應(yīng)用數(shù)碼顯微鏡在初中生物教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)思維和探究能力

福建省泉州市安溪縣墩坂中學(xué) 王 勇

顯微鏡作為初中生物科學(xué)探究的重要工具，加入電子目鏡，與現(xiàn)有的各種教學(xué)資源相結(jié)合，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，讓學(xué)生在科學(xué)探究的過程中更加直觀、有趣地進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，提高初中學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的積極性，提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。筆者結(jié)合學(xué)校的教學(xué)實(shí)際和學(xué)生特點(diǎn)，從課堂內(nèi)外兩種途徑對培養(yǎng)初中生科學(xué)思維和探究能力進(jìn)行了嘗試。

一、課堂內(nèi)充分利用現(xiàn)有的兩種教室

（一）與課堂希沃平板結(jié)合，建立與微觀生物世界溝通的通道

目前，生物課堂以教師講授為主，學(xué)生在被動(dòng)接受，學(xué)生在課堂中的參與較少，同時(shí)教學(xué)資源匱乏，教師只能拿著教材和有限的幾個(gè)掛圖以及生物學(xué)模型進(jìn)行講解，學(xué)生所能接收的信息有限，不能夠主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過程，進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)。單調(diào)乏味的課堂使活潑好動(dòng)、喜歡新鮮事物的學(xué)生產(chǎn)生了厭煩心理，學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)只是為了應(yīng)付考試，死記硬背無法真正理解生物學(xué)現(xiàn)象的內(nèi)在規(guī)律，領(lǐng)悟生物學(xué)的科學(xué)思維方法，積極主動(dòng)獲取生物科學(xué)知識(shí)。把數(shù)碼顯微鏡通過USB數(shù)據(jù)線連接到希沃平板，在希沃平板安裝Yais數(shù)碼顯微鏡軟件后，標(biāo)本上微小的生物實(shí)時(shí)放大到希沃平板大屏幕上。例如，在教師講解單細(xì)胞生物草履蟲時(shí)，通過數(shù)碼顯微鏡使每個(gè)學(xué)生都在希沃平板大屏幕上看到了活蹦亂跳的草履蟲，看到它是怎么旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，另外還讓學(xué)生看到了其他單細(xì)胞生物，比如衣藻等，使學(xué)生真實(shí)感受到自然界中單細(xì)胞生物的存在。在學(xué)生面前打開微觀生物世界的通道，讓學(xué)生懂得原來生物是由細(xì)胞構(gòu)成的，認(rèn)識(shí)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，知道生物的生長發(fā)育生活都是由細(xì)胞完成的，從宏觀開始走向微觀。此外，教師還可利用帶WiFi熱點(diǎn)可和手機(jī)或平板電腦相連接的輕便的數(shù)碼顯微鏡，帶領(lǐng)學(xué)生走出教室，在校園或校外實(shí)踐基地觀察探究大自然中的各種生物的形態(tài)習(xí)性，把課堂所學(xué)知識(shí)和對照實(shí)驗(yàn)探究方法與生活實(shí)際相結(jié)合，點(diǎn)亮學(xué)生對生物學(xué)的好奇心，在生活實(shí)踐中提升初中學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力。

（二）與多媒體網(wǎng)絡(luò)教室結(jié)合，建立互動(dòng)系統(tǒng)，建立數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境

