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2020年12月31日发(作者：范仲淹)
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
第 1 页
（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
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（
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
图1 招潮蟹洞穴图
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
图
处分别进行取样，在每一样
2 样方示意图
退潮时最低水位线为0m线，在0m、10m、20m、30m、40m、50m
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，
第 3 页
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
图3 一穴多蟹现象
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）。
图4
弧边
招潮洞穴模型
图5 计数方法示意图

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m）

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
30cm×30cm
40cm×40cm
55
78
81
51
63
68
37
75
58
54
80
76
71
76
71
60
73
72
52
65
77
41
71
85
83
73
64
46
60
62
2
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50cm×50cm 86 66 81 78 79 80 73 75 79 71
指导学生使用medcalc数据分析软件进行数据分析，50cm×50cm样方 的结果应最接近
真实值。我们将各组数据与50cm×50cm的数据进行方差分析和T检验，并作出数 据分布图，
得到如下结果（表2-4，图6-8）：

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
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图7 30cm*30cm与50cm*50cm数据分布比较
图6 20cm*20cm与50cm*50cm数据分布比较
双侧概率 P = 0.0669
表4 40cm*40cm样方数据分析结果


采样尺寸
算术平均值
95% CI平均值
方差
标准偏差
平均值的标准误差
等方差的F检验
40cm*40cm
10
71.4
50cm*50cm
10
76.8
65.2537 - 77.5463 72.7281 - 80.8719
73.8222
8.592
2.717
P = 0.236
T检验（假设等方差）
32.4
5.6921
1.8
差异
标准误差
差异的95% CI
检验统计t
自由度（DF）
双侧概率
5.4
3.2592
-13.6946
1.657
18
P = 0.1149
由 上述结果可以看出20cm×20cm样方与50cm×50cm样方的方差P值小于0.05，差异
显 著，T检验结果小于0.01，差异非常显著；而30cm×30cm样方、40cm×40cm样方与50cm
×50cm样方的方差分析结果P值均大于0.05，无显著差异，T检验结果均大于0.05，无显< br>著差异。因此，我们可以得出20cm×20cm样方与真实结果差异较大，后三组无显著差异。
综合考虑得出：样方大小为30cm×30cm最为适宜。
9．学生实施实验
首先，兴趣小 组完成样方的划分和标记工作；再分组实验，每组4-5人，共10组，每
组完成6-7个样方。实验完 成后汇总数据，分析结果，
得出结论，并进行实验成果汇报。
10．实验结果及结论
汇总各组数据，得到如下结果（表5）：
表5 各取样点弧边招潮数量

0m
10m
1
8
8
2
6
8
3
1
5
4
0
1
5
7
0
6
9
6
7
6
12
图
8
8 40cm*40cm50cm*50cm数据分布比较
9
与
10 11 均值

10
7
3
0
4
4
8
7
5.6
5.3
第 6 页
20m
30m
40m
50m
6
3
5
1
5
9
7
0
11
7
4
8
0
2
0
4
0
0
0
4
0
0
0
5
2
8
8
7
2
12
8
5
5
6
11
5
1
8
2
9
1
6
1
4
5
5.6
4.6
4.2
3.3
统计得出该样地弧边招潮的种群密度约53只m。作出其空间分布图（图9）：
图9 样方内弧边招潮的空间分布图

由图可知，样方内的弧边招潮有集群分布的特点。结合招潮蟹 的生境进行分析，我们发
现弧边招潮喜欢生活在泥沙混合的土壤条件中，这可能与其食物条件和栖息环境 有关，体现
了生物与环境相适应的现象。
11．拓展研究
①将所捕获的弧边招潮统计其性别：雄性246只，雌性69只，雄雌比约为3.6：1.
②兴 趣小组使用标志重捕法统计了30m样线处的种群密度：在30m样线附近的100m内
捕获标记53只 弧边招潮，两天后重捕65只，其中3只有标记，经计算得出该样方内种群密
度约为11.5只m。而经 样方法统计该区域内弧边招潮的种群密度约为51只m。两者差异
很大，与我们之前的分析相匹配。
八、实验效果评价
1．学习动机的激发：本实验探究的是“真问题”和“真情境”，特别有利 于激发学生
的探究热情，虽然实验耗时较长，但是学生们都积极主动地要求开展实验，参与实验的热情< br>特别高涨。
2．科学探究素养的提升：学生在检索文献后，分析发现未有对招潮蟹种群密度进行 研
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究的先例，于是自主设计并完成实验方案，包括：做出 假设和预期、确认变量、设计可行的
研究方案、处理数据、根据数据作出合理的推断、得出结论并表达交 流。实验过程中学生遇
到了许多问题，通过观察、假设、质疑等方法逐步解决了这些问题，体验到了科学 探究的一
般过程，各项能力都得到了极大的锻炼，科学探究素养得到了较大的提升。
3．社会 责任的培养：本实验结合本地资源开展科学实践，调查了具有本土特色的招潮
蟹的种群密度，同时结合招 潮蟹在潮间带生态平衡中所起的重要作用，形成了关爱生命，爱
护环境的生态意识。
作者信息：
姓名：汪会喆
单位：厦门集美中学
联系电话：
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