數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡在生物教學(xué)中的應(yīng)用

魯麗玉

摘? 要 以“制作和觀察植物細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片”為例，對(duì)數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡在生物教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞 數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡;高中生物;植物細(xì)胞;有絲分裂;臨時(shí)裝片

1 前言

在制作和觀察植物細(xì)胞有絲分裂的臨時(shí)裝片實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，引入數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡進(jìn)行教學(xué)，較傳統(tǒng)的顯微鏡教學(xué)具有明顯優(yōu)勢(shì)，可以提高觀察的清晰度，使學(xué)生對(duì)完整、成功的有絲分裂實(shí)驗(yàn)全過程進(jìn)行觀察，從而使本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程得以完善。

2 數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡在生物教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

從傳統(tǒng)教學(xué)角度來說，在制作和觀察植物細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片的實(shí)驗(yàn)過程中，由于通常都是完成上一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后才可以進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)操作，這樣就會(huì)出現(xiàn)中間一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，其余的實(shí)驗(yàn)過程就較難繼續(xù)的情況。同時(shí)，利用傳統(tǒng)顯微鏡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由于師生之間無法同時(shí)對(duì)物像進(jìn)行觀察，因此，學(xué)生只能單方面傾聽教師的描述，容易出現(xiàn)認(rèn)知偏差。而運(yùn)用數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡進(jìn)行教學(xué)，則有效解決了這一問題。它具有較強(qiáng)的針對(duì)性，具有顯微和攝像的功能，可以將觀察到的現(xiàn)象利用顯微效果進(jìn)行保存，從而形成圖片和文字文件，展示預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)的成功案例，使學(xué)生有所參考。

此外，數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡的操作難度較傳統(tǒng)顯微鏡要低，降低了顯微鏡的調(diào)試難度，使學(xué)生都可以參與顯微鏡的運(yùn)用調(diào)試。同時(shí)，數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡具有多人同時(shí)觀看功能，因此可以使清晰的物像呈現(xiàn)在所有學(xué)生面前。此外，也便于師生之間的互動(dòng)，使教師可以及時(shí)對(duì)學(xué)生出現(xiàn)的問題進(jìn)行指導(dǎo)。而且，數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡的存儲(chǔ)功能也可以對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行捕捉，學(xué)生可以根據(jù)自身意愿，選擇保存自己的實(shí)驗(yàn)成果，提高實(shí)驗(yàn)興趣。

3 數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡在生物教學(xué)中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)及實(shí)驗(yàn)原理? 制作和觀察植物細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片的目標(biāo)有三個(gè)：其一，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)目標(biāo);其二，培養(yǎng)學(xué)生的能力目標(biāo);其三，培養(yǎng)學(xué)生的情感目標(biāo)[1]。知識(shí)目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生掌握植物細(xì)胞臨時(shí)裝片的基本方法，并且要學(xué)會(huì)對(duì)植物細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。能力目標(biāo)是讓學(xué)生嘗試對(duì)臨時(shí)裝片進(jìn)行制作，學(xué)會(huì)利用數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡對(duì)生物細(xì)胞進(jìn)行觀察，培養(yǎng)繪制植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖的能力。情感目標(biāo)是使學(xué)生體會(huì)到觀察和交流的樂趣，養(yǎng)成觀察的習(xí)慣，同時(shí)可以培養(yǎng)實(shí)事求是的作風(fēng)。

本實(shí)驗(yàn)的原理在于，由于高等植物的有絲分裂較為旺盛，對(duì)各個(gè)時(shí)期有絲分裂染色體的變化進(jìn)行觀察，從而對(duì)細(xì)胞處于哪個(gè)有絲細(xì)胞的分裂時(shí)期進(jìn)行識(shí)別。此外，還可以觀察植物細(xì)胞之間的果膠質(zhì)會(huì)因?yàn)辂}酸的作用而出現(xiàn)果膠質(zhì)層松散的情況，所以在對(duì)植物的根尖進(jìn)行處理的過程中，鹽酸的運(yùn)用可以使根尖細(xì)胞更容易分開。同時(shí)，將鹽酸洗去后，再使用堿性染色劑將其制作成臨時(shí)裝片，則可以更加清晰地對(duì)細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，包括觀察裝片中細(xì)胞的差異（詳見圖1）。

