例談數(shù)碼顯微鏡在高中生物實驗中的應用

韓涵

【內(nèi)容摘要】本文以“觀察植物根尖分生區(qū)有絲分裂、觀察洋蔥表皮細胞的質(zhì)壁分離以及復原”兩個實驗為例，闡述了數(shù)碼顯微鏡在高中生物實驗中的應用。

【關鍵詞】數(shù)碼顯微鏡 高中生物 實驗 教學

高中生物課程標準明確指出：信息素養(yǎng)是一個現(xiàn)代公民應具備的基本素養(yǎng)。生物學是一門基于實驗基礎上的自然科學，很多原理、知識都是建立的實驗的基礎上獲得的。通過實驗，不僅可以讓學生掌握科學研究的一般發(fā)法，還能讓他們加深對生物學科理論知識的理解，提高學生的實踐能力和小組合作的能力，同時也能提高學生的信息素養(yǎng)。

高中生物人教版教材中，涉及到顯微鏡使用的實驗有很多。如：必修一《分子與細胞》模塊中有下列實驗：生物組織中的脂肪的檢測與鑒定、觀察幾種不同類型的細胞、觀察DNA和RNA在細胞中的分布情況、葉綠體和線粒體的觀察、洋蔥表皮細胞的質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復原的觀察、觀察植物根尖分生區(qū)有絲分裂。必修二《遺傳與進化》模塊中，涉及到顯微鏡的有減數(shù)分裂實驗裝片的觀察。必修三《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中有探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化。以上僅僅是必修模塊中考試大綱列出的實驗，還不包括選修教材、部分探究類或演示實驗、校本課程實驗等。

隨著科技的發(fā)展，各種各樣的數(shù)字化應用技術不斷涌現(xiàn)，用傳統(tǒng)的光學顯微鏡進行教學，已經(jīng)不能滿足生物學科的發(fā)展，也不能滿足師生對學科知識的探索。我校是一所四星級高中，學生的素質(zhì)均位于當?shù)厍傲?，這一問題顯得尤為突出。我校嘗試開創(chuàng)了基于數(shù)碼顯微鏡互動教學形式下的網(wǎng)絡教室，將高速發(fā)展的多媒體信息技術與數(shù)碼顯微技術進行整合，改變了傳統(tǒng)的生物實驗教學。簡單的說，這種互動式實驗教學系統(tǒng)由光學數(shù)碼顯微鏡、光電圖像裝換裝置、多媒體中控設備等部分構(gòu)成。

以“觀察植物根尖分生區(qū)有絲分裂”的實驗為例，傳統(tǒng)的顯微鏡下，能觀察到各個時期的同學只有少數(shù)，大部分同學都不能找全不同時期的圖像。而在數(shù)字實驗室內(nèi)，學生以小組為單位（四人一組），完成常規(guī)操作“解離——染色——漂洗——制片”后，在自己的數(shù)碼顯微鏡屏幕上可以清晰的看到自己的實驗結(jié)果并可傳至計算機上，教師在講臺上可以通過自己的主控電腦方便的看到每個同學的實驗結(jié)果，并且可以利用圖片捕捉軟件捕捉典型圖片，通過投影展示，還可以用相關軟件在圖中注明間、前、中、后、末等幾個時期，便于師生全面互動，更方便、快捷的進行交流。做得比較好的臨時裝片，學生也可按數(shù)碼顯微鏡的拍照鍵保存到顯微鏡內(nèi)置的內(nèi)存卡中拷走以便自己后期理解。

再以“觀察洋蔥表皮細胞的質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復原”為例，這個實驗比較簡單，但質(zhì)壁分離和復原是一個動態(tài)變化的過程，持續(xù)的時間比較長，傳統(tǒng)的顯微鏡觀察時，很多學生沒有耐心一直對著目鏡觀察，只能看到一個最終的結(jié)果。利用數(shù)碼顯微鏡，可以將加一定濃度的蔗糖溶液時洋蔥鱗片葉外表皮細胞質(zhì)壁分離及加清水后復原的全過程錄制下來，通過電腦終端觀察。筆者還增設了觀察一定濃度的葡萄糖溶液對洋蔥鱗片葉外表皮細胞的影響實驗，通過這種對比，學生可以更好的理解滲透作用中半透膜的特點，以及半透膜和選擇透過性膜之間的區(qū)別和聯(lián)系。

與學校普通顯微鏡相比，數(shù)碼顯微鏡具有以下優(yōu)勢：

一、輕松而又準確的示范作用

通過數(shù)碼顯微鏡，結(jié)合數(shù)碼互動系統(tǒng)，可以將教師的示范標本圖像在投影上顯示出來，面向全體學生，從而避免產(chǎn)生知識上的誤差。比如花生子葉薄片的制作，有些學生切得比較厚，導致細胞重疊，影響觀察，通過教師的示范作用，讓學生有個正確的標準。

二、有效的監(jiān)控和交流作用

傳統(tǒng)的實驗過程中，學生對其顯微鏡下的結(jié)果有疑惑時，往往只能和教師進行個別的交流，由于師生不能同時觀察同一鏡頭，導致交流產(chǎn)生困難甚至偏差。通過數(shù)碼顯微系統(tǒng)，教師能及時知曉學生的具體實驗研究的情況以及裝片制作的準確程度，從而及時發(fā)現(xiàn)學生存在的問題并解決問題。并且教師可以將任意學生的實驗結(jié)果進行展示、對比，使討論的內(nèi)容一目了然，有利學生之間的交流，使學生在一節(jié)課中獲得大量的信息。比如“植物的有絲分裂”實驗，很多學生做的不成功，通過教師的示范標本的展示和部分同學不成功的個案展示，學生在交流中加深了對有絲分裂各時期的理解。

三、方便靈活的圖像處理

學生在實驗過程中總會獲得一些非常有價值的標本圖像，而傳統(tǒng)的光學顯微鏡下用照相機拍攝出來的效果往往不太理想，數(shù)碼顯微鏡有拍照鍵和視頻鍵，學生可以把需要的圖片拍下來，保存到顯微鏡的內(nèi)置卡中。通過教師的主控電腦，還可以對一些圖片進行文字加工和圖片的剪切和整合，以便研究結(jié)束后的資料匯總。

數(shù)碼顯微鏡取代傳統(tǒng)的顯微鏡后，學生的學習積極性有了很大的提高，并且交流、小組合作的意識更強。他們更加愿意參與到實驗活動中去，能自主的發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題，科研能力和創(chuàng)造力明顯提高。

實踐證明，借助數(shù)碼顯微鏡不僅能解決傳統(tǒng)實驗教學中的遺憾，還在激發(fā)學生學習興趣，開拓學生思維、培養(yǎng)動手能力等發(fā)面起到了有效的促進作用。

【參考文獻】

[1] 汪忠、王永勝. 生物新課程教學設計與案例[M]. 北京：高等教育出版社.

[2] 包錦峰. 自動顯微鏡系統(tǒng)與顯微圖像拼接技術研究[D]. 華中科技大學，2007.

（作者單位：江蘇省泰州中學）