摘要 在科學(xué)教育的視角下，探討中小學(xué)顯微鏡教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能中發(fā)揮的綜合性作用，并提出相關(guān)教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞 顯微鏡 科學(xué)教育 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

綜觀中小學(xué)理科課程可知，顯微鏡原理與操作的教學(xué)地位及其特殊，具有不可替代的教育價(jià)值，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

1 儀器操作教學(xué)的首選載體

這是顯微鏡教學(xué)的本體價(jià)值。由于價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用安全、維護(hù)簡(jiǎn)便等原因，在中小學(xué)階段，顯微鏡是目前唯一的、能夠做到學(xué)生人手一臺(tái)的實(shí)驗(yàn)儀器。其他儀器，如生物學(xué)科的PCR儀、恒溫培養(yǎng)箱等，雖然技術(shù)先進(jìn)，卻價(jià)格不菲，一般每個(gè)實(shí)驗(yàn)室只配備1～2臺(tái)(甚至不配備)，無(wú)法讓每一名學(xué)生都得到充分的練習(xí)操作的機(jī)會(huì)，或如化學(xué)當(dāng)中的各種實(shí)驗(yàn)裝置，雖然價(jià)格低廉，卻都是由各種玻璃器皿組裝而成，不屬于實(shí)驗(yàn)儀器的范疇、過(guò)于簡(jiǎn)單，教學(xué)的有效性大打折扣。更毋需提及電泳儀、滅菌器、離心機(jī)等存在安全隱患的實(shí)驗(yàn)儀器，無(wú)論教師還是學(xué)生，大多對(duì)其望而卻步。在目前這樣一個(gè)“教學(xué)載體一元化”的情況下，教師就必須充分利用顯微鏡教學(xué)的時(shí)間，不但要把顯微鏡本身的操作技巧教好、教會(huì)，還要深刻挖掘其教育內(nèi)涵，站在概念教學(xué)的高度，將顯微鏡教學(xué)抽象到普遍的、儀器使用技術(shù)的層面，讓學(xué)生在學(xué)會(huì)使用顯微鏡以后，對(duì)于其他的、未使用過(guò)的儀器，也能夠在很短的時(shí)間內(nèi)熟悉、熟練。亦即，顯微鏡教學(xué)不但要完成技術(shù)素養(yǎng)的任務(wù)，還要完成科學(xué)素養(yǎng)的任務(wù)；在讓學(xué)生“學(xué)會(huì)使用”的同時(shí)，還要“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”。

就顯微鏡部件的材質(zhì)而言，顯微鏡可以分為光學(xué)部分(各種透鏡、反射鏡)和機(jī)械部分(各操作部位)兩大部分；而就功能而言，又可分為觀察、調(diào)節(jié)和輔助三個(gè)部分。故可用表1來(lái)展示融合了以上兩種分類依據(jù)的、顯微鏡各個(gè)部件的分類。

在中學(xué)階段，學(xué)生不需要深入透徹地了解儀器的細(xì)部構(gòu)造，但將各部分視為“黑箱”，模塊化地了解某種儀器以至任何事物的概貌，確實(shí)是一種學(xué)習(xí)能力與習(xí)慣的體現(xiàn)。這樣一種由具體事實(shí)中提取概念，再以概念為指導(dǎo)認(rèn)識(shí)新事物的過(guò)程，也是學(xué)生受用終身的學(xué)習(xí)方法。

2 科學(xué)研究方法的重要代表。

顯微鏡是人們觀察和認(rèn)識(shí)微觀世界的重要工具，這一點(diǎn)在科學(xué)、尤其在生物學(xué)當(dāng)中尤為突出。隨著人們認(rèn)識(shí)世界的水平逐漸深入，肉眼的、直觀的感知，已經(jīng)體現(xiàn)出明顯的缺點(diǎn)。出于對(duì)事物本質(zhì)組成及屬性認(rèn)知的渴望，人們研究并制造了顯微鏡。

在小學(xué)階段，顯微鏡大多還是被用來(lái)觀察“細(xì)微”的事物，如花粉粒、蝴蝶翅膀、番茄果肉等。這些觀察大多還是為了激發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)自然、認(rèn)識(shí)微觀世界的興趣，并且“細(xì)微”的定義也并不準(zhǔn)確，還沒(méi)有以細(xì)胞、組織、器官等嚴(yán)格的生物尺度劃分來(lái)界定觀察的對(duì)象。但是，從酸奶為什么會(huì)酸、人為什么會(huì)感冒、飯前便后為什么要洗手等一系列的小故事當(dāng)中，學(xué)生已經(jīng)能夠建立這樣一個(gè)概念：即顯微鏡是觀察微觀世界的重要工具，人類的生存與發(fā)展離不開(kāi)它。