以實(shí)物導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)課程? 在高中生物課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)于植物細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)教學(xué)來說，首先應(yīng)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的儀器、材料、試劑：實(shí)驗(yàn)儀器為數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡;實(shí)驗(yàn)材料包括洋蔥鱗片葉、載玻片、蓋玻片、吸水紙、紗布、吸管、鑷子、刀片;實(shí)驗(yàn)試劑包括稀碘液、90%的酒精和70%的酒精、無水酒精、1%龍膽紫染液和醋酸洋紅染液、15%的鹽酸。然后引入實(shí)驗(yàn)器材以及實(shí)驗(yàn)實(shí)物，并由課代表為學(xué)生演示數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡的使用步驟。

教師可以通過提問的形式引導(dǎo)學(xué)生對(duì)上節(jié)課所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行回憶。接下來，教師可以將制作洋蔥鱗片葉片內(nèi)表皮細(xì)胞臨時(shí)裝片的七個(gè)步驟對(duì)學(xué)生進(jìn)行介紹，使學(xué)生對(duì)這一過程形成清晰認(rèn)知，分別是擦、滴、撕、展、蓋、染、吸：擦指的是用紗布擦拭蓋玻片和載玻片;滴指的是在實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)上放好載玻片，然后用滴管滴一滴清水在載玻片上;撕指的是在洋蔥鱗片葉內(nèi)側(cè)用鑷子輕撕下一小塊內(nèi)表皮;展指的是用鑷子將浸入載玻片的內(nèi)表皮展平;蓋是指將蓋玻片用鑷子夾起，使其一邊先與載玻片的水底接觸，然后將其緩慢放下，并在需要觀察的洋蔥內(nèi)表皮上將其蓋好;染是指用一滴碘液在蓋玻片的一側(cè)滴好;吸指的是在蓋玻片的另一側(cè)放好吸紙，使碘液將全部標(biāo)本浸潤(rùn)。

分組觀察，發(fā)現(xiàn)并解決問題? 首先，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)分兩個(gè)步驟，分別是制作植物細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片和觀察植物細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片[2]。教師在對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組后，還應(yīng)在各組內(nèi)選擇一名組長(zhǎng)。然后，各組學(xué)生就可以在組長(zhǎng)的帶領(lǐng)下，進(jìn)行植物細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片的制作。對(duì)于洋蔥根尖的培養(yǎng)來說，應(yīng)提前對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)備，可以在實(shí)驗(yàn)課前三天，在一個(gè)盛滿水的廣口瓶上放上洋蔥，并注意洋蔥底部應(yīng)接觸水面，將其放置于溫暖干燥處，每間隔12小時(shí)進(jìn)行一次換水;待到根須長(zhǎng)到6 cm的時(shí)候，可以對(duì)其進(jìn)行取根，取根應(yīng)注意只取±3 mm。這樣做的目的在于僅需對(duì)分生區(qū)進(jìn)行選取，因?yàn)橹挥蟹稚鷧^(qū)具有分裂功能，如選取過長(zhǎng)，則會(huì)使細(xì)胞占比較小而不易對(duì)其進(jìn)行觀察。對(duì)于裝片的制作來說，具體分為解離、漂洗、染色、制片四個(gè)階段。在小組實(shí)驗(yàn)過程中，組長(zhǎng)可以對(duì)組員進(jìn)行明確分工，成員各司其職，對(duì)自己所做的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行總結(jié)，從而有效提高學(xué)生的責(zé)任意識(shí)以及協(xié)作意識(shí)。

首先，解離的過程應(yīng)用10%的HCl溶液分離出組織細(xì)胞，通常解離時(shí)間為12 min，解離程度通常達(dá)到根尖酥軟即可;其次，對(duì)于漂洗過程來說，應(yīng)用清水進(jìn)行12 min以上的漂洗，旨在將多余的HCl溶液洗去，以此防止過度解離的情況出現(xiàn)，并且還可以確保染色的效果;再次，對(duì)于染色來說，應(yīng)用0.03 g/ml的醋酸洋紅液和0.02 g/ml的龍膽紫溶液對(duì)其進(jìn)行2 min的著色;最后，對(duì)于制作臨時(shí)裝片的過程來說，應(yīng)用鑷子取下根尖并在載玻片上蓋好，用鑷子將洋蔥根尖弄碎后在上面加一滴清水，然后蓋好蓋玻片后再加一片載玻片在蓋玻片上，用拇指按壓載玻片后，取下蓋玻片上的載玻片（詳見圖2）。

