家蠶系列實驗開發

陳茹吉 （常州市同濟中學 江蘇常州 213000）

實驗教學是促成學生達成生物學學科核心素養的重要支撐[1]。我國家蠶飼養歷史悠久，且技術成熟，依托現有的先進養殖設備，早已實現了全年養蠶。以家蠶為實驗材料，易獲取、成本低，既能使實驗的進行不受季節限制，順應生物學學科教學進度、順應學生隨時產生的探究想法，又能使實驗在學校、家庭同時開展，將學生生物學學科核心素養的養成貫徹于學校學習和家庭生活之中。每個實驗的重、難點不同，對于學生生物學學科核心素養的培養具有不同的價值。

1 飼養準備

為實現全年養蠶，給家蠶營造適宜的環境。溫度過低時，可使用光照培養箱、爬蟲飼養保溫箱或自制保溫箱；使用加濕裝置和石灰粉調節濕度。同時，學習養蠶防病的基本方法，確保實驗順利進行。

本實驗材料家蠶品種為華康2號。飼養使用智能光照培養箱（合肥科尼達科學儀器責任有限公司），設置溫度為26℃，每天10 h光照，濕度控制在75%左右。

2 實驗設計及應用

2.1 探究溫度對蠶卵孵化的影響 家蠶的生命活動主要受溫度、光照、濕度等因素的影響，其中，溫度對家蠶生命活動的影響最為明顯。

材料：蠶卵。

實驗過程：將同批、同種的蠶卵60枚均分為A、B、C 3個組，按照表1中的實驗條件進行處理。每天觀察并在表2中記錄蠶卵孵化的數量，同時進行3次重復實驗。計算不同溫度下孵化所需的平均時間。

表1 探究溫度對蠶卵孵化的影響對照實驗設置

表2 不同溫度下蠶卵孵化的數量（單位：個）

應用建議：在探究實驗設計中，單一變量原則是對照實驗最關鍵的原則，通過設置實驗變量和控制無關變量實現。引導學生討論如何操作實現溫度這一實驗變量，控制濕度、光照等無關變量，提升學生設計對照實驗的能力。計算不同溫度下孵化所需的平均時間：26℃平均孵化時間為9.2 d，22℃平均孵化時間為12.1 d，18℃平均孵化時間為24 d。分析實驗結果發現，溫度越低，蠶卵發育越緩慢，孵化時間越長。如果溫度過低，蠶卵將停止發育，無法孵化，理解生物的生存依賴一定的環境。

2.2 觀察家蠶的發育過程 家蠶屬于完全變態發育的昆蟲，一個世代要經過卵、幼蟲、蛹、成蟲4個階段。家蠶的一生經歷6次蛻皮：4次幼蟲蛻皮和2次變態蛻皮。家蠶在幼蟲化蛹和羽化成蛾時要進行蛹化蛻皮和羽化蛻皮，這2次變態蛻皮使蟲體的形態產生顯著的變化。

材料及用具：蠶卵、強光手電。

實驗過程：飼養家蠶，觀察蠶卵的孵化過程、幼蟲的發育過程（例如，幼蟲的蛻皮過程、蛻皮次數、蛻皮與蟲齡的關系、蛻皮后蟲體大小的變化等）、吐絲結繭的過程及變態蛻皮的過程。家蠶的變態蛻皮發生在蠶繭內部，不易觀察，需記錄家蠶開始吐絲的時間。每天用強光手電檢查繭內情況，待家蠶吐絲結束，不再附著在蠶繭內壁上（一般從吐絲開始3 d），用剪刀將蠶繭剪開，遮光培養，可觀察到吐絲結束的家蠶身體僵白色，經蛻皮化蛹，蛹體顏色由淺黃逐漸變成深黃棕色，后期變軟起皺，2周左右蛻皮成蛾。

應用建議：該實驗能完善學生對家蠶發育過程的認識。家蠶的蛹化蛻皮和羽化蛻皮時間受自身發育差異、外界飼養環境的影響，實驗觀察通常存在誤差，因此，不能一次觀察成功。教師應鼓勵學生更細心，更有耐心，鍥而不舍重復嘗試，培養執著的探索精神。通過對該實驗的觀察使學生感受生命的神奇，從而倍加珍愛生命。

2.3 探究家蠶在不同物體表面附著力的強弱 家蠶胸部有3對足，腹部有5對足。胸足可持桑葉，幫助進食。腹足有趾鉤，可附著在物體上，使身體的前半部分抬起，進行各項生命活動。足分節，在神經系統的調控下通過肌肉的收縮和舒張靈活運動。

材料及用具：五齡家蠶、放大鏡、不同附著材料（光面復寫板、玻璃、絲絨、兔毛、卡紙、桌椅防護墊、毛氈墊等）。

實驗過程：在斜面上鋪設附著材料，將家蠶放置在附著材料上，觀察家蠶的附著能力。家蠶無法附著在光滑的材料（例如，光面復寫板、玻璃）上，也不能附著在纖維整齊垂直于爬行平面的材料（例如，絲絨、兔毛）上，但可附著在纖維交錯的材料（例如，卡紙、桌椅防護墊、毛氈墊）上。增加斜面坡度，家蠶在桌椅防護墊、毛氈墊等纖維質感更強的材料上附著力更強，甚至能輕松倒掛。在分離家蠶與附著材料時，用羽毛輕刷家蠶的足，使其主動松開附著材料，由此可感知家蠶在神經系統的調控下通過肌肉的收縮和舒張靈活運動。最后，使用放大鏡觀察家蠶的足。

