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影響人體脈搏的因子與昆蟲心動周期的觀察
臺北市中山女高 生物科 蔡任圃
I ntroduction-課程簡介
本課程模組透過測量人體脈搏，作為心動週期的生理表徵指標，以呼吸運動、身體姿勢 變換、潛水反射等因素，探討各項因子對人體脈搏週期的調節作用。測量脈搏所記錄的數據，
可與造價昂貴的生理訊號記錄儀所記錄的數據比較， 例如可監測人體呼吸與脈搏的儀 器—Power Lab (ADInstrument, USA)，透過兩種量化方式的數據比較，可與學生討論造價昂 貴的儀器與簡單的測量方法，兩者的優、缺點，以討論研究工具在科學研究中的功能與角色。
另可進行蟑螂或其他昆蟲心臟運動的觀察，並探討溫度、餵食糖液兩項因子對昆蟲心動 週期的效應。昆蟲屬於開放式循環的動物，若能另以閉鎖式循環的實驗動物，進行各項因子 影響心動週期的相關探討，就可比較開放式與閉鎖式循環的動物，其維持循環系統恆定之機 制的異同。本文介紹以人體為實驗動物(屬閉鎖式循環)，探討各項因子對心動週期的效應，
不但易操作，效果明顯，可應證生物課所學，也能與昆蟲的心動週期性質比較，建立循環系 統調節機制的整體概念，例如我們曾比較姿勢改變對蟑螂與人體心動周期的效應(高與蔡，民 103)，可發展成探究性的實驗活動，或作為生物課程的延伸補充。
一、認知目標
(一)、解人體心臟與循環系統的相關特性 (二)、瞭解環境因子對人體循環系統的影響 (三)、瞭解人體循環系統在生理恆定中的角色 (四)、比較開放式與閉鎖式循環系統的異同 二、技能目標
(一)、熟習實驗的流程、實驗設計與科學過程技能
(二)、藉由團體合作方式，學習分工合作的技巧與相互協調、支援的能力 三、情意目標
(一)、養成愛護生命的態度
(二)、藉由互相分享觀察與實驗成果，培養欣賞他人努力與能力的習慣，進而學會尊重 周遭的生物
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K nowledge-背景知識
一、人體的心動周期 (一)、簡介
心臟每分鐘搏出的血量(毫升/分鐘)，稱為心輸出量(cardiac output)。心輸出量可由心搏 量(stroke volume)和心跳率(heart rate)的乘積獲得。因為心搏量是心臟每次搏出的血液容積 (毫升/次)，而心跳率為心臟每分鐘搏動的次數(次/分鐘)。換言之，只要測得動物血液循環時，
心搏量和心跳率的數據，就可求出心輸出量。
(二)、呼吸對人體心動週期的效應
人體心動週期受外在與內在環境的調節。例如：在人體吸飽氣後憋氣時，因肺泡漲大，
刺激迷走神經，進而抑制了心跳率；另一方面，肺泡皮膜上的微血管網受到壓迫，使肺循環 的血液無法順利流通。同樣的，在盡力呼氣後再憋氣時，因肺臟縮小造成肺泡塌陷，同樣使 得微血管網受到壓迫，血液亦無法順利流通。在上述兩種情形下，因肺循環的回心血減少，
使心臟的輸出(心輸出量)降低，此時心跳率下降，以因應血液不足的情形。
(三)、姿勢改變對人體心動週期的效應
身體的姿勢也會影響心跳週期，以維持腦部的血液供應。例如在平躺後上半身突然起 身，或是蹲下時突然站起(圖一)，都會因血液流向下肢，同時回心血減少，使心搏量下降，
造成心輸出量下降，這些情形使心臟附近的血壓受器(主動脈與頸動脈上的血壓受器)偵測到 血壓下降，透過交感神經的反射作用，使心跳率增加、血管收縮，使得血壓回升，以維持血 壓的恆定。人體屬於閉鎖式循環(closed circulatory system)，血壓較開放式循環(open circulatory system)的動物為高，且運輸效率較佳，在姿勢改變時，可快速調節循環系統的生 理反應。
