科學教育視野下顯微鏡教學價值的重審

摘要 在科學教育的視角下，探討中小學顯微鏡教學對于培養學生科學素養、提高科學實驗技能中發揮的綜合性作用，并提出相關教學建議。

關鍵詞 顯微鏡 科學教育 實驗教學

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

綜觀中小學理科課程可知，顯微鏡原理與操作的教學地位及其特殊，具有不可替代的教育價值，主要體現在以下三個方面。

1 儀器操作教學的首選載體

這是顯微鏡教學的本體價值。由于價格低廉、結構簡單、使用安全、維護簡便等原因，在中小學階段，顯微鏡是目前唯一的、能夠做到學生人手一臺的實驗儀器。其他儀器，如生物學科的PCR儀、恒溫培養箱等，雖然技術先進，卻價格不菲，一般每個實驗室只配備1～2臺(甚至不配備)，無法讓每一名學生都得到充分的練習操作的機會，或如化學當中的各種實驗裝置，雖然價格低廉，卻都是由各種玻璃器皿組裝而成，不屬于實驗儀器的范疇、過于簡單，教學的有效性大打折扣。更毋需提及電泳儀、滅菌器、離心機等存在安全隱患的實驗儀器，無論教師還是學生，大多對其望而卻步。在目前這樣一個“教學載體一元化”的情況下，教師就必須充分利用顯微鏡教學的時間，不但要把顯微鏡本身的操作技巧教好、教會，還要深刻挖掘其教育內涵，站在概念教學的高度，將顯微鏡教學抽象到普遍的、儀器使用技術的層面，讓學生在學會使用顯微鏡以后，對于其他的、未使用過的儀器，也能夠在很短的時間內熟悉、熟練。亦即，顯微鏡教學不但要完成技術素養的任務，還要完成科學素養的任務；在讓學生“學會使用”的同時，還要“學會學習”。

就顯微鏡部件的材質而言，顯微鏡可以分為光學部分(各種透鏡、反射鏡)和機械部分(各操作部位)兩大部分；而就功能而言，又可分為觀察、調節和輔助三個部分。故可用表1來展示融合了以上兩種分類依據的、顯微鏡各個部件的分類。

在中學階段，學生不需要深入透徹地了解儀器的細部構造，但將各部分視為“黑箱”，模塊化地了解某種儀器以至任何事物的概貌，確實是一種學習能力與習慣的體現。這樣一種由具體事實中提取概念，再以概念為指導認識新事物的過程，也是學生受用終身的學習方法。

2 科學研究方法的重要代表。

顯微鏡是人們觀察和認識微觀世界的重要工具，這一點在科學、尤其在生物學當中尤為突出。隨著人們認識世界的水平逐漸深入，肉眼的、直觀的感知，已經體現出明顯的缺點。出于對事物本質組成及屬性認知的渴望，人們研究并制造了顯微鏡。

在小學階段，顯微鏡大多還是被用來觀察“細微”的事物，如花粉粒、蝴蝶翅膀、番茄果肉等。這些觀察大多還是為了激發學生認識自然、認識微觀世界的興趣，并且“細微”的定義也并不準確，還沒有以細胞、組織、器官等嚴格的生物尺度劃分來界定觀察的對象。但是，從酸奶為什么會酸、人為什么會感冒、飯前便后為什么要洗手等一系列的小故事當中，學生已經能夠建立這樣一個概念：即顯微鏡是觀察微觀世界的重要工具，人類的生存與發展離不開它。

整個中學階段，這樣的小故事、以及由此建構的關于顯微鏡技術重要性的概念比比皆是、不斷深化，所不同的只是更加規范化、更加深入。如初中階段，開始觀察洋蔥表皮、人體口腔上皮細胞，開始觀察小腸絨毛以及金魚尾部的毛細血管。這些都不是簡單的觀察，而是對細胞、組織、器官乃至個體的、生命不同研究層次的認識。又如，在高中階段開始觀察DNA及RNA的分布，觀察葉綠體、線粒體的形態。這不但將顯微鏡觀察深入到了亞細胞水平，而且這類實驗有一個共性：對樣品的處理。亦即，認識微觀世界，只有顯微鏡是不夠的，還要對樣品進行特殊的處理，如染色、烘干等。在這一點上，其實高中階段的顯微鏡技術與高校中的電子顯微鏡、熒光顯微鏡的原理是相通的，都是觀察介質(光線或粒子流)與樣品本身相互協調的問題。只有將這樣的“相通之處”指出來，學生才可能整體把握人類的技術設計思想，從而產生創造力，顯微鏡作為科學教育的載體才有現實意義。然而，這樣一個開啟創造力源泉、領悟科學技術實質的契機，并沒有被大多數教師所珍惜。其道理不言而喻：教師們普遍關注顯微鏡所顯示的實驗現象——現實一些說，就是教材上的、用于考試的知識。對于知識背后的思想，尚待挖掘。

