顯微鏡在不同年級段小學科學實驗教學中的梯度應用

施超

摘 要：在小學科學實驗教學中，針對于不同年級的學生特點，選擇適合學生使用的不同類型的顯微鏡，進行分層次教學以達到不同梯度的應用，由此來激發(fā)學生的觀察興趣，提高學生的學習積極性以及科學實驗活動的教學效率。

關鍵詞：顯微鏡; 小學科學; 實驗教學; 梯度應用

中圖分類號：G623.6? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）12-034-002

眾所周知，顯微鏡早已成為當前科學研究和實驗教學過程中不可或缺的重要儀器之一，在科學研究中如果缺乏顯微鏡，科研工作將無法深入進行;在實驗教學組如果沒有使用顯微鏡，無論教育工作者怎么用語言描述形容，學生學習起來也會感到枯燥乏味，教學效果也比較一般，甚至于導致學生本來很感興趣的知識點以失敗而告終。

同樣，顯微鏡也作為小學科學實驗室常備的實驗儀器之一。在小學教育階段，顯微鏡大致可以分為手持顯微鏡與光學顯微鏡兩大類，根據(jù)清晰度以及功能健全性，手持顯微鏡又可以分為簡單便攜式手持顯微鏡和手機（平板）手持顯微鏡;小學實驗室中的光學顯微鏡又可分為普通光學顯微鏡和DISLab（數(shù)字化實驗室）所配備平板顯示屏數(shù)碼顯微鏡。從課程體系出發(fā)，顯微鏡的使用則要根據(jù)學生不同年齡階段下身心發(fā)展水平的高低以及科學實驗課程的難易程度進行相應選擇，從而將選擇和運用顯微鏡進行實驗研究優(yōu)勢發(fā)揮到最大化。

筆者對小學階段低年級、中年級以及高年級用到及可能用到顯微鏡的實驗進行了一定的整理與比較，認為可以通過嘗試借助不同類型的顯微鏡載體，進而選擇不同方向梯度式地進行科學實驗研究，在對許多實驗進行整合改進與創(chuàng)新的同時，從而創(chuàng)設出適宜不同年級段相對輕松的探索實驗教學環(huán)境。

一、便攜式顯微鏡在低年級段科學實驗教學課程中的初步應用

便攜式顯微鏡，顧名思義就是一種小巧便攜的微型顯微鏡產(chǎn)品，它是將精銳的光學顯微鏡技術、先進的光電轉換技術以及液晶屏幕技術完美地結合在一起而開發(fā)研制成功地一項高科技產(chǎn)品。

便攜式顯微鏡具有如下特點：第一，體積小、便于攜帶。當學生遇到想要觀察的物體時，能夠隨時進行觀察，記錄有關情況，特別適合于移動、現(xiàn)場檢測，這突破了傳統(tǒng)顯微鏡使用空間的局限性。第二，質量小。其大小質量只有普通光學顯微鏡的1/10，對于力氣較小的低年級學生使用較為合適。第三，放大倍率在60X—120X無極變倍。與傳統(tǒng)的普通放大鏡進行比較，便攜式顯微鏡放大倍數(shù)更高，且具有能進行連續(xù)變焦調(diào)節(jié)倍數(shù)的優(yōu)勢。第四，觀測視野亮度高。便攜式顯微鏡自帶LED照明燈，在亮度不足的情況下觀測物體無需過多考慮自然光線。

根據(jù)低年級學生年齡小，生理機能較弱，身體發(fā)展水平還在逐步提高中;但心理上又好奇多問，對很多事物都充滿了興趣，只是觀察事物往往更多注意整體，比較籠統(tǒng)，不夠精確;認知發(fā)展仍然處于具體運算階段，主要是以具體形象思維為主。因此在科學深入觀察，尤其在探索一些現(xiàn)象背后的科學原因時候，教學中簡單便攜式顯微鏡的應用就顯得尤為重要。在蘇教版新教材一年級上冊《借助工具觀察》一課中，教材就著重介紹了簡易顯微鏡的使用方法。讓低年級的學生認識接觸簡易顯微鏡，也為后續(xù)的具體實驗研究打好技能上的基礎。例如，在蘇教版新教材一年級下冊《沙子與黏土》一課中，在慢慢地向沙子和黏土里倒水過程中，出現(xiàn)了滲水量不同的實驗現(xiàn)象，教師在引導學生思考其背后的原因時，需要去觀察沙子和黏土的顆粒結構與空隙，這就可以讓學生們運用起便攜式顯微鏡進行觀察，來彌補肉眼觀察的一些不足，提高探究的效率。在蘇教版低年級新教材中比較重視學生走出教室，觀察動植物，親近自然。如一年級上冊《樹葉變黃了》、一年級下冊《形形色色的植物》、二年級《尋訪土壤中的小動物》等。這些都是需要在室外觀察的活動，而手持顯微鏡有著便于攜帶，可以突破空間的限制的優(yōu)點，在這樣的科學活動中可以發(fā)揮它特有的優(yōu)勢。