當人體姿勢由坐姿轉變成立姿時(圖二)，由於重力的拉力，造成回心血減少，進而使得 心搏量被動地下降，此時為了避免頭部缺血，心跳率主動地增加，但是由於心臟在人體循環 系統中所佔的體積小，因此所能做出的改變並不大，心輸出量仍略微減少，此時閉鎖式循環 動物遍布全身的血管就扮演了重要的角色，血管增加了其收縮程度，使得血壓升高，讓血液 流速加快，讓頭部能及時獲得足夠血量。而當人體由坐姿轉為平躺時，由於躺姿有利血液回 流，此時回心血增加，心搏量也就被動地增加，此時為避免上半身獲得過多血量，心跳率會 主動地減少，血壓也會減少，減緩血液流速。
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圖一 人體姿勢改變時，心臟與血壓生理表現的改變情形(修改自 Smith, et al., 1970)。
圖二 重力方向改變時對人體循環系統的調節作用示意圖。
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(四)、潛水反射對人體心動週期的效應
外界的刺激亦會調節心跳率，例如將沾濕的毛巾蓋於臉上，會使心跳率下降
(Bradycardia)，這個反射稱為潛水反射(Diving Reflex)，常見於海洋哺乳類。當這些動物潛水 時，其呼吸終止，心跳率、代謝率下降，以節省氧氣的消耗，但人體也存在著這種反射，部 分科學家因這個原因與其他理由，提出水猿理論(The Aquatic Ape Hypothesis)(伊蓮‧摩根，
2005)，認為人類過去曾有一段時間是行水生或半水生生活的，但這個理論仍證據不足，不被 大多數科學家接受。
在臉部浸入比體溫低的水中時，屬於副交感神經系統的三叉神經(Trigeminal nerve)中的 眼神經(Ophthalmic branch)與上頷神經(Maxillary branch)的冷受器受到刺激，進一步激發迷 走神經的運動神經元(Vagal motoneurons)，使心跳速率降低(Shattock and Tipton, 2012)。
二、昆蟲的心動周期
(一)、為何選用蟑螂作為實驗動物
高中生物實驗以水蚤作為觀察心跳週期的實驗動物，其身體透明，在顯微鏡下可觀察心 臟跳動，進而探討溫度因子對其心跳率的影響。該實驗所收集的數據難以精準，這是因為水 蚤具有許多缺點，例如：個體小且需置於水中，造成操作不易；需於顯微鏡下進行觀察，操 作顯微鏡的能力影響實驗的成果；探討溫度因子時不易維持恆溫(介質過小)；對環境要求高 而不易飼養；除溫度因子外，較難探討其他因子的作用等。
本實驗課程利用常見的昆蟲—美洲蟑螂(American cockroach, Periplaneta americana) 作為觀察心跳活動的實驗動物，其生理反應明顯且易觀察，可透過肉眼或解剖顯微鏡直接進 行心跳週期的觀察，並不需要解剖蟲體、殺死生命，可幫助學生建立基本觀念與練習實驗操 作技巧。
美洲蟑螂為家家戶戶常見的昆蟲，容易捕捉，容易飼養。成蟲的體長約 3 至 4 公分，體 積較大而易操作，可透過肉眼或放大鏡直接進行心跳週期的觀察。蟑螂心跳速率適中(約 70
～120 次/分鐘)，容易測量，適合用於探討溫度或其他因子，對其心跳週期的影響。
(二)、蟑螂心臟的特性
昆蟲的循環系統屬於開放式循環，心臟位於身體的背側中央，從胸部的背側一直延伸至 腹部背側(圖三)。美洲蟑螂心臟共十二節，胸部三節，腹部九節。心臟搏動時，血淋巴 (hemolymph)在心臟中向前推進，將血淋巴推向頭部，再由頭部流至胸部、腹部等處。蟑螂的 循環系統只有一條血管，位於背側稱為背血管，其中膨大且具規律性收縮能力的構造稱為心 臟，而身體的其他部位皆不具有微血管，故血淋巴直接在體腔中流動，且相較於閉鎖式循環 的動物，其血流速率較慢。
