于夢(mèng)書(shū) 歐丹霞 周 瓊*
(1.湖南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410081)
(2.湖南省長(zhǎng)沙市明德洞井中學(xué) 湖南長(zhǎng)沙 410007)
《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》中明確指出:“在學(xué)習(xí)動(dòng)物的行為時(shí),教師應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生到周?chē)h(huán)境中去觀察動(dòng)物的行為,培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和學(xué)習(xí)興趣?!比私贪嫔飳W(xué)在八年級(jí)上冊(cè)第二章第三節(jié)的技能訓(xùn)練中提出:不少昆蟲(chóng)有趨向光源的習(xí)性,并要求學(xué)生根據(jù)已有生活經(jīng)驗(yàn)作出假設(shè),任選昆蟲(chóng),設(shè)計(jì)檢驗(yàn)其是否有趨光性的實(shí)驗(yàn)。但該實(shí)驗(yàn)操作繁瑣,費(fèi)時(shí)較長(zhǎng),難以在課堂內(nèi)呈現(xiàn),且現(xiàn)有關(guān)昆蟲(chóng)趨光性實(shí)驗(yàn)的課程資源稀少,以致于此技能訓(xùn)練無(wú)法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。
筆者根據(jù)昆蟲(chóng)的形態(tài)特征和行為習(xí)性,選取金龜子作為實(shí)驗(yàn)材料,設(shè)計(jì)并檢驗(yàn)“金龜子是否有趨光性”的實(shí)驗(yàn),為昆蟲(chóng)趨光性實(shí)驗(yàn)提供課程資源。在此基礎(chǔ)上,為了進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展和科學(xué)探究能力的培養(yǎng),利用昆蟲(chóng)的趨光性以及趨光行為與兩眼感光平衡有關(guān)的機(jī)制,創(chuàng)新設(shè)計(jì)出“探究金龜子的感光器官”和“探究金龜子趨光行為機(jī)制”的探究性實(shí)驗(yàn),使學(xué)生深刻理解昆蟲(chóng)的趨光性。
昆蟲(chóng)的趨光性是指某些昆蟲(chóng)對(duì)光刺激產(chǎn)生感應(yīng)而表現(xiàn)出定向運(yùn)動(dòng)的行為習(xí)性,對(duì)其覓食、棲息等具有十分重要的意義。不同昆蟲(chóng)對(duì)特定范圍光譜的趨性有正、負(fù)之分,趨向光的為正趨光性,背離光的為避光性或負(fù)趨光性。具有正趨光性的昆蟲(chóng)如夜蛾、金龜子等,可見(jiàn)光譜的波長(zhǎng)范圍為250~750 nm,如果環(huán)境條件適宜,光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度在其所感受的范圍內(nèi)時(shí),昆蟲(chóng)就會(huì)表現(xiàn)明顯趨向行為。“飛蛾撲火”是最為人們熟知的一種趨光行為。
視覺(jué)器官是昆蟲(chóng)感受光刺激的器官,主要包括復(fù)眼和單眼。且昆蟲(chóng)的視覺(jué)器官是一個(gè)整體,需要復(fù)眼和單眼共同獲取和分析外界信息。
昆蟲(chóng)趨光行為的機(jī)制是依靠身體兩側(cè)的感光器官把同等量的光刺激強(qiáng)度傳到中樞神經(jīng)。若右側(cè)的感光器官所接受的光刺激強(qiáng)于左側(cè)的感光器官,昆蟲(chóng)身體就會(huì)向右側(cè)偏轉(zhuǎn),直到使兩側(cè)感光器官所接受的光刺激強(qiáng)度保持平衡。若使昆蟲(chóng)的一側(cè)感光器官致盲,昆蟲(chóng)就會(huì)連續(xù)朝光刺激的方向轉(zhuǎn)動(dòng),直到使另一側(cè)正常的感光器官接受不到光刺激為止。
銅綠麗金龜隸屬于節(jié)肢動(dòng)物門(mén)昆蟲(chóng)綱鞘翅目麗金龜科,為正趨光性昆蟲(chóng)。由于銅綠麗金龜?shù)某岷腕w壁均較厚而堅(jiān)硬,體色艷麗,且單眼退化僅有復(fù)眼可以感光視物;同時(shí),材料具有代表性、容易獲得,以及雌、雄蟲(chóng)間的趨光性無(wú)顯著差異,因此是探究趨光性的很好的實(shí)驗(yàn)材料。
小手電筒、封閉的紙盒(20×30 cm)、夜視攝像頭、黑色指甲油。
參照蔣月麗等(2015)的實(shí)驗(yàn)條件,在夜間22點(diǎn)~凌晨5點(diǎn)期間,在溫度23~25℃、相對(duì)濕度75%~80%的條件下,應(yīng)至少取30只金龜子(蟲(chóng)體健康,體型大小相似,雙眼正常)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在紙盒的側(cè)壁底邊開(kāi)小孔,讓光透過(guò)小孔照射進(jìn)盒內(nèi),形成點(diǎn)光源。將點(diǎn)光源分別設(shè)置在金龜子的正前方、右前方和左前方,觀察金龜子的行為反應(yīng)。一段時(shí)間后,在3種不同方位的處理中,金龜子均爬向光源的位置。注意:實(shí)驗(yàn)遵循前后自身對(duì)照原則,每只金龜子先做點(diǎn)光源位于正前方,接著做點(diǎn)光源在右前方,最后做點(diǎn)光源在左前方。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:金龜子有正趨光性。
4.2.1 探究一:金龜子的感光器官
