海蟑螂在“非生物因素對(duì)某種動(dòng)物的影響”實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用*

劉建芹 張 萍** 王愛娟 王艷芳

（1 魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 山東煙臺(tái) 264025 2 煙臺(tái)開發(fā)區(qū)第二初級(jí)中學(xué) 山東煙臺(tái) 264006 3 魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 山東煙臺(tái)264025）

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011 年版）》明確提出了探究性學(xué)習(xí)、提高生物科學(xué)素養(yǎng)的課程基本理念[1]。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》中提到，要培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)[2]。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)尤其是探究性實(shí)驗(yàn)，作為生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容的一部分，對(duì)于課程基本理念的貫徹及生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)均具有重要意義。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、勤于動(dòng)手、積極思考，從而獲得初步的實(shí)驗(yàn)操作技能、科學(xué)探究能力并養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣。關(guān)于“非生物因素對(duì)某種動(dòng)物的影響”的實(shí)驗(yàn)，在魯教版生物學(xué)教材中用鐵盤作裝置，可選用鼠婦（Armadillidium vulgare）、黃粉蟲（Tenebrio molitor）、金魚（Carassius auratus）作實(shí)驗(yàn)材料。因教材沒有現(xiàn)成配套的實(shí)驗(yàn)裝置，所以，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)需自行制作，并準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，這在一定程度上為優(yōu)化和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)提供了空間。本文立足于煙臺(tái)本地的自然資源，增強(qiáng)探究效果，并增進(jìn)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 材料介紹 本實(shí)驗(yàn)選用海蟑螂（Ligia oceanica，別稱“海岸水虱”）作實(shí)驗(yàn)材料（圖1）。海蟑螂與鼠婦均屬于節(jié)肢動(dòng)物門、軟甲綱等足目，因此，二者在某些方面具有相似的特征。海蟑螂體色為黃褐色或黑褐色，身體外覆角質(zhì)化的外骨骼，會(huì)有周期性的蛻皮現(xiàn)象。身體分頭、胸、腹3 個(gè)部分，其中，頭部有1 對(duì)復(fù)眼、2 對(duì)觸角、咀嚼式口器；胸部分7 節(jié)，有7 對(duì)胸肢，即步足；腹部分6 節(jié)，長(zhǎng)有1 對(duì)分叉的尾肢。海蟑螂屬于半陸生種類，大多棲息在海邊巖石縫或石塊下。喜歡陰暗潮濕的棲息環(huán)境，多晝伏夜出，為食腐動(dòng)物，以海岸礁石上的大型海藻和硅藻為主要食物[3]。

圖1 海蟑螂

1.2 材料的采集和培養(yǎng) 海蟑螂采集于煙臺(tái)山景區(qū)內(nèi)的海邊。培養(yǎng)在鋪有潮濕海沙的1 000 mL大燒杯中，并放入適量采集的新鮮海藻，用紗布將燒杯上部蓋住且將其四周遮光，營(yíng)造黑暗的培養(yǎng)環(huán)境。

2 實(shí)驗(yàn)裝置

2.1 裝置制作 取廢舊的350 mm×150 mm 長(zhǎng)方形一次性餐盒，洗凈后作為裝置的主體部分（圖2）；用廢舊的硬紙板按照餐盒長(zhǎng)度的1/2 做2 個(gè)等大的盒蓋[4]（圖3）。此外，取2 張長(zhǎng)方形的紙，其中一張從一角開始沿對(duì)角線卷成棍狀，另一張紙沿對(duì)角線卷成喇叭狀并剪去適當(dāng)長(zhǎng)度；最后，將二者粘在一起，即組成了簡(jiǎn)易的海蟑螂取、放用具（圖4）。

圖2 裝置主體

圖3 完整實(shí)驗(yàn)裝置

圖4 海蟑螂取、放用具

2.2 裝置使用 在裝置主體的底部鋪上薄薄的一層海沙，通過(guò)向中央或兩側(cè)推動(dòng)2 個(gè)盒蓋控制裝置內(nèi)環(huán)境的明暗。關(guān)于海蟑螂的取、放，將自制簡(jiǎn)易用具的喇叭狀開口平行緊靠裝置邊緣，驅(qū)趕海蟑螂待其爬進(jìn)喇叭口迅速豎立起用具，即可進(jìn)行海蟑螂的轉(zhuǎn)移。

3 實(shí)驗(yàn)方法

3.1 光對(duì)海蟑螂分布的影響 在自制裝置的底部鋪上適當(dāng)厚度從海邊帶回的濕沙。共選70 只海蟑螂，按體型隨機(jī)分為7 組，每組10 只，保證每組海蟑螂個(gè)體大小一致。實(shí)驗(yàn)共重復(fù)7 次，每次選用1 組。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將裝置一側(cè)用一個(gè)盒蓋遮光，垂直外源光照以增強(qiáng)明暗對(duì)比。再將海蟑螂轉(zhuǎn)移至裝置中央，立即開始計(jì)時(shí)。每間隔0.5 min，記

錄一次海蟑螂在兩側(cè)的分布情況，共記錄30 min。最終，將所有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)用SPSS 軟件求得每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，并進(jìn)行分析。

