馮艷娜

【摘要】：高中生物觀察類實驗往往需要借助于普通光學(xué)顯微鏡進行觀察，但傳統(tǒng)的教學(xué)方式并不便于結(jié)果的記錄、分析和共享。將數(shù)碼顯微鏡運用到課堂實驗教學(xué)中，加速了實驗進程，同時可以實現(xiàn)實時記錄、資源共享、互動交流、學(xué)后拓展，真正達到探究的目的?！坝^察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”、“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”這兩個實驗都取得了較好的實驗效果。

1.傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的使用弊端

高中生物實驗教學(xué)中的觀察類實驗往往需要借助于顯微鏡才能完成，對于大多數(shù)實驗室而言，普通光學(xué)顯微鏡是最常用的觀察設(shè)備。但普通光學(xué)顯微鏡功能單一，存在一定的局限性。如動態(tài)過程無法記錄，優(yōu)秀的實驗無法再現(xiàn)與共享。新課程標(biāo)準(zhǔn)對實驗的要求明顯加強，在教學(xué)方法上對探究性和互動性也提出了更高的要求。只有轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式、實現(xiàn)師生、生生之間的交流，才能真正實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)。顯然，傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段的實驗要求。

2.我校數(shù)碼顯微鏡的結(jié)構(gòu)與功能

數(shù)碼顯微鏡是將顯微鏡看到的實物圖像通過數(shù)模轉(zhuǎn)換，使其成像在顯微鏡自帶的屏幕上或計算機上，通過投影機播放，使教室內(nèi)的學(xué)生可以一同觀看影像。

2016年，學(xué)校生物實驗室升級改裝，安裝了投影設(shè)備，并配置了一批鳳林牌FL-107CCD三目數(shù)碼顯微鏡。這批顯微鏡配置的目鏡放大倍數(shù)為10X、16X，物鏡放大倍數(shù)為4X、10X、40X和100X，內(nèi)置一體化130萬像素高分辨率數(shù)碼攝像系統(tǒng)。數(shù)碼顯微鏡可以通過USB接口，連接到實驗室的主控電腦上，并經(jīng)投影儀，將實時畫面投影到大屏幕上。每臺顯微鏡又自帶一個7寸顯示屏，進行分組實驗時，組內(nèi)成員可以同時觀察到實驗現(xiàn)象，并能實現(xiàn)拍照、攝像，放大等基本操作。

3.實例一“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”

3.1實驗分析

該實驗是高中生物中的經(jīng)典實驗，由于實驗強度大，時間緊，教師演示難等問題的存在，導(dǎo)致成功率低、效果差。所以在實際教學(xué)中，很少有學(xué)校帶學(xué)生動手做實驗，通常只是讓學(xué)生觀看實驗視頻。而配置了數(shù)碼顯微鏡后，我校老師果斷放手，從取材到實驗記錄，全部交給學(xué)生，并取得了一定的成功。

3.2基本操作

通過預(yù)實驗發(fā)現(xiàn)大蒜根尖觀察效果更好。正式實驗時，采用大蒜根尖為實驗材料。通過分組，每組4位同學(xué)共用一套觀察裝置，按照“解離-漂洗-染色-制片”的基本步驟進行操作。

3.3結(jié)果與分析

圖1為某小組觀察到的有絲分裂圖，能較清晰的看到間期、末期和中期。雖然，實驗中也存在一些問題，但數(shù)碼顯微鏡的運用使得本實驗的意義更深遠(yuǎn)。體現(xiàn)在兩方面：一、該實驗對解離的程度和表皮的撕取要求高，學(xué)生需要多次嘗試才能夠制作出理想的裝片。分組合作可以制作大量裝片，利用數(shù)碼顯微鏡自帶顯示屏可以實現(xiàn)多人同時觀察，對于不合適裝片直接淘汰，合格裝片能夠較快捕捉視野，及時拍照。二、雖然不是每個小組、每個裝片都可以同時觀察到分裂的各個時期，但教師可以將各組觀察到的典型圖像，通過投影儀及時展示給全體學(xué)生。也可以就問題裝片展示分析失敗原因，從而實現(xiàn)班級共享。

