實(shí)驗(yàn)探究

1問題和困惑

我經(jīng)?？春秃教煊嘘P(guān)的知識(shí)，有時(shí)希望自己是孫悟空，可以翻一個(gè)筋斗云上天去看看。我知道我國(guó)已經(jīng)在天宮空間站上培育過植物，比如水稻，觀察其在微重力環(huán)境下生長(zhǎng)與在地球上有什么不同。而神舟十八號(hào)已經(jīng)送魚上太空了，航天員會(huì)在天宮空間站上觀察其在太空里的行為。航天員的選拔非常嚴(yán)格，要進(jìn)行轉(zhuǎn)椅訓(xùn)練、離心機(jī)訓(xùn)練等各種訓(xùn)練。那將魚送上太空，它需不需要做訓(xùn)練？訓(xùn)練的話，魚會(huì)不會(huì)難受？會(huì)不會(huì)眩暈？行為又有什么不一樣呢？這些問題困擾著我，可我又找不到好的途徑解決這個(gè)問題。正當(dāng)我不知該怎么辦的時(shí)候，國(guó)家自然博物館“小小研究生”水生生物班給我提供了這樣的機(jī)會(huì)。

2實(shí)驗(yàn)方案

這次研究我選擇了金魚作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。而如何旋轉(zhuǎn)既可以滿足課題的要求，又不會(huì)傷到金魚是這次實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，于是我和盧老師討論了2個(gè)方案：

方案1.把金魚放在桶里，拿一根筷子快速攪動(dòng)水，使水形成漩渦，帶動(dòng)水里的金魚旋轉(zhuǎn)起來。

方案2.把金魚放在一個(gè)瓶子里擰緊蓋子，然后拿一根繩子拴住瓶子，接著甩開胳膊使勁掄，模擬轉(zhuǎn)椅旋轉(zhuǎn)。

我想如果選擇方案2，那么快速掄胳膊旋轉(zhuǎn)瓶子的話，金魚可能會(huì)碰撞到瓶子，如果撞暈了會(huì)影響我的實(shí)驗(yàn)，無法判斷魚是轉(zhuǎn)暈的還是撞暈了。同時(shí)如果不小心把瓶子甩出去摔碎了，導(dǎo)致金魚摔在地上死掉，也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)。所以我決定采用方案1，這個(gè)方案更容易觀察金魚的狀態(tài)。

在實(shí)驗(yàn)開始前，我把金魚的大小進(jìn)行了區(qū)分，體長(zhǎng)4～7厘米的記錄為小魚，體長(zhǎng)大于7 厘米的記錄為大魚。

3實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)1

取14條金魚，平均隨機(jī)分為兩組（包括小魚和大魚），每組7 條，一組為實(shí)驗(yàn)組，一組為對(duì)照組。將實(shí)驗(yàn)組金魚每次一條進(jìn)行3 次旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)組金魚旋轉(zhuǎn)后的活動(dòng)現(xiàn)象與對(duì)照組金魚的區(qū)別，作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)判斷金魚是否眩暈的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)觀察并記錄不同體形大小金魚的恢復(fù)時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果1：旋轉(zhuǎn)會(huì)讓金魚產(chǎn)生眩暈的表現(xiàn)

眩暈的金魚會(huì)表現(xiàn)出沉底、身體無力、行動(dòng)緩慢或靜止，以及拒食的現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)后眩暈明顯的金魚，其可能無法控制身體自由游動(dòng)。如表1所示，暈得嚴(yán)重的金魚，會(huì)在水底游動(dòng)或不動(dòng)，將其撈到水面后，也會(huì)一直潛到水底，基本不吃食。而暈得比較輕的金魚，則會(huì)在中上部游動(dòng)，并且游動(dòng)片刻后就會(huì)吃食。

表1 金魚旋轉(zhuǎn)前后行為狀態(tài)對(duì)比

█有撲動(dòng) □無撲動(dòng)或輕微撲動(dòng) ◆隨意游動(dòng) ◇中下部游動(dòng)或不游動(dòng)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果2：大魚比小魚更容易從眩暈中恢復(fù)

由圖4可看出，小魚的平均恢復(fù)時(shí)間為358.9秒，大魚的平均恢復(fù)時(shí)間為38.1秒。這說明在同樣的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)下，魚的體形越小，恢復(fù)時(shí)間越長(zhǎng)；體形越大，恢復(fù)時(shí)間就越短。

