蟋蟀自杀教案张俊菊Word格式.docx
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【活动内容】
（1）蟋蟀为什么跳水自杀？
（2）铁线虫是如何寄生到蟋蟀体内的？
（3）铁线虫是如何操纵蟋蟀跳水的？
（4）科学研究的一般步骤和方案设计（暗线）。
【活动方法】情景模拟法、角色扮演法、探究性学习方法。
“情景模拟教学法”就是让学生围绕某个探究的中心问题，来模拟某个场景，然后讨论，并以此来引导学生共同探求对人、事、物的情感、态度、价值取向和问题解决策略，帮助学生形成处理问题的恰当方法与技巧。
它的核心是激情，能让学生在情境中积极主动操作。
“角色扮演教学法”是以能力培养为目标，以互动与创新教学、全真模拟教学为特征的一种教学方法。
让学生在活动过程中，扮演不同的角色，进入角色情景，去处理发现的各种问题，达到加深对专业理论知识的理解的有效方法。
在本次活动中，每一位同学扮演蒙彼利埃研究人员的角色，探究蟋蟀跳水自杀的原因。
“探究性学习”指学生在学科领域内或现实生活情境中选取某个问题作为实破点，通过质疑、发现问题；
调查研究、分析研讨，解决问题；
表达与交流等探究学习活动，获得知识，激发情趣，掌握程序与方法。
【活动重点】科学研究的一般步骤和方案设计
【活动难点】铁线虫的寄生策略
【实施日期】2010年10月24日（周日）下午2：
00——3：
30
【活动时间】90分钟
【活动场地】东城区青少年科技馆生物小组活动室。
要求室内配置计算机、投影机、布幕、黑板等设备、纸、笔、尺子。
【准备工作】学生准备笔、笔记本、尺子；
教师准备课件，昆虫教案、纸。
【活动创新及设计思路】本次活动有特定的情景：
“一件有悖常理的事件——蟋蟀跳水自杀”，“蒙彼利埃研究人员立案调查”，适合采取“情景模拟、角色扮演、探究性学习”教学方法。
主要沿着“蟋蟀跳水自杀的原因”和“科学探索的一般步骤”明暗两条线展开，每解决一个问题，发现一个新问题，步步接近活动目标。
最终使学生掌握相应的科学知识，学会方案设计，学会与人合作。
本方案的设计思路主要有两条线：
【活动过程】
一、活动导入
话题：
一件有悖常理的事件
教师：
在自然界中，一些弱小的生命为了繁衍下来，在进化的过程中获得某种生存策略。
下面我给大家讲述“一件有悖常理的事件”（出示ppt1）：
一只微不足道的橡树丛蟋蟀已经在草丛里不屈不挠地蹦跳了好几个小时。
看见的人都会认为它正在寻觅它最爱吃的昆虫遗骸（果蝇或其它小飞虫）。
然而，决定其跳跃方向的似乎并不是食物。
它直奔正下方的小溪而去，义无反顾地纵身跳入水中，顷刻间这个可爱的小生灵就一命呜呼了。
无论这事情多么离奇，这只蟋蟀确实自杀了。
学生：
老师，“这只蟋蟀为什么要自杀呢？
”
问得好，我也正想知道这个问题呢，下面，请大家对此事件发表各自的意见。
学生的想象力非常丰富，答案五花八门（课堂实录）：
甲同学说：
“跳水的可能是雄蟋蟀，它想为它的妻子和孩子找东西吃吧，它不知道前面是小溪，就跳进去了。
”（教师评价：
刚才的陈述中，已经告诉大家了，蟋蟀不是为了找东西吃的。
不过，蟋蟀的确不是一种智慧雄性生物，不知道前面是小溪，这一点说对了。
）
乙同学说：
“我看蟋蟀是不是疯啦，哈哈哈。