整個(gè)中學(xué)階段，這樣的小故事、以及由此建構(gòu)的關(guān)于顯微鏡技術(shù)重要性的概念比比皆是、不斷深化，所不同的只是更加規(guī)范化、更加深入。如初中階段，開(kāi)始觀察洋蔥表皮、人體口腔上皮細(xì)胞，開(kāi)始觀察小腸絨毛以及金魚尾部的毛細(xì)血管。這些都不是簡(jiǎn)單的觀察，而是對(duì)細(xì)胞、組織、器官乃至個(gè)體的、生命不同研究層次的認(rèn)識(shí)。又如，在高中階段開(kāi)始觀察DNA及RNA的分布，觀察葉綠體、線粒體的形態(tài)。這不但將顯微鏡觀察深入到了亞細(xì)胞水平，而且這類實(shí)驗(yàn)有一個(gè)共性：對(duì)樣品的處理。亦即，認(rèn)識(shí)微觀世界，只有顯微鏡是不夠的，還要對(duì)樣品進(jìn)行特殊的處理，如染色、烘干等。在這一點(diǎn)上，其實(shí)高中階段的顯微鏡技術(shù)與高校中的電子顯微鏡、熒光顯微鏡的原理是相通的，都是觀察介質(zhì)(光線或粒子流)與樣品本身相互協(xié)調(diào)的問(wèn)題。只有將這樣的“相通之處”指出來(lái)，學(xué)生才可能整體把握人類的技術(shù)設(shè)計(jì)思想，從而產(chǎn)生創(chuàng)造力，顯微鏡作為科學(xué)教育的載體才有現(xiàn)實(shí)意義。然而，這樣一個(gè)開(kāi)啟創(chuàng)造力源泉、領(lǐng)悟科學(xué)技術(shù)實(shí)質(zhì)的契機(jī)，并沒(méi)有被大多數(shù)教師所珍惜。其道理不言而喻：教師們普遍關(guān)注顯微鏡所顯示的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象——現(xiàn)實(shí)一些說(shuō)，就是教材上的、用于考試的知識(shí)。對(duì)于知識(shí)背后的思想，尚待挖掘。

3 學(xué)科知識(shí)融合的典型范例

顯微鏡應(yīng)用于生物，卻是依靠基礎(chǔ)的數(shù)理思想設(shè)計(jì)的。在中學(xué)階段，生物課上講顯微鏡，物理課上也講顯微鏡，那么二者的教育教學(xué)價(jià)值有何異同?可否相輔相成?最簡(jiǎn)單地，能不能在物理課上偏重于顯微鏡的成像原理(幾何光學(xué)原理)，而在生物課上偏重于應(yīng)用(顯微觀察)?這樣的問(wèn)題越來(lái)越凸現(xiàn)，無(wú)論哪個(gè)學(xué)科的教師，都無(wú)法回避。因?yàn)樵诳茖W(xué)教育理念逐漸深入人心的今天，分科教學(xué)即使仍將長(zhǎng)期存在，但每一學(xué)科的教師也不能指望單一學(xué)科能解決其教學(xué)中的所有問(wèn)題。學(xué)生越來(lái)越“難對(duì)付”——在中學(xué)階段，他們既懂生物，又懂物理——在一定的層次上，他們是全才，而教師是偏才。為什么向上推動(dòng)載玻片，在視野中看到的卻是樣品向下移動(dòng)?作為生物教師，只知道現(xiàn)象是不夠的，如果不能用幾何光學(xué)的成像原理給以解釋，很容易就會(huì)被學(xué)生難倒。像這樣學(xué)科交叉與融合的例子比比皆是。如眼的構(gòu)造(生物與物理)、蛋白質(zhì)(生物與化學(xué))、環(huán)境保護(hù)(生物、化學(xué)、地理、物理)。最大程度地激發(fā)學(xué)生們的科學(xué)潛質(zhì)是各個(gè)學(xué)科綜合作用的結(jié)果，而學(xué)生將來(lái)解決科研、生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題，更要依靠綜合科學(xué)素養(yǎng)。顯而易見(jiàn)，科學(xué)教育是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的內(nèi)在要求，但首先是對(duì)教師專業(yè)發(fā)展的時(shí)代性挑戰(zhàn)。

