从STEM到STEAM的生物显微世界探秘

2019-05-17石进德

中学生物学 2019年3期

石进德

1活动背景

针对手机入校的问题，许多学校虽然没有明令禁止，但一般都不允许学生在课堂上使用手机，在课前放入“班级手机袋”，课后取回。但是这些举措的实际效果总的来说差强人意、收效甚微。通过“手机数码显微镜”创客活动，对手机管理改堵为疏，真正做到“我的手机我做主”，从而弥补课堂显微镜使用的不足，从STEM到STEAM教育探秘生物显微世界，从传统实验室显微镜式观察拓展到移动自助创客显微观察方式，满足学生探索微观生物世界的好奇心，同时获得更丰富的观察素材。

2活动目标

①了解创客意义，自己动手利用身边简易的材料进行创客制作，DIY建构，创造出独具特色的便携式“手机显微镜”;

②利用自制的“手机显微镜”探究生物显微世界，学以致用、加深对生物学的认知;

③从创客到艺术的升华，从STEM到STEAM，从科学到艺术的提升。

3实施过程

3.1手机变便携式数码显微镜、DIY创客活动阶段

显微镜学习与使用：结合高中生物教材教学，学生学习掌握高倍显微镜原理，使用高倍显微镜观察细胞，利用手机直接拍摄高倍显微镜下的细胞图片。

DIY创客方案设计：DIY制作显微镜支架，让手机变成一台便携式“手机数码显微镜”，替代实验室高倍显微镜用于观察生物显微世界和进行微距拍摄。

DIY创客材料选择：借用通用教室现有的电钻和钻头，每组准备尺子和铅笔各1把、有机玻璃2块（10x25cm和15x25cm）、胶合板1块（15x25cm）、微型放大镜（可从激光笔上拆下来的对角镜头）1个（或根据需要配置）、螺栓5个（配套螺母、垫圈）、小型LED灯1个。

DIY创客作品制作：①在胶合板（有机玻璃）上用直尺和铅笔划出螺栓点位;②在胶合板和有机玻璃上利用电钻钻出螺栓孔位和放大镜孔位;③有机玻璃上固定放大镜，胶合板对应的位置安装LED灯;④螺栓固定有机玻璃。

调整、实践、应用：学生尝试用自己DIY的“手机显微镜”拍摄细胞等显微结构，进行演示。师生共同观赏，根据使用的效果对存在的问题进一步修饰和完善，对结构进行微调，最终完善装置。

拍摄制作显微图片：学生利用自制的便携式“手机数码显微镜”，学习拍摄、美化图像、制作显微图片。

3.2我的手机我做主、探秘生物显微世界

3.2.1探究生物显微世界

（1）认识和远离螨虫、健体又强身：学生针对网传“床上的被褥螨虫、尘埃螨虫数量极多”，采用便携式“手机显微镜”观察螨虫、认知螨虫，增强除螨决心、保护身体健康。

（2）认识青霉与曲霉、垃圾不落地：学生以果皮容易滋生霉菌为案例，利用“手机显微镜”观察放置于教室储物柜上的果皮上的青霉与曲霉菌群，从本质上理解果皮垃圾等易滋生病菌，从而精准直观地认识到“垃圾不落地”的意义并自觉的执行和落实。

（3）观察蛙胚胎发育、激趣识真知：学生对青蛙的受精卵分裂和分化过程特别感兴趣，但都只是停留在教师的讲授和网上图片的介绍。高中课时紧，没有多余的时间长期到实验室进行观察和体验，教师可充分利用课余时间，采用自制的便携式“手机显微镜”在教室让学生直观感受蛙的胚胎发育，观察“受精卯→2细胞胚→4细胞胚→8细胞胚→桑椹胚→囊胚”等动态过程，使学生直观地理解DNA的总量随着细胞数目的增加而增多、所有细胞的体积之和不变或略有减小、细胞体积减小，核质比变大、有机物含量减少等。