这种说法听起来很好笑，但是，确实很有道理，也很有可能是疯了。
丙同学抢着说：
“我知道了，蟋蟀一定是得了一种怪病，它才疯的，它控制不住自己，不由自主地跳入小溪了。
这个想法很独特，蟋蟀不能自控，是不是被其它什么生物给挟持了，控制了它的行动呢？
“是外星人做了手脚了吧，哈哈哈？
想象力丰富，但是离题太远了。
丙同学说：
“是不是，脑子里寄生了细菌？
你是说，蟋蟀被细菌感染了，影响了大脑的功能？
这个想法更贴近答案了，但感染的不是细菌。
想想看，可能感染了什么呢？
“寄生虫！
回答正确。
但是，这个答案是我们猜想出来的，科学研究可不是想象出来的，它需要的是证据。
“这件有悖常理的事件惊动了蒙彼利埃的研究人员，2002年立案调查（出示ppt2：
标题）。
结果发现蟋蟀自杀的背后实际隐藏着一起谋杀事件，凶手是一种叫铁线虫的寄生虫”。
那么，铁线虫是怎样寄生到蟋蟀体内的？
寄生的动机又是什么呢？
二、主题活动
1、学习设计“蟋蟀跳水自杀”调查方案
技能：
方案设计
关于蟋蟀跳水自杀的问题，大家可以考虑以下几个问题：
铁线虫是一种什么动物？
铁线虫是怎样寄生到蟋蟀体内的？
铁线虫寄生于蟋蟀的策略是什么？
现在，假设你们每一个人是蒙彼利埃研究小组的一名成员，请结合上述事件作出下一步安排，时间是10分钟。
请在规定时间内，讨论制定切实可行的调查方案。
（ppt3：
布置任务和要求。
知识拓展：
蒙彼利埃是法国第六大城市之一，位于法国南部，地中海沿岸，是法国西南部最重要的商业、工业中心。
距巴黎746公里，人口约244,700人。
分组讨论，设计调查方案。
10分钟后，各小组派代表陈述本组调查方案。
参加本次活动的15名学生在科技馆活动时间半年到两年不等，他们分别来自不同的学校和家庭，受教育程度和家庭背景存在很大差异，知识水平也相差很大，特别是在校外科技活动的经历不同，使他们在活动过程中，表现出不同的能力水平。
第一组有两名初中学生，活动时间两学年以上。
设计的方案最完整：
提出问题、成立研究小组（分配任务）、调查方法及过程（现场勘查、实验室化验、整理资料等）、讨论分析、总结。
第二、三、四组都是小学生，活动时间较短。
设计的方案内容有不同的缺项，但是，方案内容都基本涉及“提出问题、到现场考察、跟踪附近其它蟋蟀的行踪、解剖”等。
最后，讨论形成可行性方案。
（见附件1）
2、调查过程
调查、观察、推理、判断
经过大家的讨论确定了调查方案。
现在发给每人一份关于“蟋蟀跳水自杀”的参考资料（锻炼学生在有限的时间内捕捉有效的信息）。
同学们可以根据资料，采集所需要的各种信息。
20分钟后，请各组提交一份调查结果。
（请注意：
我们的合作伙伴—蒙彼利埃的研究人员，是一支具有高水平科研能力的团队。
分组展开调查。
3、汇总各组调查结果
交流能力
（1）第一组关于蟋蟀跳水自杀现场勘查的结果：
（ppt4）
出示现场图（图1）
图1案发现场
自立夏以来，研究人员在野外考察的过程中发现，偶有橡树丛蟋蟀跳水自杀的现象发生。
蟋蟀跳水前，在草丛里可以蹦跳好几个小时，然后，直奔正下方的小溪而去，义无反顾地纵身跳入水中，顷刻间就会一命呜呼，其目的显然不是为了寻找食物，肯定另有原因。
（2）第二组关于蟋蟀“社会关系”的调查结果：
（ppt5）