昆蟲的心臟只由一層心肌細胞構成，是一個非常脆弱又敏感的器官，在解剖時，心臟常 常會停止搏動，所以要觀察心臟的搏動，必須在不傷害蟲體的情況下進行。蟑螂的背板為透 明的構造，所以可在不干擾蟑螂生理活動的情況下，觀察並測量心搏的情形。此外，蟑螂的 心臟由複雜的神經與內分泌系統支配，對化學與機械的刺激非常敏感，所以在探討各項因子 對心搏活動的調節作用，蟑螂是一個非常適合的實驗動物。
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圖三 蟑螂心臟的位置與分佈示意圖。(a)背面觀。(b)腹面觀，去除內臟後(數字為心臟編號)。
(三)、溫度對蟑螂心動週期的效應
水蚤與蟑螂的心跳率皆受溫度的影響，這是因為在適當範圍內，溫度的增加可增加化學 反應的速率，進而增加神經放電、肌肉收縮的速率。
蟑螂進食時(餵食糖液)，心跳率會增加，由於心跳率的增加可促進血淋巴的循環，增加 血淋巴流過消化道的速度，而增加腸胃道內養分擴散至血淋巴的效率(昆蟲為開放式循環)，
所以在餵食糖液時，不但口器會產生吸吮反射，此時心臟的心跳率亦會增加，為吸收養分預 作準備，這與人類聞到食物香味，胃液就開始分泌的道理類似。
(四)、姿勢改變對蟑螂心動週期的效應
姿勢的改變也會影響蟑螂的心動週期(圖四)。當美洲蟑螂頭朝上站姿時，由於重力方向 不利血淋巴由心臟前方搏出，反而將血淋巴滯留於心臟中，此時舒張時間減少，心跳率增加，
使頭部能及時獲得足夠的血淋巴。頭朝下站姿時，心搏量減少，進而減少心輸出量，此時血 淋巴受重力影響，能順利流至頭部，為避免頭部獲得過多的血淋巴，因此心搏量、心輸出量 皆減少。
將美洲蟑螂與人體的循環系統的參數變化整理成表一進行比較，同樣是頭朝上站姿時，
受重力的影響，兩者的心搏量皆會被動地減少，為避免頭部缺血，人體會增加其心跳率，但 是心搏量減少的幅度較大，因此心輸出量仍下降，此時人體主要靠增加血壓來幫助血液循環 維持恆定；而美洲蟑螂雖然心搏量減少，仍可透過心跳率的增加，而維持了心輸出量的恆定，
另外，由於美洲蟑螂循環系統只有心臟及少量之環節血管，較無法調控全身性的血壓。由上 述可歸納出，屬閉鎖式循環的人體主要透過調節血管之血壓來因應體位變化，而屬開放式循 環的美洲蟑螂則是由心臟本身進行主動調節。
(a)
(b)
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圖四 重力方向改變時對美洲蟑螂循環系統的調節作用示意圖。
表一 體位改變時人體(閉鎖式循環系統)與蟑螂(開放式循環系統)之比較。
項目 心跳率 收縮
時間 心搏量 心輸 出量
周邊血
管阻力 血壓
人體 (閉鎖式循環)
Cybulski et al., 2009 MacWilliam, 1933
立起後
↑ ↑ ↓
(回心血↓)
↓ ↑ ↑
平躺後
↓ ↓ ↑ ↑ ↓ ↓
蟑螂 (開放式循環)
頭朝上
立起
↑ — — — ？ ？
頭朝下
立起
— — ↓ ↓ ？ ？
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(五)、味覺刺激對蟑螂心動週期的效應
蟑螂的小顎鬚(maxillary palpus) 對糖溶液亦很敏感，碰觸到糖溶液會引發攝食行為，
口器中含有醣受器(carbohydrate chemoreceptor)，在吸食糖液時，透過口器上的受器使心 跳速率增加。