但學(xué)科融合卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止知識(shí)的融合。比如通用技術(shù)，尋找技術(shù)設(shè)計(jì)的理想載體是目前通用技術(shù)教師所關(guān)注的問(wèn)題。教科書上的自行車、板凳，或過(guò)于復(fù)雜、或過(guò)于簡(jiǎn)單，尚不完全適合于中學(xué)教學(xué)。筆者認(rèn)為，在目前通用技術(shù)課程發(fā)展的“初級(jí)階段”，既然沒(méi)有找到技術(shù)設(shè)計(jì)的最佳載體，也就不必強(qiáng)求——不妨允許載體的“多元化”——從其他學(xué)科當(dāng)中尋找一系列的載體。

比如，可以設(shè)計(jì)造型美觀小巧、帶開(kāi)關(guān)的移動(dòng)燈——單從物理或技術(shù)設(shè)計(jì)的角度上看，這個(gè)“工程”過(guò)于簡(jiǎn)單，沒(méi)有任何教學(xué)價(jià)值——但如果考慮到這個(gè)移動(dòng)燈是為了代替中小學(xué)顯微鏡中自然光源(即雙面反光鏡)而設(shè)計(jì)的、簡(jiǎn)易便攜的電光源，意義就大不相同了。這樣的一個(gè)簡(jiǎn)單改進(jìn)，能夠大大方便顯微鏡教學(xué)，甚至提高顯微鏡的檔次，實(shí)為技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用于具體學(xué)科領(lǐng)域的典范。由此還可以想見(jiàn)：能否將單目鏡改為雙目鏡?能否加載一個(gè)可調(diào)節(jié)焦距的光學(xué)轉(zhuǎn)接口，從而用自己的數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)就能進(jìn)行顯微拍攝?積少成多，就形成了一個(gè)“教學(xué)顯微鏡升級(jí)工具包”。單目、自然光源的顯微鏡，通過(guò)技術(shù)設(shè)計(jì)，變成了雙目、電光源的高檔顯微鏡，教學(xué)價(jià)值之大，成就感之大，不言而喻。

事實(shí)上，從小學(xué)到中學(xué)，各個(gè)學(xué)科都有很多關(guān)于模型建構(gòu)的實(shí)驗(yàn)課程，如細(xì)胞模型、DNA模型、蛋白質(zhì)表達(dá)動(dòng)態(tài)模型等。還有實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，如過(guò)氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)生成氧氣的裝置、雷雨天氣生成硝酸的模擬實(shí)驗(yàn)裝置等。將通用技術(shù)的思想融入各個(gè)學(xué)科當(dāng)中，無(wú)處不科學(xué)，無(wú)處不技術(shù)，也是科學(xué)教育精神之所在。

任何一個(gè)知識(shí)點(diǎn)、一個(gè)技能，分科教學(xué)是起點(diǎn)，學(xué)科融合是歸宿。顯微鏡教學(xué)如此，任何教學(xué)內(nèi)容都如此。大多數(shù)中學(xué)生，在其將來(lái)的生活與工作當(dāng)中是不會(huì)用到多少生物學(xué)知識(shí)與技能的。是否能記住顯微鏡的結(jié)構(gòu)，是否知道動(dòng)植物細(xì)胞的區(qū)別，是否能說(shuō)出人體骨骼的組成，這些具體的生物學(xué)課程內(nèi)容，不會(huì)對(duì)他們提高生活質(zhì)量、增長(zhǎng)工作經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生顯著影n向。對(duì)于生物教師而言，要時(shí)刻考慮一個(gè)問(wèn)題：我們最終能給學(xué)生什么?教師給學(xué)生的最大財(cái)富，應(yīng)該是以提高科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)的、生物學(xué)科的基本觀念，以及由這些觀念所提煉的、指導(dǎo)任何行為的哲學(xué)思想。例如，學(xué)生們可以甚至說(shuō)應(yīng)該忘記顯微鏡的結(jié)構(gòu)(具體的生物學(xué)知識(shí))，但他們記住了任何物體、任何系統(tǒng)、以至任何事物都是有結(jié)構(gòu)、有層次的，而且特定的結(jié)構(gòu)與層次都對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的功能或職能。這樣，在他們遇到任何新鮮事物、任何問(wèn)題的時(shí)候，都能夠由表及里、循序漸進(jìn)地分析、了解以至解決。從一個(gè)個(gè)細(xì)小的知識(shí)點(diǎn)當(dāng)中滲透具有普遍意義的世界觀與方法論，以具體的學(xué)科問(wèn)題的解決為例教給學(xué)生解決任何問(wèn)題的方法，使其終身受益，這是生物教師的理想目標(biāo)。