研究人员在“案发现场——小溪边”的周围发现了许多蟋蟀最爱吃的石蛾的尸体（图2）以及蟋蟀食用石蛾的现象。
同时，研究人员在跟踪跳水的蟋蟀时发现，蟋蟀总是从高海拔向低海拔跳跃，直到蟋蟀跳入水中。
蟋蟀尸体漂浮在水面上，一条或二条长约10多厘米的蠕虫，像“异形”那样从蟋蟀的尸体里一点一点地钻出来，然后，从受害者身旁游走。
除此之外，研究人员还发现，像螳螂、蝗虫等昆虫也有“跳水自杀”的现象，情况和蟋蟀的情况极其相似（图3）。
远离蟋蟀的蠕虫交织在一起，初步判断在彼此交配，准备繁殖后代。
观察发现，在一些石蛾幼虫的身体表面、水草和一些鱼的体表发现有大量的卵状物附着（图4）。
图2石蛾成虫图3蟋蟀与体内蠕虫图4石蛾幼虫
（3）第三组关于蟋蟀跳水自杀的技术鉴定结果：
（ppt5、ppt6）
资料表明，这种神秘的蠕虫是一种铁线虫属的寄生虫（图5）。
目前这一属共有300多个种类，影响到蝗虫、螽蟖等不下9种的直翅目昆虫（图6、图7）。
在某些地区寄生率可高达10%。
每只蟋蟀的体内可寄生1到数条铁线虫。
图5铁线虫图6蝗虫体内铁线虫图7螳螂体内铁线虫
（4）第四组信息汇总结果：
（ppt7）
根据各个小组提交的调查结果，初步判断，蟋蟀是被一种叫铁线虫的铁线虫属的寄生虫所寄生。
蟋蟀跳入水中后，铁线虫从尸体内游出，进行交配产卵。
根据在石蛾幼虫体表发现的铁线虫卵和在岸边发现的石蛾成虫尸体，可以推断，铁线虫的繁殖与石蛾的生活史（图8）有关。
石蛾成虫一般将卵产在淡水中，或产于水面上或水面下岩石和植物上，数日后孵出幼虫，以藻类、植物或其他昆虫为食，食性依种而异，再过数日化蛹，最后游到水面羽化完成变态。
交配产卵后死去，蟋蟀喜欢吃石蛾的尸体，可能寄生在石蛾体表的铁线虫卵趁机进入蟋蟀体内。
并开始在蟋蟀体内发育，引起蟋蟀、螳螂等寄主的行为异常。
图8铁线虫的生活史
铁线虫的寄主有多种，主要为直翅目昆虫。
包括蝗虫、螽斯、蟋蟀、蝼蛄等。
有报道说，少数铁线虫也可以寄生在人体内。
因此，要谨慎食用昆虫类菜肴，以免感染寄生虫病。
4、新问题：
铁线虫是如何操纵寄主跳水的呢？
发现问题、研究方案设计
蒙彼利埃传染病遗传与演化实验室的生物学家佛雷德里克.托马认为：
昆虫体内的铁线虫蚴发育成成年铁线虫，开始操纵寄主的行动，直至逼迫寄主自尽，以达到返回自己繁殖环境的目的。
那么，铁线虫是如何操纵寄主跳水的呢？
研究人员一直怀疑，由于铁线虫的寄生，蟋蟀的神经出现错乱。
根据以往的经验，原因可能是蟋蟀因铁线虫的刺激，迫使自身分泌某种化学物质作用于大脑、也许是物理挤压神经的结果，从而导致蟋蟀的行为异常。
蒙彼利埃的研究人员对此进行了实验室实验，结果令人很吃惊。
寄生虫操纵策略的种类有两个：
一是间接操纵策略，寄生虫诱使寄主自己分泌改变其行为的物质；
二是直接操纵策略，寄生虫分泌的物质进入寄主体内后影响其行为。
铁线虫向蟋蟀的大脑里注入一些分子促使其“自杀”。
这种策略在已知的动物操纵类型中是绝无仅有的。
讨论在本案中，铁线虫使用了哪种策略了呢？
（ppt8）
蒙彼利埃的研究人员对此进行了实验室实验。
（ppt9~11）
同学们的回答问题的过程中，多次使用了“智慧、聪明”一类的词。
其实，铁线虫不会有什么隐藏的智慧。
这种不择手段的操纵方式的存在纯粹处于偶然。
