“螞蟻的通訊”實驗改良與拓展設(shè)計

吳濤 陳健輝

[摘要]初中生物八年級新教材“螞蟻的通訊”實驗中，原有的實驗設(shè)計雖已改進，但仍難以得出預(yù)期的效果，對此可以對實驗裝置進行改良，人工飼養(yǎng)螞蟻，去掉有水環(huán)境，并進一步拓展探究螞蟻的食性以及螞蟻覓食行為中影響其通訊的可能因素。實驗結(jié)果表明，螞蟻通訊依靠信息素，信息素是一種沒有極性的物質(zhì)，螞蟻的食性是甜食性。通過實驗改良，有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的學(xué)科素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]螞蟻的通訊，實驗改良，初中生物，學(xué)科素養(yǎng)

[中圖分類號]G633.91[文獻標(biāo)識碼]A [文章編號]1674-6058（2020）11-0094-03

一、前言

“螞蟻的通訊”實驗探究活動是人教版生物學(xué)八年級上冊“社會行為”的內(nèi)容，主要是讓初中生通過探究螞蟻的通訊行為，來了解“觀察和實驗是科學(xué)研究的基本方法”。雖然新教材的這一實驗設(shè)計已改進，但按照教材設(shè)計進行多次實驗均難以達(dá)到預(yù)期效果，在陌生環(huán)境中，不少慌張失措的螞蟻都從“島上”掉入水中淹死了。對此，可對實驗裝置進行改良，人工飼養(yǎng)螞蟻，去掉有水環(huán)境，并進一步拓展探究螞蟻的食性以及螞蟻覓食行為中影響其通訊的可能因素。

本實驗以野蠻收獲蟻（Messor barbarus）為實驗對象，以檸檬、白砂糖、苦瓜、辣椒、粗制食用鹽為實驗材料，分別代表酸、甜、苦、辣、咸的口感，探究螞蟻的通訊、螞蟻的食性與螞蟻覓食行為中影響其通訊的可能因素。

二、材料

1.實驗對象

野蠻收獲蟻，隸屬于切葉蟻亞科（Myrmicinae）的收獲蟻屬（Messor），是該屬的模式種。

2.實驗材料

白砂糖、粗制食用鹽、辣椒、苦瓜、檸檬。

3.實驗器具

鑷子、透明膠、若干透明潔凈的塑料吸管、塑料杯。

三、過程和結(jié)果

1.首期準(zhǔn)備

人工飼養(yǎng)一窩野蠻收獲蟻（1只蟻后與60只工蟻），定期給它們投喂食物與補充水源，注意控制好濕度和溫度。兩周后螞蟻適應(yīng)新的環(huán)境，可進行實驗，在實驗前先進行一周饑餓處理，

2.預(yù)實驗

制作如圖1所示的探究裝置：將塑料杯A與螞蟻窩的巢穴口通過一根透明塑料吸管相連，作為中轉(zhuǎn)站，分別將塑料杯B和C與塑料杯A也通過塑料吸管a、b相連（兩管長度一致）;往塑料杯B中放入白砂糖，塑料杯C做空白處理。觀察螞蟻的覓食路徑，記錄兩個塑料杯中不同時間段的螞蟻數(shù)量，以便確定螞蟻數(shù)量出現(xiàn)明顯差異的時間。

本實驗重復(fù)三次，并記錄實驗結(jié)果如表1。

現(xiàn)象描述：開始兩管都有螞蟻散布爬行，15min后，明顯可以看到螞蟻較多地選擇進入管。，前往塑料杯B搬運食物;而塑料杯C中螞蟻較少。說明食物對螞蟻有吸引力，同時確定以15min作為下列正式實驗的觀察時間。

3.螞蟻覓食行為的探究

（1）探究螞蟻的通訊

①驗證信息素的存在

繼續(xù)上述的實驗，保持塑料杯B有食物、塑料杯C沒有食物（且原方位及位置不變），用鑷子快速將塑料吸管a、b調(diào)換位置（如圖2），注意連接方向不變。

觀察螞蟻的覓食路徑變化，記錄兩個塑料杯中的螞蟻數(shù)量（如表2）。

現(xiàn)象描述：調(diào)換吸管位置后，螞蟻仍較多地選擇進入管a，15min后塑料杯C的螞蟻明顯更多。說明管。有某種特殊的信息物質(zhì)引導(dǎo)螞蟻優(yōu)先選擇進入，驗證了信息素的存在。