二、手機（平板）手持顯微鏡在中年級段科學實驗教學課程中的進階應用

手機（平板）手持顯微鏡是在手機（平板）鏡頭后面加裝一個簡單便攜式顯微鏡設備，讓手機（平板）具有了顯微鏡的相當功能，從而可以觀察一些肉眼難以看到的物體。

因為手機（平板）手持顯微鏡是在簡單便攜式顯微鏡的基礎上改良的，除了具有以上簡單便攜式顯微鏡所具有的一般特點之外，還具有以下幾點優(yōu)勢：第一，智能性。手機（平板）手持顯微鏡一方面操作較簡單，另一方面也可以充分利用手機（平板）的相關功能， 把某些瞬時的、肉眼不可見的情況進行拍照或者錄像，以便以后進行學習研究。第二，耐用性。由于手機（平板）顯微鏡的體積小，觀察的結果通過手機（平板）屏幕顯示比簡單便攜式顯微鏡清晰度更高，保養(yǎng)起來會比一般光學顯微鏡更加方便，其使用壽命也較長。第三，延續(xù)性。課后時間可以要求學生在家中利用手機（平板）顯微鏡進行拓展觀察，讓課堂上的觀察任務在課后能夠得到延伸。第四，興趣性。在教學中，利用了手機（平板）手持顯微鏡的相關功能，可以展示師生觀察下所拍攝的標本圖片，進而可提高學生們的參與度，增加他們對科學實驗的興趣[1]。

但手機（平板）手持顯微鏡也有一些不足之處。首先，這類加裝了光學顯微結構的手機顯微鏡的放大倍數(shù)也只能達到120倍以內(nèi)，只能觀察到微小物質的大概結構;其次，手機（平板）手持顯微鏡的運用在幫助學生觀察了解細微結構的同時，也需要考慮到學生對于手機游戲的克制力不強，所以一般情況下要求在家長的陪同下進行觀察活動[2]。

中年級段的學生身心發(fā)展達到一定的水平，日常生活也開始接觸且能熟練使用電子產(chǎn)品，這為之后手機（平板）手持顯微鏡的應用作好鋪墊。此時，中年級段心理上也開始表現(xiàn)出熱衷與他人分享，和同齡人做朋友的意識。另外在認知上，中年級段的學生們思維模式逐漸從具體形象思維為主開始向抽象邏輯思維過渡，但這時的抽象邏輯思維發(fā)展還是不太平衡。因此，在科學實驗教學中，通過利用手機（平板）手持顯微鏡可以得到清晰的觀察效果，而且可以進行拍照存儲，成為教師教學，學生學習以及科學課上顯微研究的重要手段與工具。譬如在聽蘇教版新教材三年級下冊《石頭上的植物》這節(jié)公開課時，青苔極其細小，若只憑肉眼再去分離青苔植株更是難上加難。這時，執(zhí)教教師分發(fā)手持顯微鏡讓學生進行細致觀察以及在顯微鏡下操作實驗—分離青苔植株，手機（平板）手持顯微鏡下學生對青苔的細微結構觀察得更清晰，也有利于分離青苔實驗的操作。另外，在鑒定和研究不透明的金屬礦物時，應用最為廣泛的便是手機（平板）手持顯微鏡，在蘇教版新教材四年級上冊《常見的巖石》、《認識礦物》中也可以利用手機（平板）手持顯微鏡對礦石進行初步的礦物粒度顏色的觀察、礦石結合特點分析和礦物的鑒定，同時附以拍照，測量，傳送的功能，將采集的圖像與數(shù)據(jù)進行小組乃至全班進行分析，引導學生認識巖石和礦物的種類及特點。此外，手機（平板）具有聯(lián)網(wǎng)的功能，學生課后也可以隨時隨地將自己觀察到的細微事物拍攝下來，發(fā)布到網(wǎng)上或班級群中，與其他學生、教師共同探討，及時發(fā)現(xiàn)并解決在學習中遇到的一些問題。

三、光學顯微鏡在高年級段科學實驗教學課程中的深入應用

光學顯微鏡目前分為兩種結構類型，一類是使用頻率多的普通光學顯微鏡，另一類是DISLab（數(shù)字化實驗室}所配備平板顯示屏數(shù)碼顯微鏡。

普通的光學顯微鏡是利用光學原理，把人眼所不能分辨的微小物體放大成像，以供人們提取微細結構信息的光學儀器。光學顯微鏡作為一種精密的光學儀器，已有三百多年的發(fā)展史。自從有了顯微鏡，人類對許多過去看不到的微小結構或微小生物有了新的進一步認識，他是我們認識微觀世界的重要工具，其在現(xiàn)代科學發(fā)展史有著不可替代的作用[3]。

