摘? ?要

以觀察植物根尖細(xì)胞有絲分裂、探究酵母菌呼吸方式中氣體量的測(cè)定、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量計(jì)數(shù)、葉綠體中色素的提取和分離、細(xì)胞中糖類的模型分析為例，探究基于顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)字采集分析系統(tǒng)、智能手機(jī)攝像傳輸與鏡像投影功能的“e學(xué)習(xí)”。

關(guān)鍵詞

顯微數(shù)碼? 數(shù)字采集? 智能手機(jī)

E-learning（e學(xué)習(xí)）是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)方式。既有以筆記本、平板、臺(tái)式電腦為終端的學(xué)習(xí)活動(dòng)，也有以數(shù)字采集分析系統(tǒng)、顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)[1]等為終端的學(xué)習(xí)活動(dòng)，甚至還有以智能手機(jī)為終端的學(xué)習(xí)活動(dòng)。“e學(xué)習(xí)”與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)的最大區(qū)別是教與學(xué)、學(xué)與學(xué)的互動(dòng)，在互動(dòng)中促進(jìn)、發(fā)展和提高核心素養(yǎng)。本文對(duì)“e學(xué)習(xí)”在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了一定的探究。

一、基于數(shù)字化平臺(tái)開展實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)

以網(wǎng)絡(luò)為支撐的“e學(xué)習(xí)”，在生物教與學(xué)中有一個(gè)重要的領(lǐng)域——數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，包括利用數(shù)字采集分析、顯微數(shù)碼互動(dòng)等系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化具有獨(dú)到的簡便性、準(zhǔn)確性、交互性、共享性、直觀性優(yōu)勢(shì)。

1.利用顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)開展“e學(xué)習(xí)”

高中生物實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，有許多使用顯微鏡的實(shí)驗(yàn)，用普通顯微鏡進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí)，往往存在諸多困難。例如當(dāng)某學(xué)習(xí)小組在鏡下觀察到理想圖像時(shí)，卻無法進(jìn)行圖像交流與共享，導(dǎo)致理想效果不能與教師及其他學(xué)習(xí)小組充分分享;當(dāng)某學(xué)習(xí)小組長時(shí)間找不到所要觀察的目標(biāo)時(shí)，卻因缺乏直觀顯示而難以被教師發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致無法及時(shí)指導(dǎo);當(dāng)學(xué)生對(duì)所觀察到的圖像難以判斷是否是需觀察的對(duì)象時(shí)，卻因缺乏互動(dòng)而不能通過實(shí)物圖像進(jìn)行示教;學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是否完成預(yù)設(shè)的觀察任務(wù)，因不能交互而難以檢測(cè)，等等。

借助數(shù)字?jǐn)z像與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)，便能有效克服這些困難，優(yōu)化教學(xué)過程，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果。例如，在使用數(shù)碼顯微系統(tǒng)觀察植物根尖細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)中，教師可以利用數(shù)碼顯微系統(tǒng)的攝像功能，將學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí)所觀察材料中的各時(shí)期圖像進(jìn)行拍照，及時(shí)推送給學(xué)生，用以進(jìn)行針對(duì)性較強(qiáng)的指導(dǎo)，避免選用與學(xué)生實(shí)際觀察圖像失真的網(wǎng)上圖片開展指導(dǎo);利用系統(tǒng)顯示屏實(shí)時(shí)顯現(xiàn)學(xué)生鏡下圖像的功能，教師能及時(shí)掌握學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的結(jié)果，以便對(duì)學(xué)習(xí)小組進(jìn)行及時(shí)的個(gè)性化指導(dǎo);當(dāng)發(fā)現(xiàn)某小組鏡下觀察到典型圖像時(shí)，可利用系統(tǒng)的交互功能，指令拍照并上傳，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)成果的共享……借助教師機(jī)可隨時(shí)觀察任意學(xué)生小組鏡下圖像的功能，在一次實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，筆者竟然驚奇地發(fā)現(xiàn)，某小組學(xué)生的顯微鏡視野中，同時(shí)存在間期早期、間期晚期、前期晚期、中期、后期、末期形成細(xì)胞板的圖像，這難得一見的視野，在系統(tǒng)交互、攝像功能的支持下，被迅速地抓拍、儲(chǔ)存下來，并且被即時(shí)投影到大屏幕和推送到其他學(xué)習(xí)小組的電腦屏上，實(shí)現(xiàn)觀察現(xiàn)象的共享，實(shí)現(xiàn)不同小組間的借鑒與鞭策。

2.利用數(shù)字采集分析系統(tǒng)開展“e學(xué)習(xí)”

一些高中生物實(shí)驗(yàn)，如溫度對(duì)過氧化氫分解的影響、pH對(duì)酶活性的影響、外界因素對(duì)光合作用的影響等，是相關(guān)氣體量發(fā)生改變的定量實(shí)驗(yàn);生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制、酵母菌有氧呼吸過程中O2消耗量與CO2產(chǎn)生量等，是極微弱的量變測(cè)定實(shí)驗(yàn)。相比于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，利用數(shù)字采集分析系統(tǒng)進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)，具有明顯的即時(shí)性、準(zhǔn)確性、探究性、可操作性優(yōu)勢(shì)。

