第二节　环境对生物的影响

探究“光照条件对黄粉虫幼虫分布的影响”一、使用教材：人民教育出版社、义务教育初中阶段、七年级生物学上册、第一单元第二章第一节、实验光照条件对黄粉虫分布的影响二、实验器材：1.实验对象：黄粉虫幼虫(体长1.0 cm-1.5 cm、1.5 cm-2.0 cm和2.0 cm-2.5 cm)2.实验材料：纸盒(高度2cm、4cm和6cm)、纸杯3.实验用具：遮光板、荧光灯、计时器、记录表图1 不同高度的盒子三、实验创新要点/改进要点：为了提高实验的成功率，探究不同高度的盒子以及不同体长黄粉虫对实验成功率的影响。 最终选择出最适合该实验的盒子高度(2cm)和黄粉虫幼虫的体长(中型体长)。四、实验原理/实验设计思路：(1)在做该实验时，往往让学生帮忙收集纸盒。在收集的纸盒当中，其盒子存在不同的高度变化，有的高，有的低。自然条件下，实验室内的光线一般情况下会从两侧的窗户中照射过来。如图2所示，在相同光线入射角的情况下，盒子越高，光线到达遮挡起来的环境中就越多，则被遮挡起来的环境也就越明亮，因此判断其影响实验结果。所以选择不同高度的盒子，探究其对实验结果是否有影响。图2 平行光线射入不同高度的盒子实验一：不同高度的盒子对黄粉虫幼虫分布的影响步骤如下：1.以高度为2 cm、4 cm和6 cm的3只盒子为一组，共准备8组；图3 一组盒子2.随机选取10只黄粉虫幼虫，将黄粉虫幼虫放置在盒子中线位置。盖上遮光板，使其盒子的一半为黑暗环境，另一半为明亮环境；图4 将黄粉虫幼虫放置在盒子中线位置并盖上遮光板3.从第1分钟开始，每分钟统计一次明亮环境下黄粉虫幼虫的数量，统计11次。将统计数据填写在下表1中。重复实验3次。表1 不同高度的盒子对黄粉虫幼虫分布的影响实验结果记录表时间(分钟)环境1min2min3min4min5min6min7min8min9min10min11min明亮用Excel对多次实验中相同时间点的明亮环境下的黄粉虫幼虫数量取平均值。以各时间点的均值做出明亮环境中黄粉虫幼虫数量的时间变化，如图6。图5 不同高度盒子的明亮环境中黄粉虫幼虫数量的时间变化如图6所示，高度为2 cm的盒子中明亮环境中的黄粉虫幼虫数量均明显低于高度为4 cm和6 cm的盒子。从图中可以看出，其在3 min后各个高度的盒子的黄粉虫幼虫数量开始出现波动并随时间变化数量居于平稳。(2)在市场上购买到的黄粉虫幼虫，普遍存在个头大小不一的情况，即存在不同体长的情况。如图3，按照体长大小，将1.0 cm 1.5 cm长度的黄粉虫幼虫划分为小虫；1.5 cm 2.0 cm长度的黄粉虫幼虫划分为中虫；2.0 cm 2.5 cm长度的黄粉虫幼虫划分为大虫。在饲喂的过程中，观察发现，个体较大的黄粉虫幼虫其即将脱壳化为蛹，在这段时间其活动缓慢，对光照不敏感。不同体长的黄粉虫幼虫，其体长不一，也会影响其爬行速度。所以选择不同体长的黄粉虫幼虫探究其对实验结果是否有影响。图6 由左至右依次为小虫、中虫和大虫实验二：光照条件对不同体长黄粉虫幼虫分布的影响步骤如下：1.选取“实验一”中效果最好的高度的盒子；2.按照体长大小，将在“花鸟鱼虫”市场买到的黄粉虫幼虫分为3种不同体长(大、中、小)规格的黄粉虫幼虫类群；3.每个体长的黄粉虫幼虫随机选取10只为一组，放置在盒子的中线位置。盖上遮光板，使其盒子的一半为黑暗环境，另一半为明亮环境；表2 光照条件对不同体长黄粉虫幼虫分布的影响实验结果记录表时间(分钟)环境1min2min3min4min5min6min7min8min9min10min11min明亮4.从第1分钟开始，每分钟统计一次明亮环境下黄粉虫幼虫的数量，统计11次。将统计数据填写在表2中。重复实验3次。用Excel对多次实验中相同时间点的明亮环境下的黄粉虫幼虫数量取平均值。以各时间点的均值做出明亮环境中黄粉虫幼虫数量的时间变化，如图7。图7 不同体长黄粉虫幼虫在明亮环境下的数量变化如图7所示，中虫在2 cm高度的盒子中明亮环境的黄粉虫幼虫数量均明显低于小虫和大虫。从图中可以看出，其在3 min后各个体长的黄粉虫幼虫数量开始出现波动并随时间变化数量居于平稳。