從STEM到STEAM的生物顯微世界探秘

石進德

1活動背景

針對手機入校的問題，許多學校雖然沒有明令禁止，但一般都不允許學生在課堂上使用手機，在課前放入“班級手機袋”，課后取回。但是這些舉措的實際效果總的來說差強人意、收效甚微。通過“手機數(shù)碼顯微鏡”創(chuàng)客活動，對手機管理改堵為疏，真正做到“我的手機我做主”，從而彌補課堂顯微鏡使用的不足，從STEM到STEAM教育探秘生物顯微世界，從傳統(tǒng)實驗室顯微鏡式觀察拓展到移動自助創(chuàng)客顯微觀察方式，滿足學生探索微觀生物世界的好奇心，同時獲得更豐富的觀察素材。

2活動目標

①了解創(chuàng)客意義，自己動手利用身邊簡易的材料進行創(chuàng)客制作，DIY建構(gòu)，創(chuàng)造出獨具特色的便攜式“手機顯微鏡”;

②利用自制的“手機顯微鏡”探究生物顯微世界，學以致用、加深對生物學的認知;

③從創(chuàng)客到藝術(shù)的升華，從STEM到STEAM，從科學到藝術(shù)的提升。

3實施過程

3.1手機變便攜式數(shù)碼顯微鏡、DIY創(chuàng)客活動階段

顯微鏡學習與使用：結(jié)合高中生物教材教學，學生學習掌握高倍顯微鏡原理，使用高倍顯微鏡觀察細胞，利用手機直接拍攝高倍顯微鏡下的細胞圖片。

DIY創(chuàng)客方案設(shè)計：DIY制作顯微鏡支架，讓手機變成一臺便攜式“手機數(shù)碼顯微鏡”，替代實驗室高倍顯微鏡用于觀察生物顯微世界和進行微距拍攝。

DIY創(chuàng)客材料選擇：借用通用教室現(xiàn)有的電鉆和鉆頭，每組準備尺子和鉛筆各1把、有機玻璃2塊（10x25cm和15x25cm）、膠合板1塊（15x25cm）、微型放大鏡（可從激光筆上拆下來的對角鏡頭）1個（或根據(jù)需要配置）、螺栓5個（配套螺母、墊圈）、小型LED燈1個。

DIY創(chuàng)客作品制作：①在膠合板（有機玻璃）上用直尺和鉛筆劃出螺栓點位;②在膠合板和有機玻璃上利用電鉆鉆出螺栓孔位和放大鏡孔位;③有機玻璃上固定放大鏡，膠合板對應(yīng)的位置安裝LED燈;④螺栓固定有機玻璃。

調(diào)整、實踐、應(yīng)用：學生嘗試用自己DIY的“手機顯微鏡”拍攝細胞等顯微結(jié)構(gòu)，進行演示。師生共同觀賞，根據(jù)使用的效果對存在的問題進一步修飾和完善，對結(jié)構(gòu)進行微調(diào)，最終完善裝置。

拍攝制作顯微圖片：學生利用自制的便攜式“手機數(shù)碼顯微鏡”，學習拍攝、美化圖像、制作顯微圖片。

3.2我的手機我做主、探秘生物顯微世界

3.2.1探究生物顯微世界

（1）認識和遠離螨蟲、健體又強身：學生針對網(wǎng)傳“床上的被褥螨蟲、塵埃螨蟲數(shù)量極多”，采用便攜式“手機顯微鏡”觀察螨蟲、認知螨蟲，增強除螨決心、保護身體健康。

（2）認識青霉與曲霉、垃圾不落地：學生以果皮容易滋生霉菌為案例，利用“手機顯微鏡”觀察放置于教室儲物柜上的果皮上的青霉與曲霉菌群，從本質(zhì)上理解果皮垃圾等易滋生病菌，從而精準直觀地認識到“垃圾不落地”的意義并自覺的執(zhí)行和落實。

（3）觀察蛙胚胎發(fā)育、激趣識真知：學生對青蛙的受精卵分裂和分化過程特別感興趣，但都只是停留在教師的講授和網(wǎng)上圖片的介紹。高中課時緊，沒有多余的時間長期到實驗室進行觀察和體驗，教師可充分利用課余時間，采用自制的便攜式“手機顯微鏡”在教室讓學生直觀感受蛙的胚胎發(fā)育，觀察“受精卯→2細胞胚→4細胞胚→8細胞胚→桑椹胚→囊胚”等動態(tài)過程，使學生直觀地理解DNA的總量隨著細胞數(shù)目的增加而增多、所有細胞的體積之和不變或略有減小、細胞體積減小，核質(zhì)比變大、有機物含量減少等。

（4）探究教室微生物、節(jié)能保健康：夏天，學生采用對比實驗，用便攜式“手機顯微鏡”比較普通教室、空調(diào)常閉教室、空調(diào)間斷開閉教室培養(yǎng)的微生物菌群，完成表1，直觀體現(xiàn)不同條件下教室中微生物菌群差異，從而認識到教室保持清新空氣流通的必要性。

