初中生物學(xué)“斑馬魚”系列實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與應(yīng)用*

丁家海

（安徽省合肥一六八中學(xué) 安徽合肥 230000）

斑馬魚屬鯉科（Cyprinidae）短擔(dān)尼魚屬（Danio）,原產(chǎn)于南亞，是一種常見的熱帶魚。斑馬魚體型纖細(xì)，成體長3～4 cm，對水質(zhì)要求不高［1］。胚胎發(fā)育時(shí)間短，身體色素單一。斑馬魚具有生命力強(qiáng)、飼養(yǎng)條件簡單、易成活、繁殖能力強(qiáng)、繁殖速度快等眾多優(yōu)點(diǎn)，作為初中生物學(xué)課堂的模式實(shí)驗(yàn)動物有著明顯的優(yōu)勢。通過以斑馬魚作為材料的系列實(shí)驗(yàn)，學(xué)生動手能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、收集與處理信息能力及自制實(shí)驗(yàn)器材能力均得到了提高，且更有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。本文結(jié)合蘇教版初中生物學(xué)課堂中的部分實(shí)驗(yàn)，利用斑馬魚對系列實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，使得實(shí)驗(yàn)效果更加凸顯。

1 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)驗(yàn)效果更佳顯著

在教材7年級下冊第10 章第2 節(jié)觀察“魚尾鰭的血液流動”實(shí)驗(yàn)中，教材沒有明確提出具體使用哪種魚進(jìn)行觀察，大多數(shù)教師會選擇生活中易得的金魚或泥鰍作為實(shí)驗(yàn)材料。但由于金魚和泥鰍體型較大，置于培養(yǎng)皿中觀察時(shí)容易跳動，且二者尾鰭中色素含量較多，不容易快速而準(zhǔn)確地找到血管。斑馬魚作為實(shí)驗(yàn)材料的突出優(yōu)點(diǎn)是體型較小，可直接置于載玻片上，用棉花纖維蓋住，且尾鰭色素較少易于觀察血管。學(xué)生能根據(jù)尾鰭中血液的流動速度，判斷血管的種類并觀察血液流動的方向。

實(shí)驗(yàn)步驟：①取干凈的載玻片，并在其中央滴3 滴清水；②撈取一條成年的斑馬魚置于清水滴中；③將少量的棉花纖維潤濕后，覆蓋在斑馬魚身體的上側(cè)，漏出尾鰭部分；④用低倍鏡觀察尾鰭中的血液流動情況；⑤觀察過程中不斷地在棉花纖維上滴加少量清水，以利于斑馬魚的呼吸。

斑馬魚尾鰭色素較少，血管較為分散，易于找到清晰的血管和血細(xì)胞（圖1），利于學(xué)生理解血細(xì)胞流動與血管的關(guān)系。

圖1 魚尾鰭的血液流動

2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)思路，源于教材而勝于教材

在教材8年級上冊第14 章第2 節(jié)觀察“鯽魚”的實(shí)驗(yàn)中，鯽魚體型較大，不易攜帶且成本較高，實(shí)驗(yàn)后易造成材料的浪費(fèi)。探究魚鰭與運(yùn)動的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，教材沒有給出具體的操作要求，且鯽魚魚鰭較硬，必須用大型的骨剪才能去除，容易傷及學(xué)生。改用斑馬魚作為實(shí)驗(yàn)材料更容易完成實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)步驟：①取一條成年斑馬魚置于培養(yǎng)皿中，觀察其外部形態(tài)，并根據(jù)教材中魚的結(jié)構(gòu)圖說出斑馬魚的身體結(jié)構(gòu)；②用手觸摸斑馬魚，感受魚類的體表；③在1 000 mL 的燒杯中裝入400 mL清水，將斑馬魚置于水中，用滴管吸取紅墨水滴在斑馬魚口的前部，觀察發(fā)生的現(xiàn)象；④取4 條生理狀態(tài)相似的斑馬魚，第1 條用彎頭眉剪剪去尾鰭，第2 條剪去胸鰭和腹鰭，第3 條剪去背鰭和臀鰭，第4 條不作處理作為對照組；⑤觀察和記錄斑馬魚的運(yùn)動情況。

斑馬魚魚體小，易于學(xué)生觀察其外觀并探究魚類的呼吸。通過增設(shè)魚鰭與運(yùn)動的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)（2 中步驟④和⑤），幫助學(xué)生理解教材中沒有展開的結(jié)論。在實(shí)驗(yàn)中可明顯觀察到：尾鰭在游泳時(shí)產(chǎn)生推力，控制運(yùn)動方向；胸鰭和腹鰭能維持身體的平衡、改變運(yùn)動的方向；背鰭和臀鰭參與調(diào)節(jié)魚體在水中垂直平衡。通過實(shí)際觀察與探究，學(xué)生對結(jié)構(gòu)與功能觀有了更加清晰的認(rèn)識。此外，斑馬魚的再生能力強(qiáng)，剪去魚鰭的斑馬魚在10 d 左右可重新長出，可實(shí)現(xiàn)對材料的多次循環(huán)利用。

