芬蘭LUMA中心實踐教學紀實

坦佩雷理工大學（Tampere University of Technology，簡稱TUT）創建于1965年，是芬蘭最著名的理工大學，是芬蘭培養創新和科技人才的主要中心之一。其最具實力的研究領域是信號處理、逆問題、光電子和生物工程（水處理、微生物）。眾多知名公司如諾基亞、微軟、因特爾、中國華為等都與該大學保持著密切的技術合作關系。

關于芬蘭國內的LUMA中心情況，前文已有相關介紹[1]，在此主要談談坦佩雷理工大學的LUMA中心的情況。這所大學的LUMA中心有一座高大的專用綜合樓，多個實驗活動教室，配備了全套先進的硬件活動設備和耗材;擁有一支由實力教授領銜的高學歷教科研團隊，總體上年輕、有活力、親和友善。該中心是一個全國性的科研活動中心，既有面向大學生開設的課程，也有面向中小學生的各種課外實踐活動，并對前來參加活動的中小學師生全程免費。中心還負責對中小學教師進行業務培訓，并開展相關教育教學科研及參與國內外學術交流。中國訪問團成員親自體驗了LUMA中心的實踐教學，本期將介紹其中的水質檢驗主題活動。

一、水質檢驗主題實踐活動的內容與準備

活動的內容是采集戶外水體樣本、進行水質檢測系列實驗、顯微鏡觀察其它生物樣本。LUMA中心教師團隊引領學員們進入一間滿是設備的實驗室，組織落座后，介紹當天中心參與活動的教師團隊以及中心的基本情況，講解活動方案，其中包括很多需要動手實踐的內容，這也是芬蘭非常普遍的一種教學模式。學員在活動中可以隨時向教師提問。教師闡述了大自然對于芬蘭人的重要性，并經常帶領學生在大自然中學習，強調了活動中的安全注意事項，呈現了戶外活動需要配備的多種用具，特別講解了戶外昆蟲等活體動物樣本采集裝置的正確使用方法（見圖1）。

二、戶外采集樣本

中心教師組織學員列隊出發，沿著大學內幾座樓間的道路，集體步行到三四百米之外的一個開闊的天然湖邊。教師把學員們分為若干小組，每個小組都有中心的教師帶隊。教師講清要采集的樣本清單，為各組分配一整套采集樣本的用具，提前分別貼好了標簽，放在一個塑料籃子中。約定了返回集合的時間和地點后，由各組教師帶領學員們沿著湖邊曲折的小道分區域開展采集樣本活動。

波光粼粼的湖面上，有許多野鴨自由地游弋，幾只白色的水鳥翩翩盤旋。藍天白云下，環湖的松柏、白樺等樹木翠綠而高聳的身影倒映在水面上，松鼠在樹枝間敏捷地跳躍，頭朝下地順著樹干迅速躥到地面，觀察著這些不速之客，并始終保持著安全距離。鴿子與人更親近，觸手可及，可以跟它們合影。樹下是錯落的灌木、青草、野花，地面上滿是濕滑的苔蘚，耳中可聽到鳥兒悅耳的鳴叫聲。漫步在湖邊的樹林，空氣濕潤清新，使人身心愉悅。與傳統的室內上課環境相比，如此近距離地徜徉在自然環境中，的確讓人心曠神怡。

芬蘭的幼兒園、中小學校及大學都是沒有圍墻的，所以也就沒有大門。出了樓房幾米之外就是完全處于自然狀態的樹林。操場就在樹木的環抱中，地面鋪了一層細沙，沒有常見的塑膠地面，學生們課余時間就是這樣零距離地接觸大自然。親近自然、放松身心，是芬蘭基礎教育的特色之一。中小學教師隨時可以做出決定，直接帶領學生們投入大自然的懷抱，在原生態的樹林中實施教學。校長完全尊重教師的自主權而不作任何干預，家長們同樣高度信任教師這樣安排的合理性而沒有任何異議。

學員們在教師的引領下，用備好的繩子將采樣瓶垂入水中，采集了湖水的樣本。為了進行區別比較，還分別采集了湖岸邊淺水區的水樣和探向湖面棧橋處的深水區樣本。學員們還各自發現并采集了其他多種樣本，如綠色的苔蘚、樹葉、野花、大個頭的蘑菇傘、枯朽的樹皮、小個頭的蜘蛛等。各組學員按照約定的時間和地點陸續匯集，互相展示和參觀各自的樣本，興高采烈。

三、水質檢測

回到實驗室后，教師按照水質檢測項目內容的需要把學員們分為4組，并設置了4個平臺區域，分別配有不同的專業水質檢測設備或儀器，由一名教師主持實施（見圖2）。每個平臺的活動時間約15～20分鐘，之后各組依次就近輪換，對4個平臺上的不同檢測內容進行觀察和測試。所使用的水樣來自學員們親自采集的兩種湖水和中心的飲用水。每個平臺都要用3種樣本完成不同的程序，分別從物理、化學角度進行各項性能的檢測，再進行比較，以此普及推廣相關科學知識。