4.實例二“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”

4.1實驗分析

該實驗是高中生物新課改后的第一個探究實驗。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)往往機械地按照課本中的實驗要求進行模仿，持續(xù)時間較長。要真正實施探究性實驗，需要對實驗過程中存在的問題，進行大膽的改進、創(chuàng)新。從而把學(xué)生的主動性、創(chuàng)造性調(diào)動起來。同時，利用數(shù)碼顯微鏡的動態(tài)記錄功能記錄下實驗過程。

4.2實驗過程

4.2.1材料選擇

除洋蔥外，校園里正開的薔薇花、木槿花花瓣，水綿均可作為實驗備用材料。

4.2.2基本操作

將學(xué)生分組，每組6人，每組2臺普通光學(xué)顯微鏡，1臺數(shù)碼顯微鏡。學(xué)生依據(jù)科學(xué)探究的一般方法開展實驗：

提出問題—作出假設(shè)—設(shè)計實驗—進行實驗—分析結(jié)果，得出結(jié)論

4.3實驗中存在的問題

選擇紫色洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞為實驗材料，觀察滴加0.3g/ml蔗糖溶液發(fā)生質(zhì)壁分離及分離復(fù)原的現(xiàn)象。問題主要表現(xiàn)為兩方面：一、材料撕取困難，洋蔥外表皮色素含量雖高，但撕取只有一二層細(xì)胞構(gòu)成的外表皮細(xì)胞有一定難度。在操作中，反而是上個班級留下來的不新鮮的洋蔥殘片，輕輕一掰，一撕，用剪刀剪斷，鑷子夾到載玻片上，效果較好。二、進程緩慢，實驗中采用課本中0.3g/ml的蔗糖溶液，質(zhì)壁分離較慢。

4.4 實驗創(chuàng)新

鑒于以上問題，一方面，每組各派一名學(xué)生，繼續(xù)完成課本中的實驗，通過數(shù)碼顯微鏡的攝像功能，記錄質(zhì)壁分離及復(fù)原的過程。另一方面引導(dǎo)學(xué)生解決實驗中存在的問題，經(jīng)小組討論，結(jié)合現(xiàn)有實驗條件，學(xué)生提出以下幾點改進方案：

①采用洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞進行觀察

②增加蔗糖溶液的濃度

③改用KNO3溶液

④觀察其他植物細(xì)胞的吸水和失水

每組自選1-2個方案進行探究，將觀察到的現(xiàn)象及時記錄，效果明顯的通過投影儀進行展示。

4.4.1 改用洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞

用洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞觀察，將視野調(diào)暗，能看到質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象。為了使現(xiàn)象更明顯，用紅墨水染色增加對比度，結(jié)果實驗效果非常明顯

4.4.2增加蔗糖溶液的濃度

學(xué)生分別嘗試了0.4g/ml、0.5g/ml蔗糖溶液，結(jié)果表明：0.5g/ml蔗糖溶液雖然最容易發(fā)生質(zhì)壁分離，但很多細(xì)胞無法復(fù)原，進而得出結(jié)論：高濃度蔗糖溶液可能導(dǎo)致細(xì)胞失水過多而死。而采用0.4g/ml蔗糖溶液的實驗小組，觀察到質(zhì)壁分離（圖4）及復(fù)原（圖5）現(xiàn)象所需時間約五分鐘，明顯短于0.3g/ml蔗糖溶液所需時間（8-10分鐘）。后續(xù)實驗中，學(xué)生統(tǒng)一采用0.4g/ml蔗糖溶液，加快了實驗進程。