對(duì)于植物細(xì)胞有絲分裂裝片的觀察來說，應(yīng)在組內(nèi)利用數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡對(duì)植物細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片進(jìn)行觀察，并確定分生區(qū)細(xì)胞，對(duì)物像進(jìn)行觀察，包括對(duì)細(xì)胞分裂的前、中、后、末四個(gè)階段的觀察。

由于數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡的優(yōu)勢(shì)在于師生、生生之間可以共同對(duì)物像進(jìn)行觀察，進(jìn)而可以共同對(duì)某一問題進(jìn)行切磋，比如確定細(xì)胞分裂的四個(gè)階段。學(xué)生也可以對(duì)自己認(rèn)知較為模糊的內(nèi)容向本組組長(zhǎng)或者教師請(qǐng)教，以此提高實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的效率和質(zhì)量。

教師巡視指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)過程? 在利用數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡進(jìn)行植物細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行巡視和指導(dǎo)，并在此過程中對(duì)學(xué)生提出相應(yīng)問題，從而使學(xué)生帶著問題觀察，這樣會(huì)提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，提升學(xué)生的思考能力[3]。同時(shí)，教師還應(yīng)在這一過程中為學(xué)生講解相關(guān)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)，從而強(qiáng)化學(xué)生對(duì)本知識(shí)內(nèi)容的內(nèi)化，包括利用數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡對(duì)不同分裂期的細(xì)胞進(jìn)行觀察，同時(shí)在不同視野中，差異化的細(xì)胞染色體數(shù)目有不相等的可能。此外，在對(duì)洋蔥根尖臨時(shí)裝片進(jìn)行觀察的時(shí)候，在觀察細(xì)胞有絲分裂的情況下，不會(huì)用到的是0.3%/ml的蔗糖溶液，這是因?yàn)楸驹噭┑淖饔迷谟趯?duì)洋蔥表皮進(jìn)行質(zhì)壁分離。在實(shí)驗(yàn)觀察后，還應(yīng)繪制出植物細(xì)胞的分裂圖形。

筆者在對(duì)每組學(xué)生進(jìn)行巡視指導(dǎo)時(shí)提出兩個(gè)問題。

1）甲組學(xué)生在做根尖有絲分裂的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，在數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡中觀察到如圖3所示的情景，形成這種情況的原因是什么？通過對(duì)圖片進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞大部分處于未分裂的狀態(tài)，可判斷取材時(shí)間有問題，因此導(dǎo)致細(xì)胞分裂并不旺盛;同時(shí)，由于細(xì)胞都為長(zhǎng)方形，因此判斷取到的細(xì)胞為伸長(zhǎng)區(qū)的細(xì)胞，取材的位置選擇有問題;并且由于沒有找到合適的觀察位置，從而導(dǎo)致上述問題的發(fā)生。

2）丙組學(xué)生在對(duì)植物細(xì)胞有絲分裂的物像進(jìn)行觀察后，進(jìn)行了細(xì)胞分裂圖形的繪制，繪制圖片如圖4所示，其中哪個(gè)選項(xiàng)是錯(cuò)誤的？

4 結(jié)語

綜上所述，在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以通過數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡對(duì)學(xué)生進(jìn)行植物細(xì)胞有絲分裂的教學(xué)引導(dǎo)，以此提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的參與程度，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)全面提升。

參考文獻(xiàn)

[1]林建春.情境設(shè)置在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究：以“制作和觀察根尖細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片”為例[J].生物學(xué)教學(xué)，2019（12）：35-37.

[2]楊正.數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡在生物教學(xué)中的應(yīng)用：以“制作和觀察植物細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片”為例[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2017（12）：24-25.

[3]陳敏.“制作并觀察植物細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片”拓展課的教學(xué)案例[J].中學(xué)生物學(xué)，2016（12）：45-47，65.