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以蟑螂为研究材料的系列化综合探究活动设计
发布者: 发布时间:2020/10/15 阅读:323

以蟑螂为研究材料的

系列化综合探究活动设计

 

胡枝子 胡继飞 

 

摘要 将蟑螂作为科学探究的实验材料不失为一种很有意义的选择。共设计了18项科学探究性活动项目,包括项目提示和活动的步骤方法。建议采用小组合作和项目式学习,并突出合作意识和探究能力的培养。

关键词 蟑螂;科学探究;综合实践活动;项目设计

 

青年科学家郭申元17岁时就在《自然与人》杂志上发表论文《上海的蟑螂数量将和纽约不相上下》1,引起我国著名遗传学家谈家桢院士关注,并被特招到复旦大学生物系学习。当时还是中学生的郭申元独立自主地选择蟑螂进行科学研究并撰写论文,后成为中国当代杰出的青年科学家,曾一度成为我国科学教育史上的佳话2蟑螂学名蜚蠊,是一种世界性和最常见的昆虫,几乎是无处不在、无人不晓。受此启发,我们是否可以让中小学生利用蟑螂进行更多的科学探究活动呢?笔者设计了一系列的科学实践活动。

1 调查当地室内蟑螂的种类

该项目只在让学生亲身体验小型动物的分类识别与调查统计方法。蟑螂种类众多,目前世界上已知3500多种,我国有170多种,包括家栖种群和野生种群。教师只需要提供《动物志》或者《昆虫图谱》之类的工具书,学生就可以自己利用蟑螂的形态结构进行分类识别。

主要步骤和方法:(1)通过课外书籍学习和掌握常见蟑螂的分类知识;(2)分别在居室、食品厂、饮食店、商店等处捕捉蟑螂;(3)对蟑螂进行分类鉴定和统计分析;(4)完成小组调查报告,并在同学中交流。

2 探究影响蟑螂分布的环境因素

本项探究活动主要让学生初步掌握“问题——假设——验证——结论”的科学研究方法,尤其是对照实验设计,并学会表达和交流。影响蟑螂分布的环境因素有很多,包括光照、湿度、温度和食物等,可以根据不同的影响因素分别设计实验研究方案。

主要步骤和方法包括:(1)在居室、饮食店或食品厂等处捕捉蟑螂,并观察和记录蟑螂的生活环境;(2)绘制蟑螂的室内分布图,根据分布图对影响蟑螂分布的环境因素作出假设;(3)根据假设分组设计各自的实验研究方案并加以实施;(3)完成小组研究报告,并交流。

3 蟑螂危害性的调查

该探究活动能够很好地培养学生文献检索、科学调查、小组合作和表达交流等多种能力,尤其是掌握进行社会调查和人际交往的技能与方法。蟑螂的危害包括传播疾病、造成生产事故、破坏衣物食品等。

主要步骤和方法包括:(1)查阅有关资料,了解蟑螂有哪些危害;(2)走访家庭和工厂、商店业主等,了解蟑螂造成的实际危害;(3)走访当地卫生防疫站,获得当地历年更全面的相关资料;(4)完成小组调研报告,并在同学中交流和向社会作宣传。

4 蟑螂的食性与食量的实验研究

本项探究活动能够让学生初步掌握控制实验条件和定量研究的基本方法。不同种类的蟑螂,其食性(口味)有较大不同,目前对此并无具体的文字记载。蟑螂食量的研究更是属于填补科学资料空白的探究活动,变量控制很重要。

主要步骤和方法包括:(1)查阅文献资料和走访家庭和单位,了解蟑螂的食性;(2)捕捉蟑螂进行饲养;(3)提出蟑螂食性的假设,设计蟑螂食性实验方案并加以实施;(4)完成小组研究报告,并交流。

5 蟑螂耐饥性和耐渴性的实验研究

该探究活动也重在让学生初步掌握控制实验条件和定量研究的基本方法。蟑螂耐饥不耐渴,且蟑螂不同性别和不同种类的耐性也不一样。关于蟑螂的耐饥性和耐渴性,目前的科学资料有些记载但不够全面和不够具体。

主要步骤和方法包括:(1)捕捉不同种类的蟑螂进行饲养;(2)设计研究蟑螂耐饥性和耐渴性的实验方案;(3)选择不同种类的蟑螂分别进行实验;(4)完成小组研究报告,并交流。

6 蟑螂致死温度的实验研究

本项探究活动同样侧重让学生掌握控制实验条件和定量研究的基本方法。蟑螂的致死温度包括最高致死温度和最低致死温度,种类不同致死温度也不同,目前的科学资料也没有完整和准确的文字记载,该项研究具有很好的探究价值。