4.4.3 觀察KNO3溶液使細(xì)胞質(zhì)壁分離及自動復(fù)原

學(xué)生嘗試了0.4mol/l、0.6mol/l、1.0mol/l三個濃度梯度的KNO3溶液對洋蔥外表皮細(xì)胞吸水和失水的影響，結(jié)果表明0.6mol/lKNO3溶液，既能使細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離，也能使其自動復(fù)原。濃度過大則會導(dǎo)致細(xì)胞失水過多而死，以致無法復(fù)原。

4.4.4觀察其他植物細(xì)胞的吸水和失水

水綿，細(xì)胞單列呈絲狀，有細(xì)胞壁和大液泡，具備發(fā)生質(zhì)壁分離的條件。采集后，不需要壓片，單根藻絲即可直接制成臨時裝片。滴加0.4g/ml蔗糖溶液，結(jié)果顯示水綿細(xì)胞能在短時間內(nèi)發(fā)生失水，液泡逐漸縮小，滴加清水后，快速吸水，恢復(fù)原狀。整個實驗過程用時約三分鐘，比之前的任何一個實驗所需時間都短。

通過小組內(nèi)部合作，每個小組都觀察到了植物細(xì)胞的失水和吸水現(xiàn)象，并用數(shù)碼顯微鏡記錄下實驗過程，針對實驗現(xiàn)象明顯的小組，通過投影儀對實驗結(jié)果在全班進行展示。整個實驗探究取得了超乎想象的效果。

5.教后感悟

5.1數(shù)碼顯微鏡的使用有助于實驗的成功

（1）節(jié)省時間，加速實驗進程

普通光學(xué)顯微鏡觀察時需要時刻盯著鏡頭，容易疲勞。而數(shù)碼顯微鏡能將物象呈現(xiàn)在計算機屏幕上，且具有視頻記錄功能。一方面避免了長時間用眼，另一方面，也可以利用記錄的空檔時間準(zhǔn)備下一個實驗，從而加速實驗進程。

（2）實現(xiàn)資源共享

實驗過程中，對于成功的案例，可以通過投影儀進行資源共享，對于異常的實驗結(jié)果，可以進行及時的分析，并改正。

（3）實現(xiàn)學(xué)后拓展

在后續(xù)的教學(xué)中，可以將記錄下的視頻進行編輯。經(jīng)剪輯、壓縮、快進制作成的《質(zhì)壁分離及復(fù)原》動態(tài)時錄，可以作為教學(xué)短視頻。既可以復(fù)習(xí)時回放，也可以插入到微課制作和慕課教學(xué)中，實現(xiàn)資源的多級利用。

（4）享受成功喜悅，激發(fā)創(chuàng)造熱情

學(xué)生對數(shù)碼顯微鏡具有濃厚的興趣，不僅希望觀察課本中的實驗，還想探究自然界更多微觀的現(xiàn)象?？茖W(xué)探究不僅局限在課堂，課外活動是課堂教學(xué)的延伸和補充，利用生物學(xué)知識探索生活實踐中遇到的生物問題，也是生物實驗拓展的主要內(nèi)容之一。

5.2小組合作、自主探究提升實驗素養(yǎng)

毋庸置疑，數(shù)碼顯微鏡在高中生物實驗教學(xué)中的輔助作用是明顯的。有的高中甚至借鑒了大學(xué)微觀實驗室的教學(xué)模式，引進了全方位的數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)，這將更有利于生物觀察類實驗的開展，但所需費用和對教師的要求也是很高的?？萍歼M步帶來了教學(xué)的便利，但我們在教學(xué)的過程中也不能單純的只依靠設(shè)備，也要通過設(shè)計、恰當(dāng)?shù)剡\用，從而提高課堂效率。

基金項目：河南省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃電化教育專項課題成果

課題名稱：信息技術(shù)環(huán)境下高中生物“教與學(xué)”模式新研究，批準(zhǔn)號：教教科 【2017】770號