显微镜在不同年级段小学科学实验教学中的梯度应用
施超
摘 要：在小学科学实验教学中，针对于不同年级的学生特点，选择适合学生使用的不同类型的显微镜，进行分层次教学以达到不同梯度的应用，由此来激发学生的观察兴趣，提高学生的学习积极性以及科学实验活动的教学效率。
关键词：显微镜; 小学科学; 实验教学; 梯度应用
中图分类号：G623.6 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2021）12-034-002
众所周知，显微镜早已成为当前科学研究和实验教学过程中不可或缺的重要仪器之一，在科学研究中如果缺乏显微镜，科研工作将无法深入进行;在实验教学组如果没有使用显微镜，无论教育工作者怎么用语言描述形容，学生学习起来也会感到枯燥乏味，教学效果也比较一般，甚至于导致学生本来很感兴趣的知识点以失败而告终。
同样，显微镜也作为小学科学实验室常备的实验仪器之一。在小学教育阶段，显微镜大致可以分为手持显微镜与光学显微镜两大类，根据清晰度以及功能健全性，手持显微镜又可以分为简单便携式手持显微镜和手机（平板）手持显微镜;小学实验室中的光学显微镜又可分为普通光学显微镜和DISLab（数字化实验室）所配备平板显示屏数码显微镜。从课程体系出发，显微镜的使用则要根据学生不同年龄阶段下身心发展水平的高低以及科学实验课程的难易程度进行相应选择，从而将选择和运用显微镜进行实验研究优势发挥到最大化。
笔者对小学阶段低年级、中年级以及高年级用到及可能用到显微镜的实验进行了一定的整理与比较，认为可以通过尝试借助不同类型的显微镜载体，进而选择不同方向梯度式地进行科学实验研究，在对许多实验进行整合改进与创新的同时，从而创设出适宜不同年级段相对轻松的探索实验教学环境。
一、便携式显微镜在低年级段科学实验教学课程中的初步应用
便携式显微镜，顾名思义就是一种小巧便携的微型显微镜产品，它是将精锐的光学显微镜技术、先进的光电转换技术以及液晶屏幕技术完美地结合在一起而开发研制成功地一项高科技产品。
便携式显微镜具有如下特点：第一，体积小、便于携带。当学生遇到想要观察的物体时，能够随时进行观察，记录有关情况，特别适合于移动、现场检测，这突破了传统显微镜使用空间的局限性。第二，质量小。其大小质量只有普通光学显微镜的1/10，对于力气较小的低年级学生使用较为合适。第三，放大倍率在60X—120X无极变倍。与传统的普通放大镜进行比较，便携式显微镜放大倍数更高，且具有能进行连续变焦调节倍数的优势。第四，观测视野亮度高。便携式显微镜自带LED照明灯，在亮度不足的情况下观测物体无需过多考虑自然光线。
根据低年级学生年龄小，生理机能较弱，身体发展水平还在逐步提高中;但心理上又好奇多问，对很多事物都充满了兴趣，只是观察事物往往更多注意整体，比较笼统，不够精确;认知发展仍然处于具体运算阶段，主要是以具体形象思维为主。因此在科学深入观察，尤其在探索一些现象背后的科学原因时候，教学中简单便携式显微镜的应用就显得尤为重要。在苏教版新教材一年级上册《借助工具观察》一课中，教材就着重介绍了简易显微镜的使用方法。让低年级的学生认识接触简易显微镜，也为后续的具体实验研究打好技能上的基础。例如，在苏教版新教材一年级下册《沙子与黏土》一课中，在慢慢地向沙子和黏土里倒水过程中，出现了渗水量不同的实验现象，教师在引导学生思考其背后的原因时，需要去观察沙子和黏土的颗粒结构与空隙，这就可以让学生们运用起便携式显微镜进行观察，来弥补肉眼观察的一些不足，提高探究的效率。在苏教版低年级新教材中比较重视学生走出教室，观察动植物，亲近自然。如一年级上册《树叶变黄了》、一年级下册《形形色色的植物》、二年级《寻访土壤中的小动物》等。这些都是需要在室外观察的活动，而手持显微镜有着便于携带，可以突破空间的限制的优点，在这样的科学活动中可以发挥它特有的优势。
