“昆虫趋光性”实验的检验和在教学中的拓展探究

于梦书 欧丹霞 周 琼*

（1.湖南师范大学生命科学学院 湖南长沙 410081）

（2.湖南省长沙市明德洞井中学 湖南长沙 410007）

1 实验内容与教材的联系

《义务教育生物学课程标准（2011年版）》中明确指出：“在学习动物的行为时，教师应注意引导学生到周围环境中去观察动物的行为，培养学生的观察能力和学习兴趣。”人教版生物学在八年级上册第二章第三节的技能训练中提出：不少昆虫有趋向光源的习性，并要求学生根据已有生活经验作出假设，任选昆虫，设计检验其是否有趋光性的实验。但该实验操作繁琐，费时较长，难以在课堂内呈现，且现有关昆虫趋光性实验的课程资源稀少，以致于此技能训练无法达到预期的教学效果。

笔者根据昆虫的形态特征和行为习性，选取金龟子作为实验材料，设计并检验“金龟子是否有趋光性”的实验，为昆虫趋光性实验提供课程资源。在此基础上，为了进一步促进学生科学思维的发展和科学探究能力的培养，利用昆虫的趋光性以及趋光行为与两眼感光平衡有关的机制，创新设计出“探究金龟子的感光器官”和“探究金龟子趋光行为机制”的探究性实验，使学生深刻理解昆虫的趋光性。

2 实验原理

2.1 昆虫的趋光性

昆虫的趋光性是指某些昆虫对光刺激产生感应而表现出定向运动的行为习性，对其觅食、栖息等具有十分重要的意义。不同昆虫对特定范围光谱的趋性有正、负之分，趋向光的为正趋光性，背离光的为避光性或负趋光性。具有正趋光性的昆虫如夜蛾、金龟子等，可见光谱的波长范围为250～750 nm，如果环境条件适宜，光的波长和强度在其所感受的范围内时，昆虫就会表现明显趋向行为。“飞蛾扑火”是最为人们熟知的一种趋光行为。

2.2 昆虫的感光器官

视觉器官是昆虫感受光刺激的器官，主要包括复眼和单眼。且昆虫的视觉器官是一个整体，需要复眼和单眼共同获取和分析外界信息。

2.3 昆虫趋光行为的机制

昆虫趋光行为的机制是依靠身体两侧的感光器官把同等量的光刺激强度传到中枢神经。若右侧的感光器官所接受的光刺激强于左侧的感光器官，昆虫身体就会向右侧偏转，直到使两侧感光器官所接受的光刺激强度保持平衡。若使昆虫的一侧感光器官致盲，昆虫就会连续朝光刺激的方向转动，直到使另一侧正常的感光器官接受不到光刺激为止。

3 实验材料与用具

3.1 实验材料

铜绿丽金龟隶属于节肢动物门昆虫纲鞘翅目丽金龟科，为正趋光性昆虫。由于铜绿丽金龟的翅和体壁均较厚而坚硬，体色艳丽，且单眼退化仅有复眼可以感光视物；同时，材料具有代表性、容易获得，以及雌、雄虫间的趋光性无显著差异，因此是探究趋光性的很好的实验材料。

3.2 实验用具

小手电筒、封闭的纸盒（20×30 cm）、夜视摄像头、黑色指甲油。

4 实验过程

4.1 检验：金龟子是否有趋光性

参照蒋月丽等（2015）的实验条件，在夜间22点～凌晨5点期间，在温度23～25℃、相对湿度75%～80%的条件下，应至少取30只金龟子（虫体健康，体型大小相似，双眼正常）进行实验。在纸盒的侧壁底边开小孔，让光透过小孔照射进盒内，形成点光源。将点光源分别设置在金龟子的正前方、右前方和左前方，观察金龟子的行为反应。一段时间后，在3种不同方位的处理中，金龟子均爬向光源的位置。注意：实验遵循前后自身对照原则，每只金龟子先做点光源位于正前方，接着做点光源在右前方，最后做点光源在左前方。

实验结论：金龟子有正趋光性。

4.2 实验的拓展探究

4.2.1 探究一：金龟子的感光器官

（1）实验过程：黑暗环境下，应至少取30只金龟子（虫体健康、体型大小相似、双眼正常）进行实验，在金龟子正前方设置点光源，观察金龟子的行为。注意：实验遵循前后自身对照原则，每只金龟子先进行A组实验，再进行B组实验。A组：双眼不作任何处理（对照组）；B组：用黑色指甲油将金龟子的双眼完全涂黑遮住（实验组）。

（2）实验现象：A组实验中，金龟子爬向光源；B组实验中，双眼被遮光的金龟子待在原地，基本不移动。

（3）实验结论：金龟子的感光器官是复眼，依靠复眼感受光的刺激而表现趋光行为。

4.2.2 探究二：金龟子趋光行为机制

（1）实验过程：黑暗环境下，在金龟子正前方设置点光源，至少取30只金龟子（虫体健康、体型大小相似、双眼正常）进行实验。注意：实验遵循前后自身对照原则，每只金龟子先进行C组实验，随后进行D组实验；待指甲油自然脱落后，再进行E组实验。C组：两眼不做任何处理（对照组）；D组：用黑色指甲油完全涂黑金龟子左眼，以遮住左眼（实验组）；E组：用黑色指甲油完全涂黑金龟子右眼，以遮住右眼（实验组）。

（2）实验现象：C组实验中，金龟子爬向正前方光源；D组实验中，金龟子身体向右转，并转到一定位置停止；E组实验中，金龟子身体向左转，并转到一定位置停止。

为了使学生充分理解实验现象的内在原理，建议教师课前制作课件或教具，并对实验现象的原因进行分析。C组：因金龟子两眼均能感受光的刺激，且两眼感受到相同且等量的光刺激，感光平衡，故金龟子直走。D组：只有右眼感受到光刺激的金龟子，感受到光的区域在其右边，左眼感受不到光，感光不平衡，于是试图让左眼感受到与右眼同样的光，故金龟子身体向右转。在转动的过程中右眼感受到的光越来越弱，直到两眼均感受不到光时停止，此时两眼感光平衡。E组：与D组同理，只有左眼感受到光刺激的金龟子身体向左转，并转到两眼感光平衡时为止。

（3）实验结论：当两复眼感光不平衡时，金龟子会转向光刺激强的一侧，直到感光平衡为止，说明金龟子的趋光行为与两复眼感光平衡有关。

5 总结思考

昆虫的趋光性是探究和观察动物行为的较好课题。八年级的学生对直观生动的实验视频、探究实验尤其感兴趣，其思维特点是抽象逻辑思维虽然开始占优势，可是在很大程度上，还属于经验型，他们的逻辑思维需要感性经验的直接支持。以上一系列动手实验对培养中学生的科学思维、提高学生科学探究能力，以及培养学生的生物学学科核心素养有较好的帮助。

需要注意的是，昆虫的行为有明显的节律性，如铜绿丽金龟的活动时间一般在夜晚22点～次日凌晨5点。受昆虫活动节律的限制，教师应课前做好预实验，了解金龟子的活动规律，才能正确引导学生开展实验。因此，为帮助广大教师顺利完成该技能训练的教学，笔者分享了自己拍摄的实验视频，便于教师引导学生对金龟子的趋光行为进行探究和思考。此外，若条件允许，学生还可选取其他感兴趣的昆虫，尝试进行该探究实验过程，加深对昆虫趋光性的理解。