一般而言，昆蟲味覺受到食物的刺激會引起攝食反射，同時增加循環器官和消化管的 運動，及消化器官的血流量，以增加食物吸收的效益。例如：葡萄糖對蟑螂口器上味毛的刺 激會快速增加心輸出量，以增加通過腸道表面的血淋巴量，促進葡萄糖從腸道內擴散至體腔 內的速度；此情形下蟑螂心輸出量的增加，主要由於心跳率的增加，與心搏量沒有顯著的改 變，可能是因為葡萄糖吸收的效率與血淋巴流動的速度有關，而與血淋巴流動的力量關係較 小，故心搏量受味覺刺激的影響不具有顯著性差異。
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E xperiment-實驗練習(封閉式實驗)
一、測量人體脈搏的實驗流程
(一)、將學生進行分組，每組約四人，其中一人為受試者，一人負責把脈，一人負責計時，
一人負責記錄。計時者利用碼表進行計時(圖五)。
(二)、受試者以坐姿閉眼的狀態放輕鬆，把脈者持續進行脈搏的計算。
(三)、計時者每十秒鐘報時一次，記錄者每十秒鐘記下把脈者報出的脈搏次數(紀錄於表 二)，只計算十秒內的脈搏次數，不需累加。
(四)、依上述方法計算受試者的平穩脈搏約 20 秒(記錄 2 次)。
(五)、接著改變受試者的狀態或姿勢，也就是所探討的因子開始作用，同時進行記錄 20 秒(記錄 2 次)。可探討的因子如下：
1.呼吸運動的效應：吸氣後憋氣、呼氣後憋氣等。
2.改變姿勢的效應：由蹲姿或躺姿立起(圖六)、由立姿或坐姿蹲下或躺下、以躺 姿抬起雙腳(圖七)等。
3.潛水反射的相關探討：臉上覆蓋濕紙(圖八)、臉上覆蓋乾紙、脖子覆蓋濕紙等，
其中覆臉的紙預留孔洞，供呼吸所需。
(六)、隨後恢復正常的狀態，繼續測量受試者的脈搏約 30 秒(記錄 3 次)。
(七)、受試者輪流擔當，重複以上步驟。
(八)、將所有紀錄之脈搏數據計算成心跳率(單位為：次/分鐘)繪製成圖，比較改變受試 者的狀態或姿勢時的心跳率，與前後狀態的差異。
圖五 測量人體脈搏(心跳率)時的任務分配照片。
一人為受試者，一人負責把脈，一人負責計時，一人負責記錄。
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表二 測量人體脈搏的實驗數據記錄表。
時間 0-10 秒 11-20 秒 21-30 秒 31-40 秒 41-50 秒 51-60 秒 61-70 秒
處理 正常狀態 因子作用 恢復正常狀態
心跳率
(次/10 秒)
1 2 3 4
註：表中的因子作用代表執行所探討的因子，例如：吸氣後憋氣、呼氣後憋氣、由蹲姿或躺 姿立起、由立姿或坐姿蹲下或躺下、臉上覆蓋濕紙、臉上覆蓋乾紙、脖子覆蓋濕紙等因子。
圖六 探討改變姿勢對人體心動周期的效應時，由蹲姿立起的過程照片。
圖七 探討改變姿勢對人體心動周期的效應時，由 躺姿抬起雙腳的過程照片。
圖八 進行潛水反射的相關 探討時，臉上覆蓋濕紙 的過程照片。紙片預留 孔洞供呼吸所需。
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二、人體脈搏實驗結果範例
在吸氣後憋氣期間心跳率下降，且恢復正常呼吸後，心跳率並不會立即恢復(圖九)，若 以生理訊號紀錄儀測量人體脈搏，則有類似的現象(圖十)，在吸氣後憋氣期間脈搏振幅下降，
時間間距增加(心跳率下降)。
在改變姿勢的效應方面，以躺姿將腳高舉，或以立姿突然蹲下，心跳率下降且恢復正常 姿勢後心跳率很快的恢復(圖十一)。若以躺姿坐起，或以蹲姿突然起立，心跳率沒有改變，
但恢復姿勢後心跳率反而下降(圖十二)，但此實驗的結果易受操作過程的影響，若只計算其 中一個班級的實驗數據，卻發現以躺姿坐起，或以蹲姿突然起立時期間，心跳率增加(圖十 三)，較符合預期。
