應用智能手機進階生物實驗的數字化

摘要：借助顯微觀察細胞核仁、演示糖脂燃燒放能比較、探究pH維持穩態機制等實驗，探索智能手機的放大拍攝、鏡像投影、數據處理等功能在生物實驗教學中的應用，達成類似數字化實驗的效果。

關鍵詞：放大拍攝；鏡像投影；數據處理

文章編號：1003-7586（2024）02-0034-02 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

隨著信息技術、移動互聯網等的快速發展，方便小巧的智能手機既具有更加完善的拍照攝像、鏡像投影、群聊交流、視頻通話等信息處理功能與交互能力，又憑借層出不窮的軟件而不斷拓展著應用領域，正逐漸成為使用方便的教學工具，機動靈活地應用于學校教學，助力教學方法的變革創新。有鑒于此，筆者對智能手機提升高中生物實驗數字化進行一定的探索。

1應用放大拍攝功能，進階顯微觀察實驗的數字化

高中生物有很多需要利用顯微鏡進行觀察的實驗，然而在使用單目鏡普通顯微鏡進行這類實驗時，一次只有一人能夠通過目鏡進行顯微觀察活動，不僅嚴重制約了觀察效率，限制了教師與學生、學生與學生之間的交流與借鑒，還無法將觀察到的微觀現象高保真地保存下來，影響圖像視頻資料的積累，而且對于需用油鏡才能觀察到的結構或現象，往往由于機械性能的限制而無法取得理想效果，嚴重阻礙知識的直觀建構。為了克服這類弊端，以觀察經特殊染色的洋蔥鱗片葉內表皮細胞中的核仁為例，探索智能手機的變焦放大、屏幕顯示、拍攝傳輸功能在顯微觀察類實驗中的應用。

上課前，教師選擇洋蔥根尖細胞有絲分裂永久裝片，按低倍鏡使用要求操作顯微鏡，待肉眼從目鏡里能夠清晰看到裝片中的細胞后，將手機顯微攝影支架的圓筒套在目鏡處的鏡筒上固定好，再將智能手機放入支架的手機托板上，調整位置，使手機攝像頭通過支架圓筒對準目鏡；然后，將智能手機的攝像功能打開，不斷調整手機支架托板的位置，待智能手機屏中顯示清晰的細胞圖像時，徹底固定智能手機在顯微鏡上的位置，從而組裝成智能手機與顯微鏡的組合終端。

學生分組進行實驗活動時，首先將2g甲基綠與2g吡羅紅共同加入100 mL蒸餾水中，待充分溶解后取幾滴滴于培養皿中，撕取洋蔥鱗片葉無色內表皮，浸入皿內染色劑中染色5 min，取出后于蒸餾水中略作漂洗，再浸入70％酒精中分色10 min，獲得細胞核被染成藍綠色、核仁被染成紅色的觀察材料。然后用該材料制作臨時裝片并放在組合終端的載物臺上，使其中經特殊染色的材料位于通光孔的正中央，規范進行低倍鏡和高倍鏡操作。

利用組合終端，在進行低倍鏡操作時，就能非常容易地在智能手機屏上觀察到細胞及其中細胞核的圖像，既能夠滿足活動小組的所有同學同時觀察，又能方便教師快速了解活動小組的實驗活動結果，從而及時給予適當的指導與幫助。在規范完成低倍鏡到高倍鏡的轉換后，既能借助智能手機攝像狀態的變焦放大功能，將手機屏幕上的細胞進行適當放大，從而清楚觀察到被染成藍綠色的細胞核中，散布有一個或幾個紅色的小圓球——核仁，又能利用智能手機與電腦可以通過微信或QQ互傳文件的功能，將手機所拍攝圖像傳輸到電腦等設備上進行大屏幕放大投影，使全體學生都能輕而易舉地觀察清晰核仁圖像，獲得理想的實驗效果，從而有效克服一般顯微鏡只能偶爾勉強看到核仁的弊端。另外，借助智能手機的拍攝功能，還可以將顯微鏡下觀察到的現象拍攝下來，利于交流與資料保存。