應用建議：科學思維是理論和證據相互協調的過程[2]。學生依據養蠶經驗，會對“家蠶在什么樣的物體表面附著力強？”這一問題作出各種假設。通過實驗，學生發現實驗結果與假設并不完全一致。通過放大觀察家蠶的足，獲取新的證據完善家蠶足分節，腹足有趾鉤，使其運動靈活、順利結繭的認知，認同“結構與功能相適應”這一生物學觀點。

2.4 香煙煙霧對不同蠶齡家蠶毒性的比較研究

香煙燃燒產生的煙霧中含有3 000多種有害的化學物質，能使家蠶中毒死亡。不同蠶齡的家蠶對香煙煙霧的抵抗力不同，可通過受香煙煙霧作用后出現中毒癥狀的快慢及死亡率體現，出現中毒癥狀越快、死亡率越高，說明煙霧對該蠶齡家蠶的毒性越強。

材料及用具：四齡及五齡培養48 h以上的家蠶、氣體收集裝置（圖1），飼養盒（19 cm×12.5 cm×7.5 cm）。

實驗過程：A、B飼養盒按照表3中的實驗條件進行處理。觀察比較不同蠶齡家蠶出現中毒癥狀的快慢，20 min后將實驗的家蠶進行隔離透氣保溫培養24 h，記錄比較家蠶死亡數量并計算死亡率（表4）。進行3次重復實驗。

表3 香煙煙霧對不同蠶齡家蠶毒性的比較實驗對照設置

表4 香煙煙霧對不同蠶齡家蠶毒性的比較實驗記錄

應用建議：觀察是重要的探究技能。實驗中引導學生觀察家蠶香煙煙霧作用后出現的癥狀：家蠶先是煩躁不安，然后胸部逐漸膨大，頭胸昂起向背后彎曲，隨病勢進展，頭低垂，吐出大量綠色或褐色胃液。通過比較，四齡家蠶出現中毒癥狀比五齡家蠶快。分析實驗結果，A和B進行對照，說明煙霧對家蠶有毒害作用，甚至導致家蠶死亡。B組中四齡和五齡進行對照，蠶齡小的家蠶死亡率高，說明蠶齡小的家蠶對香煙煙霧毒性耐受力更差。加強學生對吸煙有害健康，且煙霧對幼年個體毒性更強的認識，樹立拒絕吸煙的健康生活態度，自覺承擔抵制不良生活習慣的社會責任。

2.5 探究保幼激素對家蠶發育的影響 保幼激素是一類保持幼蟲性狀的激素，是調節家蠶生長發育的重要激素。

材料及用具：0.2%保幼激素溶液（由天邦蠶業專業合作社提供的“昆蟲保幼激素可溶性粉”與純凈水配制而成）、剛蛻皮的五齡家蠶、噴霧瓶。

實驗過程：A、B 2個組各10只家蠶。蛻皮結束正常進食后，從培養盒中取出，A組體噴純凈水，B組體噴保幼激素溶液，以全身噴濕為宜，自然晾干后放回培養盒。每天處理一次，至對照組吐絲停止體噴，每天早、晚2次觀察并記錄五齡經過（從蛻皮成五齡蠶至化蛹）的時間（表5）。進行3次重復實驗，計算五齡經過的平均時間。

表5 五齡期經過的時間（單位：d）

應用建議：保幼激素在蠶業的應用已是成熟技術。借鑒已有的科研成果，結合自己的研究目的制定研究方案，可有效避免實驗的盲目性，提高實驗的成功率。這一過程離不開歸納與概括、演繹與推理、批判性思維、創造性思維等科學思維。實驗前指導學生閱讀藥物說明，可知按照說明書的用量（0.15%～0.3%濃度在五齡中期使用一次）可延長家蠶五齡齡期10 h，實驗結果難觀察。查閱文獻發現保幼激素通常可使家蠶五齡期延長1～1.5 d，多次體噴的增產效果比常規一次體噴增產效果顯著[3]。實驗中指導學生確定藥物濃度時參考藥物說明書，通過增加體噴次數增加藥物總用量，以盡可能延長五齡期，使實驗結果易于觀察，有助于發展學生的科學思維。通過分析實驗結果，施加保幼激素的家蠶化蛹時間推遲，以此幫助學生理解激素對生命活動起調節作用。

3 反思

以家蠶為實驗對象，學生可進行許多感興趣的實驗，例如，探究溫度對家蠶背血管搏動的影響，探究酸雨、空氣污染、水污染、殺蟲劑、廚房油煙等對家蠶生活的影響，探究蛻皮激素對家蠶發育的影響，探究家蠶的覓食行為，探究蠶蛾的通訊行為等。關注方法的提煉有助于支持學生進行更多探究；而更多的探究，使學生能積極主動獲取生物學知識，掌握科學研究的思路和方法，養成科學思維的習慣等，真正將生物學學科核心素養貫徹于學習和生活之中。