針對人體潛水反射之引發因子的探討，我們發現只要有觸覺刺激(例如乾紙覆臉，圖十四) 就可降低心跳率，臉覆濕紙(圖十五)或脖子覆濕紙(圖十六)，也都可降低心跳率，其中臉部刺 激的效應較為持久，即使恢復成未覆蓋外物，心跳率仍未恢復，但脖子覆濕紙刺激的效應較 為短暫，恢復成脖子未覆蓋外物，心跳率在短期內即恢復。若以生理訊號紀錄儀測量人體脈 搏，亦可紀錄到潛水反射的現象(圖十七)，在臉覆濕紙期間脈搏振幅下降。
從實驗結果中我們也發現，許多數據指出在操作變因還未發生作用時，心跳率可能先發 生變化(第 11 至 20 秒時)，包含圖九、圖十一、圖十二、圖十四、圖十五、圖十六，這可能 是心理預期因素所致，此現象值得繼續探究。
圖九 吸氣後憋氣對人體心跳率的效應(平均±標準誤，取樣數=51)。
第 21 至 40 秒期間受試者進行吸氣後憋氣(以紅色標註)。
與 0-10 秒的心跳率平均值相比(單尾配對 t 檢定)：*: p < 0.05。
與 11-20 秒的心跳率平均值相比(單尾配對 t 檢定)：‧: p < 0.05。
吸氣後憋氣
60 65 70 75 80 85
0-10秒 11-20秒 21-30秒 31-40秒 41-50秒 51-60秒 61-70秒
心跳率(次/分鐘) *
*
*
* *
*
‧
‧
‧ ‧
‧
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圖十 利用生理訊號紀錄儀，探討吸氣後憋氣對人體脈搏紀錄的效應。
圖中上方為脈搏紀錄，下方為呼吸運動曲線向上代表吸氣，向下代表呼氣)。
圖十一 改變姿勢對人體心跳率的效應(平均±標準誤，取樣數=34)。
第 21 至 40 秒期間受試者進行腳高舉或蹲下(以紅色標註)。
與 0-10 秒的心跳率平均值相比(單尾配對 t 檢定)：*: p < 0.05。
與 11-20 秒的心跳率平均值相比(單尾配對 t 檢定)：‧: p < 0.05。
腳高舉或身體蹲下
60 65 70 75 80 85 90
0-10秒 11-20秒 21-30秒 31-40秒 41-50秒 51-60秒 61-70秒
心跳率(次/分鐘)
* *
*
‧ ‧
*
‧
‧ 吸氣後憋
氣 脈
搏
呼
吸
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圖十二 改變姿勢對人體心跳率的效應(平均±標準誤，取樣數=38)。
第 21 至 40 秒期間受試者進行上身挺起或起立(以紅色標註)。
與 0-10 秒的心跳率平均值相比(單尾配對 t 檢定)：*: p < 0.05。
與 11-20 秒的心跳率平均值相比(單尾配對 t 檢定)：‧: p < 0.05。
圖十三 某一班探討改變姿勢對人體心跳率的效應所紀錄數據(平均±標準誤，取樣數=15)。
第 21 至 40 秒期間受試者進行上身挺起或起立(以紅色標註)。
上身挺起或身體起立
60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80
0-10秒 11-20秒 21-30秒 31-40秒 41-50秒 51-60秒 61-70秒
心跳率(次/分鐘)
*
* *
‧
‧
*
‧
‧
上身挺起或身體起立
60 65 70 75 80 85
0-10秒 11-20秒 21-30秒 31-40秒 41-50秒 51-60秒 61-70秒
心跳率(次/分鐘)
*
‧
13
與 0-10 秒的心跳率平均值相比(單尾配對 t 檢定)：*: p < 0.05。
與 11-20 秒的心跳率平均值相比(單尾配對 t 檢定)：‧: p < 0.05。
圖十四 探討人體潛水反射相關性質所紀錄的心跳率數據(平均±標準誤，取樣數=28)。
第 21 至 40 秒期間受試者進行臉覆乾紙(以紅色標註)。
與 0-10 秒的心跳率平均值相比(單尾配對 t 檢定)：*: p < 0.05。