例如在探究酵母菌呼吸方式的實(shí)驗(yàn)中，筆者利用充滿清水的500mL輸液袋、輸液軟管、500mL細(xì)口瓶及雙導(dǎo)管瓶塞構(gòu)成自動(dòng)充氣裝置一[2]，當(dāng)進(jìn)行有氧呼吸實(shí)驗(yàn)時(shí)，細(xì)口瓶內(nèi)充滿空氣，當(dāng)進(jìn)行無氧呼吸實(shí)驗(yàn)時(shí)，細(xì)口瓶內(nèi)則充滿去除氧氣的空氣;用20mL試管裝入10mL NaOH，塞上帶雙導(dǎo)管的管塞，構(gòu)成排除通入氣體中原有二氧化碳的裝置二，其入口導(dǎo)管連接裝置一的出口，出口導(dǎo)管通過醫(yī)用三通閥與裝置三的入口導(dǎo)管相連接，閥的剩余出口與剪短的50mL注射器細(xì)口相連接，注射器粗口處插入氧氣或二氧化碳傳感器探頭;用20mL具支試管裝入10mL酵母菌葡萄糖培養(yǎng)液，塞上帶雙導(dǎo)管的管塞，構(gòu)成發(fā)生呼吸作用的裝置三，其管塞出口處密封插入溫度傳感器探針，用于進(jìn)行溫度變化情況的檢測(cè)，其分支出口導(dǎo)管處連接醫(yī)用三通閥，閥的一個(gè)出口連接導(dǎo)管通入BTB水溶液或澄清石灰水，閥的剩余出口用途與前述相同。

學(xué)生在進(jìn)行常規(guī)實(shí)驗(yàn)操作的同時(shí)，將用于測(cè)定氣體中氧氣含量的傳感器、數(shù)據(jù)采集器、電腦連接起來，并將數(shù)字采集分析系統(tǒng)的相關(guān)軟件設(shè)置為“時(shí)間一濃度”變化曲線。一切準(zhǔn)備妥當(dāng)后，首先將傳感器探頭插入有氧呼吸裝置二三間的注射器粗口中，測(cè)定通入氣體中氧氣含量，然后再將傳感器探頭插入裝置三后的注射器粗口中，測(cè)定排出氣體中氧氣含量，兩含量之差即為一定時(shí)間內(nèi)有氧呼吸消耗氧氣的體積量;將氧氣傳感器更換為二氧化碳傳感器，采用同樣的方法，測(cè)定出相同時(shí)間內(nèi)有氧呼吸產(chǎn)生二氧化碳的體積量，從而完成常規(guī)實(shí)驗(yàn)無法實(shí)施的探究活動(dòng)——有氧呼吸消耗氧氣體積等于產(chǎn)生二氧化碳體積的測(cè)定。

當(dāng)完成上述實(shí)驗(yàn)活動(dòng)后，打開無氧呼吸自動(dòng)充氣裝置，讓有氧與無氧兩實(shí)驗(yàn)的充氣速率相等，保證氣體流通量對(duì)兩種酵母菌培養(yǎng)液溫度變化的影響相同。在此基礎(chǔ)上，連接溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集器，設(shè)置電腦中相應(yīng)軟件為即時(shí)顯示溫度數(shù)據(jù)的形式，再將溫度傳感器的探針依次插入有氧呼吸、無氧呼吸培養(yǎng)液中，分別測(cè)得兩者的溫度數(shù)據(jù)，實(shí)施常規(guī)實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行的有氧呼吸比無氧呼吸釋放能量多的探究活動(dòng)。

高靈敏度傳感器的使用，能高準(zhǔn)確性區(qū)分相關(guān)氣體濃度以及溫度的極細(xì)微差異，使學(xué)習(xí)活動(dòng)順利成功;數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)即時(shí)顯示的直觀性很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)曲線或數(shù)據(jù)變化，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的感染力。因此，運(yùn)用數(shù)字化儀器開展的“e學(xué)習(xí)”，具有傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式無法比擬的優(yōu)越性。

二、基于智能手機(jī)開展學(xué)習(xí)活動(dòng)

隨著網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)的發(fā)展，智能手機(jī)的拍攝、直播、QQ、微信等功能不斷完善，智能手機(jī)已成為取用方便的低成本教學(xué)器材，為生物教學(xué)提供新的方法和途徑。

1.利用智能手機(jī)攝像傳輸功能開展“e學(xué)習(xí)”

在沒有顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)的情況下，借助Wifi無線網(wǎng)絡(luò)功能，筆者利用手機(jī)顯微攝影支架，將智能手機(jī)與普通顯微鏡組合[3]起來開展實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)，可以取得與顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)相似的學(xué)習(xí)效果。