3 學科知識融合的典型范例

顯微鏡應用于生物，卻是依靠基礎的數理思想設計的。在中學階段，生物課上講顯微鏡，物理課上也講顯微鏡，那么二者的教育教學價值有何異同?可否相輔相成?最簡單地，能不能在物理課上偏重于顯微鏡的成像原理(幾何光學原理)，而在生物課上偏重于應用(顯微觀察)?這樣的問題越來越凸現，無論哪個學科的教師，都無法回避。因為在科學教育理念逐漸深入人心的今天，分科教學即使仍將長期存在，但每一學科的教師也不能指望單一學科能解決其教學中的所有問題。學生越來越“難對付”——在中學階段，他們既懂生物，又懂物理——在一定的層次上，他們是全才，而教師是偏才。為什么向上推動載玻片，在視野中看到的卻是樣品向下移動?作為生物教師，只知道現象是不夠的，如果不能用幾何光學的成像原理給以解釋，很容易就會被學生難倒。像這樣學科交叉與融合的例子比比皆是。如眼的構造(生物與物理)、蛋白質(生物與化學)、環境保護(生物、化學、地理、物理)。最大程度地激發學生們的科學潛質是各個學科綜合作用的結果，而學生將來解決科研、生產生活中的實際問題，更要依靠綜合科學素養。顯而易見，科學教育是學生科學素養發展的內在要求，但首先是對教師專業發展的時代性挑戰。

但學科融合卻遠遠不止知識的融合。比如通用技術，尋找技術設計的理想載體是目前通用技術教師所關注的問題。教科書上的自行車、板凳，或過于復雜、或過于簡單，尚不完全適合于中學教學。筆者認為，在目前通用技術課程發展的“初級階段”，既然沒有找到技術設計的最佳載體，也就不必強求——不妨允許載體的“多元化”——從其他學科當中尋找一系列的載體。

比如，可以設計造型美觀小巧、帶開關的移動燈——單從物理或技術設計的角度上看，這個“工程”過于簡單，沒有任何教學價值——但如果考慮到這個移動燈是為了代替中小學顯微鏡中自然光源(即雙面反光鏡)而設計的、簡易便攜的電光源，意義就大不相同了。這樣的一個簡單改進，能夠大大方便顯微鏡教學，甚至提高顯微鏡的檔次，實為技術設計應用于具體學科領域的典范。由此還可以想見：能否將單目鏡改為雙目鏡?能否加載一個可調節焦距的光學轉接口，從而用自己的數碼相機、手機就能進行顯微拍攝?積少成多，就形成了一個“教學顯微鏡升級工具包”。單目、自然光源的顯微鏡，通過技術設計，變成了雙目、電光源的高檔顯微鏡，教學價值之大，成就感之大，不言而喻。

事實上，從小學到中學，各個學科都有很多關于模型建構的實驗課程，如細胞模型、DNA模型、蛋白質表達動態模型等。還有實驗裝置的改進，如過氧化鈉與二氧化碳反應生成氧氣的裝置、雷雨天氣生成硝酸的模擬實驗裝置等。將通用技術的思想融入各個學科當中，無處不科學，無處不技術，也是科學教育精神之所在。

任何一個知識點、一個技能，分科教學是起點，學科融合是歸宿。顯微鏡教學如此，任何教學內容都如此。大多數中學生，在其將來的生活與工作當中是不會用到多少生物學知識與技能的。是否能記住顯微鏡的結構，是否知道動植物細胞的區別，是否能說出人體骨骼的組成，這些具體的生物學課程內容，不會對他們提高生活質量、增長工作經驗產生顯著影n向。對于生物教師而言，要時刻考慮一個問題：我們最終能給學生什么?教師給學生的最大財富，應該是以提高科學素養為目標的、生物學科的基本觀念，以及由這些觀念所提煉的、指導任何行為的哲學思想。例如，學生們可以甚至說應該忘記顯微鏡的結構(具體的生物學知識)，但他們記住了任何物體、任何系統、以至任何事物都是有結構、有層次的，而且特定的結構與層次都對應于相應的功能或職能。這樣，在他們遇到任何新鮮事物、任何問題的時候，都能夠由表及里、循序漸進地分析、了解以至解決。從一個個細小的知識點當中滲透具有普遍意義的世界觀與方法論，以具體的學科問題的解決為例教給學生解決任何問題的方法，使其終身受益，這是生物教師的理想目標。