在进化过程中，自然选择有利于那些由于基因变异而变得长于合成与这些昆虫wnt蛋白结构相似的wnt蛋白的个体。
而缺乏这种能力未能及时返回繁殖环境的灭绝了。
三、活动结果及呈现方式（ppt12）
在活动结束之前，大部分同学们能把刚才侦查的过程和结果串连起来，能指出本次活动中所使用的研究技能。
学生：
自由发言。
陈述研究过程、列举研究技能。
一件有悖常理的事件发生后，成立专案小组。
首先到现场进行调查，发现凶手铁线虫，然后继续观察弄清了铁线虫的生活史和寄生于蟋蟀体内的途径，接着利用蛋白质组学分析技术解释了铁线虫利用wnt操纵蟋蟀跳水的原理。
最后，利用同样的蛋白质组学分析技术弄清了wnt使蟋蟀趋地性功能紊乱只能向海拔下降的方向跳跃，最后跳进小溪。
整个过程体现的就是一个严谨的科学研究的过程，利用观察、实验、推理、判断、归纳等等技能。
四、研究拓展（ppt13）
关于蟋蟀跳水“自杀”问题，基本上已经搞清楚了，如果进一步研究的话，可以研究什么呢？
蒙彼利埃的研究人员对此进行了设想：
1、进一步研究的目标：
（1）为操纵型寄生虫所使用的所有分子建设一个信息库。
这对医学研究有极大帮助，因为生物学家们获取的有关寄生策略的知识往往对新疫苗和新药物的开发具有重要的价值。
（2）继续对铁线虫与寄主的联系进行研究，弄清铁线虫所用物质的成分。
（3）向直翅目昆虫的大脑中注射wnt蛋白，检验它们的单独作用是否能引发同样的自杀行为。
2、进一步研究的问题：
（1）向直翅目昆虫的大脑中注射wnt蛋白，检验它们的单独作用是否能引发同样的自杀行为。
（2）进化机制问题再次成为焦点：
放弃基因仅在其所“居住”的生物体的严格界限内猜起作用的观念，承认它们的作用超越生物的集体界限。
铁线虫的基因，通过它们控制下的分泌物质，把触角伸向所在生物体之外的区域，最终实现对蟋蟀行为的干预。
本次活动取材于严峰、刘睿编著的《昆虫征服世界》（新发现丛书），感兴趣的同学可以借阅，还可以上网浏览。
请大家想一想，上面记载的科学家的研究结论是不是就是最终结论呢？
也许是，也许不是。
也许目前暂时还没有人能够推翻它，但不意味着在今后的十年二十年不会有人提出质疑，也许将来提出质疑的人就是你。
另外，科学研究的过程中，你可以使用肉眼进行观察，也可以借助一些仪器进行实验室实验来证明你的假设。
生物兴趣组就有这样一位同学，他叫李汉歌，从小学三年级开始对蜘蛛进行观察研究，至今有8年了，他在家中的阳台上散养了数十种蜘蛛，每天进行观察记录。
他阅读了大量有关蜘蛛的文献资料，结合自己的观察实验，对书上记载的资料提出了很多质疑，撰写了近十篇科技论文，荣获国际INTEL科学与工程大赛中荣获四等奖，多次荣获全国、北京青少年科技创新大赛一等奖，2011年被保送西南大学生物技术学院蚕学专业。
你也可以。
活动结束后，大家想一想，自己对今天的研究结论有什么怀疑的地方吗？
有什么想要研究的问题吗？
你想使用什么方法研究呢？
等等。
五、活动心得体会（教学反思）及评价（ppt14）
教学反思：
1、选题和组织形式：
选题适合中小学生的年龄特点、兴趣需求及知识水平，同学们普遍对昆虫感兴趣，本次活动涉及的相关动物是一种寄生虫，其奇特的寄生策略让同学们浮想联翩，兴趣盎然。