二、手机（平板）手持显微镜在中年级段科学实验教学课程中的进阶应用
手机（平板）手持顯微镜是在手机（平板）镜头后面加装一个简单便携式显微镜设备，让手机（平板）具有了显微镜的相当功能，从而可以观察一些肉眼难以看到的物体。
因为手机（平板）手持显微镜是在简单便携式显微镜的基础上改良的，除了具有以上简单便携式显微镜所具有的一般特点之外，还具有以下几点优势：第一，智能性。手机（平板）手持显微镜一方面操作较简单，另一方面也可以充分利用手机（平板）的相关功能， 把某些瞬时的、肉眼不可见的情况进行拍照或者录像，以便以后进行学习研究。第二，耐用性。由于手机（平板）显微镜的体积小，观察的结果通过手机（平板）屏幕显示比简单便携式显微镜清晰度更高，保养起来会比一般光学显微镜更加方便，其使用寿命也较长。第三，延续性。课后时间可以要求学生在家中利用手机（平板）显微镜进行拓展观察，让课堂上的观察任务在课后能够得到延伸。第四，兴趣性。在教学中，利用了手机（平板）手持显微镜的相关功能，可以展示师生观察下所拍摄的标本图片，进而可提高学生们的参与度，增加他们对科学实验的兴趣[1]。
但手机（平板）手持显微镜也有一些不足之处。首先，这类加装了光学显微结构的手机显微镜的放大倍数也只能达到120倍以内，只能观察到微小物质的大概结构;其次，手机（平板）手持显微镜的运用在帮助学生观察了解细微结构的同时，也需要考虑到学生对于手机游戏的克制力不强，所以一般情况下要求在家长的陪同下进行观察活动[2]。
中年级段的学生身心发展达到一定的水平，日常生活也开始接触且能熟练使用电子产品，这为之后手机（平板）手持显微镜的应用作好铺垫。此时，中年级段心理上也开始表现出热衷与他人分享，和同龄人做朋友的意识。另外在认知上，中年级段的学生们思维模式逐渐从具体形象思维为主开始向抽象逻辑思维过渡，但这时的抽象逻辑思维发展还是不太平衡。因此，在科学实验教学中，通过利用手机（平板）手持显微镜可以得到清晰的观察效果，而且可以进行拍照存储，成为教师教学，学生学习以及科学课上显微研究的重要手段与工具。譬如在听苏教版新教材三年级下册《石头上的植物》这节公开课时，青苔极其细小，若只凭肉眼再去分离青苔植株更是难上加难。这时，执教教师分发手持显微镜让学生进行细致观察以及在显微镜下操作实验—分离青苔植株，手机（平板）手持显微镜下学生对青苔的细微结构观察得更清晰，也有利于分离青苔实验的操作。另外，在鉴定和研究不透明的金属矿物时，应用最为广泛的便是手机（平板）手持显微镜，在苏教版新教材四年级上册《常见的岩石》、《认识矿物》中也可以利用手机（平板）手持显微镜对矿石进行初步的矿物粒度颜色的观察、矿石结合特点分析和矿物的鉴定，同时附以拍照，测量，传送的功能，将采集的图像与数据进行小组乃至全班进行分析，引导学生认识岩石和矿物的种类及特点。此外，手机（平板）具有联网的功能，学生课后也可以随时随地将自己观察到的细微事物拍摄下来，发布到网上或班级群中，与其他学生、教师共同探讨，及时发现并解决在学习中遇到的一些问题。
三、光学显微镜在高年级段科学实验教学课程中的深入应用
光学显微镜目前分为两种结构类型，一类是使用频率多的普通光学显微镜，另一类是DISLab（数字化实验室}所配备平板显示屏数码显微镜。
普通的光学显微镜是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。光学显微镜作为一种精密的光学仪器，已有三百多年的发展史。自从有了显微镜，人类对许多过去看不到的微小结构或微小生物有了新的进一步认识，他是我们认识微观世界的重要工具，其在现代科学发展史有着不可替代的作用[3]。
