張陸啟 王重力

“動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)和行為”是中學(xué)生物課程標(biāo)準(zhǔn)中一個(gè)重要的主題，該部分知識(shí)對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)動(dòng)物的本質(zhì)特征具有非常重要的作用。動(dòng)物的行為是多種多樣的，從獲得途徑來區(qū)分，可分為先天性行為和學(xué)習(xí)行為。從中學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和認(rèn)知特點(diǎn)分析，區(qū)分動(dòng)物的先天性行為和學(xué)習(xí)行為是該部分教學(xué)的難點(diǎn)。通過探究實(shí)驗(yàn)的方法，讓學(xué)生感受動(dòng)物的學(xué)習(xí)行為，有助于學(xué)生突破這一教學(xué)難點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)以小白鼠作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物;簡(jiǎn)易組合迷宮、水迷宮為實(shí)驗(yàn)設(shè)施;以神經(jīng)科學(xué)研究中常用的“八臂迷宮延緩反應(yīng)作業(yè)”、“T迷宮交互延緩反應(yīng)作業(yè)”和“Morris水迷宮”三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為實(shí)驗(yàn)原型，對(duì)小鼠走迷宮這一探究性活動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)探討。

1 過程設(shè)計(jì)和預(yù)期目標(biāo)

實(shí)驗(yàn)前，從飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物機(jī)構(gòu)購買出生約2個(gè)月的小白鼠數(shù)只備用。準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)使用的體積分?jǐn)?shù)為5%的乙醇溶液、脫脂棉、鑷子、帆布手套和足夠量的去殼瓜子。

1.1 十字形迷宮和T迷宮

1.1.1 學(xué)習(xí)階段

在迷宮內(nèi)放置食物（瓜子），將小白鼠放入迷宮內(nèi)讓其自由取食，適應(yīng)3～5 d。在此階段，每天抓握小白鼠數(shù)次并輕輕撫摸其頭背部，以消除小白鼠的緊張情緒。

1.1.2 準(zhǔn)備階段

實(shí)驗(yàn)前3 d開始控制小白鼠的食量，飼喂其自由取食時(shí)食量的50%或使其體重降至自由取食時(shí)體重的80%左右。

1.1.3 訓(xùn)練階段

十字形迷宮實(shí)驗(yàn)：訓(xùn)練方法以“八臂迷宮延緩反應(yīng)作業(yè)”為原型，將八臂簡(jiǎn)化為四臂（圖1）。選取十字形迷宮中任意兩臂作為目標(biāo)臂，在其角落里放置半粒瓜子，讓小白鼠尋找取食，兩個(gè)目標(biāo)臂均取食完為一次，每天重復(fù)訓(xùn)練20次。每次訓(xùn)練完成都必須用5%乙醇溶液擦拭四個(gè)活動(dòng)閘門入口處，以消除小白鼠留下的氣味對(duì)其下次訓(xùn)練選擇的影響。對(duì)同一只小白鼠，目標(biāo)臂應(yīng)是固定的。訓(xùn)練時(shí)小白鼠能正確進(jìn)入目標(biāo)臂18次，連續(xù)錯(cuò)誤不超過1次為學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。為了防止瓜子的氣味對(duì)小鼠選擇的影響，訓(xùn)練時(shí)可用小白鼠進(jìn)入目標(biāo)臂才給予食物獎(jiǎng)勵(lì)的措施。

T迷宮交互作業(yè)：訓(xùn)練方法依據(jù)“T迷宮交互延緩反應(yīng)作業(yè)”。T迷宮的兩個(gè)短臂為目標(biāo)臂，長(zhǎng)臂遠(yuǎn)離目標(biāo)臂端為起始箱。在目標(biāo)臂的角落里放置半粒瓜子，將小白鼠放在起始箱，打開閘門，小白鼠跑向目標(biāo)臂取食瓜子。當(dāng)小白鼠后肢進(jìn)入目標(biāo)臂后，擋住開放式活動(dòng)閘門的出入口。待其取食完成后，將小白鼠拿回起始箱。再次打開起始箱活動(dòng)閘門后，若其選擇上一次未進(jìn)入的目標(biāo)臂并且后肢進(jìn)入該目標(biāo)臂，為選擇正確，給予瓜子獎(jiǎng)勵(lì)，待取食完成后將小白鼠拿回起始箱進(jìn)行下一次訓(xùn)練。若選擇錯(cuò)誤則不獎(jiǎng)勵(lì)，直接進(jìn)行下一次訓(xùn)練（圖2）。每天訓(xùn)練20次，不包括第一次。消除氣味措施同“十字形迷宮實(shí)驗(yàn)”。訓(xùn)練時(shí)，如果小鼠能正確進(jìn)入目標(biāo)臂18次，連續(xù)錯(cuò)誤不超過1次，則視為學(xué)會(huì)。并且可以通過延長(zhǎng)打開起始箱活動(dòng)閘門的時(shí)間來測(cè)定小白鼠的交互延緩作業(yè)時(shí)間。

