芬蘭LUMA中心實踐教學紀實

坦佩雷理工大學（Tampere University of Technology，簡稱TUT）創(chuàng)建于1965年，是芬蘭最著名的理工大學，是芬蘭培養(yǎng)創(chuàng)新和科技人才的主要中心之一。其最具實力的研究領域是信號處理、逆問題、光電子和生物工程（水處理、微生物）。眾多知名公司如諾基亞、微軟、因特爾、中國華為等都與該大學保持著密切的技術合作關系。

關于芬蘭國內的LUMA中心情況，前文已有相關介紹[1]，在此主要談談坦佩雷理工大學的LUMA中心的情況。這所大學的LUMA中心有一座高大的專用綜合樓，多個實驗活動教室，配備了全套先進的硬件活動設備和耗材;擁有一支由實力教授領銜的高學歷教科研團隊，總體上年輕、有活力、親和友善。該中心是一個全國性的科研活動中心，既有面向大學生開設的課程，也有面向中小學生的各種課外實踐活動，并對前來參加活動的中小學師生全程免費。中心還負責對中小學教師進行業(yè)務培訓，并開展相關教育教學科研及參與國內外學術交流。中國訪問團成員親自體驗了LUMA中心的實踐教學，本期將介紹其中的水質檢驗主題活動。

一、水質檢驗主題實踐活動的內容與準備

活動的內容是采集戶外水體樣本、進行水質檢測系列實驗、顯微鏡觀察其它生物樣本。LUMA中心教師團隊引領學員們進入一間滿是設備的實驗室，組織落座后，介紹當天中心參與活動的教師團隊以及中心的基本情況，講解活動方案，其中包括很多需要動手實踐的內容，這也是芬蘭非常普遍的一種教學模式。學員在活動中可以隨時向教師提問。教師闡述了大自然對于芬蘭人的重要性，并經常帶領學生在大自然中學習，強調了活動中的安全注意事項，呈現了戶外活動需要配備的多種用具，特別講解了戶外昆蟲等活體動物樣本采集裝置的正確使用方法（見圖1）。

二、戶外采集樣本

中心教師組織學員列隊出發(fā)，沿著大學內幾座樓間的道路，集體步行到三四百米之外的一個開闊的天然湖邊。教師把學員們分為若干小組，每個小組都有中心的教師帶隊。教師講清要采集的樣本清單，為各組分配一整套采集樣本的用具，提前分別貼好了標簽，放在一個塑料籃子中。約定了返回集合的時間和地點后，由各組教師帶領學員們沿著湖邊曲折的小道分區(qū)域開展采集樣本活動。

波光粼粼的湖面上，有許多野鴨自由地游弋，幾只白色的水鳥翩翩盤旋。藍天白云下，環(huán)湖的松柏、白樺等樹木翠綠而高聳的身影倒映在水面上，松鼠在樹枝間敏捷地跳躍，頭朝下地順著樹干迅速躥到地面，觀察著這些不速之客，并始終保持著安全距離。鴿子與人更親近，觸手可及，可以跟它們合影。樹下是錯落的灌木、青草、野花，地面上滿是濕滑的苔蘚，耳中可聽到鳥兒悅耳的鳴叫聲。漫步在湖邊的樹林，空氣濕潤清新，使人身心愉悅。與傳統的室內上課環(huán)境相比，如此近距離地徜徉在自然環(huán)境中，的確讓人心曠神怡。

芬蘭的幼兒園、中小學校及大學都是沒有圍墻的，所以也就沒有大門。出了樓房幾米之外就是完全處于自然狀態(tài)的樹林。操場就在樹木的環(huán)抱中，地面鋪了一層細沙，沒有常見的塑膠地面，學生們課余時間就是這樣零距離地接觸大自然。親近自然、放松身心，是芬蘭基礎教育的特色之一。中小學教師隨時可以做出決定，直接帶領學生們投入大自然的懷抱，在原生態(tài)的樹林中實施教學。校長完全尊重教師的自主權而不作任何干預，家長們同樣高度信任教師這樣安排的合理性而沒有任何異議。

學員們在教師的引領下，用備好的繩子將采樣瓶垂入水中，采集了湖水的樣本。為了進行區(qū)別比較，還分別采集了湖岸邊淺水區(qū)的水樣和探向湖面棧橋處的深水區(qū)樣本。學員們還各自發(fā)現并采集了其他多種樣本，如綠色的苔蘚、樹葉、野花、大個頭的蘑菇傘、枯朽的樹皮、小個頭的蜘蛛等。各組學員按照約定的時間和地點陸續(xù)匯集，互相展示和參觀各自的樣本，興高采烈。

三、水質檢測

回到實驗室后，教師按照水質檢測項目內容的需要把學員們分為4組，并設置了4個平臺區(qū)域，分別配有不同的專業(yè)水質檢測設備或儀器，由一名教師主持實施（見圖2）。每個平臺的活動時間約15～20分鐘，之后各組依次就近輪換，對4個平臺上的不同檢測內容進行觀察和測試。所使用的水樣來自學員們親自采集的兩種湖水和中心的飲用水。每個平臺都要用3種樣本完成不同的程序，分別從物理、化學角度進行各項性能的檢測，再進行比較，以此普及推廣相關科學知識。