（4）探究教室微生物、节能保健康：夏天，学生采用对比实验，用便携式“手机显微镜”比较普通教室、空调常闭教室、空调间断开闭教室培养的微生物菌群，完成表1，直观体现不同条件下教室中微生物菌群差异，从而认识到教室保持清新空气流通的必要性。

教师引导学生采用自己DIY的放大倍数较大的便携式“手机显微镜”观察手机上的细菌，认识手机上的微生物，并提醒其他同学远离致病微生物，预防传染病等。

3.2.2留住精彩实验瞬间

人教版高中生物必修教材共11个实验用到显微镜，教师经常为赶进度合并实验，每个学生实际操作使用显微镜极少（每节实验课最多10～20min）。便携式“手机显微镜”能让学生更好地体验显微镜使用及领会显微镜的原理，并将显微实验的过程、结果等精彩瞬间留住，以期学生更好地学习和回顾。

3.2.3补充科学教学资源

生命世界是非常奇妙的，生物学是以实验为基础的自然学科。学生通过自己动手，利用便携式“手机显微镜”拍摄生物显微图片，将拍摄的生物显微图片与老师、同学分享创客成果，满足学生对微观生物世界的认知、弥补直观感受，还能获得成功的体验和成果应用的成就感，进一步激发学习科学的积极性和主动性。

3.2.4探索发现未知世界

实践出真知，学生通过便携式“手机显微镜”对生物的拍摄，与己知的资料或图鉴进行比较，能进一步探究未知的生物世界。

3.3从STEM到STEAM、求真赏关

STEM教育是对科学、技术、工程和数学的有机整合，本项活动在前期DIY创客制作，学习拓展基础上开展深入的STEM教育活动，围绕科学（实验与现象）、技术（拍摄技术、成象技术，如何对图像进行美化）、工程（DIY制作）、数学（通过对“手机显微镜”拍摄的照片添加标尺、测量标本的长度、估算标本的体积和大小等），科学求真、艺术唯美，在活動中从STEM到STEAM获得真和美的内涵和体验。

3.3.1求真

科技教育追求求真务实的科学态度，体验真实的科学情境，获取科学真知。教师引导学生通过自制的便携式“手机显微镜”拍摄显微生物世界，采用从不同的侧面、不同的角度比较，结合数据分析，力求还原生物世界的真实面目。

（1）不同显微镜拍摄、对比出真知：将“手机显微镜”拍摄图像与显微镜拍摄同一生物图片比较，对比图像出真知。

（2）静态图变动态图、视觉之比较：便携式“手机显微镜”拍摄的静态图像制成动态图，这种动态的照片更能激发兴趣。

3.3.2赏美

学生对便携式“手机显微镜”拍摄的生物显微相片进行显微生物美学研究，从STEM到STEAM的变化，增强了科学与艺术的结合。

（1）分门别类艺术创作：学生收集整理拍摄的显微生物照片，对其进行分类识别并存档，探究其研究的美，雅俗共赏;辨识显微生物作品图片，探究其生理学意义，依托显微生物作品的启示用于各种手工作品的图案设计，开展有关显微生物作品的创新性课题研究。

（2）创作显微生物绘本：显微生物作品具有生态的美，学生以拍摄的生物显微作品为蓝本，进行绘画创作，形成显微生物绘本手册和显微生物剪纸，内容含生物名称和创作的作品名称，从而进一步认识和欣赏生物显微作品之美。

（3）创客与艺术的升华：教师指导学生在创客活动中保留研究的原始材料，整理活动照片，完成活动记录表，总结活动结果，交流信息，资源共享，查漏补缺;完成结题报告，撰写活动报告;进行课题答辩，展示探究成果。

3.4拓展延伸阶段

教师引导学生从活动中自主学习、互相质疑，拓展延伸、寻找与生物显微作品创作相关的研究，使本项活动可持续发展。

①采用分组或个人研究方式，开展新的高中生物显微作品创客拍摄活动创新性课题研究。