2應用鏡像投影功能，進階微觀演示實驗的數字化

在實驗教學中，往往存在一些需要進行演示的操作或實驗，如模擬探究膜透性實驗中向玻璃紙封口漏斗內注入蔗糖溶液的操作、稀釋涂布平板法中一系列稀釋的操作、平扳劃線法的劃線操作等。但普通條件下的演示實驗，往往難以克服部分學生因所處角度、距離等不適宜而觀察不清楚的困難，而恰當應用智能手機的鏡像投影功能，可以較好地解決這一問題。

例如，為了使學生直觀形象地生成“相同質量的脂肪燃燒釋放的能量是糖類的兩倍多”的概念，施教者制作環保型燃燒密封盒，借助噴火式防風打火槍，點燃底板上蒸發皿中的5g高錳酸鉀（助燃劑）與1g葡萄糖或食用油的混合物，對嵌掛于中板的加厚小燒杯中的10 mL水進行加熱，通過測量水溫的變化值，進行“比較糖類與脂質燃燒釋放能量”的實驗。然而，因為擔憂燃燒過分劇烈引發的安全性問題，只能采用演示實驗，且由于缺乏溫度傳感數字分析系統，只能利用通過頂板小孔懸插在水中的溫度計進行測量。可是，若用常規方法呈現實驗，很難使全體學生都能清晰觀察到燃燒過程中溫度計的數據變化。對此，施教者應用智能手機的鏡像投影功能加以突破。

在燃燒之前，將智能手機固定在自拍支架上，打開智能手機與電腦的鏡像投影功能，調整支架位置，使溫度計的紅色水銀柱通過攝像頭鏡像投影在大屏幕上。這樣，燃燒過程中紅色水銀柱迅速上升的現象能同步呈現在大屏幕上，從而使全體學生都能獲得強烈的視覺感知。

另外，在其他一些學生分組操作的實驗活動中，施教者可以使用智能手機的鏡像投影功能，將學生實驗中的規范操作、創新操作、失誤操作等現場大屏呈現給全體學生，以便相互借鑒與學習。

3應用數據處理功能，進階定量分析實驗的數字化

高中生物實驗中，有些是測量氣體的定量實驗，如環境因素對光合作用強度影響的實驗；有些實驗由原本的定性實驗改進為定量實驗會取得高階實驗教學效果，如以過氧化氫分解為核心的一系列實驗，包括探究酶的催化作用、酶催化活性受pH影響等；有些實驗是對變化非常微小的因變量進行定量測定的實驗，如探究pH維持穩定機制的實驗。在沒有數字化實驗室實施教學的情況下，這些實驗往往需要另辟蹊徑來達到測量精確、數據呈現動態直觀的良好教學效果。施教者在開展“模擬生物體維持pH穩定”的學生分組實驗教學中，采用常規實驗、簡易pH檢測儀、智能手機的Excel數據處理功能相結合的方法，達到了與數字化系統類似的即時動態生成直觀pH變化曲線的效果。

在課前，施教者對將要提供給每個實驗小組的智能手機進行如是操作：安裝WPS Office應用軟件，提供一個設計有與教材中相似的數據錄入表格的Excel文件，打開該Excel文件，選中整個數據錄入表格－點開Excel界面左上側“工具”－點開橫向菜單欄“插入”－點開下拉菜單欄“圖表”－點開橫向菜單欄“折線圖”－選擇折線圖，在數據錄入表格下方插入一個折線圖（該圖可以將隨時錄入的數據同步動態轉換成形象直觀的曲線）。將某個小組的手機進行鏡像投影設置，以便將該組手機屏上的數據錄入和曲線生成動態地投影至大屏上，供全體師生觀察參考、分析總結。

課堂分組實驗時，各活動小組分工合作選用自來水、NazHPO4／NaH2PO4緩沖溶液、稀釋的雞蛋清、馬鈴薯研磨過濾液作為測定對象，采用簡易式pH檢測儀，按教材方案實施實驗，對每個節點的pH進行測量和記錄。當將所測得的數據輸入Excel相應單元格時，折線圖中就能同步動態生成相關pH變化曲線。

隨著智能手機使用的生活化和功能的日新月異，智能手機逐漸成為教學中經常使用的資源終端。施教者應該重視智能手機在提高教學效果和提升核心素養中的作用，在不違反學校管理條例和不產生負面影響的前提下，選擇恰當的時機和方法，借助智能手機，打破傳統實驗的條件限制，使實驗教學在學生核心素養的發展中發揮更好的作用。