②探究信息素是否有極性

在上一步觀察到相應(yīng)現(xiàn)象后，用鑷子快速將管a連接塑料杯A與C的兩端互換，探究信息素是否有極性。觀察螞蟻的覓食路徑變化，記錄兩個塑料杯中的螞蟻數(shù)量（如表3）。

現(xiàn)象描述：調(diào)換吸管a連接塑料杯A與C的兩端后，螞蟻仍然較多地選擇進入管a中，15min后塑料杯C的螞蟻仍然比塑料杯B多。說明信息素作為螞蟻通訊的化學(xué)物質(zhì)是沒有極性的。

③驗證信息素在螞蟻覓食行為中的重要性

保持塑料杯B有食物，塑料杯C沒有食物，將上一步實驗中的管a小心取出，另外用鑷子換上一根新管a'，觀察螞蟻是否較多地選擇進入管a'中，記錄兩個塑料杯中的螞蟻數(shù)量（如表4）。

現(xiàn)象描述：將管a換成管a'后，螞蟻沒有較多地選擇進入管a'中，15min后塑料杯B的螞蟻數(shù)量較多。推測信息素在螞蟻覓食中起到很重要的作用。

（2）探究螞蟻的覓食口味

用新的塑料杯與塑料吸管制作如圖3所示的裝置。注意：中轉(zhuǎn)站是半圓形（將塑料杯對半切開，取一半用塑料膜封好），保證螞蟻從管。出發(fā)，到五個新人口的距離一樣;同時，除了管。之外的五根塑料吸管應(yīng)長度一致。

給螞蟻提供不同味道的食物，盡量保證切成的顆粒大小相近。五個塑料杯中分別放置酸、甜、苦、辣、咸五種食物：A中為檸檬果肉顆粒，B中為白砂糖，C中為苦瓜顆粒，D中為辣椒顆粒，E中為粗制食鹽顆粒。觀察螞蟻的覓食路徑，記錄螞蟻數(shù)量在15min后的變化，重復(fù)實驗三次（如表5）。

根據(jù)五個塑料杯中停留的螞蟻數(shù)量，推測螞蟻覓食口味為喜甜味食物，咸味食物次之，不喜酸味、苦味和辣味食物。

四、分析和討論

將上述實驗的過程、現(xiàn)象與結(jié)論整理如表6。

本實驗具有以下優(yōu)點：①在無水環(huán)境下進行，避免螞蟻容易受到驚擾，經(jīng)常表現(xiàn)出隱蔽不動或驚慌亂竄，不斷掉入水中。②塑料吸管與塑料杯限制了螞蟻的活動范圍，只要做好防逃逸的措施，螞蟻就不會隨意出現(xiàn)在實驗區(qū)與休息區(qū)之外。③因變量為塑料杯區(qū)域中的螞蟻數(shù)量，學(xué)生3到5人一組相互配合可以很方便地計算出螞蟻的數(shù)量，或結(jié)合攝影、錄像技術(shù)也可以很直觀地反映自變量不同對因變量造成的影響。④選擇人工飼養(yǎng)的螞蟻進行實驗，一來可避免學(xué)生直接在自然界接觸到有毒螞蟻，保證學(xué)生實驗的安全;二來方便師生隨時對螞蟻進行饑餓處理并實驗，不需要在自然界螞蟻饑餓感最強的清晨做實驗，也避免用食物引誘了半天螞蟻都不出來的情況。

綜上所述，本實驗不僅驗證了螞蟻是通過氣味進行通訊的，還可以有效拓展探究，強化學(xué)生“科學(xué)探究”能力的培養(yǎng)。“科學(xué)探究”是義務(wù)教育生物新課程標(biāo)準(zhǔn)的一級主題，將其引入課程內(nèi)容中，可促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變，使學(xué)生能主動地獲取生物科學(xué)知識，體驗科學(xué)過程，形成一定的科學(xué)探究能力和科學(xué)態(tài)度與價值觀，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。大部分初中生都對生物學(xué)科感興趣，對螞蟻搬運食物的現(xiàn)象比較熟悉，故可利用這一實驗激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的興趣。通過這一實驗的開展，學(xué)生可以運用已有知識經(jīng)驗進行推理和假設(shè)，嘗試探究螞蟻的信息交流方式，體驗科學(xué)探究的樂趣，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，并在小組合作探究中認(rèn)同合作與交流的重要性，培養(yǎng)互助友愛的精神。