应用数码显微镜在初中生物教学中培养科学思维和探究能力

福建省泉州市安溪县墩坂中学 王 勇

显微镜作为初中生物科学探究的重要工具，加入电子目镜，与现有的各种教学资源相结合，改变传统的教学模式，让学生在科学探究的过程中更加直观、有趣地进行探究学习，提高初中学生学习生物学的积极性，提升教学质量和教学效果，促进学生生物学学科素养的发展。笔者结合学校的教学实际和学生特点，从课堂内外两种途径对培养初中生科学思维和探究能力进行了尝试。

一、课堂内充分利用现有的两种教室

（一）与课堂希沃平板结合，建立与微观生物世界沟通的通道

目前，生物课堂以教师讲授为主，学生在被动接受，学生在课堂中的参与较少，同时教学资源匮乏，教师只能拿着教材和有限的几个挂图以及生物学模型进行讲解，学生所能接收的信息有限，不能够主动参与学习过程，进行探究式学习。单调乏味的课堂使活泼好动、喜欢新鲜事物的学生产生了厌烦心理，学习生物学知识只是为了应付考试，死记硬背无法真正理解生物学现象的内在规律，领悟生物学的科学思维方法，积极主动获取生物科学知识。把数码显微镜通过USB数据线连接到希沃平板，在希沃平板安装Yais数码显微镜软件后，标本上微小的生物实时放大到希沃平板大屏幕上。例如，在教师讲解单细胞生物草履虫时，通过数码显微镜使每个学生都在希沃平板大屏幕上看到了活蹦乱跳的草履虫，看到它是怎么旋转运动的，另外还让学生看到了其他单细胞生物，比如衣藻等，使学生真实感受到自然界中单细胞生物的存在。在学生面前打开微观生物世界的通道，让学生懂得原来生物是由细胞构成的，认识细胞的结构和功能，知道生物的生长发育生活都是由细胞完成的，从宏观开始走向微观。此外，教师还可利用带WiFi热点可和手机或平板电脑相连接的轻便的数码显微镜，带领学生走出教室，在校园或校外实践基地观察探究大自然中的各种生物的形态习性，把课堂所学知识和对照实验探究方法与生活实际相结合，点亮学生对生物学的好奇心，在生活实践中提升初中学生的科学思维和探究能力。

（二）与多媒体网络教室结合，建立互动系统，建立数字化学习环境

多媒体网络教室在学校已基本普及，把数码显微镜与多媒体网络教室相结合，充分利用多媒体网络教室资源的优点，让教师端和每个学生端的信息共享更加便捷。教师端利用极域电子教室软件的教师演示功能让每个学生都能实时看到教师演示的每一个细节，利用极域电子教室软件的文件分发功能将数码显微镜下的生物标本用Yais数码显微镜软件“拍照摄像”功能拍成图片影像和实验教学课件一起传达到学生端的每台电脑，供学生学习使用，学生也可将自己观察到的标本拍成图片影像通过极域电子教室的学生端提交给教师。教师可通过教师端实时对每个学生的上课情况进行监测，对于观察标本成像效果好的学生，教师可用极域电子教室软件中学生演示功能展示给全体学生或者部分学生，使实验过程中遇到困难的学生能及时得到帮助，在保证良好教学秩序的同时又让教师和学生之间、学生与学生之间进行了高效交流，实现了因材施教和个性化教学。对于学生实验中遇到的普遍错误，教师可收集成错题集，让学生及时避免实验过程中的错误或问题，鼓励学生独立思考，保持强烈的好奇心，有“打破砂锅问到底”的精神，善于利用所学知识解决问题，把事情的来龙去脉搞懂弄通，这有利于培养初中学生的科学思维和探究能力，提高初中学生的创造力和创新能力，达到更好的实验教学效果。例如在线组织的生物实验考查中，利用数码显微镜与多媒体网络教室对学生的显微镜操作实时监控，对学习能力较差的学生在操作过程中的畏难心理及时引导，鼓励其根据操作步骤勇于尝试，其他学生观摩学习，使学生都熟练掌握显微镜的操作方法，全都顺利地通过了在线组织的实验考查。