多媒體網(wǎng)絡(luò)教室在學(xué)校已基本普及，把數(shù)碼顯微鏡與多媒體網(wǎng)絡(luò)教室相結(jié)合，充分利用多媒體網(wǎng)絡(luò)教室資源的優(yōu)點(diǎn)，讓教師端和每個(gè)學(xué)生端的信息共享更加便捷。教師端利用極域電子教室軟件的教師演示功能讓每個(gè)學(xué)生都能實(shí)時(shí)看到教師演示的每一個(gè)細(xì)節(jié)，利用極域電子教室軟件的文件分發(fā)功能將數(shù)碼顯微鏡下的生物標(biāo)本用Yais數(shù)碼顯微鏡軟件“拍照攝像”功能拍成圖片影像和實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件一起傳達(dá)到學(xué)生端的每臺(tái)電腦，供學(xué)生學(xué)習(xí)使用，學(xué)生也可將自己觀察到的標(biāo)本拍成圖片影像通過極域電子教室的學(xué)生端提交給教師。教師可通過教師端實(shí)時(shí)對每個(gè)學(xué)生的上課情況進(jìn)行監(jiān)測，對于觀察標(biāo)本成像效果好的學(xué)生，教師可用極域電子教室軟件中學(xué)生演示功能展示給全體學(xué)生或者部分學(xué)生，使實(shí)驗(yàn)過程中遇到困難的學(xué)生能及時(shí)得到幫助，在保證良好教學(xué)秩序的同時(shí)又讓教師和學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間進(jìn)行了高效交流，實(shí)現(xiàn)了因材施教和個(gè)性化教學(xué)。對于學(xué)生實(shí)驗(yàn)中遇到的普遍錯(cuò)誤，教師可收集成錯(cuò)題集，讓學(xué)生及時(shí)避免實(shí)驗(yàn)過程中的錯(cuò)誤或問題，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考，保持強(qiáng)烈的好奇心，有“打破砂鍋問到底”的精神，善于利用所學(xué)知識(shí)解決問題，把事情的來龍去脈搞懂弄通，這有利于培養(yǎng)初中學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力，提高初中學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力，達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。例如在線組織的生物實(shí)驗(yàn)考查中，利用數(shù)碼顯微鏡與多媒體網(wǎng)絡(luò)教室對學(xué)生的顯微鏡操作實(shí)時(shí)監(jiān)控，對學(xué)習(xí)能力較差的學(xué)生在操作過程中的畏難心理及時(shí)引導(dǎo)，鼓勵(lì)其根據(jù)操作步驟勇于嘗試，其他學(xué)生觀摩學(xué)習(xí)，使學(xué)生都熟練掌握顯微鏡的操作方法，全都順利地通過了在線組織的實(shí)驗(yàn)考查。

二、課堂外注意生物教學(xué)資源建立和使用

（一）建立標(biāo)本數(shù)據(jù)庫，吸引初中學(xué)生的注意力和學(xué)習(xí)興趣

利用數(shù)碼顯微鏡進(jìn)行實(shí)體教學(xué)創(chuàng)新型的教學(xué)方式，首先利用裝有500萬像素放大40倍的電子目鏡的數(shù)碼顯微鏡通過USB數(shù)據(jù)線連接電腦，通過Yais數(shù)碼顯微鏡軟件對拍攝到的生物圖像進(jìn)行處理分析。圖像分析軟件可監(jiān)控顯微鏡下觀察的生物，測量生物的大小，拍攝微生物的各種形態(tài)和生命活動(dòng)，形成微觀世界各種生物圖片和視頻。這些豐富多彩的生物圖片和視頻可作為重要的教學(xué)資源保存起來，建立標(biāo)本數(shù)據(jù)庫和發(fā)布到福建省教育資源公共平臺(tái)供教師科研和學(xué)生學(xué)習(xí)使用。例如，學(xué)校有大量的各類生物學(xué)玻片標(biāo)本，由于教學(xué)課時(shí)的限制無法拿出來讓學(xué)生學(xué)習(xí)使用，利用數(shù)碼顯微鏡，教師可以把這些過去只能在實(shí)驗(yàn)室蒙塵的寶貴教學(xué)資源變成可隨時(shí)獲取的在線教學(xué)資源。這些圖片影像向?qū)W生展示了神奇的微觀世界，一個(gè)個(gè)細(xì)胞組成的各種生物，美麗而震撼，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣自主下載有關(guān)的生物圖片影像，解決自主探究中遇到的各種問題。例如在講解生活中食物腐爛這一生物現(xiàn)象時(shí)，教師可以先讓學(xué)生自主查找資料了解食品腐敗的原因是食品中的微生物發(fā)酵引起的，變酸可能是由乳酸菌或者是醋酸菌引起的，有的食物上面有粘狀斑是由細(xì)菌引起的，有的食物上面有毛毛狀的斑點(diǎn)是由真菌感染引起的。學(xué)生通過下載各種細(xì)菌和真菌的圖片，對它們的形態(tài)結(jié)構(gòu)有了一定的認(rèn)識(shí)，再讓學(xué)生自己動(dòng)手去采集各種細(xì)菌和真菌并做成標(biāo)本。通過數(shù)碼顯微鏡，學(xué)生實(shí)時(shí)看到了平時(shí)肉眼看不到的各種細(xì)菌和真菌，從而加深了對所學(xué)知識(shí)的理解，在腦海中建立了細(xì)胞內(nèi)外部結(jié)構(gòu)的平面和空間立體模型，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，在實(shí)踐中提高學(xué)生對生物學(xué)科的自主探究能力。