组织形式强调团队合作，采取情景模拟教学法和角色扮演教学法。
实践证明，本次活动深受学生的喜爱，参与率高达100%，参与热情度高，教学效果显著。
2、目标达成：
学生能说出蟋蟀“自杀”的原因，能解释铁线虫寄生蟋蟀的过程，知道铁线虫操纵蟋蟀跳水自杀的机制等问题。
3、不足与改进：
由于内容多密度大，实际活动时间比原计划多了10分钟，造成前松后紧的局面。
改进：
删去“蟋蟀脑内蛋白质分泌实验设计”部分。
活动测评：
自由发言式
学生1：
通过今天的活动知道了策划这场凶杀案的凶手“铁线虫”的作案动机是为了回到水环境进行繁殖。
学生2：
通过今天的活动知道了科学家使用观察、调查、实验的方法。
并且还知道了一种“蛋白质组学分析技术”可以使蛋白质定格，进行准确分析。
学生3：
最重要的是掌握了科学研究的一般步骤和方案设计要领，懂得了科学研究是一件很严谨又很艰苦的一件事，需要不懈的努力才能达到预期的目标，蒙彼利埃的研究人员用了三年的时间才研究明白（图8）。
图8科学研究的一般步骤
学生4：
虽然，我不知道“WNT多功能蛋白质”是什么东西，但是，我明白，它是铁线虫分泌的，和蟋蟀大脑分泌的这种物质极其相似，蟋蟀跳水的最直接的原因就是它，铁线虫把它作为作案凶器影响蟋蟀大脑，迫使蟋蟀跳水自杀。
六、出现的问题及解决预案
本次活动是一次以“研究人员”角色来“模拟”一次科学探究活动的过程。
不进行操作性实验。
不存在危险性操作。
但是，活动过程中，讨论场面比较多，同学们容易对某问题争论不休。
但是，教师掌握争讨论的度，适时叫停，并给与了适当的指导和建议，有效驾驭了活动场面。
七、活动对学生的教育作用
通过活动，使学生在学习昆虫基本知识的同时，掌握科学研究的一般方法和过程。
发扬团队精神，体验科学精神和科学态度。
为进一步开展青少年科技创新活动打下基础。
八、实施活动方案的有利条件
首先是学生。
学生对昆虫领域的问题非常感兴趣。
在科技馆生物小组半年至两年的学龄，熟悉和喜欢类似的活动类型。
其次是老师。
有多年指导青少年学生开展科技创新活动的经验和熟知昆虫方面的相关知识。
近几年来，根据生物学科特点及学生兴趣需求，精心设计了“探索蚂蚁帝国”、“探索脚印中的信息”、“小小昆虫让凶手现原形”、“是谁杀死了恐龙？
”、“探索滴水观音滴水的奥秘等一系列趣味科学探索活动，使学生在活动过程中，掌握科学研究的一般步骤和方法，养成问题的敏感性，独立思考，真实、准确记录数据等良好习惯。
注重培养学生严谨的工作态度和实事求是的工作作风。
组织学生开展“北京城区野生动物行为生态学研究”，要求学生坚持“自己选题、自己研究、自己撰写论文”原则，有目的、有计划地引导学生对鸟、蜘蛛、昆虫等动物行为进行观察探究，撰写了近百篇科技论文，在历年全国、北京青少年科技创新大赛及北京中小学生金鹏科技论坛中取得优异成绩，培养出数十名科技特长生，其中有荣获十多项科技大奖的“蜘蛛男孩儿”李汉歌、以鸟类生态学研究为自己职业选择的“鸟类小专家”朱雷、中国鸟类新纪录钳嘴鹳的发现者王亦天等科技小明星。
第三是硬件。
生物活动室有数台学生用和教师用计算机，可以随时上网。
可以通过电子屏幕进行教学，方便交流。
九、参考资料
1、刘舒生、董燕桥，“‘用探究——研讨’法上技能训练的方法”，《教学法大全》，经济日报出版社，1990年12月，P417。
