研究鼠妇行为  体验科学方法

(发表于华东师大《生物学教学》2009年第8期，是本人2008年7月到美国学习的成果）

 

 

 

编者按：本文编译自美国Mc Graw Hill Higher Education出版社于2007年出版的Laboratory Manual to accompany of Biology（作者Sylvia S. Mader）一书的第一个实验（Scientific Method），该实验通过一系列有关鼠妇的研究，巧妙地渗透了科学方法的指导，值得老师们借鉴，现在的题目是编者加的。

 

本实验的学习目标

1.1使用科学方法

l         列出科学方法的步骤。

l         区分观察、假设、结论和学说。

1.2观察鼠妇

l         描述一只鼠妇的外部结构，并叙述他的行为与结构的关系。

l         描述鼠妇是如何运动的。

1.3建立假设

l         当进行了充分的观察后提出一个假设。

1.4完成实验

l         设计一个他人可以重复的实验。

l        根据观察和实验得出结论。

 

实验简单介绍

下面一系列的实验将给大家提供一个像科学家一样应用科学方法的机会。科学家通常对其感兴趣的课题进行观察和研究，今天我们研究的课题是鼠妇，一种生活在土壤中的甲壳纲动物。

鼠妇通常生活在潮湿的环境里，例如树叶、岩石下以及房屋的地下室等处，因为鼠妇依靠位于身体下面的鳃呼吸，鳃必须保持略微得潮湿。

冬季，鼠妇不活动，但当春天来临时它们便开始活动并交配。雌性个体身体下面有一个小袋，可以盛7至200个卵。交配后，卵孵化数周，幼小的个体看上去像微型的成体。幼体在小袋内呆6周然后离开小袋进行捕食。它们的食物是腐烂的动植物和某些生活的植物，它们的寿命可达3年。

鼠妇一生蜕皮4或5次，它们的身体分头、胸、腹三部分。在甲壳纲中，鼠妇属等足目因为它们背腹扁平，缺少甲壳，有复眼和两对触角。

目前，大家确认鼠妇既不传播疾病也不叮咬人类，同时它们易于捕捉和喂养，因而你尽可以大胆收集一些进行实验。但由于它们和蛇的生存环境相同，因此收集时要小心。

首先，你应了解鼠妇的形态结构以及它的运动。然后应用你所具有的关于鼠妇的知识做出假设：鼠妇被你所选择的各种物质吸引、鼠妇对你所选择的各种物质排斥等。在你通过实验检验了你的假设后，你会看到实验结果是否支持你的假设。最终，你的结论可以引发你提出新的假设，如果时间允许，你也可以继续实验，验证你的假设。

 

1.1应用科学方法

科学家利用科学方法获得关于自然界的结论。当科学家开始研究时，他们利用初步的观察和先前的资料首先形成一个假设。所谓假设就是对观察现象的尝试性解释。假设形成后，必须通过做新的实验和观察进行检测。这种实验和观察其他人是可以重复的，只有可重复的观察和实验所得到的结论才会被认可。

    资料是所有事实性的信息，它既可以是我们观察到的现象也可以是我们的实验结果。根据资料科学家得到结论即观察支持假设或证明假设错误。同时科学家知道进一步的观察和实验可以改变原有的结论。因此，我们从不说资料证明假说是真实的，而是说资料支持假说。图1-2中的箭头表明研究经常进入假设的循环---实验并观察---结论---假设。

    科学家可以根据多年的实验和研究发展科学理论，即结合了各种结论形成的一般性的主张。例如，根据对众多疾病病因的检测，疾病的细菌理论便形成了。它主张疾病是由病原体所致（例如，细菌和病毒），病原体可以从一个人传递给另一个人。

 

 

观察

新观察要做，过去的资料也要研究

假设

形成一个可检测的陈述

实验/观察

通过实验或进一步的观察检验假设

结论

结果分析

支持假设，继续实验

科学学说

许多实验和观察支持学说

排斥假设，重新开始

附图：科学方法流程图

根据观察，科学家提出假设，假设通过进一步

的实验和观察来检验。然后科学家分析资料是

否支持假设。假如资料不支持假设，假设被推

翻，科学家重新开始。假如资料支持假设，科

学家继续实验，直到形成科学学说。

 

1.      2观察鼠妇

接触鼠妇前后要先洗手。小心触摸鼠妇以免挤压它们。当被触及时，作为防御机制，鼠妇卷成球形。将其放置不动，不久它就会恢复原样。

 

观察：鼠妇的外部结构

（1）取一只用修正液或胶水标记的鼠妇，首先用肉眼仔细观察它的外壳和身体，然后用显微镜或解剖镜观察，最后将其放于玻璃或塑料小碟中。

（2）仔细观察外壳形状、颜色和质地，注意腿和触角的数目以及是否有附属结构，如尾足（在腹部成对的附属结构）或一簇小袋。（雌性个体在某些腿的基部有叶形生长的小袋，卵的发育和胚的形成都在小袋里）。确定眼的位置，数数甲壳片的数目。

