“小鼠走迷宮獲取食物”實驗的實施與反思

姚玲莉

生物學(xué)是一門以實驗為主的的自然科學(xué)。2011年版課程標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)建議中詳述了“關(guān)注重要概念的教學(xué)”，實驗的目的也是幫助學(xué)生建立、理解概念。8年級上冊第5單元第2章第2節(jié)《先天性行為和學(xué)習(xí)行為》中探究小鼠走迷宮獲取食物的實驗教學(xué)實施，也是在于幫助學(xué)生理解學(xué)習(xí)行為建立的過程以及學(xué)習(xí)行為對動物生存的意義。下面談?wù)劰P者在教學(xué)中對本實驗的處理和課后反思。

1實驗原理

學(xué)習(xí)和記憶是神經(jīng)系統(tǒng)不斷受到外界環(huán)境刺激而獲得的，動物的學(xué)習(xí)和記憶對其自身的生存具有重要的意義，學(xué)習(xí)行為有利于動物適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境。在人為設(shè)置的迷宮里，動物能體驗到復(fù)雜的通道結(jié)構(gòu)，積累經(jīng)驗和教訓(xùn)來調(diào)整自己的行為。隨著走迷宮次數(shù)的增加，動物走出迷宮獲取食物所花的時間就會越來越少。動物的學(xué)習(xí)行為在這個反復(fù)的過程中就逐步建立形成起來了。小鼠能通過肢體接觸迷宮擋板來判斷前方是否有障礙物，在不斷地摸索和嘗試中前進，最終找到出口。經(jīng)過訓(xùn)練，小鼠能在很短的時間內(nèi)形成一種新的行為。

2實驗準(zhǔn)備

2.1知識準(zhǔn)備

本實驗的實施是建立在理論知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上的。學(xué)生需先學(xué)習(xí)先天性行為和學(xué)習(xí)行為的概念和意義，并要求學(xué)生能將小鼠走迷宮與蚯蚓走“T”形迷宮的實驗加以比較。蚯蚓在走“T”形迷宮的實驗中，大約經(jīng)過200次嘗試，遭受多次輕微的電擊后才學(xué)會直接爬向潮濕的暗室。小鼠屬于哺乳動物，學(xué)習(xí)能力比蚯蚓強，“嘗試與錯誤”的次數(shù)要少一些。將其作為探究實驗的背景知識加以分析，有助于學(xué)生在探究實驗中提出問題。

2.2研究方法指導(dǎo)

研究動物行為的方法，主要有觀察法和實驗法。

2.3組織學(xué)生分組討論

實驗前組織學(xué)生分組討論探究步驟，確定實驗方案，填寫實驗報告。

可以給學(xué)生提供如下討論探究步驟的提示。①怎樣使小鼠積極尋找食物？對小鼠進行饑餓處理且實驗時準(zhǔn)備小鼠喜歡吃的食物。②若較長時間內(nèi)，小鼠不能自行到達迷宮出口，怎么辦？若小鼠第1次走迷宮時，2 min內(nèi)不能自行到達迷宮出口，需要進行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，誘使小鼠到達出口處獲取食物。③怎樣記錄小鼠走出迷宮找到食物的快慢？用秒表記錄小鼠走出迷宮所需的時間。④實驗只做一次行不行？至少需要做3次實驗。

3實驗過程

3.1實驗?zāi)康?/p>

（1）觀察小鼠通過“嘗試與錯誤”的經(jīng)驗累積，形成一種新的行為的過程。

（2）聯(lián)系分析實驗數(shù)據(jù)，得出合理結(jié)論。

（3）理解學(xué)習(xí)行為對于動物生存的重要意義。

3.2實驗材料

健康小鼠，紙板，玻璃板（用于制作“迷宮”），制作“迷宮”的各種工具（剪刀、膠帶等），小鼠食物（面包、鼠糧），記錄用具（秒表、紙、筆等），飲水裝置。

在“提出問題”這個步驟中，學(xué)生經(jīng)過討論提出了兩類問題。問題一：將食物放在“迷宮”出口，小鼠放在“迷宮”入口，小鼠能走出“迷宮”獲取食物嗎？問題二：小鼠經(jīng)過“嘗試與錯誤”走出迷宮的次數(shù)越多，所花的時間會越來越少嗎？

