土壤环境保护系列简易实验设计

PAGE——PAGE6——土壤环境保护系列简易实验设计摘要：随着基础教育课程改革的加深，中小学越来越呼唤能进行创新教育的的教师。如何在中小学教学过程中，有效的推行素质教育，成了当前中学生物学教师努力探索的问题。目前，中小学生物学教学过程中，普遍存在着实验条件有限的问题，这也成了限制生物学教学水平提高的一个瓶颈。本文以科学、简单合理、结果明显为原则，利用有限的实验室条件设计一系列土壤研究的简易实验，可作为教师课堂教学的辅助实验，也可作为学生开展研究性学习的实验手段。希望达到增强学生环境保护意识和对自然主人翁责任感，培养学生的创新能力和动手操作能力的目的。关键词：土壤环境；简易实验设计；研究性课题。前言：随着素质教育的推广实施，中学研究性学习课程也逐渐完善。根据当前中学生开展研究性课题的要求，以土壤的环境保护为题材，开展一系列的实验，既能增强学生的环境保护意识，也能培养学生的创新能力和动手操作能力，为学生能进行终生学习奠定坚实的基础。然而，由于中学的实验室条件限制以及中学生现有知识水平的种种限制，也限制也生物学教学质量的进一步提高。如根据各地中小学现有的实验条件，设计简单、明了的实验来补充课本实验的不足，则可以大大的拓宽关于研究性学习的教学思路。《生物学课程标准》也明确要求学生学会运用所学的生物知识分析和解决某些生活、生产或社会实际问题，具有关心、保护环境的意识和行为。研究性学习课程强调学生通过探索实践，增强探究和创新意识，学习科学研究的方法，发展综合运用知识的能力。学生通过研究性学习活动形成一种积极的、生动的、自主合作探究的学习方式。但是，目前使用《研究性学习》课本编排上，绝大多数的案例注重调查研究方式，真正给学生进行实验室研究的案例很少。这样给很多教师一个误区，以为研究性学习就是让学生出去调查，获得很多资料，走访很多人事。这种现象让很多条件差的学校的教师认为研究性学习是在大城市、好条件的学校才可以开展的。这实际上是一个严重的误会。研究性学习的宗旨是培养学生的学习能力、团结合作能力、创新实践能力。而这种学习是应该渗透在学习的自始自终，而不仅仅是在某一门课程中获得。因此，如何改善实际操作条件，提供学生动手做的空间，拓宽学生的思考途径也应是教学改革的一部分。本文通过系列简易实验设计，一方面补充课本是关于环保生态实验的不足，另一方面也为学生进行研究性学习提供可操作性课题。1．土壤含水量的测定1实验目的：随着经济的发展，工业化的建设，大面积的植被被破坏，土壤沙漠化威胁着人类的生存，那么，为中学生设计“土壤含水量的测定”实验，有助于引导学生了解沙漠化的原因，诱发学生的环境保护意识。2实验原理：利用酒精在样品中燃烧，使水分迅速蒸发干燥。酒精燃烧时，火焰距土面2-3㎝。样品温度约70-80℃，当火焰下降时，土温迅速上升到180-200℃，然后很快下降至851．3药品和仪器：无水乙醇天平铝盒量筒火柴4实验方法：称取土样5g（精确到0.01），放入已知重量的铝盒中。添加酒精，直至土面全部浸没（约5ml）。将铝盒在桌面上敲击几次，使土样均匀分布于铝盒中，此时，土样易被酒精浸透。点燃酒精，在快要烧完时可沿盒底作小刀轻轻拨翻，助其燃烧，但开始时不能搅动（以免火焰太高，发生意外）。熄灭后，盖上盖子冷却（防止空气中的水进入土壤），重复几次至称得恒重（精确到0计算结果：W水=W土’-W土W水：水的重量W土’：湿土的重量W土：干土的重量2．土壤有机质含量的速测法2．1实验目的：土壤有机质是土壤重要的组成部分，是判断土壤肥力的重要指标之一。设计简单的迅速测验实验，有助于加深学生对土壤成分的了解，理论联系实际，思考农业用肥的合理规律，探索保护土壤环境的有效途径。