土壤環(huán)境保護系列簡易實驗設(shè)計

PAGE——PAGE6——土壤環(huán)境保護系列簡易實驗設(shè)計摘要：隨著基礎(chǔ)教育課程改革的加深，中小學越來越呼喚能進行創(chuàng)新教育的的教師。如何在中小學教學過程中，有效的推行素質(zhì)教育，成了當前中學生物學教師努力探索的問題。目前，中小學生物學教學過程中，普遍存在著實驗條件有限的問題，這也成了限制生物學教學水平提高的一個瓶頸。本文以科學、簡單合理、結(jié)果明顯為原則，利用有限的實驗室條件設(shè)計一系列土壤研究的簡易實驗，可作為教師課堂教學的輔助實驗，也可作為學生開展研究性學習的實驗手段。希望達到增強學生環(huán)境保護意識和對自然主人翁責任感，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和動手操作能力的目的。關(guān)鍵詞：土壤環(huán)境；簡易實驗設(shè)計；研究性課題。前言：隨著素質(zhì)教育的推廣實施，中學研究性學習課程也逐漸完善。根據(jù)當前中學生開展研究性課題的要求，以土壤的環(huán)境保護為題材，開展一系列的實驗，既能增強學生的環(huán)境保護意識，也能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和動手操作能力，為學生能進行終生學習奠定堅實的基礎(chǔ)。然而，由于中學的實驗室條件限制以及中學生現(xiàn)有知識水平的種種限制，也限制也生物學教學質(zhì)量的進一步提高。如根據(jù)各地中小學現(xiàn)有的實驗條件，設(shè)計簡單、明了的實驗來補充課本實驗的不足，則可以大大的拓寬關(guān)于研究性學習的教學思路。《生物學課程標準》也明確要求學生學會運用所學的生物知識分析和解決某些生活、生產(chǎn)或社會實際問題，具有關(guān)心、保護環(huán)境的意識和行為。研究性學習課程強調(diào)學生通過探索實踐，增強探究和創(chuàng)新意識，學習科學研究的方法，發(fā)展綜合運用知識的能力。學生通過研究性學習活動形成一種積極的、生動的、自主合作探究的學習方式。但是，目前使用《研究性學習》課本編排上，絕大多數(shù)的案例注重調(diào)查研究方式，真正給學生進行實驗室研究的案例很少。這樣給很多教師一個誤區(qū)，以為研究性學習就是讓學生出去調(diào)查，獲得很多資料，走訪很多人事。這種現(xiàn)象讓很多條件差的學校的教師認為研究性學習是在大城市、好條件的學校才可以開展的。這實際上是一個嚴重的誤會。研究性學習的宗旨是培養(yǎng)學生的學習能力、團結(jié)合作能力、創(chuàng)新實踐能力。而這種學習是應該滲透在學習的自始自終，而不僅僅是在某一門課程中獲得。因此，如何改善實際操作條件，提供學生動手做的空間，拓寬學生的思考途徑也應是教學改革的一部分。本文通過系列簡易實驗設(shè)計，一方面補充課本是關(guān)于環(huán)保生態(tài)實驗的不足，另一方面也為學生進行研究性學習提供可操作性課題。1．土壤含水量的測定1實驗目的：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)化的建設(shè)，大面積的植被被破壞，土壤沙漠化威脅著人類的生存，那么，為中學生設(shè)計“土壤含水量的測定”實驗，有助于引導學生了解沙漠化的原因，誘發(fā)學生的環(huán)境保護意識。2實驗原理：利用酒精在樣品中燃燒，使水分迅速蒸發(fā)干燥。酒精燃燒時，火焰距土面2-3㎝。樣品溫度約70-80℃，當火焰下降時，土溫迅速上升到180-200℃，然后很快下降至851．3藥品和儀器：無水乙醇天平鋁盒量筒火柴4實驗方法：稱取土樣5g（精確到0.01），放入已知重量的鋁盒中。添加酒精，直至土面全部浸沒（約5ml）。將鋁盒在桌面上敲擊幾次，使土樣均勻分布于鋁盒中，此時，土樣易被酒精浸透。點燃酒精，在快要燒完時可沿盒底作小刀輕輕撥翻，助其燃燒，但開始時不能攪動（以免火焰太高，發(fā)生意外）。熄滅后，蓋上蓋子冷卻（防止空氣中的水進入土壤），重復幾次至稱得恒重（精確到0計算結(jié)果：W水=W土’-W土W水：水的重量W土’：濕土的重量W土：干土的重量2．土壤有機質(zhì)含量的速測法2．