針對這兩類不同的問題，學(xué)生各自制定實驗方案，現(xiàn)以學(xué)生實驗報告的形式呈現(xiàn)。

探究問題一的實驗情況見表1。

制定并實施計劃（1）構(gòu)建迷宮。迷宮隔板高度以小鼠不能爬上為宜，寬度要便于小鼠折返，迷宮上面蓋上1塊玻璃板。

（2）選擇健康活潑且身體狀況相似的小鼠5只，均進行饑餓處理1天，但需提供水。

（3）將5只小鼠標(biāo)號為①②③④⑤。選擇①號小鼠將其從迷宮的入口放入，同時馬上計時，并在迷宮的出口等待，記錄小鼠是否能從入口到達出口。若2 min內(nèi)小鼠不能自行到達迷宮出口，需要進行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，使小鼠到達出口處獲取食物。

（4）使用②③④⑤號小鼠重復(fù)步驟（3）。

制定并實施計劃（1）構(gòu)建迷宮。迷宮隔板高度以小鼠不能爬上為宜，寬度要便于小鼠折返，迷宮上面蓋上1塊玻璃板。

（2）選擇健康活潑的小鼠1只，進行饑餓處理1天，但需提供水。

（3）將小鼠從迷宮的入口放入，同時馬上計時，并在迷宮的出口等待，記錄小鼠從入口到達出口的時間，以及“嘗試與錯誤”的次數(shù)。若2 min內(nèi)小鼠不能自行到達迷宮出口，需要進行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)。把小鼠移到出口讓它看到、嗅到食物，再把它移回入口處進行下一次實驗，這種情況不記錄時間。

（4）重復(fù)實驗3次。

4交流與拓展

全班學(xué)生討論和交流。

（1）本實驗的注意事項有哪些？①在觀察或引導(dǎo)過程中應(yīng)注意愛護實驗動物；②邊觀察邊記錄；③小鼠碰壁一次則視為“嘗試與錯誤”一次；④實驗結(jié)束后清理實驗臺，按要求回收實驗動物，并洗手。

（2）實驗成敗的關(guān)鍵是什么？對小鼠進行饑餓處理，迷宮的設(shè)計難易適中。

（3）你所在的小組實驗數(shù)據(jù)與其他小組的數(shù)據(jù)是否相同？為什么？可能不同，原因有二：①構(gòu)建的迷宮難易程度不同；②學(xué)習(xí)行為受遺傳因素的影響，不同的小鼠學(xué)習(xí)能力有差別。

（4）如果把實驗動物換成烏龜，你預(yù)期“嘗試與錯誤”的次數(shù)將會增加還是減少？為什么？（用烏龜做實驗，“嘗試與錯誤“的次數(shù)將會增加，因為動物越高等，學(xué)習(xí)能力越強。就物種而言，烏龜比小鼠低等。

（5）這項探究活動對你自己的學(xué)習(xí)有什么啟發(fā)？

“興趣是最好的老師”，在本次實驗中學(xué)生積極參與，興趣濃厚，善于探索，鍛煉了思維能力，提高了動手能力和表達能力。筆者就本節(jié)實驗課談?wù)劷虒W(xué)后的反思，實驗課的實施前期準(zhǔn)備工作繁瑣，組織好一節(jié)實驗課前前后后所花的時間和精力很多，這往往是我們在教學(xué)中減少實驗課的主要原因。然而“授人以魚不如授人以漁”，學(xué)生在動手實驗的過程中能養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維，理解學(xué)習(xí)行為這個重要概念。學(xué)生有著無限的創(chuàng)造力，在本實驗中各小組設(shè)計構(gòu)建的迷宮都不同，這給了學(xué)生很大的發(fā)揮空間，讓學(xué)生在快樂中學(xué)習(xí)和創(chuàng)新。在選擇實驗動物時，有同學(xué)提出問題：“為什么要用小鼠做實驗，能不能用大鼠？”筆者采用“菜青蟲取食十字花科植物”實驗中采用的是剛從受精卵中孵化出來的幼蟲做實驗這個例子加以引導(dǎo)，學(xué)生便能明白用小鼠做實驗?zāi)鼙M量排除生活經(jīng)驗對實驗結(jié)果的影響，且動物的年齡越小，學(xué)習(xí)能力越強，實驗效果越明顯?？傮w來說，本實驗操作難度不大，但提出問題和制訂實驗計劃至關(guān)重要，“萬事開頭難”，怎樣引導(dǎo)學(xué)生提出有價值的探究問題是本次實驗的難點，也是今后教學(xué)中值得深思的問題。