隨著現(xiàn)代生物技術的發(fā)展和人們對顯微鏡要求的提高，單一的光學顯微成像系統(tǒng)已經(jīng)遠遠不能滿足人們顯微觀察攝影的高要求。而數(shù)碼顯微鏡即DISLab（數(shù)字化實驗室）所配備平板顯示屏光學顯微鏡的出現(xiàn)，則標志著光學顯微鏡從此進入到了一個新的數(shù)碼時代。數(shù)碼顯微鏡不僅繼承了光學顯微鏡優(yōu)良的成像特點，更是將其和先進的光電轉換技術、液晶屏幕結合，使得顯微鏡在獲得觀察更清晰的顯微結構本領的同時，也能實現(xiàn)顯微圖像的數(shù)字化存儲和傳輸。相較于普通光學顯微鏡，兩者存在以下不同：其一，數(shù)碼顯微鏡具有顯微攝像功能，可以將觀察到的顯微結果保存下來，形成圖文文件，學生間可以相互傳閱，老師也可對其進行評價指正;而普通顯微鏡只能利用目鏡觀察，不能進行顯微攝像。其二，數(shù)碼顯微鏡可以與電腦連接，可以實現(xiàn)多人同時觀察;而普通光學顯微鏡智能單人次進行觀察。其三，通過電腦屏幕的預覽，可以減少眼睛的疲勞;而普通的光學顯微鏡則需要通過每時每刻進行觀察，這樣容易造成眼睛的過度疲勞?？傮w而言，數(shù)碼顯微鏡開啟了現(xiàn)代科學儀器儀表發(fā)展的一個新時代，具有普通光學顯微鏡沒有的優(yōu)勢功能。它在科學研究和教學演示中有著迅速的發(fā)展[4]。

小學高年級學生身心發(fā)展水平已接近成人水平，觀察力通過之前的學習與培養(yǎng)已具有一定的目的性、精確性以及全面性，抽象邏輯思維水平也不斷提高。其中抽象的成分日益增多，在教師的指導下，對自己的思維過程進行反省和監(jiān)控的能力有了提高，思維的自覺性也有了很大的發(fā)展。在學習中，主要表現(xiàn)在兩個方面，一是由直接理解向間接理解過渡。隨著知識經(jīng)驗的積累和智力水平的提高，間接理解逐漸占主導地位;二是由被動理解向主動理解轉變。高年級學生逐漸減少依賴于教師的啟發(fā)誘導，更多的是學會按照自己的思維方式理解學習材料。在蘇教版六年級上冊第一單元《顯微鏡下的世界》，從《觀察水滴里的生物》觀察原生生物之類的微生物，第二課《做酸奶》中認識細菌，第三課《饅頭發(fā)霉了》的霉菌，再到《搭建生命體的“積木”》中觀察細胞的形狀和結構特點，由于這些微生物的結構非常微小，便攜式顯微鏡和手持式顯微鏡已經(jīng)不能滿足放大倍率的要求了，這就需要用到光學顯微鏡。但在使用普通光學顯微鏡時卻又產(chǎn)生一系列的不方便，如觀察水滴里的生物時，由于水滴的透明需要借助外界更多的光線反射，生物在水滴中快速地游動使得學生們的觀察結果不盡如意。而如果采用數(shù)碼顯微鏡即DISLab（數(shù)字化實驗室）所配備平板顯示屏光學顯微鏡，自帶的燈光使得觀察到的畫面很清晰，還可以拍攝微生物的照片或錄制水中微生物游動的視頻，從而產(chǎn)生更好的觀察體驗和效果。

綜上所述，在不同的年級段，將顯微鏡應用于科學課程，將顯微鏡作為實驗的助力者，努力讓全體學生成為科學實驗的主體。當然，接下來教師也應在更多的實驗課中深思運用顯微鏡對課程進行整合創(chuàng)新，并不斷地探索和完善，希望能最大程度地使顯微鏡成為實驗的有力工具、學生成為實驗的主人。

參考文獻：

[1]陳展.手機顯微鏡的教學作用[J]中小學實驗與裝備，2018，v.28;No.157（03）：28

[2]黃紫筠，范曾麗.直觀演示法在初中生物教學中的應用——以“練習使用顯微鏡”教學為例[J]中學生物學，2018，v.34;No.248（02）：25-26

[3]宗世平.廢舊顯微鏡在顯微鏡教學中的利用[J]實驗教學與儀器，2016，v.33;No.333（01）：35-36

[4]張凌俊.初高中生物實驗顯微鏡應用的比較[J]實驗教學與儀器，2014，v.31;No.318（10）：37-38