2实验原理：土壤中有机质用重铬酸钾—硫酸溶液氧化时，橙黄色的Cr2O7-离子被还原成绿色的Cr3+。这一氧化还原反应要在温度较高时才能迅速完成，此方法是利用浓硫酸与水反应时自然发生的热来加温溶液的。用棉絮包裹以保温，可使氧化完全些。2．3药品和仪器：重铬酸钾葡萄糖浓硫酸水天平试管移液管皮头滴管棉絮4实验方法：称取风干细土样0.5g，放入试管中，加入2.5ml0.5-1.5N重铬酸钾水溶液，摇匀，迅速加入5.0ml标准色阶的制备：有机质（葡萄糖）%00.51.01.52.02.53.03.54.04.55%葡萄用量（滴数）0123456789水的用量（滴数）0987654321土壤有机质（%）00.40.81.21.62.02.42.83.23.6按上述操作步骤,向上列各试管中依次加入2.5ml0.5-1.5NK2Cr2O2溶液和5ml浓硫酸和5ml浓硫酸，立即摇匀（1分钟左右），用棉絮包裹以保温，放置30分钟后，即成标准色阶。2．5试剂配制:①1NK2Cr2O7水溶液：称取K2Cr2O749.04g溶于水中，稀释致1升，若欲配制。0.5N.1.5NK2Cr2O7溶液，可按此类推。②浓硫酸的比重为1.84。③5％葡萄糖溶液：称取葡萄糖5.00g，溶解于水中，稀释至1003．土壤水溶性磷的速测：目视比测法3．1实验目的：据调查资料表明：在我国南方土壤属于非石灰性土，土壤普遍缺磷，植物可吸收利用的水溶性磷更少。农业化肥大面积施用，严重污染环境，化肥污染已经成为一个迫切需要解决的问题。测定土壤水溶性磷的含量，可为磷肥的科学施用提供根据。为中学生设计简单的实验室测定方法，有助于引导学生探索科学解决实际问题的有效途径，增强学生的环境保护意识。2实验原理：在一定硬度条件下，磷酸与钼酸结合生成磷钼酸，磷钼酸在还原剂——维生素C的作用下，产生蓝色的磷钼蓝。根据待测溶液中水溶性磷含量不同，产生蓝色深浅也不同，蓝色愈深，表示磷含量愈高。3．3药品和仪器：盐酸—钼酸铵维生素C水标准磷试管天平移液管滤纸漏斗3．4实验方法：⑴、0.1N盐酸—钼酸铵法：称取2g风干土，放在试管中，补加无磷水至总水量为10ml，再加1.5%钼酸铵-3.6N盐酸溶液6滴，使全溶液的盐酸浓度为0.1N，塞紧猛烈摇动3分钟，过滤（用滤纸），吸取浸出液4ml，加1.5%钼酸铵-3.5N盐酸溶液1ml，摇匀，加入维生素C溶液2d，摇匀，2-4分仲后，转入与色管同大的试管，比色读数。土壤水溶性磷=读数值×5（单位：PPM）模拟标准色阶的制备：标准磷（5PPM）水盐酸—钼酸铵维生素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药品的配制：①标准磷：KH2PO40.22g+H2O40ml溶解后，移入100ml定量瓶中，加入3.5mol/L的浓硫酸（0.49mlH2O4+2.01mlH2O）2.5ml混匀，加入水至刻度。溶液即为50PPM标准磷，待至配制色阶用。②1.5%钼酸铵—3.5盐酸：钼酸铵1.5g+水30ml（如有混浊，应过滤），冷却后，缓慢加入比重为1。19的浓盐酸292ml（或35ml10N盐酸）边加边搅拌，最后用水定容100ml，贮于棕色瓶中（放入冰箱中，可不用棕色瓶）。③维生素C：1g抗坏血酸+10mlH2O溶解。4．叶绿素含量的测定：简易目测法4．1实验目的：植物叶绿体含有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素。这四种色素中，前两种为绿色，后两种为黄色。它们在绿色组织中的含量因植物种类、品种、发育时期以及所处的条件（水、肥、光等）不同而变化。由于叶绿素是吸收光能的物质，对作物的光能利用有直接关系，所以，叶绿素含量常作为丰产栽培和品种对比的一项生理指标来测定。