主要步骤和方法包括:(1)捕捉不同种类的蟑螂进行饲养;(2)设计研究蟑螂致死温度的实验方案;(3)选择不同种类的蟑螂进行实验;(4)完成小组研究报告,并交流。

7 蟑螂再生能力的实验研究

本项探究活动只在让学生初步掌握“问题——假设——验证——结论”的科学研究方法,以及饲养小型动物的基本技能。目前科学资料有相关的文字记载,但比较笼统。实验周期较长,要求学生具有较好的饲养蟑螂和观察蟑螂身体变化的技能。

主要步骤和方法包括:(1)捕捉蟑螂进行饲养;(2)提出能再生器官的假设,并设计研究蟑螂再生性的实验方案;(3)选择切除蟑螂不同部位分别观察再生情况,记录并分析;(4)完成小组研究报告,并交流。

8 蟑螂损伤对蜕皮次数的影响

本项探究活动重在培养观察力、意志力和掌握对比实验研究的基本方法。蟑螂受损伤后蜕皮次数会发生改变,且不同的损伤其影响会不一样,但目前科学资料对此没有太多具体记载。本项目实验周期较长,对学生的意志力是一种很好的锻炼。

主要步骤和方法包括:(1)捕捉蟑螂进行饲养;(2)通过资料和预实验了解熟悉观察蟑螂蜕皮的方法;(3)设计并实施对比实验研究方案;(4)完成小组研究报告,并交流。

9 寻找蟑螂“顺风耳”的实验研究

本项探究活动有助于培养学生的实验解剖与观察技能,以及初步掌握“假设——验证——结论”的基本研究方法。蟑螂的听觉很灵敏,尾须上有一个神秘的逃避系统。本研究就是通过实验来寻找蟑螂听觉器官的具体位置以及了解蟑螂听觉器官的形态结构。

主要步骤和方法包括:(1)捕捉蟑螂进行饲养;(2)学生结合自己的观察和经验,提出问题和假设;(3)查阅资料,设计并实施寻找蟑螂“顺风耳”的实验方案;(4)用放大镜和解剖显微镜观察和描述“顺风耳”的形态结构,并对发生机制作出推测;(5)完成小组研究报告,并交流。

10 寻找蟑螂生物钟的实验研究

本项探究活动有助于培养学生的实验解剖与观察技能,尤其是初步掌握对照实验的研究方法。蟑螂的生物钟较早被科学家所研究,通过人为控制白天和黑夜来进行对比实验研究,发现蟑螂的生物钟就是位于咽下神经节的分泌细胞,科学文献资料对此有简单的描述和说明。

主要步骤和方法包括:(1)捕捉蟑螂进行饲养;(2)通过实地观察和生活经验,提出假设;(3)查阅资料,设计并实施寻找蟑螂“生物钟”的实验方案;(4)查阅资料进一步了解蟑螂生物钟的具体位置和结构,并尝试进行解剖观察;(5)完成小组研究报告,并交流。

11 蟑螂外信息素的实验研究

本项探究活动旨在让学生初步掌握“假设——验证——结论”的和对照实验的研究方法。活动中可以参阅有关昆虫信息素的文献资料。

主要步骤和方法包括:(1)捕捉蟑螂进行饲养;(2)通过实地观察和生活经验,提出假设;(3)查阅资料,设计并实施证明蟑螂信息素作用的实验方案;(4)完成小组研究报告,并交流。

12 蟑螂爬行速度的测量

本项探究活动侧重于掌握科学测量和建立数学模型的基本方法。该探究活动较为简单,可以增加实验变量,包括蟑螂的不同种类和不同的温度条件等,适合于低年级学生和研究能力相对不足的学生。

主要步骤和方法包括:(1)捕捉蟑螂进行饲养;(2)设计并实施研究蟑螂爬行速度的测量方案;(3)完成小组研究报告,并交流。

13 蟑螂产卵行为的观察

本项探究活动侧重于初步掌握科学观察和记录的基本方法。本探究活动需要在夜间进行,注意安全。目前的科学资料对蟑螂的产卵行为有过一些描述,但不够具体,而且不同种类蟑螂的产卵行为差别很大。

主要步骤和方法包括:(1)捕捉蟑螂进行饲养;(2)查阅资料,了解蟑螂的产卵习性;(3)观察和记录蟑螂的产卵过程;(4)有条件者,继续观察其它种类蟑螂的产卵行为,并作比较;(5)完成小组研究报告,并交流。