1實驗目的：土壤有機質(zhì)是土壤重要的組成部分，是判斷土壤肥力的重要指標之一。設(shè)計簡單的迅速測驗實驗，有助于加深學生對土壤成分的了解，理論聯(lián)系實際，思考農(nóng)業(yè)用肥的合理規(guī)律，探索保護土壤環(huán)境的有效途徑。2實驗原理：土壤中有機質(zhì)用重鉻酸鉀—硫酸溶液氧化時，橙黃色的Cr2O7-離子被還原成綠色的Cr3+。這一氧化還原反應要在溫度較高時才能迅速完成，此方法是利用濃硫酸與水反應時自然發(fā)生的熱來加溫溶液的。用棉絮包裹以保溫，可使氧化完全些。2．3藥品和儀器：重鉻酸鉀葡萄糖濃硫酸水天平試管移液管皮頭滴管棉絮4實驗方法：稱取風干細土樣0.5g，放入試管中，加入2.5ml0.5-1.5N重鉻酸鉀水溶液，搖勻，迅速加入5.0ml標準色階的制備：有機質(zhì)（葡萄糖）%00.51.01.52.02.53.03.54.04.55%葡萄用量（滴數(shù)）0123456789水的用量（滴數(shù)）0987654321土壤有機質(zhì)（%）00.40.81.21.62.02.42.83.23.6按上述操作步驟,向上列各試管中依次加入2.5ml0.5-1.5NK2Cr2O2溶液和5ml濃硫酸和5ml濃硫酸，立即搖勻（1分鐘左右），用棉絮包裹以保溫，放置30分鐘后，即成標準色階。2．5試劑配制:①1NK2Cr2O7水溶液：稱取K2Cr2O749.04g溶于水中，稀釋致1升，若欲配制。0.5N.1.5NK2Cr2O7溶液，可按此類推。②濃硫酸的比重為1.84。③5％葡萄糖溶液：稱取葡萄糖5.00g，溶解于水中，稀釋至1003．土壤水溶性磷的速測：目視比測法3．1實驗目的：據(jù)調(diào)查資料表明：在我國南方土壤屬于非石灰性土，土壤普遍缺磷，植物可吸收利用的水溶性磷更少。農(nóng)業(yè)化肥大面積施用，嚴重污染環(huán)境，化肥污染已經(jīng)成為一個迫切需要解決的問題。測定土壤水溶性磷的含量，可為磷肥的科學施用提供根據(jù)。為中學生設(shè)計簡單的實驗室測定方法，有助于引導學生探索科學解決實際問題的有效途徑，增強學生的環(huán)境保護意識。2實驗原理：在一定硬度條件下，磷酸與鉬酸結(jié)合生成磷鉬酸，磷鉬酸在還原劑——維生素C的作用下，產(chǎn)生藍色的磷鉬藍。根據(jù)待測溶液中水溶性磷含量不同，產(chǎn)生藍色深淺也不同，藍色愈深，表示磷含量愈高。3．3藥品和儀器：鹽酸—鉬酸銨維生素C水標準磷試管天平移液管濾紙漏斗3．4實驗方法：⑴、0.1N鹽酸—鉬酸銨法：稱取2g風干土，放在試管中，補加無磷水至總水量為10ml，再加1.5%鉬酸銨-3.6N鹽酸溶液6滴，使全溶液的鹽酸濃度為0.1N，塞緊猛烈搖動3分鐘，過濾（用濾紙），吸取浸出液4ml，加1.5%鉬酸銨-3.5N鹽酸溶液1ml，搖勻，加入維生素C溶液2d，搖勻，2-4分仲后，轉(zhuǎn)入與色管同大的試管，比色讀數(shù)。土壤水溶性磷=讀數(shù)值×5（單位：PPM）模擬標準色階的制備：標準磷（5PPM）水鹽酸—鉬酸銨維生素C含磷量(PPM)0.0ml8.0ml2ml2d00.2ml7.8ml2ml2d0.10.4ml7.6ml2ml2d0.20.8ml7.2ml2ml2d0.41.2ml6.8ml2ml2d0.61.6ml6.4ml2ml2d0.82.0ml6.0ml2ml2d1.04.0ml4.0ml2ml2d2.03．5藥品的配制：①標準磷：KH2PO40.22g+H2O40ml溶解后，移入100ml定量瓶中，加入3.5mol/L的濃硫酸（0.49mlH2O4+2.01mlH2O）2.5ml混勻，加入水至刻度。溶液即為50PPM標準磷，待至配制色階用。②1.5%鉬酸銨—3.5鹽酸：鉬酸銨1.5g+水30ml（如有混濁，應過濾），冷卻后，緩慢加入比重為1。19的濃鹽酸292ml（或35ml10N鹽酸）邊加邊攪拌，最后用水定容100ml，貯于棕色瓶中（放入冰箱中，可不用棕色瓶）。③維生素C：1g抗壞血酸+10mlH2O溶解。4．葉綠素含量的測定：簡易目測法4．1實驗目的：植物葉綠體含有葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和胡蘿卜素。這四種色素中，前兩種為綠色，后兩種為黃色。