随着现代生物技术的发展和人们对显微镜要求的提高，单一的光学显微成像系统已经远远不能满足人们显微观察摄影的高要求。而数码显微镜即DISLab（数字化实验室）所配备平板显示屏光学显微镜的出现，则标志着光学显微镜从此进入到了一个新的数码时代。数码显微镜不仅继承了光学显微镜优良的成像特点，更是将其和先进的光电转换技术、液晶屏幕结合，使得显微镜在获得观察更清晰的显微结构本领的同时，也能实现显微图像的数字化存储和传输。相较于普通光学显微镜，两者存在以下不同：其一，数码显微镜具有显微摄像功能，可以将观察到的显微结果保存下来，形成图文文件，学生间可以相互传阅，老师也可对其进行评价指正;而普通显微镜只能利用目镜观察，不能进行显微摄像。其二，数码显微镜可以与电脑连接，可以实现多人同时观察;而普通光学显微镜智能单人次进行观察。其三，通过电脑屏幕的预览，可以减少眼睛的疲劳;而普通的光学显微镜则需要通过每时每刻进行观察，这样容易造成眼睛的过度疲劳。总体而言，数码显微镜开启了现代科学仪器仪表发展的一个新时代，具有普通光学显微镜没有的优势功能。它在科学研究和教学演示中有着迅速的发展[4]。
小学高年级学生身心发展水平已接近成人水平，观察力通过之前的学习与培养已具有一定的目的性、精确性以及全面性，抽象逻辑思维水平也不断提高。其中抽象的成分日益增多，在教师的指导下，对自己的思维过程进行反省和监控的能力有了提高，思维的自觉性也有了很大的发展。在学习中，主要表现在两个方面，一是由直接理解向间接理解过渡。随着知识经验的积累和智力水平的提高，间接理解逐渐占主导地位;二是由被动理解向主动理解转变。高年级学生逐渐减少依赖于教师的启发诱导，更多的是学会按照自己的思维方式理解学习材料。在苏教版六年级上册第一单元《显微镜下的世界》，从《观察水滴里的生物》观察原生生物之类的微生物，第二课《做酸奶》中认识细菌，第三课《馒头发霉了》的霉菌，再到《搭建生命体的“积木”》中观察细胞的形状和结构特点，由于这些微生物的结构非常微小，便携式显微镜和手持式显微镜已经不能满足放大倍率的要求了，这就需要用到光学显微镜。但在使用普通光学显微镜时却又产生一系列的不方便，如观察水滴里的生物时，由于水滴的透明需要借助外界更多的光线反射，生物在水滴中快速地游动使得学生们的观察结果不尽如意。而如果采用数码显微镜即DISLab（数字化实验室）所配备平板显示屏光学显微镜，自带的灯光使得观察到的画面很清晰，还可以拍摄微生物的照片或录制水中微生物游动的视频，从而产生更好的观察体验和效果。
综上所述，在不同的年级段，将显微镜应用于科学课程，将显微镜作为实验的助力者，努力让全体学生成为科学实验的主体。当然，接下来教师也应在更多的实验课中深思运用显微镜对课程进行整合创新，并不断地探索和完善，希望能最大程度地使显微镜成为实验的有力工具、学生成为实验的主人。
参考文献：
[1]陈展.手机显微镜的教学作用[J]中小学实验与装备，2018，v.28;No.157（03）：28
[2]黄紫筠，范曾丽.直观演示法在初中生物教学中的应用——以“练习使用显微镜”教学为例[J]中学生物学，2018，v.34;No.248（02）：25-26
[3]宗世平.废旧显微镜在显微镜教学中的利用[J]實验教学与仪器，2016，v.33;No.333（01）：35-36
[4]张凌俊.初高中生物实验显微镜应用的比较[J]实验教学与仪器，2014，v.31;No.318（10）：37-38
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