教師引導學生采用自己DIY的放大倍數(shù)較大的便攜式“手機顯微鏡”觀察手機上的細菌，認識手機上的微生物，并提醒其他同學遠離致病微生物，預防傳染病等。

3.2.2留住精彩實驗瞬間

人教版高中生物必修教材共11個實驗用到顯微鏡，教師經(jīng)常為趕進度合并實驗，每個學生實際操作使用顯微鏡極少（每節(jié)實驗課最多10～20min）。便攜式“手機顯微鏡”能讓學生更好地體驗顯微鏡使用及領(lǐng)會顯微鏡的原理，并將顯微實驗的過程、結(jié)果等精彩瞬間留住，以期學生更好地學習和回顧。

3.2.3補充科學教學資源

生命世界是非常奇妙的，生物學是以實驗為基礎(chǔ)的自然學科。學生通過自己動手，利用便攜式“手機顯微鏡”拍攝生物顯微圖片，將拍攝的生物顯微圖片與老師、同學分享創(chuàng)客成果，滿足學生對微觀生物世界的認知、彌補直觀感受，還能獲得成功的體驗和成果應(yīng)用的成就感，進一步激發(fā)學習科學的積極性和主動性。

3.2.4探索發(fā)現(xiàn)未知世界

實踐出真知，學生通過便攜式“手機顯微鏡”對生物的拍攝，與己知的資料或圖鑒進行比較，能進一步探究未知的生物世界。

3.3從STEM到STEAM、求真賞關(guān)

STEM教育是對科學、技術(shù)、工程和數(shù)學的有機整合，本項活動在前期DIY創(chuàng)客制作，學習拓展基礎(chǔ)上開展深入的STEM教育活動，圍繞科學（實驗與現(xiàn)象）、技術(shù)（拍攝技術(shù)、成象技術(shù)，如何對圖像進行美化）、工程（DIY制作）、數(shù)學（通過對“手機顯微鏡”拍攝的照片添加標尺、測量標本的長度、估算標本的體積和大小等），科學求真、藝術(shù)唯美，在活動中從STEM到STEAM獲得真和美的內(nèi)涵和體驗。

3.3.1求真

科技教育追求求真務(wù)實的科學態(tài)度，體驗真實的科學情境，獲取科學真知。教師引導學生通過自制的便攜式“手機顯微鏡”拍攝顯微生物世界，采用從不同的側(cè)面、不同的角度比較，結(jié)合數(shù)據(jù)分析，力求還原生物世界的真實面目。

（1）不同顯微鏡拍攝、對比出真知：將“手機顯微鏡”拍攝圖像與顯微鏡拍攝同一生物圖片比較，對比圖像出真知。

（2）靜態(tài)圖變動態(tài)圖、視覺之比較：便攜式“手機顯微鏡”拍攝的靜態(tài)圖像制成動態(tài)圖，這種動態(tài)的照片更能激發(fā)興趣。

3.3.2賞美

學生對便攜式“手機顯微鏡”拍攝的生物顯微相片進行顯微生物美學研究，從STEM到STEAM的變化，增強了科學與藝術(shù)的結(jié)合。

（1）分門別類藝術(shù)創(chuàng)作：學生收集整理拍攝的顯微生物照片，對其進行分類識別并存檔，探究其研究的美，雅俗共賞;辨識顯微生物作品圖片，探究其生理學意義，依托顯微生物作品的啟示用于各種手工作品的圖案設(shè)計，開展有關(guān)顯微生物作品的創(chuàng)新性課題研究。

（2）創(chuàng)作顯微生物繪本：顯微生物作品具有生態(tài)的美，學生以拍攝的生物顯微作品為藍本，進行繪畫創(chuàng)作，形成顯微生物繪本手冊和顯微生物剪紙，內(nèi)容含生物名稱和創(chuàng)作的作品名稱，從而進一步認識和欣賞生物顯微作品之美。

（3）創(chuàng)客與藝術(shù)的升華：教師指導學生在創(chuàng)客活動中保留研究的原始材料，整理活動照片，完成活動記錄表，總結(jié)活動結(jié)果，交流信息，資源共享，查漏補缺;完成結(jié)題報告，撰寫活動報告;進行課題答辯，展示探究成果。

3.4拓展延伸階段

教師引導學生從活動中自主學習、互相質(zhì)疑，拓展延伸、尋找與生物顯微作品創(chuàng)作相關(guān)的研究，使本項活動可持續(xù)發(fā)展。

①采用分組或個人研究方式，開展新的高中生物顯微作品創(chuàng)客拍攝活動創(chuàng)新性課題研究。

②圍繞前期對高中生物顯微作品創(chuàng)客拍攝研究的成果，開展頭腦風暴、進行奇思妙想，設(shè)計新的創(chuàng)意項目，并開展深入的研究。

③嘗試高中生物顯微作品創(chuàng)客與數(shù)學建模研究。

④顯微作品創(chuàng)客拍攝作品參加各種創(chuàng)新比賽。