家蚕系列实验开发

陈茹吉 （常州市同济中学 江苏常州 213000）

实验教学是促成学生达成生物学学科核心素养的重要支撑[1]。我国家蚕饲养历史悠久，且技术成熟，依托现有的先进养殖设备，早已实现了全年养蚕。以家蚕为实验材料，易获取、成本低，既能使实验的进行不受季节限制，顺应生物学学科教学进度、顺应学生随时产生的探究想法，又能使实验在学校、家庭同时开展，将学生生物学学科核心素养的养成贯彻于学校学习和家庭生活之中。每个实验的重、难点不同，对于学生生物学学科核心素养的培养具有不同的价值。

1 饲养准备

为实现全年养蚕，给家蚕营造适宜的环境。温度过低时，可使用光照培养箱、爬虫饲养保温箱或自制保温箱；使用加湿装置和石灰粉调节湿度。同时，学习养蚕防病的基本方法，确保实验顺利进行。

本实验材料家蚕品种为华康2号。饲养使用智能光照培养箱（合肥科尼达科学仪器责任有限公司），设置温度为26℃，每天10 h光照，湿度控制在75%左右。

2 实验设计及应用

2.1 探究温度对蚕卵孵化的影响 家蚕的生命活动主要受温度、光照、湿度等因素的影响，其中，温度对家蚕生命活动的影响最为明显。

材料：蚕卵。

实验过程：将同批、同种的蚕卵60枚均分为A、B、C 3个组，按照表1中的实验条件进行处理。每天观察并在表2中记录蚕卵孵化的数量，同时进行3次重复实验。计算不同温度下孵化所需的平均时间。

表1 探究温度对蚕卵孵化的影响对照实验设置

表2 不同温度下蚕卵孵化的数量（单位：个）

应用建议：在探究实验设计中，单一变量原则是对照实验最关键的原则，通过设置实验变量和控制无关变量实现。引导学生讨论如何操作实现温度这一实验变量，控制湿度、光照等无关变量，提升学生设计对照实验的能力。计算不同温度下孵化所需的平均时间：26℃平均孵化时间为9.2 d，22℃平均孵化时间为12.1 d，18℃平均孵化时间为24 d。分析实验结果发现，温度越低，蚕卵发育越缓慢，孵化时间越长。如果温度过低，蚕卵将停止发育，无法孵化，理解生物的生存依赖一定的环境。

2.2 观察家蚕的发育过程 家蚕属于完全变态发育的昆虫，一个世代要经过卵、幼虫、蛹、成虫4个阶段。家蚕的一生经历6次蜕皮：4次幼虫蜕皮和2次变态蜕皮。家蚕在幼虫化蛹和羽化成蛾时要进行蛹化蜕皮和羽化蜕皮，这2次变态蜕皮使虫体的形态产生显著的变化。

材料及用具：蚕卵、强光手电。

实验过程：饲养家蚕，观察蚕卵的孵化过程、幼虫的发育过程（例如，幼虫的蜕皮过程、蜕皮次数、蜕皮与虫龄的关系、蜕皮后虫体大小的变化等）、吐丝结茧的过程及变态蜕皮的过程。家蚕的变态蜕皮发生在蚕茧内部，不易观察，需记录家蚕开始吐丝的时间。每天用强光手电检查茧内情况，待家蚕吐丝结束，不再附着在蚕茧内壁上（一般从吐丝开始3 d），用剪刀将蚕茧剪开，遮光培养，可观察到吐丝结束的家蚕身体僵白色，经蜕皮化蛹，蛹体颜色由浅黄逐渐变成深黄棕色，后期变软起皱，2周左右蜕皮成蛾。

应用建议：该实验能完善学生对家蚕发育过程的认识。家蚕的蛹化蜕皮和羽化蜕皮时间受自身发育差异、外界饲养环境的影响，实验观察通常存在误差，因此，不能一次观察成功。教师应鼓励学生更细心，更有耐心，锲而不舍重复尝试，培养执着的探索精神。通过对该实验的观察使学生感受生命的神奇，从而倍加珍爱生命。

2.3 探究家蚕在不同物体表面附着力的强弱 家蚕胸部有3对足，腹部有5对足。胸足可持桑叶，帮助进食。腹足有趾钩，可附着在物体上，使身体的前半部分抬起，进行各项生命活动。足分节，在神经系统的调控下通过肌肉的收缩和舒张灵活运动。

材料及用具：五龄家蚕、放大镜、不同附着材料（光面复写板、玻璃、丝绒、兔毛、卡纸、桌椅防护垫、毛毡垫等）。

实验过程：在斜面上铺设附着材料，将家蚕放置在附着材料上，观察家蚕的附着能力。家蚕无法附着在光滑的材料（例如，光面复写板、玻璃）上，也不能附着在纤维整齐垂直于爬行平面的材料（例如，丝绒、兔毛）上，但可附着在纤维交错的材料（例如，卡纸、桌椅防护垫、毛毡垫）上。增加斜面坡度，家蚕在桌椅防护垫、毛毡垫等纤维质感更强的材料上附着力更强，甚至能轻松倒挂。在分离家蚕与附着材料时，用羽毛轻刷家蚕的足，使其主动松开附着材料，由此可感知家蚕在神经系统的调控下通过肌肉的收缩和舒张灵活运动。最后，使用放大镜观察家蚕的足。