與 11-20 秒的心跳率平均值相比(單尾配對 t 檢定)：‧: p < 0.05。
圖十五 探討人體潛水反射相關性質所紀錄的心跳率數據(平均±標準誤，取樣數=30)。
臉覆濕紙
60 65 70 75 80 85
0-10秒 11-20秒 21-30秒 31-40秒 41-50秒 51-60秒 61-70秒
心跳率(次/分鐘)
*
* * * * *
‧ ‧ 臉覆乾紙
60 65 70 75 80 85
0-10秒 11-20秒 21-30秒 31-40秒 41-50秒 51-60秒 61-70秒
心跳率(次/分鐘)
*
*
*
* *
‧
‧ ‧
‧
*
‧
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第 21 至 40 秒期間受試者進行臉覆濕紙(以紅色標註)。
與 0-10 秒的心跳率平均值相比(單尾配對 t 檢定)：*: p < 0.05。
與 11-20 秒的心跳率平均值相比(單尾配對 t 檢定)：‧: p < 0.05。
圖十六 探討人體潛水反射相關性質所紀錄的心跳率數據(平均±標準誤，取樣數=28)。
第 21 至 40 秒期間受試者進行脖子覆濕紙(以紅色標註)。
與 0-10 秒的心跳率平均值相比(單尾配對 t 檢定)：*: p < 0.05。
與 11-20 秒的心跳率平均值相比(單尾配對 t 檢定)：‧: p < 0.05。
圖十七 利用生理訊號紀錄儀，探討臉覆濕紙對人體脈搏紀錄的效應。
脖子覆濕紙
60 65 70 75 80 85
0-10秒 11-20秒 21-30秒 31-40秒 41-50秒 51-60秒 61-70秒
心跳率(次/分鐘)
*
*
*
*
‧
5 秒 臉覆濕紙
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三、測量蟑螂心搏的實驗流程 (一)、麻醉與固定步驟
1.利用市售蟑螂屋中的貼紙，剪成適當大小(約 3×4 公分)。
2.將蟑螂低溫麻醉(置於冷凍庫中)，或溺水麻醉(浸於水中)，待其麻醉，將其身上水 分擦乾，將蟑螂六足朝下黏於蟑螂屋中的貼紙上。
3.將蟑螂的翅膀張開，亦黏於兩側的貼紙上(圖十八)，使其背部露出。
4.背部中央有一條黑線，從胸部延伸至腹部，即為心臟(圖十九 A)。
5.於解剖顯微鏡下觀察蟑螂心跳週期(圖十九 B)。
(二)、探討溫度對蟑螂心跳率的影響
1.於室溫下，計算蟑螂心跳率，測量數次之後，求其平均值。
2.將蟑螂放置於培養皿(含蓋)之上，培養皿內放入冰塊，控制蟑螂周邊的溫度，使溫 度降低到比室溫低 10℃，再測量心跳率數次，求其平均值。
3.將蟑螂放置於培養皿之上(含蓋)，燒杯內放入熱水，使熱水的蒸汽將蟑螂加熱，使 溫度維持比室溫高 10℃，並測量心跳率數次，求其平均值。
(三)、攝食糖水對蟑螂心跳率的影響 固定方式的教學影片請見：https://goo.gl/VCZUwX 1.將蟑螂屋的貼紙剪出一半圓形或方形缺口(圖二十 a)，並於缺口基部處橫向黏貼一
段棉花棒的桿子，以便將蟑螂頭部抬起，露出其口器。
2.將蟑螂進行麻醉後，黏於蟑螂屋的貼紙上(背面朝上)，將頸部跨於棉花棒桿子上，
使口器位於貼紙之缺口處(圖二十 b)。
3.將蟑螂的六肢與翅膀黏於貼紙有空位之處，使心臟露出。
4.將蟑螂置於解剖顯微鏡下，於背側的中央，可見一條類似黑線的構造，此構造(背 血管)會收縮舒張，即為心臟。
5.以清水沾濕棉花棒，觸碰蟑螂口器餵食清水，同時測量蟑螂心跳率。
圖十八 將蟑螂固定於蟑螂屋貼紙 的照片(蔡，民 92)。
圖十九 在解剖顯微鏡下所觀察的 蟑螂心臟。
16 80
90 100 110 120 130
20 25 30
溫度(攝氏度)
心跳率(次/分)
