域内分别用4种规格的样方进行统计，共统计10个区域。得到如下数据：
表1 各取样框在10个样地的取样数据
| 种群密度（只/m2） | 区域1 | 区域2 | 区域3 | 区域4 | 区域5 | 区域6 | 区域7 | 区域8 | 区域9 | 区域10 |
| 20cm×20cm | 55 | 51 | 37 | 54 | 71 | 60 | 52 | 41 | 83 | 46 |
| 30cm×30cm | 78 | 63 | 75 | 80 | 76 | 73 | 65 | 71 | 73 | 60 |
| 40cm×40cm | 81 | 68 | 58 | 76 | 71 | 72 | 77 | 85 | 64 | 62 |
| 50cm×50cm | 86 | 66 | 81 | 78 | 79 | 80 | 73 | 75 | 79 | 71 |
| 表2 20cm*20cm样方数据分析结果 | ||
| 20cm*20cm | 50cm*50cm | |
| 采样尺寸 | 10 | 10 |
| 算术平均值 | 55 | 76.8 |
| 95% CI平均值 | 45.1915 - 64.8085 | 72.7281 - 80.8719 |
| 方差 | 188 | 32.4 |
| 标准偏差 | 13.7113 |
5.6921 |
| 平均值的标准误差 | 4.3359 | 1.8 |
| 等方差的F检验 | P = 0.015 | |
| T检验（假设等方差） | ||
| 差异 | 21.8 | |
| 标准误差 | 4.6947 | |
| 差异的95% CI | 11.9368 - 31.6632 | |
| 检验统计t | 4.644 | |
| 自由度（DF） | 18 | |
| 双侧概率 | P = 0.0002 | |
| 表3 30cm*30cm样方数据分析结果 | |||
| 30cm*30cm | 50cm*50cm | ||
| 采样尺寸 | 10 | 10 | |
| 算术平均值 | 71.4 | 76.8 | |
| 95% CI平均值 | 66.6405 - 76.1595 | 72.7281 - 80.8719 | |
| 方差 | 44.2667 | 32.4 | |
| 标准偏差 | 6.6533 | 5.6921 | |
| 平均值的标准误差 | 2.104 | 1.8 | |
| 等方差的F检验 | P = 0.650 | ||
| T检验（假设等方差） | |||
| 差异 | 5.4 | ||
| 标准误差 | 2.7689 | ||
| 差异的95% CI | -11.6344 | ||
| 检验统计t | 1.95 | ||
| 自由度（DF） | 18 | ||
| 双侧概率 | P = 0.0669 | ||
| 40cm*40cm | 50cm*50cm | ||
| 采样尺寸 | 10 | 10 | |
| 算术平均值 | 71.4 | 76.8 | |
| 95% CI平均值 | 65.2537 - 77.5463 | 72.7281 - 80.8719 | |
| 方差 | 73.8222 | 32.4 | |
| 标准偏差 | 8.592 | 5.6921 | |
| 平均值的标准误差 | 2.717 | 1.8 | |
| 等方差的F检验 | P = 0.236 | ||
| T检验（假设等方差） | |||
| 差异 | 5.4 | ||
| 标准误差 | 3.2592 | ||
| 差异的95% CI | -13.6946 | ||
| 检验统计t | 1.657 | ||
| 自由度（DF） | 18 | ||
| 双侧概率 | P = 0.1149 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 均值 | |
| 0m | 8 | 6 | 1 | 0 | 7 | 9 | 6 | 10 | 3 | 4 | 8 | 5.6 |
| 10m | 8 | 8 | 5 | 1 | 0 | 6 | 12 | 7 | 0 | 4 | 7 | 5.3 |
| 20m | 6 | 5 | 11 | 0 | 0 | 0 | 8 | 12 | 6 | 8 | 6 | 5.6 |
| 30m | 3 | 9 | 7 | 2 | 0 | 0 | 8 | 8 | 11 | 2 | 1 | 4.6 |
| 40m | 5 | 7 | 4 | 0 | 0 | 0 | 7 | 5 | 5 | 9 | 4 | 4.2 |
| 50m | 1 | 0 | 8 | 4 | 4 | 5 | 2 | 5 | 1 | 1 | 5 | 3.3 |
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
