“昆蟲趨光性”實驗的檢驗和在教學中的拓展探究

于夢書 歐丹霞 周 瓊*

（1.湖南師范大學生命科學學院 湖南長沙 410081）

（2.湖南省長沙市明德洞井中學 湖南長沙 410007）

1 實驗內容與教材的聯(lián)系

《義務教育生物學課程標準（2011年版）》中明確指出：“在學習動物的行為時，教師應注意引導學生到周圍環(huán)境中去觀察動物的行為，培養(yǎng)學生的觀察能力和學習興趣?！比私贪嫔飳W在八年級上冊第二章第三節(jié)的技能訓練中提出：不少昆蟲有趨向光源的習性，并要求學生根據(jù)已有生活經驗作出假設，任選昆蟲，設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，難以在課堂內呈現(xiàn)，且現(xiàn)有關昆蟲趨光性實驗的課程資源稀少，以致于此技能訓練無法達到預期的教學效果。

筆者根據(jù)昆蟲的形態(tài)特征和行為習性，選取金龜子作為實驗材料，設計并檢驗“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。在此基礎上，為了進一步促進學生科學思維的發(fā)展和科學探究能力的培養(yǎng)，利用昆蟲的趨光性以及趨光行為與兩眼感光平衡有關的機制，創(chuàng)新設計出“探究金龜子的感光器官”和“探究金龜子趨光行為機制”的探究性實驗，使學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生感應而表現(xiàn)出定向運動的行為習性，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、負之分，趨向光的為正趨光性，背離光的為避光性或負趨光性。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，光的波長和強度在其所感受的范圍內時，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，主要包括復眼和單眼。且昆蟲的視覺器官是一個整體，需要復眼和單眼共同獲取和分析外界信息。

2.3 昆蟲趨光行為的機制

昆蟲趨光行為的機制是依靠身體兩側的感光器官把同等量的光刺激強度傳到中樞神經。若右側的感光器官所接受的光刺激強于左側的感光器官，昆蟲身體就會向右側偏轉，直到使兩側感光器官所接受的光刺激強度保持平衡。若使昆蟲的一側感光器官致盲，昆蟲就會連續(xù)朝光刺激的方向轉動，直到使另一側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，應至少取30只金龜子（蟲體健康，體型大小相似，雙眼正常）進行實驗。在紙盒的側壁底邊開小孔，讓光透過小孔照射進盒內，形成點光源。將點光源分別設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。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，應至少取30只金龜子（蟲體健康、體型大小相似、雙眼正常）進行實驗，在金龜子正前方設置點光源，觀察金龜子的行為。注意：實驗遵循前后自身對照原則，每只金龜子先進行A組實驗，再進行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?。▽嶒灲M）。

（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）實驗結論：金龜子的感光器官是復眼，依靠復眼感受光的刺激而表現(xiàn)趨光行為。

4.2.2 探究二：金龜子趨光行為機制

（1）實驗過程：黑暗環(huán)境下，在金龜子正前方設置點光源，至少取30只金龜子（蟲體健康、體型大小相似、雙眼正常）進行實驗。注意：實驗遵循前后自身對照原則，每只金龜子先進行C組實驗，隨后進行D組實驗；待指甲油自然脫落后，再進行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，并轉到一定位置停止；E組實驗中，金龜子身體向左轉，并轉到一定位置停止。

為了使學生充分理解實驗現(xiàn)象的內在原理，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。在轉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，并轉到兩眼感光平衡時為止。

（3）實驗結論：當兩復眼感光不平衡時，金龜子會轉向光刺激強的一側，直到感光平衡為止，說明金龜子的趨光行為與兩復眼感光平衡有關。

5 總結思考

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，還屬于經驗型，他們的邏輯思維需要感性經驗的直接支持。以上一系列動手實驗對培養(yǎng)中學生的科學思維、提高學生科學探究能力，以及培養(yǎng)學生的生物學學科核心素養(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，教師應課前做好預實驗，了解金龜子的活動規(guī)律，才能正確引導學生開展實驗。因此，為幫助廣大教師順利完成該技能訓練的教學，筆者分享了自己拍攝的實驗視頻，便于教師引導學生對金龜子的趨光行為進行探究和思考。此外，若條件允許，學生還可選取其他感興趣的昆蟲，嘗試進行該探究實驗過程，加深對昆蟲趨光性的理解。