1.檢測不同水質樣本的渾濁度、色度

渾濁度是用以表示水的清澈或渾濁的程度，是衡量水質良好程度的最重要指標之一，也是考核水處理設備凈化效率和評價水處理技術狀態的重要依據。降低渾濁度意味著減少水體中的有機物、細菌、病毒等微生物含量，不僅可提高消毒殺菌效果，又利于降低鹵化有機物的生成量。使用濁度測定儀可以在屏幕上呈現出直觀的數據。色度是對天然水或處理后的各種水進行顏色定量測定時用到的指標。飲用水的色度如大于15度時多數人即可察覺，大于30度時會引起人的厭惡。學員們要觀察并檢測樣本的色度，相關數據會在水質色度儀的屏幕上顯示出來。

2.檢測不同水質樣本的電導率、電阻值

采用幾節電池供電就能正常播放音樂的鳴器件，各用一根細電線連接作為正負極的金屬棒，插入不同樣本的水杯中，會使樂音產生或強或弱的起伏變化直至徹底消音，水的導電性能以這種方式直觀地顯示出來。數據可以在相關儀器的顯示屏上以曲線形式呈現。這時可以發現，水質的渾濁程度不同，其導電性能也不同。水的導電性能與其電阻值的大小有關，電阻值大則導電性能差，電阻值小則導電性能就好。電阻率與水中的含鹽量、離子濃度、離子所帶電荷數以及離子運動速度有關。因此，水越純，電阻率越大。在三種樣本中，純凈水的電阻最大，湖水電阻較小。

3.檢測不同水質樣本的酸堿度、污染指數

在實驗中，通常可用兩種方法測量水樣的PH值：一是在待測溶液中加入PH指示劑，不同的PH值會使指示劑產生不同顏色;二是用玻璃棒蘸一點待測溶液放置在PH試紙上，將變化后的試紙顏色與比色卡對照，也可以得到溶液的PH值。水污染指數是對水體中污染物進行統計和歸納后，以數值形式綜合反映水體污染程度的指標。該指數主要用于對不同時間和地點的水污染情況進行比較，也可作為水污染分類和定級的依據。實驗結果顯示，湖的淺水區和深水區樣本數值略有差異。

這次水質采集并檢測的實踐活動設計，目的在于帶領學員們根據分析任務、分析對象、測定原理、操作方法和具體要求的不同，嘗試運用多種分析方法，常見的是化學分析法和儀器分析法。有了高級檢驗儀器的輔助，相關數據和變化可以更直觀地顯示，不同條件下的變化曲線在坐標系中呈現出相應的走向。這次實踐活動讓學員們增加了親近大自然的機會，在教師引導下了解了水質檢測的科學知識，接觸并使用了高端的相關實驗儀器設備，強化了環保教育理念。以“千湖之國”著稱于世的芬蘭在環保方面同樣領先全球，公民普遍表現出來的強烈的環保意識，很大程度上歸功于中小學校長期堅持不懈的環保教育。

中心教師還呈現了專門針對中小學生系列環保教育而設計制作的知識卡片。與撲克牌差不多大小，一面印有作為主題系列的某類生物的一個代表對象的圖片和名稱，一面印有與此種生物本身相對應的知識性簡要介紹。教師會選擇一組主題卡片（通常不過五六張）無序地擺在桌面上，要求學生完成相應的任務，如按照某種標準（時間、空間、路線等）為它們排序，挑出在某分類標準下與眾不同的某一差異個體等。如果學生不理解，教師會翻過卡片來讓學生看對應的內容;如果還有疑問，師生可以繼續探討交流。這些卡片式教具會根據學生年級體現出深淺梯度的差別，使用起來簡便易行，也不占用太多時間，又有一定的智力搶答風格，很受學生很喜歡。

各組教師在帶領學員們分組進行水樣檢測的同時，另外幾位教師精選了學員們的水樣進行挑選并加工，為下一個活動環節做準備（見圖3）。

四、用顯微鏡觀察樣本

最后環節是用顯微鏡觀察樣本。有別于傳統的目式生物顯微鏡，中心的設備儀器稱為放大鏡可能更合適：筆記本電腦式的外觀，鼠標被一個圓探頭取代。把探頭貼近觀察目標，被放大后的物體細節就直接呈現在屏幕上，探頭的旋轉按鈕用來調節畫面的放大倍數。如果想對屏幕畫面進行截圖保存，只需通過探頭上的一個按鈕即可實現。這種儀器的操作比目式生物顯微鏡更簡便。教師利用講臺上的儀器對樣本進行放大并投放在幕布上，于是大家清晰地看到了小蜘蛛腿上的絨毛，看到了腐爛樹皮里的微小寄生蟲慵懶地蠕動……此后，學員們自由操作，觀察自己采集的樣本，或把探頭貼在衣服、頭發、手機、筆、包乃至手臂上，屏幕上各種被放大的細節引起了陣陣驚嘆。

參考文獻

[1]韓寶江.芬蘭基礎教育的現象教學（一）[J].基礎教育參考，2019（5）：6-8.

（責任編輯? ?郭向和）