“昆蟲趨光性”實驗的檢驗和在教學(xué)中的拓展探究

于夢書 歐丹霞 周 瓊*

（1.湖南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 湖南長沙 410081）

（2.湖南省長沙市明德洞井中學(xué) 湖南長沙 410007）

1 實驗內(nèi)容與教材的聯(lián)系

《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)動物的行為時，教師應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生到周圍環(huán)境中去觀察動物的行為，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)在八年級上冊第二章第三節(jié)的技能訓(xùn)練中提出：不少昆蟲有趨向光源的習(xí)性，并要求學(xué)生根據(jù)已有生活經(jīng)驗作出假設(shè)，任選昆蟲，設(shè)計檢驗其是否有趨光性的實驗。但該實驗操作繁瑣，費時較長，難以在課堂內(nèi)呈現(xiàn)，且現(xiàn)有關(guān)昆蟲趨光性實驗的課程資源稀少，以致于此技能訓(xùn)練無法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

筆者根據(jù)昆蟲的形態(tài)特征和行為習(xí)性，選取金龜子作為實驗材料，設(shè)計并檢驗“金龜子是否有趨光性”的實驗，為昆蟲趨光性實驗提供課程資源。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”的探究性實驗，使學(xué)生深刻理解昆蟲的趨光性。

2 實驗原理

2.1 昆蟲的趨光性

昆蟲的趨光性是指某些昆蟲對光刺激產(chǎn)生感應(yīng)而表現(xiàn)出定向運動的行為習(xí)性，對其覓食、棲息等具有十分重要的意義。不同昆蟲對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如夜蛾、金龜子等，可見光譜的波長范圍為250～750 nm，如果環(huán)境條件適宜，光的波長和強(qiáng)度在其所感受的范圍內(nèi)時，昆蟲就會表現(xiàn)明顯趨向行為?！帮w蛾撲火”是最為人們熟知的一種趨光行為。

2.2 昆蟲的感光器官

視覺器官是昆蟲感受光刺激的器官，主要包括復(fù)眼和單眼。且昆蟲的視覺器官是一個整體，需要復(fù)眼和單眼共同獲取和分析外界信息。

2.3 昆蟲趨光行為的機(jī)制

昆蟲趨光行為的機(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，昆蟲身體就會向右側(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。若使昆蟲的一側(cè)感光器官致盲，昆蟲就會連續(xù)朝光刺激的方向轉(zhuǎn)動，直到使另一側(cè)正常的感光器官接受不到光刺激為止。

3 實驗材料與用具

3.1 實驗材料

銅綠麗金龜隸屬于節(jié)肢動物門昆蟲綱鞘翅目麗金龜科，為正趨光性昆蟲。由于銅綠麗金龜?shù)某岷腕w壁均較厚而堅硬，體色艷麗，且單眼退化僅有復(fù)眼可以感光視物；同時，材料具有代表性、容易獲得，以及雌、雄蟲間的趨光性無顯著差異，因此是探究趨光性的很好的實驗材料。

3.2 實驗用具

小手電筒、封閉的紙盒（20×30 cm）、夜視攝像頭、黑色指甲油。

4 實驗過程

4.1 檢驗：金龜子是否有趨光性

參照蔣月麗等（2015）的實驗條件，在夜間22點～凌晨5點期間，在溫度23～25℃、相對濕度75%～80%的條件下，應(yīng)至少取30只金龜子（蟲體健康，體型大小相似，雙眼正常）進(jìn)行實驗。在紙盒的側(cè)壁底邊開小孔，讓光透過小孔照射進(jìn)盒內(nèi)，形成點光源。將點光源分別設(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：實驗遵循前后自身對照原則，每只金龜子先做點光源位于正前方，接著做點光源在右前方，最后做點光源在左前方。

實驗結(jié)論：金龜子有正趨光性。

4.2 實驗的拓展探究

4.2.1 探究一：金龜子的感光器官

（1）實驗過程：黑暗環(huán)境下，應(yīng)至少取30只金龜子（蟲體健康、體型大小相似、雙眼正常）進(jìn)行實驗，在金龜子正前方設(shè)置點光源，觀察金龜子的行為。注意：實驗遵循前后自身對照原則，每只金龜子先進(jìn)行A組實驗，再進(jìn)行B組實驗。A組：雙眼不作任何處理（對照組）；B組：用黑色指甲油將金龜子的雙眼完全涂黑遮住（實驗組）。

（2）實驗現(xiàn)象：A組實驗中，金龜子爬向光源；B組實驗中，雙眼被遮光的金龜子待在原地，基本不移動。

（3）實驗結(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）實驗過程：黑暗環(huán)境下，在金龜子正前方設(shè)置點光源，至少取30只金龜子（蟲體健康、體型大小相似、雙眼正常）進(jìn)行實驗。注意：實驗遵循前后自身對照原則，每只金龜子先進(jìn)行C組實驗，隨后進(jìn)行D組實驗；待指甲油自然脫落后，再進(jìn)行E組實驗。C組：兩眼不做任何處理（對照組）；D組：用黑色指甲油完全涂黑金龜子左眼，以遮住左眼（實驗組）；E組：用黑色指甲油完全涂黑金龜子右眼，以遮住右眼（實驗組）。

（2）實驗現(xiàn)象：C組實驗中，金龜子爬向正前方光源；D組實驗中，金龜子身體向右轉(zhuǎn)，并轉(zhuǎn)到一定位置停止；E組實驗中，金龜子身體向左轉(zhuǎn)，并轉(zhuǎn)到一定位置停止。

為了使學(xué)生充分理解實驗現(xiàn)象的內(nèi)在原理，建議教師課前制作課件或教具，并對實驗現(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)動的過程中右眼感受到的光越來越弱，直到兩眼均感受不到光時停止，此時兩眼感光平衡。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)到兩眼感光平衡時為止。

（3）實驗結(jié)論：當(dāng)兩復(fù)眼感光不平衡時，金龜子會轉(zhuǎn)向光刺激強(qiáng)的一側(cè)，直到感光平衡為止，說明金龜子的趨光行為與兩復(fù)眼感光平衡有關(guān)。

5 總結(jié)思考

昆蟲的趨光性是探究和觀察動物行為的較好課題。八年級的學(xué)生對直觀生動的實驗視頻、探究實驗尤其感興趣，其思維特點是抽象邏輯思維雖然開始占優(yōu)勢，可是在很大程度上，還屬于經(jīng)驗型，他們的邏輯思維需要感性經(jīng)驗的直接支持。以上一系列動手實驗對培養(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，昆蟲的行為有明顯的節(jié)律性，如銅綠麗金龜?shù)幕顒訒r間一般在夜晚22點～次日凌晨5點。受昆蟲活動節(jié)律的限制，教師應(yīng)課前做好預(yù)實驗，了解金龜子的活動規(guī)律，才能正確引導(dǎo)學(xué)生開展實驗。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驗視頻，便于教師引導(dǎo)學(xué)生對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，嘗試進(jìn)行該探究實驗過程，加深對昆蟲趨光性的理解。