（二）應(yīng)用電子平臺(tái)，互動(dòng)探討，引導(dǎo)初中生進(jìn)行高階思維

初中學(xué)生思維發(fā)展中抽象邏輯思維已逐步占優(yōu)勢，也有了一定的辯證邏輯思維能力，在大腦思維活動(dòng)中自我意識(shí)或自我監(jiān)控能力增強(qiáng)，不但能考慮如何解決問題，還能對自己思維中的失誤進(jìn)行自我反省，對思維的進(jìn)程進(jìn)行自我調(diào)控，確保自己思維的正確性和高效率。這種元認(rèn)知能力對于初中學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、促進(jìn)自己的智力發(fā)展具有重要作用。深度學(xué)習(xí)理論將教學(xué)目標(biāo)分為六個(gè)層次，分別為識(shí)記、理解、應(yīng)用、分析、綜合與評價(jià)，這六個(gè)層次由淺入深，依次提高。教師要在初中生物教學(xué)中結(jié)合教材內(nèi)容和相應(yīng)探究實(shí)驗(yàn)合理設(shè)置科學(xué)論證的過程和學(xué)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)，綜合使用應(yīng)用、分析、綜合、評價(jià)等高階思維，加強(qiáng)學(xué)生模型建構(gòu)、演繹推理、批判思維的訓(xùn)練。例如，教師可引導(dǎo)學(xué)生把用數(shù)碼顯微鏡觀察的圖片影像上傳到福建省教育資源公共服務(wù)平臺(tái)“人人通”網(wǎng)絡(luò)空間，學(xué)生在數(shù)碼顯微鏡和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等數(shù)字化元素的輔助下，充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)隨時(shí)交流學(xué)習(xí)共同成長的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用科學(xué)思維方法和探究步驟進(jìn)行觀察、測量、解釋、分析和點(diǎn)評科學(xué)思維學(xué)習(xí)活動(dòng)，讓每個(gè)學(xué)生都能暢所欲言，獲得成就感與自信心，開闊自己的視野，促進(jìn)個(gè)性化發(fā)展。教師要充分挖掘初中生物教材內(nèi)容，可以將學(xué)生分成生物學(xué)習(xí)小組，根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)為學(xué)生布置相應(yīng)的辯論題目、教學(xué)目標(biāo)等，讓每個(gè)學(xué)生既能保持獨(dú)立思考又能與同學(xué)緊密合作，讓學(xué)生通過辯論感受生物知識(shí)的魅力，闡述支持觀點(diǎn)的證據(jù)，加深自身的情感體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)力，為學(xué)生的思維插上想象的翅膀，初中生的生物學(xué)動(dòng)手操作能力、實(shí)踐能力、觀察能力與創(chuàng)新能力的提升就在一次次的生物實(shí)驗(yàn)與體驗(yàn)學(xué)習(xí)中。通過各個(gè)學(xué)習(xí)小組之間對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相互質(zhì)疑與評價(jià)，引發(fā)生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的反思和修正，有利于初中生科學(xué)思維和探究能力的發(fā)展。

除了將像數(shù)碼顯微鏡這樣的數(shù)字化教學(xué)元素應(yīng)用于課堂內(nèi)外，教師要不斷掌握最新的教育技術(shù)，充分利用學(xué)校現(xiàn)有的各種教學(xué)資源，與兄第學(xué)校實(shí)現(xiàn)資源共享，通過新型教學(xué)方法和傳統(tǒng)教學(xué)方法的融合，營造數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，讓數(shù)碼顯微鏡更好地服務(wù)生物教學(xué)。在個(gè)人與環(huán)境協(xié)同作用下的漸進(jìn)過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力，創(chuàng)設(shè)問題真實(shí)情境，在借助問題解決的實(shí)踐中培育學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)，讓學(xué)生懂得自愛自強(qiáng)，提高生命質(zhì)量和生命尊嚴(yán)，為義務(wù)教育階段初中學(xué)生的人生發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。