1.檢測不同水質樣本的渾濁度、色度

渾濁度是用以表示水的清澈或渾濁的程度，是衡量水質良好程度的最重要指標之一，也是考核水處理設備凈化效率和評價水處理技術狀態(tài)的重要依據。降低渾濁度意味著減少水體中的有機物、細菌、病毒等微生物含量，不僅可提高消毒殺菌效果，又利于降低鹵化有機物的生成量。使用濁度測定儀可以在屏幕上呈現出直觀的數據。色度是對天然水或處理后的各種水進行顏色定量測定時用到的指標。飲用水的色度如大于15度時多數人即可察覺，大于30度時會引起人的厭惡。學員們要觀察并檢測樣本的色度，相關數據會在水質色度儀的屏幕上顯示出來。

2.檢測不同水質樣本的電導率、電阻值

采用幾節(jié)電池供電就能正常播放音樂的鳴器件，各用一根細電線連接作為正負極的金屬棒，插入不同樣本的水杯中，會使樂音產生或強或弱的起伏變化直至徹底消音，水的導電性能以這種方式直觀地顯示出來。數據可以在相關儀器的顯示屏上以曲線形式呈現。這時可以發(fā)現，水質的渾濁程度不同，其導電性能也不同。水的導電性能與其電阻值的大小有關，電阻值大則導電性能差，電阻值小則導電性能就好。電阻率與水中的含鹽量、離子濃度、離子所帶電荷數以及離子運動速度有關。因此，水越純，電阻率越大。在三種樣本中，純凈水的電阻最大，湖水電阻較小。

3.檢測不同水質樣本的酸堿度、污染指數

在實驗中，通?？捎脙煞N方法測量水樣的PH值：一是在待測溶液中加入PH指示劑，不同的PH值會使指示劑產生不同顏色;二是用玻璃棒蘸一點待測溶液放置在PH試紙上，將變化后的試紙顏色與比色卡對照，也可以得到溶液的PH值。水污染指數是對水體中污染物進行統計和歸納后，以數值形式綜合反映水體污染程度的指標。該指數主要用于對不同時間和地點的水污染情況進行比較，也可作為水污染分類和定級的依據。實驗結果顯示，湖的淺水區(qū)和深水區(qū)樣本數值略有差異。

這次水質采集并檢測的實踐活動設計，目的在于帶領學員們根據分析任務、分析對象、測定原理、操作方法和具體要求的不同，嘗試運用多種分析方法，常見的是化學分析法和儀器分析法。有了高級檢驗儀器的輔助，相關數據和變化可以更直觀地顯示，不同條件下的變化曲線在坐標系中呈現出相應的走向。這次實踐活動讓學員們增加了親近大自然的機會，在教師引導下了解了水質檢測的科學知識，接觸并使用了高端的相關實驗儀器設備，強化了環(huán)保教育理念。以“千湖之國”著稱于世的芬蘭在環(huán)保方面同樣領先全球，公民普遍表現出來的強烈的環(huán)保意識，很大程度上歸功于中小學校長期堅持不懈的環(huán)保教育。

中心教師還呈現了專門針對中小學生系列環(huán)保教育而設計制作的知識卡片。與撲克牌差不多大小，一面印有作為主題系列的某類生物的一個代表對象的圖片和名稱，一面印有與此種生物本身相對應的知識性簡要介紹。教師會選擇一組主題卡片（通常不過五六張）無序地擺在桌面上，要求學生完成相應的任務，如按照某種標準（時間、空間、路線等）為它們排序，挑出在某分類標準下與眾不同的某一差異個體等。如果學生不理解，教師會翻過卡片來讓學生看對應的內容;如果還有疑問，師生可以繼續(xù)探討交流。這些卡片式教具會根據學生年級體現出深淺梯度的差別，使用起來簡便易行，也不占用太多時間，又有一定的智力搶答風格，很受學生很喜歡。

各組教師在帶領學員們分組進行水樣檢測的同時，另外幾位教師精選了學員們的水樣進行挑選并加工，為下一個活動環(huán)節(jié)做準備（見圖3）。

四、用顯微鏡觀察樣本

最后環(huán)節(jié)是用顯微鏡觀察樣本。有別于傳統的目式生物顯微鏡，中心的設備儀器稱為放大鏡可能更合適：筆記本電腦式的外觀，鼠標被一個圓探頭取代。把探頭貼近觀察目標，被放大后的物體細節(jié)就直接呈現在屏幕上，探頭的旋轉按鈕用來調節(jié)畫面的放大倍數。如果想對屏幕畫面進行截圖保存，只需通過探頭上的一個按鈕即可實現。這種儀器的操作比目式生物顯微鏡更簡便。教師利用講臺上的儀器對樣本進行放大并投放在幕布上，于是大家清晰地看到了小蜘蛛腿上的絨毛，看到了腐爛樹皮里的微小寄生蟲慵懶地蠕動……此后，學員們自由操作，觀察自己采集的樣本，或把探頭貼在衣服、頭發(fā)、手機、筆、包乃至手臂上，屏幕上各種被放大的細節(jié)引起了陣陣驚嘆。

參考文獻

[1]韓寶江.芬蘭基礎教育的現象教學（一）[J].基礎教育參考，2019（5）：6-8.

（責任編輯? ?郭向和）