中学生在进行土壤特性测验之后，测定植物叶绿素的含量，有利于开拓学生的视野，举一反三，在环境保护中合理选择绿色植物，学以致用。因此，为中学生设计有效的简易测量方法具有重大的社会实践意义。4．2实验原理：溶液中色素的含量与溶液色泽的深浅成正相关，因此将叶绿体色素提取液和已知浓度的标准液比色，即可求出提取液的浓度。然后根据所用组织重量与稀释量，即可算出组织中叶绿素含量。4．3药品和仪器：天平研钵漏斗容量瓶滤纸凡士林无水乙醇重铬酸钾氢氧化铵硫酸铜4．4实验方法：①叶绿体色素的提取：将新鲜叶片避开粗脉剪取几个小块，称取0。5克，将叶样放入研钵中充分研碎，加入5-10毫升乙醇，搅成匀浆。然后将匀浆的上清液沿玻璃棒无损失地倒入50毫升容量瓶中（注意不要将残渣倒入）。为避免溶液沿研钵口流失，可在研钵口下涂少许凡士林。如此用乙醇反复研磨组织残渣2-3次，每次都将上清液倾入该容量瓶中，直到组织残渣变白为止。最后向容量瓶内加入乙醇至刻度，充分摇匀，即为提取液。如测定样品较多，也可简化手续如下：将每份样品充分研碎后，连残渣一起注入容量瓶中加入乙醇至刻度，不时摇动，待色素充分溶出后，用橡皮头吸管吸取上清液供测定用。②叶绿素的比色测定：将装有叶绿素提取液的比色管与标准化比色管分别比色。③结果处理：如叶绿素溶液与某一浓度的标准比色管色泽深浅相同，则二者浓度相等；如介于二个相邻浓度之间，则取二者的平均数；如叶绿素溶液比最高浓度的标准化液更浓，则用乙醇将提取液稀释成一定倍数后再比色。如果标准化液和提取液色调不一致而不便比色时，可在偏黄的比色管后面加一管蒸馏水，而在偏蓝的比色管后面加一管盛有深浅适度的黄色溶液。标准色阶的配制：①标准原液的配制：量取1%硫酸铜溶液28.5ml，2%重铬酸钾50ml，倒入100ml溶量瓶中摇匀。再小心加入2NNH4OH（即7mlNH4OH加水至100ml），至溶液呈透明鲜绿色为止（约用100ml2NNH4OH）。最后加水至容量瓶刻度，充分摇匀，即得100ml叶绿素标准液原液，它的颜色相当于每升中含25mg叶绿素的浓度。（此液可长期保存使用）。②色阶的配制：分别取标准原液1、2、3、4、5、6、7、8、9、10放入口径一致，厚度均匀的10支小试管中，然后分别加入相应量的0.2NNH4OH稀溶液，稀释成10ml，即成一套10级比色标准液。③结果计算：叶绿素含量=（比色级别×1/10×25/1000×提取液总量）/叶样重量或叶绿素含量=（比色级别×1/10×25/1000×提取液总量）/叶样面积。5．分析与讨论：以上四个实验具有操作方便、药品和仪器简单、结果明显等特点。通过这四个实验训练学生的基本实验操作技能和科学探究方法，而且实验与社会实践互相联系，有利于提高学生的学习主动性和积极性，不仅为学生提供实践操作机会，也为更好地完成《（中学）生物学课程标准》的教学要求创造了良好环境。本文第一个实验虽然操作过程简单，但与当前的热门话题——“沙漠化”相联系，巧妙地把课本上的知识运用到实际生活中，引起了学生的学习兴趣。乘着学生的学习兴趣，进行了后面的二个实验，扩大了学生的视野，使他们更进一步了解引起环境污染的多方面因素，引导他们思考、探索科学解决问题的有效途径。在进行土壤特性测验之后，测定植物叶绿素的含量，有利于开拓学生的视野，举一反三，在环境保护中合理选择绿色植物，学以致用。实验后，老师可以倡导学生向家人和朋友宣传环保知识，教给他们合理灌溉、科学施肥的方法，说服身边的人关心环境污染问题、保护环境，培养学生的主人翁责任感。这样进一步提高了学生对知识的灵活运用能力，也锻炼了他们与人沟通的交际能力，更好地把学生培养成二十一世纪的主人。参考资料：[1]土壤肥料学实验指导农业出版社四川省宜宾农业大学编著1984年。[2]土