3 將定性實(shí)驗(yàn)改為定量實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)環(huán)保意識

在教材7年級下冊第13 章第1 節(jié)探究 “模擬酸雨影響植物種子的萌發(fā)”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑樘骄克嵊甑奈：?，以增?qiáng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境的意識［2］。教材推薦選用小麥種子作為實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)驗(yàn)一般需要1 周才可觀察到實(shí)驗(yàn)效果，且需要定期維護(hù)種子的生長，實(shí)驗(yàn)周期長，操作難度大。選用斑馬魚作為實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)驗(yàn)效果十分明顯，且可在課堂上完成。

實(shí)驗(yàn)步驟：①課前教師利用白醋配制pH 值為3、4、5、6 的4 組溶液，作為實(shí)驗(yàn)組以模擬酸雨；同時(shí)設(shè)置pH 值為7 的對照組；②選取生理狀態(tài)相似的斑馬魚15 條；③在每個(gè)pH 值的溶液中隨機(jī)放入3 條斑馬魚；④觀察每組斑馬魚的生活狀況并記錄；⑤實(shí)驗(yàn)前測量1 次呼吸頻率作為對照，之后每隔2 min 測1 次呼吸頻率。

選用動物作為實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)驗(yàn)周期短，課堂上即可完成實(shí)驗(yàn)；利于學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的理解，直觀定性觀察模擬酸雨對斑馬魚體色的影響（圖2）。通過對呼吸頻率測定讓學(xué)生利用Excel 表格對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（表1），定量分析酸雨對斑馬魚生命活動的影響；并繪制折線圖，從定量的角度直觀地觀察到模擬酸雨對斑馬魚呼吸頻率的影響（圖3）。

圖2 不同pH 值下斑馬魚的體色

圖3 模擬酸雨對斑馬魚呼吸頻率的影響

表1 模擬酸雨對斑馬魚呼吸頻率的影響記錄表（單位：次／min）

4 拓展實(shí)驗(yàn)情境，養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣

在教材8年級下冊第26 章第1 節(jié)探究“酒精對水蚤心率的影響”實(shí)驗(yàn)中，教材選用酒精、水蚤等實(shí)驗(yàn)材料，通過定量分析說明酗酒對人體健康的危害。但水蚤不易取得，體型太小不易觀察，且需要較高的顯微鏡操作技能；教材并未通過實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)煙草對人體健康的危害。因此，利用斑馬魚胚胎作為實(shí)驗(yàn)替換材料，設(shè)計(jì)了“探究煙酒對斑馬魚心率的影響”實(shí)驗(yàn)，可較為簡單且直觀地完成實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)步驟：①在斑馬魚魚缸中取若干斑馬魚胚胎備用；②取6 個(gè)培養(yǎng)皿編號為1、2、3、4、5、6號，并分別裝入清水、5%、10%、15%、20%、25%的酒精溶液；③將斑馬魚胚胎分別放置于培養(yǎng)皿中，靜置2 min；④用顯微鏡分別觀察斑馬魚的心率跳動，并計(jì)數(shù)；⑤將每組記錄的數(shù)據(jù)匯總至Excel表格中，制作心率變化的折線圖；⑥將以上實(shí)驗(yàn)中的酒精改為煙草浸出液即可完成煙草對斑馬魚心率的影響實(shí)驗(yàn)。

利用斑馬魚胚胎做實(shí)驗(yàn)，體型較水蚤更大，學(xué)生觀察更方便，易于計(jì)數(shù)。增加煙草浸出液對斑馬魚胚胎心率的影響實(shí)驗(yàn)，鞏固了探究目的；資料顯示斑馬魚與人類基因有87%的相似度［3］，加強(qiáng)學(xué)生對煙酒危害人體健康的認(rèn)識。

5 實(shí)驗(yàn)材料長期循環(huán)利用

在教材8年級上冊第20 章第1 節(jié)探究“小型生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”實(shí)驗(yàn)中，教材要求學(xué)生學(xué)習(xí)觀察和研究生態(tài)系統(tǒng)，指導(dǎo)學(xué)生制作小型生態(tài)系統(tǒng)用于觀察?？蛇x用斑馬魚作為小型生態(tài)系統(tǒng)的主要動物材料。

圖4 利用斑馬魚制作生態(tài)瓶

實(shí)驗(yàn)步驟：①選擇清潔能封口的魚缸；②在魚缸中放入干凈的沙石、土質(zhì)較好的土壤、蕨類植物2 株、藻類植物若干、斑馬魚若干、蝸牛2 只、蚯蚓4條、小烏龜2 只；③將以上材料放入魚缸后，加入2／3 干凈的池塘水；④蓋上蓋子，觀察現(xiàn)象（圖4）。

該實(shí)驗(yàn)利于學(xué)生對生態(tài)系統(tǒng)及斑馬魚生活習(xí)性進(jìn)行長期觀察。