(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程:黑暗環(huán)境下,應(yīng)至少取30只金龜子(蟲(chóng)體健康、體型大小相似、雙眼正常)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),在金龜子正前方設(shè)置點(diǎn)光源,觀察金龜子的行為。注意:實(shí)驗(yàn)遵循前后自身對(duì)照原則,每只金龜子先進(jìn)行A組實(shí)驗(yàn),再進(jìn)行B組實(shí)驗(yàn)。A組:雙眼不作任何處理(對(duì)照組);B組:用黑色指甲油將金龜子的雙眼完全涂黑遮?。▽?shí)驗(yàn)組)。
(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:A組實(shí)驗(yàn)中,金龜子爬向光源;B組實(shí)驗(yàn)中,雙眼被遮光的金龜子待在原地,基本不移動(dòng)。
(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:金龜子的感光器官是復(fù)眼,依靠復(fù)眼感受光的刺激而表現(xiàn)趨光行為。
4.2.2 探究二:金龜子趨光行為機(jī)制
(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程:黑暗環(huán)境下,在金龜子正前方設(shè)置點(diǎn)光源,至少取30只金龜子(蟲(chóng)體健康、體型大小相似、雙眼正常)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。注意:實(shí)驗(yàn)遵循前后自身對(duì)照原則,每只金龜子先進(jìn)行C組實(shí)驗(yàn),隨后進(jìn)行D組實(shí)驗(yàn);待指甲油自然脫落后,再進(jìn)行E組實(shí)驗(yàn)。C組:兩眼不做任何處理(對(duì)照組);D組:用黑色指甲油完全涂黑金龜子左眼,以遮住左眼(實(shí)驗(yàn)組);E組:用黑色指甲油完全涂黑金龜子右眼,以遮住右眼(實(shí)驗(yàn)組)。
(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:C組實(shí)驗(yàn)中,金龜子爬向正前方光源;D組實(shí)驗(yàn)中,金龜子身體向右轉(zhuǎn),并轉(zhuǎn)到一定位置停止;E組實(shí)驗(yàn)中,金龜子身體向左轉(zhuǎn),并轉(zhuǎn)到一定位置停止。
為了使學(xué)生充分理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的內(nèi)在原理,建議教師課前制作課件或教具,并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析。C組:因金龜子兩眼均能感受光的刺激,且兩眼感受到相同且等量的光刺激,感光平衡,故金龜子直走。D組:只有右眼感受到光刺激的金龜子,感受到光的區(qū)域在其右邊,左眼感受不到光,感光不平衡,于是試圖讓左眼感受到與右眼同樣的光,故金龜子身體向右轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中右眼感受到的光越來(lái)越弱,直到兩眼均感受不到光時(shí)停止,此時(shí)兩眼感光平衡。E組:與D組同理,只有左眼感受到光刺激的金龜子身體向左轉(zhuǎn),并轉(zhuǎn)到兩眼感光平衡時(shí)為止。
(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:當(dāng)兩復(fù)眼感光不平衡時(shí),金龜子會(huì)轉(zhuǎn)向光刺激強(qiáng)的一側(cè),直到感光平衡為止,說(shuō)明金龜子的趨光行為與兩復(fù)眼感光平衡有關(guān)。
昆蟲(chóng)的趨光性是探究和觀察動(dòng)物行為的較好課題。八年級(jí)的學(xué)生對(duì)直觀生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)視頻、探究實(shí)驗(yàn)尤其感興趣,其思維特點(diǎn)是抽象邏輯思維雖然開(kāi)始占優(yōu)勢(shì),可是在很大程度上,還屬于經(jīng)驗(yàn)型,他們的邏輯思維需要感性經(jīng)驗(yàn)的直接支持。以上一系列動(dòng)手實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)中學(xué)生的科學(xué)思維、提高學(xué)生科學(xué)探究能力,以及培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)有較好的幫助。
需要注意的是,昆蟲(chóng)的行為有明顯的節(jié)律性,如銅綠麗金龜?shù)幕顒?dòng)時(shí)間一般在夜晚22點(diǎn)~次日凌晨5點(diǎn)。受昆蟲(chóng)活動(dòng)節(jié)律的限制,教師應(yīng)課前做好預(yù)實(shí)驗(yàn),了解金龜子的活動(dòng)規(guī)律,才能正確引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。因此,為幫助廣大教師順利完成該技能訓(xùn)練的教學(xué),筆者分享了自己拍攝的實(shí)驗(yàn)視頻,便于教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)金龜子的趨光行為進(jìn)行探究和思考。此外,若條件允許,學(xué)生還可選取其他感興趣的昆蟲(chóng),嘗試進(jìn)行該探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程,加深對(duì)昆蟲(chóng)趨光性的理解。