二、课堂外注意生物教学资源建立和使用

（一）建立标本数据库，吸引初中学生的注意力和学习兴趣

利用数码显微镜进行实体教学创新型的教学方式，首先利用装有500万像素放大40倍的电子目镜的数码显微镜通过USB数据线连接电脑，通过Yais数码显微镜软件对拍摄到的生物图像进行处理分析。图像分析软件可监控显微镜下观察的生物，测量生物的大小，拍摄微生物的各种形态和生命活动，形成微观世界各种生物图片和视频。这些丰富多彩的生物图片和视频可作为重要的教学资源保存起来，建立标本数据库和发布到福建省教育资源公共平台供教师科研和学生学习使用。例如，学校有大量的各类生物学玻片标本，由于教学课时的限制无法拿出来让学生学习使用，利用数码显微镜，教师可以把这些过去只能在实验室蒙尘的宝贵教学资源变成可随时获取的在线教学资源。这些图片影像向学生展示了神奇的微观世界，一个个细胞组成的各种生物，美丽而震撼，学生可根据自己的兴趣自主下载有关的生物图片影像，解决自主探究中遇到的各种问题。例如在讲解生活中食物腐烂这一生物现象时，教师可以先让学生自主查找资料了解食品腐败的原因是食品中的微生物发酵引起的，变酸可能是由乳酸菌或者是醋酸菌引起的，有的食物上面有粘状斑是由细菌引起的，有的食物上面有毛毛状的斑点是由真菌感染引起的。学生通过下载各种细菌和真菌的图片，对它们的形态结构有了一定的认识，再让学生自己动手去采集各种细菌和真菌并做成标本。通过数码显微镜，学生实时看到了平时肉眼看不到的各种细菌和真菌，从而加深了对所学知识的理解，在脑海中建立了细胞内外部结构的平面和空间立体模型，激发学生的科学思维，在实践中提高学生对生物学科的自主探究能力。

（二）应用电子平台，互动探讨，引导初中生进行高阶思维

初中学生思维发展中抽象逻辑思维已逐步占优势，也有了一定的辩证逻辑思维能力，在大脑思维活动中自我意识或自我监控能力增强，不但能考虑如何解决问题，还能对自己思维中的失误进行自我反省，对思维的进程进行自我调控，确保自己思维的正确性和高效率。这种元认知能力对于初中学生学会学习、促进自己的智力发展具有重要作用。深度学习理论将教学目标分为六个层次，分别为识记、理解、应用、分析、综合与评价，这六个层次由浅入深，依次提高。教师要在初中生物教学中结合教材内容和相应探究实验合理设置科学论证的过程和学习的各个环节，综合使用应用、分析、综合、评价等高阶思维，加强学生模型建构、演绎推理、批判思维的训练。例如，教师可引导学生把用数码显微镜观察的图片影像上传到福建省教育资源公共服务平台“人人通”网络空间，学生在数码显微镜和网络平台等数字化元素的辅助下，充分利用网络平台随时交流学习共同成长的优点，运用科学思维方法和探究步骤进行观察、测量、解释、分析和点评科学思维学习活动，让每个学生都能畅所欲言，获得成就感与自信心，开阔自己的视野，促进个性化发展。教师要充分挖掘初中生物教材内容，可以将学生分成生物学习小组，根据学生的特点为学生布置相应的辩论题目、教学目标等，让每个学生既能保持独立思考又能与同学紧密合作，让学生通过辩论感受生物知识的魅力，阐述支持观点的证据，加深自身的情感体验，增强学习动力，为学生的思维插上想象的翅膀，初中生的生物学动手操作能力、实践能力、观察能力与创新能力的提升就在一次次的生物实验与体验学习中。通过各个学习小组之间对实验结果的相互质疑与评价，引发生物实验设计的反思和修正，有利于初中生科学思维和探究能力的发展。

除了将像数码显微镜这样的数字化教学元素应用于课堂内外，教师要不断掌握最新的教育技术，充分利用学校现有的各种教学资源，与兄第学校实现资源共享，通过新型教学方法和传统教学方法的融合，营造数字化学习环境，让数码显微镜更好地服务生物教学。在个人与环境协同作用下的渐进过程中培养学生的科学思维和探究能力，创设问题真实情境，在借助问题解决的实践中培育学生的生物学核心素养，让学生懂得自爱自强，提高生命质量和生命尊严，为义务教育阶段初中学生的人生发展奠定良好的基础。