应用建议：科学思维是理论和证据相互协调的过程[2]。学生依据养蚕经验，会对“家蚕在什么样的物体表面附着力强？”这一问题作出各种假设。通过实验，学生发现实验结果与假设并不完全一致。通过放大观察家蚕的足，获取新的证据完善家蚕足分节，腹足有趾钩，使其运动灵活、顺利结茧的认知，认同“结构与功能相适应”这一生物学观点。

2.4 香烟烟雾对不同蚕龄家蚕毒性的比较研究

香烟燃烧产生的烟雾中含有3 000多种有害的化学物质，能使家蚕中毒死亡。不同蚕龄的家蚕对香烟烟雾的抵抗力不同，可通过受香烟烟雾作用后出现中毒症状的快慢及死亡率体现，出现中毒症状越快、死亡率越高，说明烟雾对该蚕龄家蚕的毒性越强。

材料及用具：四龄及五龄培养48 h以上的家蚕、气体收集装置（图1），饲养盒（19 cm×12.5 cm×7.5 cm）。

实验过程：A、B饲养盒按照表3中的实验条件进行处理。观察比较不同蚕龄家蚕出现中毒症状的快慢，20 min后将实验的家蚕进行隔离透气保温培养24 h，记录比较家蚕死亡数量并计算死亡率（表4）。进行3次重复实验。

表3 香烟烟雾对不同蚕龄家蚕毒性的比较实验对照设置

表4 香烟烟雾对不同蚕龄家蚕毒性的比较实验记录

应用建议：观察是重要的探究技能。实验中引导学生观察家蚕香烟烟雾作用后出现的症状：家蚕先是烦躁不安，然后胸部逐渐膨大，头胸昂起向背后弯曲，随病势进展，头低垂，吐出大量绿色或褐色胃液。通过比较，四龄家蚕出现中毒症状比五龄家蚕快。分析实验结果，A和B进行对照，说明烟雾对家蚕有毒害作用，甚至导致家蚕死亡。B组中四龄和五龄进行对照，蚕龄小的家蚕死亡率高，说明蚕龄小的家蚕对香烟烟雾毒性耐受力更差。加强学生对吸烟有害健康，且烟雾对幼年个体毒性更强的认识，树立拒绝吸烟的健康生活态度，自觉承担抵制不良生活习惯的社会责任。

2.5 探究保幼激素对家蚕发育的影响 保幼激素是一类保持幼虫性状的激素，是调节家蚕生长发育的重要激素。

材料及用具：0.2%保幼激素溶液（由天邦蚕业专业合作社提供的“昆虫保幼激素可溶性粉”与纯净水配制而成）、刚蜕皮的五龄家蚕、喷雾瓶。

实验过程：A、B 2个组各10只家蚕。蜕皮结束正常进食后，从培养盒中取出，A组体喷纯净水，B组体喷保幼激素溶液，以全身喷湿为宜，自然晾干后放回培养盒。每天处理一次，至对照组吐丝停止体喷，每天早、晚2次观察并记录五龄经过（从蜕皮成五龄蚕至化蛹）的时间（表5）。进行3次重复实验，计算五龄经过的平均时间。

表5 五龄期经过的时间（单位：d）

应用建议：保幼激素在蚕业的应用已是成熟技术。借鉴已有的科研成果，结合自己的研究目的制定研究方案，可有效避免实验的盲目性，提高实验的成功率。这一过程离不开归纳与概括、演绎与推理、批判性思维、创造性思维等科学思维。实验前指导学生阅读药物说明，可知按照说明书的用量（0.15%～0.3%浓度在五龄中期使用一次）可延长家蚕五龄龄期10 h，实验结果难观察。查阅文献发现保幼激素通常可使家蚕五龄期延长1～1.5 d，多次体喷的增产效果比常规一次体喷增产效果显著[3]。实验中指导学生确定药物浓度时参考药物说明书，通过增加体喷次数增加药物总用量，以尽可能延长五龄期，使实验结果易于观察，有助于发展学生的科学思维。通过分析实验结果，施加保幼激素的家蚕化蛹时间推迟，以此帮助学生理解激素对生命活动起调节作用。

3 反思

以家蚕为实验对象，学生可进行许多感兴趣的实验，例如，探究温度对家蚕背血管搏动的影响，探究酸雨、空气污染、水污染、杀虫剂、厨房油烟等对家蚕生活的影响，探究蜕皮激素对家蚕发育的影响，探究家蚕的觅食行为，探究蚕蛾的通讯行为等。关注方法的提炼有助于支持学生进行更多探究；而更多的探究，使学生能积极主动获取生物学知识，掌握科学研究的思路和方法，养成科学思维的习惯等，真正将生物学学科核心素养贯彻于学习和生活之中。