1.2 水迷宮

1.2.1 適應(yīng)階段

除去水迷宮（圖3）中的逃生平臺(tái)，讓小白鼠在水迷宮中自由游泳1 min，結(jié)束后用吸水紙或干燥毛巾擦干小鼠身上水分，間隔5 min后可進(jìn)行第二次適應(yīng)。每天2～3次，連續(xù)2～3 d。

1.2.2 訓(xùn)練階段

訓(xùn)練方法依據(jù)“Morris水迷宮”。在水迷宮中注入20～23℃清水（若是冬天進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可適當(dāng)升高水溫至26℃），預(yù)留約2 L清水用來調(diào)節(jié)水位高低，在固定的某個(gè)象限置逃生平臺(tái)。將小白鼠從不同的方位面朝盆內(nèi)壁放入水中，小白鼠在水池中游泳，直到碰到隱藏的逃生平臺(tái)后爬到平臺(tái)上。如果小白鼠在水中超過60 s還未找到逃生平臺(tái)，用細(xì)木棍引導(dǎo)小白鼠游向逃生平臺(tái)。待小白鼠在逃生平臺(tái)上停留30 s后，取出并擦干其身上水分。2 min后，以同樣的方式進(jìn)行訓(xùn)練，觀察其在水中游動(dòng)尋找逃生平臺(tái)的路徑。

連續(xù)訓(xùn)練，觀察小白鼠每次尋找到逃生平臺(tái)的時(shí)間變化;若通過訓(xùn)練，小白鼠可以從下水位置轉(zhuǎn)身后幾乎沿直線直接游向逃生平臺(tái)，則說明小白鼠達(dá)到學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)后處理

實(shí)驗(yàn)完成后，組合迷宮經(jīng)消毒處理，曬干后存放，以備以后使用。水盆需經(jīng)過消毒處理后才能作它用。作為逃生平臺(tái)的石塊、磚塊放到綠化帶或花壇里。

小白鼠應(yīng)按照實(shí)驗(yàn)規(guī)則正確處理，即可留作其他不涉及學(xué)習(xí)行為的實(shí)驗(yàn)用，若無其他用途則需斷頸處死。

2 結(jié)果和應(yīng)用

2.1 結(jié)果

在十字形迷宮實(shí)驗(yàn)中，訓(xùn)練前小白鼠在迷宮中無目的隨意取食，多次取食進(jìn)出目標(biāo)臂的順序和次數(shù)無規(guī)律。經(jīng)過3 d連續(xù)訓(xùn)練，小白鼠達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)，將其從不同方向放入起始箱，其選擇進(jìn)入目標(biāo)臂的順序相對(duì)固定，且?guī)缀醪贿M(jìn)入無食物臂。改變迷宮的擺放方向，對(duì)小白鼠選擇目標(biāo)臂行為無影響。

相比較而言，T迷宮交互延緩作業(yè)訓(xùn)練進(jìn)度較緩慢。訓(xùn)練過程作幾乎無延遲處理，即小白鼠剛吃完目標(biāo)臂的食物就拿回起始箱開始下一次訓(xùn)練，但經(jīng)過12 d訓(xùn)練方能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。未經(jīng)訓(xùn)練的小白鼠不會(huì)連續(xù)多次交互進(jìn)入目標(biāo)臂。該設(shè)計(jì)如果只設(shè)一個(gè)固定短臂為目標(biāo)臂，則小白鼠的學(xué)習(xí)進(jìn)程明顯加快，可在經(jīng)過2 d連續(xù)訓(xùn)練后達(dá)到學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。且變換迷宮擺放方向，對(duì)小白鼠的選擇目標(biāo)臂行為無影響。

水迷宮實(shí)驗(yàn)中，可發(fā)現(xiàn)經(jīng)過約10次訓(xùn)練后小白鼠每次尋找到逃生平臺(tái)的時(shí)間明顯縮短;通過訓(xùn)練，小白鼠可以從下水位置轉(zhuǎn)身后幾乎沿直線游向逃生平臺(tái)。從開始訓(xùn)練至達(dá)到學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)可在1課時(shí)（約40 min）內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

2.2 應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)表明，在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)時(shí)，運(yùn)用小鼠走迷宮探究實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)動(dòng)物的學(xué)習(xí)行為是可行的。教師在組織教學(xué)活動(dòng)時(shí)，可以本研究方法為范式指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，具體應(yīng)用時(shí)需注意以下問題：

選取適宜的材料，創(chuàng)造條件保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。由于制作簡(jiǎn)易迷宮的材料（舊抽屜）高度固定，低于15 cm，小鼠會(huì)從迷宮中爬出來，使實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。所以，選取實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，舊抽屜高度最好能超過15 cm，低于10 cm則不宜使用。若在10～15 cm之間，需把迷宮放在凳子、桌子等較高的平臺(tái)上，或用有機(jī)玻璃給迷宮加蓋，也可以用氣體打火機(jī)的電子打火器給小白鼠施以微電擊防止小白鼠爬出迷宮。