例如，在開展用血球計(jì)數(shù)板對(duì)培養(yǎng)液中酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)前，將學(xué)習(xí)小組要使用的顯微鏡，于低倍鏡下調(diào)節(jié)焦距，待目鏡里能看清晰計(jì)數(shù)室時(shí)，將安裝有智能手機(jī)的支架固定在顯微鏡上，打開智能手機(jī)攝像功能并處于永不休眠狀態(tài)，調(diào)整手機(jī)位置，使其攝像頭對(duì)準(zhǔn)顯微鏡的目鏡，調(diào)節(jié)手機(jī)支架的高度，當(dāng)智能手機(jī)顯示屏中出現(xiàn)清楚的計(jì)數(shù)室圖像時(shí)，徹底鎖定智能手機(jī)與顯微鏡目鏡之間的位置關(guān)系。學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí)，只要將制作好的血球計(jì)數(shù)板放在載物臺(tái)上，使其中的計(jì)數(shù)區(qū)位于通光孔的正中央，正確完成低倍鏡操作流程，便非常容易在智能手機(jī)屏上觀察到計(jì)數(shù)室的圖像。轉(zhuǎn)換成高倍鏡后，一方面可以運(yùn)用智能手機(jī)與電腦的鏡像投影功能，將手機(jī)屏上的圖像投影到大屏幕上進(jìn)一步放大;另一方面可以利用智能手機(jī)攝像時(shí)的放大功能，將手機(jī)屏上的酵母菌圖像進(jìn)一步放大。兩種放大均可獲得更理想的觀察計(jì)數(shù)效果。

利用智能手機(jī)與普通顯微鏡的組合終端開展實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)，既能克服使用普通顯微鏡開展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的弊端，又具備數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中優(yōu)勢(shì)，因而越來越得到廣泛的應(yīng)用。

2.利用智能手機(jī)鏡像投影功能開展“e學(xué)習(xí)”

生物教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、模型建構(gòu)活動(dòng)等，通常是以學(xué)習(xí)小組的形式進(jìn)行。傳統(tǒng)的分組活動(dòng)中，組與組之間的交互性較弱，教師在各小組活動(dòng)中發(fā)揮的作用因來回穿梭而被嚴(yán)重削弱，師生對(duì)實(shí)驗(yàn)的總結(jié)、評(píng)價(jià)往往缺少現(xiàn)場共享的直觀素材。有鑒于此，筆者借助課題研究，對(duì)智能手機(jī)鏡像投影功能的運(yùn)用進(jìn)行了探究。智能手機(jī)鏡像投影，是指利用同一Wifi，通過對(duì)電腦與智能手機(jī)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，使智能手機(jī)屏幕即時(shí)投影到電腦屏幕，并進(jìn)一步投影到大屏幕。藉此分享智能手機(jī)的攝像頭，既可實(shí)現(xiàn)前文所述的顯微投影放大，又可在投影儀上放大展示學(xué)習(xí)活動(dòng)的場景，實(shí)現(xiàn)即時(shí)“直播”。

例如，在開展“葉綠體中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，教師開啟智能手機(jī)攝像功能，將學(xué)生對(duì)綠葉不同研磨程度的結(jié)果即時(shí)大屏“直播”，及時(shí)點(diǎn)評(píng)，指出存在的問題與糾正措施，指明對(duì)綠葉研磨應(yīng)該達(dá)到的程度;將學(xué)生層析分離色素時(shí)，燒杯加蓋與否的操作，濾紙條上濾液細(xì)線有無觸及層析液的操作，現(xiàn)場鏡像投影到大屏幕上，供學(xué)生評(píng)判、借鑒。

再如，在“細(xì)胞中的糖類”學(xué)習(xí)活動(dòng)中，筆者選用白色硬質(zhì)亮光紙，制作正五邊形、帶一分支正五邊形、正六邊形、帶一分支正六邊形的紙片作為相關(guān)單糖模型，并將部分單糖模型用釘書釘連接成相關(guān)二糖、多糖模型。在學(xué)生開展模型分析活動(dòng)中，教師即時(shí)開啟智能手機(jī)的攝像功能，將某學(xué)習(xí)小組把所有糖模型按單糖、二糖、多糖進(jìn)行歸類的活動(dòng)場景大屏直播，將某學(xué)習(xí)小組按動(dòng)植中分布對(duì)模型進(jìn)行分類的活動(dòng)鏡像投影到大屏幕，用于全班性的啟發(fā)，使學(xué)習(xí)活動(dòng)有困難的小組快速領(lǐng)悟。

時(shí)代的腳步從不停歇，施教者應(yīng)當(dāng)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代的發(fā)展，把傳統(tǒng)的生物教學(xué)與嶄新的技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，讓生物教學(xué)更加多樣化、高效化。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉嵐，唐榮榮.探索“E學(xué)習(xí)”模式 助力課堂效率提升[J].基礎(chǔ)教育參考，2014（24）：54-56.

[2] 楊建忠，王其鶴.跨學(xué)科融合改進(jìn)“酵母菌細(xì)胞呼吸方式”實(shí)驗(yàn)[J].生物學(xué)教學(xué)，2019（12）：31-33.

[3] 黃秋生，婁玥.智能手機(jī)攝像在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].生物學(xué)教學(xué)，2014（11）：39-40.

【責(zé)任編輯? 郭振玲】