6.隔五分鐘後，以葡萄糖液(濃度高於 5％)沾濕棉花棒，再將之觸碰蟑螂口器餵食糖 液，直至產生吸吮反射，同時測量蟑螂心跳率。
7.重複上述步驟三次，每次相隔五分鐘。
圖二十 將蟑螂黏於蟑螂屋貼紙的方法。
(a).將蟑螂屋貼紙的一側剪出一半方形缺口，並黏上一小段棉花棒桿。
(b).將蟑螂頸部跨於棉花棒桿子上，背面朝上黏貼於蟑螂屋貼紙上，利用蟑螂屋貼紙 的缺口與棉花棒桿，使蟑螂的口器騰空露出。
(四)、攝食咖啡對蟑螂心跳率的影響
步驟如(三)，實驗組改為以咖啡溶液沾濕棉花棒，再將之觸碰蟑螂口器餵食，隨後測 量蟑螂心跳率。
四、蟑螂心搏實驗結果範例
蟑螂在 20℃、25℃與 30℃的環境中，心跳率有隨溫度增加而增加的現象(圖二十一)，在 此三個溫度條件下，其溫度與心跳率呈線性關係，其趨勢線可以 y = 2.92x + 14.05 表示(x:
溫度；y:心跳率)，相關係數(R)為 0.997。
蟑螂的口器若接觸到糖水，會引起吸吮反射，所以實驗過程中若有觀察到此反射，代表 蟑螂確實受到糖液刺激，其心跳率的實驗結果通常會較明顯。餵食蟑螂糖液時，心跳率會增 加(圖二十二)，其意義在於：心跳率的增加可促進血淋巴的循環，增加血淋巴流過消化道的 速度，而增加腸胃道內養分擴散至血淋巴的效率(昆蟲為開放式循環)，所以在餵食糖液時，
不但口器產生吸吮反射，此時心臟的心跳率亦會增加，為吸收養分預作準備，這與人類聞到 食物香味，胃液就開始分泌的原理類似。
(a) (b)
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圖二十一 不同溫度對心跳率的影響(平均 ± 標準誤，取樣數=6)(蔡，民 92)。
組別間達統計上顯著差異(單尾配對 t 檢定)。
80 85 90 95 100
餵清水 餵葡萄糖液
心跳率(次/分)
圖二十二 餵食清水與糖水對心跳率的影響(平均 ± 標準誤，26 隻蟑螂，68 次實驗)。
達統計上顯著差異(單尾配對 t 檢定)。
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E xploration-設計探索(開放式研究)
一、學理與技術探索
請先經初步收集資料後，構思一個與動物循環系統有關的議題，在透過收集相關資料、
報導、文獻後，撰寫一篇「主題報告(topic report) 」或「回顧與評論(review)」，內容可包含 科學學理、技術應用、案例探討，或相關社會福利、倫理、法律議題。
二、科學現象探索
請設計一個人體或昆蟲心動週期相關的實驗，探討某項因子(factor)對心動週期的效應 (effect)，並列出操縱變因、控制變因與應變變因，列出所需材料與器材，及實驗設計與流程 規劃。例如：探討「預期心理」是否影響心跳率、攝取咖啡是否影響人體心跳率？
經討論、修改後，請執行你的研究計畫，並詳實記錄實驗結果。最後經整理、統計數據 後，提出你的發現與研究過程所面臨的挑戰。
P resentation-討論表達
一、小論文撰寫
請將你在此課程的學習經驗與成果，撰寫成小論文，其段落依序為：主題、摘要(300 字 內)、前言(含動機與目的)、研究方法(含研究器材、實驗動物、實驗步驟)、研究成果、討論、
心路歷程與心得、結論(條列式)、參考資料。
二、口頭發表
請將你在此課程的學習經驗與成果，以海報或 PPT 為媒體，進行 10 分鐘的口頭報告。
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E xtended reading and R eference-延伸閱讀與參考資料
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