巧設(shè)自變量，通過實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)教育因素。選擇探究課題時(shí)，教師可有意將影響小白鼠學(xué)習(xí)行為因素設(shè)置為自變量，以期暗示學(xué)生的學(xué)習(xí)需要注意的問題。例如，“不同年齡對(duì)小白鼠T迷宮交互作業(yè)學(xué)習(xí)能力的影響”為題的探究過程中，根據(jù)年齡可將小白鼠分為“幼年組”、“成年組”、“老年組”三組，每組2～3只;通過T迷宮交互作業(yè)訓(xùn)練，計(jì)算出各個(gè)年齡組達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的平均時(shí)間，讓學(xué)生分析年齡對(duì)小白鼠T迷宮交互作業(yè)學(xué)習(xí)能力的影響。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論，暗示學(xué)生：青少年階段是學(xué)習(xí)的最佳時(shí)期，在校學(xué)生應(yīng)該通過努力學(xué)習(xí)擴(kuò)展知識(shí)、練就本領(lǐng)，為進(jìn)入社會(huì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法，合理利用時(shí)間進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生以不超過8人的學(xué)習(xí)小組的形式進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn);除簡(jiǎn)單的水迷宮實(shí)驗(yàn)外，其余探究實(shí)驗(yàn)宜以研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)的形式在課外完成，再于課堂上展示結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以現(xiàn)場(chǎng)演示，也可以是訓(xùn)練時(shí)候用攝像機(jī)或是手機(jī)拍攝的DV。

遵守實(shí)驗(yàn)原則，最大限度排除無關(guān)因素的干擾。遵守實(shí)驗(yàn)的單一變量原則和對(duì)照原則，每個(gè)小組必須設(shè)置對(duì)照組，對(duì)照組小白鼠除不做相應(yīng)訓(xùn)練外，其余處理都與實(shí)驗(yàn)組小白鼠相同。實(shí)驗(yàn)過程中，為保證消除小白鼠留下的氣味信息對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，小白鼠排在組合迷宮中的糞便和尿液需要及時(shí)清除，并用5%乙醇溶液作消除氣味處理。訓(xùn)練時(shí)保持安靜，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所通風(fēng)條件良好、無光照直曬、最大限度排除聲音、氣味和光照對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。另外，小白鼠進(jìn)入目標(biāo)臂取食時(shí)不能觸碰，以免小鼠因受到驚嚇而擾亂正常訓(xùn)練過程。

安全是實(shí)驗(yàn)的第一要?jiǎng)?wù)，衛(wèi)生不可小覷。與小白鼠接觸時(shí)必須戴帆布手套，以防小白鼠抓傷或咬傷，實(shí)驗(yàn)后必須用肥皂或洗手液清洗雙手。

3 討論

加強(qiáng)課前的資料收集是實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)。為培養(yǎng)學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)能力，實(shí)驗(yàn)前教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生搜集足夠全面的關(guān)于小白鼠的資料，引導(dǎo)學(xué)生通過閱讀、分析資料了解小白鼠的生活習(xí)性和活動(dòng)特點(diǎn)，從而發(fā)現(xiàn)有意義的探究題目。

定型的實(shí)驗(yàn)程序也可以組織學(xué)生探究。如果學(xué)生未能提出有意義的探究課題，教師可以利用定型的探究題目指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。可在組合迷宮中進(jìn)行的探究有“不同溫度（濕度）對(duì)小白鼠十字迷宮學(xué)習(xí)行為的影響”、“訓(xùn)練次數(shù)對(duì)小白鼠T迷宮交互作業(yè)學(xué)習(xí)能力的影響”、“饑餓程度對(duì)小白鼠十字迷宮學(xué)習(xí)行為的影響”和“不同光強(qiáng)度對(duì)小白鼠T迷宮交互作業(yè)學(xué)習(xí)行為的影響”等課題。適于在水迷宮中進(jìn)行的探究有“不同性別（年齡）小白鼠之間的學(xué)習(xí)能力競(jìng)賽”、“不同環(huán)境線索對(duì)小白鼠學(xué)習(xí)行為的影響”、“一定范圍內(nèi)不同水溫對(duì)小白鼠學(xué)習(xí)行為的影響”和“水池大小與小白鼠學(xué)習(xí)行為的關(guān)系”等。

探究建立在物質(zhì)基礎(chǔ)上，但優(yōu)秀的教師可以利用自己的專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)豐富的學(xué)習(xí)方式。在小白鼠走迷宮這一探究主題下，啟發(fā)學(xué)生選擇多樣化的探究課題。通過學(xué)生親自設(shè)計(jì)活動(dòng)方案、完成活動(dòng)內(nèi)容，不僅能讓學(xué)生了解動(dòng)物學(xué)習(xí)行為的形成過程，還能讓學(xué)生熟悉科學(xué)探究的過程。實(shí)驗(yàn)完成后，教師組織學(xué)生討論動(dòng)物在特定的環(huán)境下形成相關(guān)學(xué)習(xí)行為的意義，引導(dǎo)學(xué)生將探究活動(dòng)與自身學(xué)習(xí)過程相聯(lián)系，感悟?qū)W習(xí)的意義和本質(zhì)。