它們在綠色組織中的含量因植物種類、品種、發(fā)育時期以及所處的條件（水、肥、光等）不同而變化。由于葉綠素是吸收光能的物質(zhì)，對作物的光能利用有直接關(guān)系，所以，葉綠素含量常作為豐產(chǎn)栽培和品種對比的一項生理指標來測定。中學生在進行土壤特性測驗之后，測定植物葉綠素的含量，有利于開拓學生的視野，舉一反三，在環(huán)境保護中合理選擇綠色植物，學以致用。因此，為中學生設(shè)計有效的簡易測量方法具有重大的社會實踐意義。4．2實驗原理：溶液中色素的含量與溶液色澤的深淺成正相關(guān)，因此將葉綠體色素提取液和已知濃度的標準液比色，即可求出提取液的濃度。然后根據(jù)所用組織重量與稀釋量，即可算出組織中葉綠素含量。4．3藥品和儀器：天平研缽漏斗容量瓶濾紙凡士林無水乙醇重鉻酸鉀氫氧化銨硫酸銅4．4實驗方法：①葉綠體色素的提?。簩⑿迈r葉片避開粗脈剪取幾個小塊，稱取0。5克，將葉樣放入研缽中充分研碎，加入5-10毫升乙醇，攪成勻漿。然后將勻漿的上清液沿玻璃棒無損失地倒入50毫升容量瓶中（注意不要將殘渣倒入）。為避免溶液沿研缽口流失，可在研缽口下涂少許凡士林。如此用乙醇反復研磨組織殘渣2-3次，每次都將上清液傾入該容量瓶中，直到組織殘渣變白為止。最后向容量瓶內(nèi)加入乙醇至刻度，充分搖勻，即為提取液。如測定樣品較多，也可簡化手續(xù)如下：將每份樣品充分研碎后，連殘渣一起注入容量瓶中加入乙醇至刻度，不時搖動，待色素充分溶出后，用橡皮頭吸管吸取上清液供測定用。②葉綠素的比色測定：將裝有葉綠素提取液的比色管與標準化比色管分別比色。③結(jié)果處理：如葉綠素溶液與某一濃度的標準比色管色澤深淺相同，則二者濃度相等；如介于二個相鄰濃度之間，則取二者的平均數(shù)；如葉綠素溶液比最高濃度的標準化液更濃，則用乙醇將提取液稀釋成一定倍數(shù)后再比色。如果標準化液和提取液色調(diào)不一致而不便比色時，可在偏黃的比色管后面加一管蒸餾水，而在偏藍的比色管后面加一管盛有深淺適度的黃色溶液。標準色階的配制：①標準原液的配制：量取1%硫酸銅溶液28.5ml，2%重鉻酸鉀50ml，倒入100ml溶量瓶中搖勻。再小心加入2NNH4OH（即7mlNH4OH加水至100ml），至溶液呈透明鮮綠色為止（約用100ml2NNH4OH）。最后加水至容量瓶刻度，充分搖勻，即得100ml葉綠素標準液原液，它的顏色相當于每升中含25mg葉綠素的濃度。（此液可長期保存使用）。②色階的配制：分別取標準原液1、2、3、4、5、6、7、8、9、10放入口徑一致，厚度均勻的10支小試管中，然后分別加入相應量的0.2NNH4OH稀溶液，稀釋成10ml，即成一套10級比色標準液。③結(jié)果計算：葉綠素含量=（比色級別×1/10×25/1000×提取液總量）/葉樣重量或葉綠素含量=（比色級別×1/10×25/1000×提取液總量）/葉樣面積。5．分析與討論：以上四個實驗具有操作方便、藥品和儀器簡單、結(jié)果明顯等特點。通過這四個實驗訓練學生的基本實驗操作技能和科學探究方法，而且實驗與社會實踐互相聯(lián)系，有利于提高學生的學習主動性和積極性，不僅為學生提供實踐操作機會，也為更好地完成《（中學）生物學課程標準》的教學要求創(chuàng)造了良好環(huán)境。本文第一個實驗雖然操作過程簡單，但與當前的熱門話題——“沙漠化”相聯(lián)系，巧妙地把課本上的知識運用到實際生活中，引起了學生的學習興趣。乘著學生的學習興趣，進行了后面的二個實驗，擴大了學生的視野，使他們更進一步了解引起環(huán)境污染的多方面因素，引導他們思考、探索科學解決問題的有效途徑。在進行土壤特性測驗之后，測定植物葉綠素的含量，有利于開拓學生的視野，舉一反三，在環(huán)境保護中合理選擇綠色植物，學以致用。實驗后，老師可以倡導學生向家人和朋友宣傳環(huán)保知識，教給他們合理灌溉、科學施肥的方法，說服身邊的人關(guān)心環(huán)境污染問題、保護環(huán)境，培養(yǎng)學生的主人翁責任感。這樣進一步提高了學生對知識的靈活運用能力，也鍛煉了他們與人溝通的交際能力，更好地把學生培養(yǎng)成二十一世紀的主人。參考資料：[1]土壤肥料學實驗指導農(nóng)業(yè)出版社四川省宜賓農(nóng)業(yè)大學編著1984年。[2]土