图8 不同高度盒子明亮环境下黄粉虫幼虫数量留存率时间变化曲线图9 明亮环境下不同体长黄粉虫幼虫数量留存率时间变化曲线以第一分钟明亮环境下黄粉虫幼虫数量为基数，每分钟的明亮环境下黄粉虫幼虫的数量与第一分钟的数量的比值作为明亮环境下黄粉虫幼虫数量留存率，以此做出图8和图9。从图中可以看出，高度为2 cm的盒子其黄粉虫幼虫的留存率减少速度要高于4 cm和6 cm；中虫留存率的减少速度要高于小虫和大虫。且均在3 min后留存率开始出现波动。从以上结果可以看出：盒子的高度越低，实验效果越好。在该实验中，2 cm高度的实验效果要高于4 cm和6 cm高度盒子的效果；中等体长的黄粉虫幼虫实验效果会更好，过小或过大体长也会影响该实验的效果。由此得出，在做此实验时，应尽量选择高度较低的盒子并尽量避免使用体型较小或较大的黄粉虫幼虫来做实验，这样才会取得更好的实验效果。五、实验教学目标：该实验是初中生物阶段的第一个完整的探究实验，通过探究可以让学生了解科学探究的一般过程，理解对照实验的设计要点，控制变量、设置对照实验、进行重复实验等重要原则，为以后的探究打下基础。因此，这个探究实验在初中生物课程中具有重要地位。较明显的实验效果，可以让学生在第一次探究实验中就体验控制变量和设置对照实验的重要性、严谨性和科学性，为学生的第一次探究实验成功坚定信心，增加实验结果可信度，提高其对生物学科的兴趣，更好地培养其生物学科的核心素养。(一)知识与技能1.了解科学探究的一般过程；2.掌握初中阶段生物学科学探究的科学方法是对照实验；3.理解设置对照实验、控制变量、进行重复实验的重要原则。(二)过程与方法1.体验科学探究的一般过程，模仿控制实验变量和设置对照实验，认同科学探究的严谨和求实；2.在探究实验的过程中，初步培养学生的合作能力、观察能力、概括能力和创造性思维。(三)情感态度与价值观 了解非生物因素的种类及其对生物的影响，树立生物与环境是不可分割的整体的观点，生物与环境相适应的观点，增强学生的生态意识和环境意识。六、实验教学内容：(一)创设情景，激发兴趣1.请学生欣赏“环境条件对鼠妇生活的影响”的录像故事，并思考光照对其他生物的影响；2.学生认真思考，认识到生物的生活受环境因素的影响，引出课题。(二)教学过程提出问题，请学生思考，非生物因素对生物有什么影响？(三)实验探究课前在每个实验台上放一个纸杯，里面分别放置十只黄粉虫幼虫。1.请学生观察它们的活动情况，并提示学生用灯光照射黄粉虫幼虫，注意黄粉虫幼虫有什么反应，根据观察现象提出自己的问题。2.教师继续引导，为什么会有这种反应？学生自然想到是因为环境变亮了，从而提出所要探究的问题，光照是否影响黄粉虫幼虫的分布？3.学生针对提出的问题展开讨论，并在教师的引导下根据经验和查找的资料作出假设。例如：光照对黄粉虫幼虫的分布有影响，黄粉虫幼虫喜欢分布在黑暗环境下。4.师生共同探讨，制定探究方案。(1)学生讨论实验方案提示：实验过程中应给黄粉虫幼虫提供哪两种不同的环境？如何设计？其他因素是否要保持一致？如何保持一致？用两只黄粉虫幼虫做实验行吗？为什么？往实验装置中放黄粉虫幼虫时，最好放在什么位置？为什么？放入黄粉虫幼虫后，为什么要静置2分钟？为什么要一分钟统计一次，并且统计十次？(2)同学们大胆设计，充分讨论，合作学习，制定出本小组的探究方案，在教师的组织下进行交流。各小组设计的方案既受到教材的启发，又在教材的基础上大胆创新和超越。在交流过程中，教师要及时发现学生思维的闪光点并给予肯定，鼓励学生的创造性，对设计中的不足之处也要及时提出并予以纠正。通过各小组横向交流，教师适时引导补充，集思广益，使各小组的实验方案得到充实和完善，更具有科学性和可行性。七、实验过程：实验步骤如下： 选虫。选择体长为1.5cm-2.0cm长度的黄粉虫幼虫(中型体长幼虫)。随机选取中型体长幼虫10只，放置在纸杯中。 放置。将纸杯缓缓倒扣在高度为2cm高度的纸盒中间位置，用纸片将黄粉虫拨到纸盒的中线位置。 盖板。迅速盖上遮光板，使其盒子的内部一半为明亮环境，一半为黑暗环境。并开始计时。 统计。从第一分钟开始统计，每分钟统计一次，共统计11次，统计到第11分钟。将统计数据填写在实验报告的相应表格当中。八、实验效果评价：从结果可以看出：盒子的高度越低，实验效果越好；中等体长的黄粉虫幼虫实验效果会更好，过小或过大体长也会影响该实验的效果。由此得出，在做此实验时，应尽量选择高度较低的盒子并尽量避