家蠶系列實(shí)驗(yàn)開發(fā)

陳茹吉 （常州市同濟(jì)中學(xué) 江蘇常州 213000）

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是促成學(xué)生達(dá)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐[1]。我國家蠶飼養(yǎng)歷史悠久，且技術(shù)成熟，依托現(xiàn)有的先進(jìn)養(yǎng)殖設(shè)備，早已實(shí)現(xiàn)了全年養(yǎng)蠶。以家蠶為實(shí)驗(yàn)材料，易獲取、成本低，既能使實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行不受季節(jié)限制，順應(yīng)生物學(xué)學(xué)科教學(xué)進(jìn)度、順應(yīng)學(xué)生隨時(shí)產(chǎn)生的探究想法，又能使實(shí)驗(yàn)在學(xué)校、家庭同時(shí)開展，將學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成貫徹于學(xué)校學(xué)習(xí)和家庭生活之中。每個(gè)實(shí)驗(yàn)的重、難點(diǎn)不同，對于學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)具有不同的價(jià)值。

1 飼養(yǎng)準(zhǔn)備

為實(shí)現(xiàn)全年養(yǎng)蠶，給家蠶營造適宜的環(huán)境。溫度過低時(shí)，可使用光照培養(yǎng)箱、爬蟲飼養(yǎng)保溫箱或自制保溫箱；使用加濕裝置和石灰粉調(diào)節(jié)濕度。同時(shí)，學(xué)習(xí)養(yǎng)蠶防病的基本方法，確保實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。

本實(shí)驗(yàn)材料家蠶品種為華康2號。飼養(yǎng)使用智能光照培養(yǎng)箱（合肥科尼達(dá)科學(xué)儀器責(zé)任有限公司），設(shè)置溫度為26℃，每天10 h光照，濕度控制在75%左右。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

2.1 探究溫度對蠶卵孵化的影響 家蠶的生命活動(dòng)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(dòng)的影響最為明顯。

材料：蠶卵。

實(shí)驗(yàn)過程：將同批、同種的蠶卵60枚均分為A、B、C 3個(gè)組，按照表1中的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行處理。每天觀察并在表2中記錄蠶卵孵化的數(shù)量，同時(shí)進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。計(jì)算不同溫度下孵化所需的平均時(shí)間。

表1 探究溫度對蠶卵孵化的影響對照實(shí)驗(yàn)設(shè)置

表2 不同溫度下蠶卵孵化的數(shù)量（單位：個(gè)）

應(yīng)用建議：在探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，單一變量原則是對照實(shí)驗(yàn)最關(guān)鍵的原則，通過設(shè)置實(shí)驗(yàn)變量和控制無關(guān)變量實(shí)現(xiàn)。引導(dǎo)學(xué)生討論如何操作實(shí)現(xiàn)溫度這一實(shí)驗(yàn)變量，控制濕度、光照等無關(guān)變量，提升學(xué)生設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)的能力。計(jì)算不同溫度下孵化所需的平均時(shí)間：26℃平均孵化時(shí)間為9.2 d，22℃平均孵化時(shí)間為12.1 d，18℃平均孵化時(shí)間為24 d。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溫度越低，蠶卵發(fā)育越緩慢，孵化時(shí)間越長。如果溫度過低，蠶卵將停止發(fā)育，無法孵化，理解生物的生存依賴一定的環(huán)境。

2.2 觀察家蠶的發(fā)育過程 家蠶屬于完全變態(tài)發(fā)育的昆蟲，一個(gè)世代要經(jīng)過卵、幼蟲、蛹、成蟲4個(gè)階段。家蠶的一生經(jīng)歷6次蛻皮：4次幼蟲蛻皮和2次變態(tài)蛻皮。家蠶在幼蟲化蛹和羽化成蛾時(shí)要進(jìn)行蛹化蛻皮和羽化蛻皮，這2次變態(tài)蛻皮使蟲體的形態(tài)產(chǎn)生顯著的變化。

材料及用具：蠶卵、強(qiáng)光手電。

實(shí)驗(yàn)過程：飼養(yǎng)家蠶，觀察蠶卵的孵化過程、幼蟲的發(fā)育過程（例如，幼蟲的蛻皮過程、蛻皮次數(shù)、蛻皮與蟲齡的關(guān)系、蛻皮后蟲體大小的變化等）、吐絲結(jié)繭的過程及變態(tài)蛻皮的過程。家蠶的變態(tài)蛻皮發(fā)生在蠶繭內(nèi)部，不易觀察，需記錄家蠶開始吐絲的時(shí)間。每天用強(qiáng)光手電檢查繭內(nèi)情況，待家蠶吐絲結(jié)束，不再附著在蠶繭內(nèi)壁上（一般從吐絲開始3 d），用剪刀將蠶繭剪開，遮光培養(yǎng)，可觀察到吐絲結(jié)束的家蠶身體僵白色，經(jīng)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(yīng)用建議：該實(shí)驗(yàn)?zāi)芡晟茖W(xué)生對家蠶發(fā)育過程的認(rèn)識。家蠶的蛹化蛻皮和羽化蛻皮時(shí)間受自身發(fā)育差異、外界飼養(yǎng)環(huán)境的影響，實(shí)驗(yàn)觀察通常存在誤差，因此，不能一次觀察成功。教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生更細(xì)心，更有耐心，鍥而不舍重復(fù)嘗試，培養(yǎng)執(zhí)著的探索精神。通過對該實(shí)驗(yàn)的觀察使學(xué)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(qiáng)弱 家蠶胸部有3對足，腹部有5對足。胸足可持桑葉，幫助進(jìn)食。腹足有趾鉤，可附著在物體上，使身體的前半部分抬起，進(jìn)行各項(xiàng)生命活動(dòng)。足分節(jié)，在神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控下通過肌肉的收縮和舒張靈活運(yùn)動(dòng)。