（3）在下面空白处，绘制鼠妇的大体结构，注明头、胸、腹、触角、眼、尾足和七对腿中的一对。

 

 

（4）绘出卷成球形的鼠妇。

 

 

 

观察：鼠妇的运动

（1）       当鼠妇在透明表面向上运动时，例如，在量筒或烧杯，观察鼠妇下面。描述足的动作及你观察到的其他运动。

（2）       当你观察鼠妇时，区分其行为可能是

a．  保护其免遭捕食                                                               

b．  帮助其获得食物                                                          

c．  躲避某些物质                                                            

d．  使其与环境相互作用                                                      

（3）       让鼠妇在你手上爬行，描述你对此的感觉和鼠妇的行为。                           

                                                           。

（4）将鼠妇置于量筒中，利用实验量筒的角度和鼠妇的位置测定鼠妇喜欢运动的方向。例如，直立放置量筒，将鼠妇置于其中使其可以爬上爬下。尝试其他的安排，用三只鼠妇重复同样的步骤。在表1中记录鼠妇喜欢运动的方向和对鼠妇的其他观察。

表1.1鼠妇喜欢运动的方向

鼠妇          运动方向         补充

1

2

3

4

测定鼠妇运动的速度。利用你所知道的每只鼠妇最喜欢的运动方向（表1）使其在步骤4中发挥出最大。将每只鼠妇放在一只米尺上，用跑表测定每只鼠妇运动某段距离（厘米）所花费的时间，记录在表1.2中。计算每只鼠妇每秒钟平均运动多少毫米，并记录在表1.2 中。

表1.2鼠妇的速度

鼠妇       运动距离              时间（秒）         平均速度（mm/sec）

1

2

3

4

 

1.      3形成假设

假设经常以“如果，那么”的句式提出。例如，如果鼠妇暴露在       ，那么它将     。你将检测鼠妇对某些特殊物质是被吸引，还是拒绝，还是毫无反应。如果鼠妇拒绝某种物质，鼠妇就会跑开；如果鼠妇受到某种物质的吸引，它会跑向前吃这种物质。假如鼠妇简单地卷成小球，得不到任何结果，你可以更换另一只鼠妇或等待一两分钟在检测它进一步的反应。

（1）       选择

a.       两或三中粉状物，如面粉、玉米淀粉、咖啡、发酵粉、细沙。

b.       两或三种液体，如牛奶、橙汁、番茄酱、苹果酱、碳酸饮料、水。

（2）在表1.3中填写你所期待的鼠妇所做反应的假设，并对你的推出做出解释。

表1.3 关于鼠妇对粉状物和液体反应的假设
待测物质                鼠妇对物质反应的假设                对假设的解释
1
2
3
4
5
6

1. 4完成实验

设计一个鼠妇对物质发生反应的实验。对鼠妇的处理必须人性化。既不能将物质直接洒在鼠妇身上，也不能将鼠妇淹没于物质之中。鉴于鼠妇倾向于绕培养皿边缘行走，你可以将液体或干粉放在培养皿边缘。或者用沾过液体物质的棉花放置在鼠妇必经之路上。

  一个好的实验设计应包括对照实验。对照组的实验步骤与实验组完全相同，只是缺乏或没有暴露在待测因素下。假如你测定鼠妇对某种液体的反应，清水即可在对照组中替代待测液体；假如你测定鼠妇对粉状物的反应，对照组可用细沙代替待测粉状物。

实验步骤：鼠妇对常见物质的反应

（1）你测定哪些物质呢？包括任何对照均填写在表1.4的第一栏里。

（2）两次实验之间要用盛有蒸馏水的喷壶喷洗鼠妇，然后放在干纸巾中使其干燥。

（3）用前面描述的方法测定鼠妇的反应。

（4）观察鼠妇对每种物质的反应，并记录在表1.4中。

（5）你的实验结果支持你的假设吗？在最后一栏用“是或否”回答。

表1.4关于鼠妇对常见物质的反应
待测物质                鼠妇对物质的反应                支持假设吗？
1
2
3
4
5
6

 

将你的实验结果同其他测定相同物质的同学的对比，在表1.5中列出吸引鼠妇的物质。

表1.5  班级结果
组数	实验1 方向	实验2 速度	实验3 干对照	干物质 名称			实验4 湿对照	湿物质 名称
1
2
3
4
5
6
7
8

 

继续实验

1.       研究你和你的同学的实验结果，确定哪些因素致使鼠妇受到某种物质的吸引或排斥该物质。                                                                       

在上述认识的基础上，你有何新的假设？                                          

                                                                       

2.       检测你的假设，并描述你的实验结果。如果可能，列表展示你的实验结果。

 

3.       根据新的资料，你又可得出什么结论？