實(shí)驗(yàn)2

另取40條金魚平均隨機(jī)分為4組，分別是10條作為對(duì)照組，另外30條為實(shí)驗(yàn)組：實(shí)驗(yàn)1 組（序號(hào)1-10，旋轉(zhuǎn)50圈組），實(shí)驗(yàn)2組（序號(hào)11-20，旋轉(zhuǎn)100圈組），實(shí)驗(yàn)3組（序號(hào)21-30，旋轉(zhuǎn)150圈組）。每組魚每次一條在小桶中旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)組別的圈數(shù)后放到大桶中。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖5可得，旋轉(zhuǎn)50圈的金魚恢復(fù)時(shí)間平均為154.7秒，旋轉(zhuǎn)100圈的金魚恢復(fù)時(shí)間平均為216.7秒，旋轉(zhuǎn)150圈的金魚恢復(fù)時(shí)間平均為222秒。這說明旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)越多，會(huì)讓金魚處于一種更深度、更難以恢復(fù)的眩暈狀態(tài)，金魚的恢復(fù)時(shí)間也更長(zhǎng)。

實(shí)驗(yàn)3

將上述實(shí)驗(yàn)中平均恢復(fù)時(shí)間最長(zhǎng)的一組金魚選出來進(jìn)行訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)，連續(xù)訓(xùn)練5 天，并記錄恢復(fù)時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選6 條金魚進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每天對(duì)其進(jìn)行眩暈訓(xùn)練，記錄恢復(fù)時(shí)間。這批金魚經(jīng)過一次次訓(xùn)練后，恢復(fù)正常所用的時(shí)間逐漸減少，提示金魚的眩暈恢復(fù)能力可以通過人為的訓(xùn)練得到提升。訓(xùn)練的次數(shù)越多，平均恢復(fù)時(shí)間就越短。由圖6可得，第1天金魚的平均恢復(fù)時(shí)間為159.7 秒，而到了第5天金魚的平均恢復(fù)時(shí)間僅為7.1秒。

4實(shí)驗(yàn)總結(jié)

從本次實(shí)驗(yàn)可以看出來，魚如果真的做類似旋轉(zhuǎn)的訓(xùn)練，它也是會(huì)眩暈的。我國(guó)航天事業(yè)現(xiàn)在處于高速發(fā)展的階段，如果送魚上太空進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，它處于眩暈狀態(tài)甚至死亡，那么就會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的開展。所以本研究的結(jié)論提示，可以選擇體形較大、經(jīng)過嚴(yán)格眩暈訓(xùn)練、篩選的魚類個(gè)體送上太空，來完成任務(wù)。同時(shí)，經(jīng)過眩暈訓(xùn)練的魚也會(huì)更好地在太空中生存，避免實(shí)驗(yàn)沒完成就死掉。

這次實(shí)驗(yàn)是以金魚為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，那其他魚類呢，是否也會(huì)有同樣的反應(yīng)？另外金魚屬于小型魚類，那大型魚類呢？除了魚類的其他海洋生物呢？越來越多的疑問出現(xiàn)在腦海，越來越多的謎題等著我用實(shí)驗(yàn)一步步解開。

在盧老師的引導(dǎo)下，我成功完成了課題的研究，取得了滿意的研究成果。課題研究的過程就像唐僧師徒四人去西天取經(jīng)一樣，有時(shí)候枯燥，有時(shí)候煩惱，而取得成果的時(shí)候就像打贏妖怪、取得真經(jīng)一樣興奮！科學(xué)研究之路有荊棘也有鮮花。奮斗吧，少年！未來是我們的世界，讓夢(mèng)想成真吧！

指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)

今年4 月，神舟十八號(hào)飛船給中國(guó)空間站的天和核心艙送去了特殊的客人——4 條實(shí)驗(yàn)用的斑馬魚。科研人員發(fā)現(xiàn)這些魚在微重力下表現(xiàn)出腹背顛倒游泳、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)圈等定向行為異?，F(xiàn)象。

研究各種動(dòng)物在太空中的行為表現(xiàn)是我們國(guó)家探索宇宙的必做功課。陳思潔同學(xué)從小對(duì)航天充滿了熱愛和好奇，她從航天員的旋轉(zhuǎn)眩暈訓(xùn)練得到啟發(fā)，小魚上太空是否也會(huì)眩暈？眩暈是否會(huì)影響它們的表現(xiàn)？通過訓(xùn)練，魚的抗眩暈?zāi)芰κ欠衲茉鰪?qiáng)？面對(duì)一個(gè)個(gè)問題，陳思潔同學(xué)通過巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得到了解答。

有時(shí)候科學(xué)研究并沒那么高深玄奧，它就在我們身邊，人人都可以是“小科學(xué)家”，就看你有沒有一顆善于發(fā)現(xiàn)的心。

※該實(shí)驗(yàn)獲得第二十四屆北京市中小學(xué)生金鵬科技論壇活動(dòng)一等獎(jiǎng)。