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

實(shí)驗(yàn)過程：在斜面上鋪設(shè)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(fù)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(cuò)的材料（例如，卡紙、桌椅防護(hù)墊、毛氈墊）上。增加斜面坡度，家蠶在桌椅防護(hù)墊、毛氈墊等纖維質(zhì)感更強(qiáng)的材料上附著力更強(qiáng)，甚至能輕松倒掛。在分離家蠶與附著材料時(shí)，用羽毛輕刷家蠶的足，使其主動(dòng)松開附著材料，由此可感知家蠶在神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控下通過肌肉的收縮和舒張靈活運(yùn)動(dòng)。最后，使用放大鏡觀察家蠶的足。

應(yīng)用建議：科學(xué)思維是理論和證據(jù)相互協(xié)調(diào)的過程[2]。學(xué)生依據(jù)養(yǎng)蠶經(jīng)驗(yàn)，會(huì)對“家蠶在什么樣的物體表面附著力強(qiáng)？”這一問題作出各種假設(shè)。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與假設(shè)并不完全一致。通過放大觀察家蠶的足，獲取新的證據(jù)完善家蠶足分節(jié)，腹足有趾鉤，使其運(yùn)動(dòng)靈活、順利結(jié)繭的認(rèn)知，認(rèn)同“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”這一生物學(xué)觀點(diǎn)。

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(chǎn)生的煙霧中含有3 000多種有害的化學(xué)物質(zhì)，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(xiàn)中毒癥狀的快慢及死亡率體現(xiàn)，出現(xiàn)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(qiáng)。

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

實(shí)驗(yàn)過程：A、B飼養(yǎng)盒按照表3中的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行處理。觀察比較不同蠶齡家蠶出現(xiàn)中毒癥狀的快慢，20 min后將實(shí)驗(yàn)的家蠶進(jìn)行隔離透氣保溫培養(yǎng)24 h，記錄比較家蠶死亡數(shù)量并計(jì)算死亡率（表4）。進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

表3 香煙煙霧對不同蠶齡家蠶毒性的比較實(shí)驗(yàn)對照設(shè)置

表4 香煙煙霧對不同蠶齡家蠶毒性的比較實(shí)驗(yàn)記錄

應(yīng)用建議：觀察是重要的探究技能。實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)學(xué)生觀察家蠶香煙煙霧作用后出現(xiàn)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(jìn)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(xiàn)中毒癥狀比五齡家蠶快。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，A和B進(jìn)行對照，說明煙霧對家蠶有毒害作用，甚至導(dǎo)致家蠶死亡。B組中四齡和五齡進(jìn)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(qiáng)學(xué)生對吸煙有害健康，且煙霧對幼年個(gè)體毒性更強(qiáng)的認(rèn)識，樹立拒絕吸煙的健康生活態(tài)度，自覺承擔(dān)抵制不良生活習(xí)慣的社會(huì)責(zé)任。

2.5 探究保幼激素對家蠶發(fā)育的影響 保幼激素是一類保持幼蟲性狀的激素，是調(diào)節(jié)家蠶生長發(fā)育的重要激素。

材料及用具：0.2%保幼激素溶液（由天邦蠶業(yè)專業(yè)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(shí)驗(yàn)過程：A、B 2個(gè)組各10只家蠶。蛻皮結(jié)束正常進(jìn)食后，從培養(yǎng)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(yǎng)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(jīng)過（從蛻皮成五齡蠶至化蛹）的時(shí)間（表5）。進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，計(jì)算五齡經(jīng)過的平均時(shí)間。

表5 五齡期經(jīng)過的時(shí)間（單位：d）

應(yīng)用建議：保幼激素在蠶業(yè)的應(yīng)用已是成熟技術(shù)。借鑒已有的科研成果，結(jié)合自己的研究目的制定研究方案，可有效避免實(shí)驗(yàn)的盲目性，提高實(shí)驗(yàn)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(chuàng)造性思維等科學(xué)思維。實(shí)驗(yàn)前指導(dǎo)學(xué)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(shí)驗(yàn)結(jié)果難觀察。查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)保幼激素通?？墒辜倚Q五齡期延長1～1.5 d，多次體噴的增產(chǎn)效果比常規(guī)一次體噴增產(chǎn)效果顯著[3]。實(shí)驗(yàn)中指導(dǎo)學(xué)生確定藥物濃度時(shí)參考藥物說明書，通過增加體噴次數(shù)增加藥物總用量，以盡可能延長五齡期，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果易于觀察，有助于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，施加保幼激素的家蠶化蛹時(shí)間推遲，以此幫助學(xué)生理解激素對生命活動(dòng)起調(diào)節(jié)作用。

3 反思

以家蠶為實(shí)驗(yàn)對象，學(xué)生可進(jìn)行許多感興趣的實(shí)驗(yàn)，例如，探究溫度對家蠶背血管搏動(dòng)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(fā)育的影響，探究家蠶的覓食行為，探究蠶蛾的通訊行為等。關(guān)注方法的提煉有助于支持學(xué)生進(jìn)行更多探究；而更多的探究，使學(xué)生能積極主動(dòng)獲取生物學(xué)知識，掌握科學(xué)研究的思路和方法，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣等，真正將生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)貫徹于學(xué)習(xí)和生活之中。