2、杜威，《杜威教育论著选》（赵祥麟译），人民教育出版社，1996年。
3、《科学探索者》，动物，浙江教育出版社。
2、《科学探索》（科普读物），《昆虫》，科普读物，儿童出版社。
3、严峰、刘睿《昆虫征服世界》（新发现丛书），上海锦绣文章出版社，2007年7月；
4、网站：
附件1：
“蟋蟀跳水自杀”调查方案
调查目的：
找到杀死蟋蟀的元凶。
调查方法：
现场调查、社会调查、实验室实验（蛋白质组学分析）等。
调查人员：
全体组员及合作伙伴——蒙彼利埃研究人员
调查过程：
1、成立调查组。
进行人员分工：
将12名学生分成4个小组：
第一组：
3人，负责现场勘查
第二组：
3人，负责社会关系调查
第三组：
4人，负责技术鉴定
第四组：
2人，协调工作，汇总、分析来自各组的调查信息，同时监管后勤工作（如物资调配等）。
2、开始调查。
（1）到溪水边勘查：
画现场图；
文字记录：
时间、地点、蟋蟀的特征、当时天气、现场土质等相关信息；
了解事情发生的经过。
（2）调查蟋蟀常规生活环境、生活习性、日常活动规律；
调查与其它生物之间的关系（食物链）
（3）对蟋蟀尸体进行检查。
（4）汇总来自各组采集到的所有线索，并进行分析；
对所有可疑对象进行排查，锁定可疑目标。
3、分析凶手的作案动机、作案经过及实施策略。
4、结案。
附件2：
蒙彼利埃研究人员关于蟋蟀脑内蛋白质分泌实验设计
实验目的：
查清蟋蟀大脑分泌的蛋白质分子的情况
实验原理：
利用“蛋白质组学分析”技术，对蟋蟀的大脑在三个不同时刻的蛋白质分泌情况进行分析，将某一器官瞬间合成的所有蛋白质进行“定格”。
然后与铁线虫通常制造产物进行比对。
实验过程：
1、自杀前（致命一跃之前几分钟）蟋蟀大脑蛋白质分泌情况测定
2、自杀中（跃出后的瞬间）蟋蟀大脑蛋白质分泌情况测定
3、自杀后（跃出后一刻钟）蟋蟀大脑蛋白质分泌情况测定
实验结果：
在蟋蟀的神经系统中找到了铁线虫所分泌的wnt分子踪迹，他们通常是不会出现在那里的。
是wnt的注入引发了蟋蟀跳水自杀事件。
讨论：
1、为什么蟋蟀没有发现异体蛋白质的存在？
因为“分子模仿性”。
蟋蟀自身同样也制造wnt蛋白。
它们的结构与铁线虫wnt不完全一致，但极其相似。
铁线虫正式利用自己与蟋蟀间wnt的相似性，使自己的wnt暗渡陈仓，侵入蟋蟀的神经系统，诱发致命的一跃。
（wnt是一种多功能蛋白质，目前还不清楚它具体的结构和具体作用机理。
2、铁线虫是如何利用wnt的相似性使蟋蟀产生跳水欲望的？
铁线虫操纵蟋蟀跳水的原理基本明确，但是蟋蟀产生跳水欲望的机理仍是个谜。
科学家再次利用“蛋白质组学分析”技术对参与蟋蟀昼夜节律调节和神经系统发育的蛋白质进行研究，结果发现决定昆虫趋地性的蛋白质异常，引起神经功能紊乱，患上趋地性障碍，迫使寄主只会沿着海拔下降的路线运动，这样下去十有八九会跳入水中。
结论：
结果表明，寄主是由于铁线虫wnt的作用患上了“趋地性失调”被迫跳水。
进一步探究：
这样一种处心积虑、极不自然的寄生策略怎么反而会在进化过程中脱颖而出呢？
也就是说这种寄生策略是怎么获得的？
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