3.2 濕度對(duì)海蟑螂分布的影響 將部分從海邊帶回的濕海沙晾干，以裝置中央為分界線，將其鋪在一側(cè)的底部，并在另一側(cè)鋪上相同厚度的濕海沙。仍選用70 只海蟑螂，按體型大小隨機(jī)分為7 組，每組10 只，使每組海蟑螂大小保持一致。進(jìn)行7 次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，每次選用1 組。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，將海蟑螂轉(zhuǎn)移到裝置中央，立刻將兩側(cè)盒蓋推到中央，保證裝置內(nèi)兩側(cè)環(huán)境均為陰暗狀態(tài)。海蟑螂轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)裝置即開始計(jì)時(shí)，之后每隔0.5 min 記錄一次海蟑螂的分布情況，共記錄30 min。為保證裝置兩側(cè)見光情況一致，在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，交替推開兩側(cè)盒蓋進(jìn)行計(jì)數(shù)。最終，將所有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)用SPSS 軟件求得每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，并進(jìn)行分析。

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

4.1 光對(duì)海蟑螂的影響結(jié)果 整理7 個(gè)組的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，10 min 內(nèi)91.4%的海蟑螂爬到陰暗一側(cè)，其中，有4 組全部都爬到陰暗處。此后的20 min內(nèi)，海蟑螂的分布基本不發(fā)生變化，因此，僅將10 min 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（表1）。結(jié)果表明，海蟑螂更喜歡陰暗的環(huán)境，光會(huì)影響海蟑螂的分布。

表1 光對(duì)海蟑螂分布的影響（單位：只）

4.2 濕度對(duì)海蟑螂的影響結(jié)果 整理7 個(gè)組的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，10 min 內(nèi)92.9% 的海蟑螂爬到潮濕一側(cè)，其中，有3 組全部都爬到潮濕處。此后的20 min 內(nèi),海蟑螂的分布基本不發(fā)生變化，因此，僅將10 min 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（表2）。結(jié)果表明，海蟑螂更喜歡潮濕的環(huán)境，濕度會(huì)影響海蟑螂的分布。

表2 濕度對(duì)海蟑螂分布的影響（單位：只）

5 結(jié)論與討論

從研究結(jié)果看，由于在探究光對(duì)海蟑螂分布的影響時(shí)，僅10 min 便有91.4%的海蟑螂分布于陰暗一側(cè)，所以,課堂實(shí)驗(yàn)時(shí)，可從1 min 開始記錄海蟑螂的分布情況，共記錄10 次，每次間隔1 min，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同樣，在探究濕度對(duì)海蟑螂分布的影響時(shí)，10 min 內(nèi)有92.9%的海蟑螂爬向潮濕的一側(cè)，建議在課堂實(shí)驗(yàn)時(shí)，從1 min 開始記錄海蟑螂的分布情況，共記錄10 次，每次間隔1 min，即可。

本研究選取海蟑螂作實(shí)驗(yàn)材料探究“非生物因素對(duì)某種動(dòng)物的影響”，具有以下優(yōu)勢(shì)：海蟑螂廣泛分布于中國(guó)沿海，其中北至大連沿海，南至海南島[5]。常見于礁石灘，對(duì)沿海地區(qū)學(xué)校學(xué)生而言，在溫度不低于20℃時(shí)，該材料十分易得；海蟑螂與中學(xué)常用實(shí)驗(yàn)材料鼠婦外形相似，且極容易飼養(yǎng)，采集后至少可生存5 d 并保持旺盛的活力；大多數(shù)學(xué)生對(duì)蟑螂比較熟悉，而海蟑螂雖然在海邊常見，但學(xué)生一般不太關(guān)注，所以，對(duì)它并不熟悉，甚至可能認(rèn)為海蟑螂和蟑螂親緣關(guān)系很近且形態(tài)結(jié)構(gòu)相似。通過(guò)以海蟑螂作實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，增進(jìn)學(xué)生對(duì)海蟑螂的了解，從而糾正學(xué)生的認(rèn)知；海蟑螂來(lái)自于學(xué)生的生活，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生更加關(guān)注身邊的生物多樣性，愛護(hù)身邊小動(dòng)物并形成正確的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，從而提升中學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。此外，海蟑螂比鼠婦更活潑，因此，本研究對(duì)海蟑螂取放用具進(jìn)行的設(shè)計(jì)，使得實(shí)驗(yàn)操作更加便捷。

此外，據(jù)報(bào)道海蟑螂體色會(huì)受溫度的影響，5℃時(shí)海蟑螂體色變深，20℃時(shí)體色會(huì)變淺[5]。用于實(shí)驗(yàn)的海蟑螂于10 月份在煙臺(tái)山景區(qū)海邊采集得到，此時(shí)煙臺(tái)氣溫已逐漸降低，白天平均氣溫20℃左右，因此，采集的海蟑螂體色大多為黃褐色。本研究將溫度對(duì)海蟑螂體色的影響進(jìn)行了探究，將采集的海蟑螂于暗處室溫培養(yǎng)一夜。之后，各取15 只大小一致的海蟑螂置于2 個(gè)鋪有潮濕海沙的培養(yǎng)皿中，其中一組置于室溫下暗培養(yǎng)，另一組置于4℃冰箱中暗培養(yǎng)。4 h 內(nèi)未觀察到明顯變化，讓其過(guò)夜，第18 h 進(jìn)行觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)4℃培養(yǎng)的大部分海蟑螂體色較室溫培養(yǎng)的深，說(shuō)明溫度對(duì)海蟑螂的體色會(huì)產(chǎn)生影響。由于海蟑螂體色改變的時(shí)間較長(zhǎng)，不適合在課堂進(jìn)行探究，可作為課堂延伸，引導(dǎo)學(xué)生課后實(shí)驗(yàn)從而進(jìn)一步鞏固探究的科學(xué)方法。