14 蟑螂繁殖能力的观察与计算

本项探究活动侧重于初步掌握科学研究中文献、观察、统计和推理计算的基本方法。有相关的文献资料可供参考。初中可以主要做繁殖速度的简单计算,掌握昆虫繁殖力计算公式及其应用;高中则可以从种群生态学的角度进行探讨,建立种群数量增长模型甚至计算种群基因频率的变化。

主要步骤和方法包括:(1)捕捉蟑螂进行饲养;(2)查阅资料,了解蟑螂的繁殖习性;(3)了解取平均数的研究方法;(4)观察和收集卵鞘,并统计产卵数;(5)搜集文献资料,计算三年中蟑螂的繁殖速度或者建立种群生态学模型;(6)完成小组研究报告,并交流。

15 蟑螂季节消长规律的调查研究

本项探究活动侧重于初步掌握科学研究中个体密度调查和抽样调查的基本方法。受气温等影响,蟑螂存在季节消长规律,且地区之间有明显不同。本项目研究周期较长,可以采用小组接力的方式来完成。

主要步骤和方法包括:(1)了解蟑螂的生活习性;(2)学会调查蟑螂密度的方法;(3)设计并实施研究蟑螂消长规律的调查方案(以半年或一年为周期);(4)制作蟑螂消长规律曲线图;(5)完成小组研究报告,并交流。

16 市售药物灭虫效果的实验研究

本项目侧重于对照实验的科学方法和STSE科学观的培养。目前杀灭蟑螂的药物有很多,主要包括有机磷杀虫剂、氨基甲酸酯杀虫剂和拟除虫菊酯杀虫剂三大类,总共有20多种具体的化学药品。3但市售的常见灭蟑药品只有不到10种不同品牌。

主要步骤和方法包括:(1)捕捉不同种类的蟑螂进行饲养;(2)了解市场上的灭蟑药物,并比较各自利弊,包括对环境的污染;(3)设计并实施实验条件下灭虫效果的研究方案;(4)设计并实施自然条件下灭虫效果的研究方案;(5)完成小组研究报告,并交流:(6)尝试与灭蟑螂药物生产厂商进行沟通,扩大研究成果的影响。

17 蟑螂防治方法的讨论、设计与实验

本项探究活动侧重于培养学生的发散思维能力、实验设计能力,尤其是体验STEM的项目式学习。

主要步骤和方法包括:(1)捕捉蟑螂进行饲养;(2)在收集资料的基础上,运用头脑风暴法来讨论防治蟑螂有哪些尽可能多的方法;(3)小组合作设计和制作一种新的防治方法及其实验装置,并在实验条件下和自然条件下研究这种方法的灭虫效果;(4)完成小组研究报告,并交流。

18 蟑螂标本的制作与科普宣传

本项目侧重于培养学生动手制作标本的能力和服务社会的意识,并了解昆虫的不完全变态发育生活史。小学科学和中学生物课程都取消了生物标本制作的内容,主要是为了体现“珍爱生命”的教育理念。但这并不代表在国家课程之外的科技活动中不能制作生物标本,而且用常见害虫蟑螂制作标本更可以一举两得。

主要步骤和方法包括:(1)收集不同种类的蟑螂;(2)查阅资料了解昆虫标本的制作方法,并交流和确定制作方案;(3)尝试不同的制作方法,并比较效果;(4)制作成虫标本和蟑螂生活史(不完全变态发育)标本;(5)利用标本走进社区进行科普宣传,尤其是宣传蟑螂的识别、危害和防治方法。

以上是基于蟑螂而设计的18个系列化科技活动项目,可以作为校本课程或综合实践活动来开设,有助于培育学生的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等学科核心素养。这里还需要作出三点补充说明,一是教师要特别注意学生的卫生和安全,一些有危险性的项目,教师应亲自参与和指导,并且要得到学生家长的支持;二是应采用小组合作和项目学习的方式,建议按照项目成立若干研究小组,采用“选题建组计划研究总结答辩”的活动流程,并组织一次研究成果展示活动,让各小组进行展示和交流;三是多数项目可以将蟑螂替换成其他小动物(鼠妇、黄粉虫和金鱼等)来开展科学实践活动,而且探究的内容也可以进一步拓展。

 

基金项目:中央财政支持地方改革发展基金项目《生物及科学教学法实验室建设》,No.2018052155

 

参考文献

  1. 郭申元.上海的蟑螂数量将和纽约不相上下[J].自然与人,1989,(1):34-35

  2. 胡继飞,郑晓蕙.生物学教育心理学[M].广州:广东高等教育出版社,2002159

  3. 江雪峰.蟑螂的危害和杀灭蟑螂的方法[M].北京:人民军医出版社,198571-79


 
 

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