芬兰LUMA中心实践教学纪实

坦佩雷理工大学（Tampere University of Technology，简称TUT）创建于1965年，是芬兰最著名的理工大学，是芬兰培养创新和科技人才的主要中心之一。其最具实力的研究领域是信号处理、逆问题、光电子和生物工程（水处理、微生物）。众多知名公司如诺基亚、微软、因特尔、中国华为等都与该大学保持着密切的技术合作关系。

关于芬兰国内的LUMA中心情况，前文已有相关介绍[1]，在此主要谈谈坦佩雷理工大学的LUMA中心的情况。这所大学的LUMA中心有一座高大的专用综合楼，多个实验活动教室，配备了全套先进的硬件活动设备和耗材;拥有一支由实力教授领衔的高学历教科研团队，总体上年轻、有活力、亲和友善。该中心是一个全国性的科研活动中心，既有面向大学生开设的课程，也有面向中小学生的各种课外实践活动，并对前来参加活动的中小学师生全程免费。中心还负责对中小学教师进行业务培训，并开展相关教育教学科研及参与国内外学术交流。中国访问团成员亲自体验了LUMA中心的实践教学，本期将介绍其中的水质检验主题活动。

一、水质检验主题实践活动的内容与准备

活动的内容是采集户外水体样本、进行水质检测系列实验、显微镜观察其它生物样本。LUMA中心教师团队引领学员们进入一间满是设备的实验室，组织落座后，介绍当天中心参与活动的教师团队以及中心的基本情况，讲解活动方案，其中包括很多需要动手实践的内容，这也是芬兰非常普遍的一种教学模式。学员在活动中可以随时向教师提问。教师阐述了大自然对于芬兰人的重要性，并经常带领学生在大自然中学习，强调了活动中的安全注意事项，呈现了户外活动需要配备的多种用具，特别讲解了户外昆虫等活体动物样本采集装置的正确使用方法（见图1）。

二、户外采集样本

中心教师组织学员列队出发，沿着大学内几座楼间的道路，集体步行到三四百米之外的一个开阔的天然湖边。教师把学员们分为若干小组，每个小组都有中心的教师带队。教师讲清要采集的样本清单，为各组分配一整套采集样本的用具，提前分别贴好了标签，放在一个塑料篮子中。约定了返回集合的时间和地点后，由各组教师带领学员们沿着湖边曲折的小道分区域开展采集样本活动。

波光粼粼的湖面上，有许多野鸭自由地游弋，几只白色的水鸟翩翩盘旋。蓝天白云下，环湖的松柏、白桦等树木翠绿而高耸的身影倒映在水面上，松鼠在树枝间敏捷地跳跃，头朝下地顺着树干迅速蹿到地面，观察着这些不速之客，并始终保持着安全距离。鸽子与人更亲近，触手可及，可以跟它们合影。树下是错落的灌木、青草、野花，地面上满是湿滑的苔藓，耳中可听到鸟儿悦耳的鸣叫声。漫步在湖边的树林，空气湿润清新，使人身心愉悦。与传统的室内上课环境相比，如此近距离地徜徉在自然环境中，的确让人心旷神怡。

芬兰的幼儿园、中小学校及大学都是没有围墙的，所以也就没有大门。出了楼房几米之外就是完全处于自然状态的树林。操场就在树木的环抱中，地面铺了一层细沙，没有常见的塑胶地面，学生们课余时间就是这样零距离地接触大自然。亲近自然、放松身心，是芬兰基础教育的特色之一。中小学教师随时可以做出决定，直接带领学生们投入大自然的怀抱，在原生态的树林中实施教学。校长完全尊重教师的自主权而不作任何干预，家长们同样高度信任教师这样安排的合理性而没有任何异议。

学员们在教师的引领下，用备好的绳子将采样瓶垂入水中，采集了湖水的样本。为了进行区别比较，还分别采集了湖岸边浅水区的水样和探向湖面栈桥处的深水区样本。学员们还各自发现并采集了其他多种样本，如绿色的苔藓、树叶、野花、大个头的蘑菇伞、枯朽的树皮、小个头的蜘蛛等。各组学员按照约定的时间和地点陆续汇集，互相展示和参观各自的样本，兴高采烈。

三、水质检测

回到实验室后，教师按照水质检测项目内容的需要把学员们分为4组，并设置了4个平台区域，分别配有不同的专业水质检测设备或仪器，由一名教师主持实施（见图2）。每个平台的活动时间约15～20分鐘，之后各组依次就近轮换，对4个平台上的不同检测内容进行观察和测试。所使用的水样来自学员们亲自采集的两种湖水和中心的饮用水。每个平台都要用3种样本完成不同的程序，分别从物理、化学角度进行各项性能的检测，再进行比较，以此普及推广相关科学知识。

1.检测不同水质样本的浑浊度、色度

浑浊度是用以表示水的清澈或浑浊的程度，是衡量水质良好程度的最重要指标之一，也是考核水处理设备净化效率和评价水处理技术状态的重要依据。降低浑浊度意味着减少水体中的有机物、细菌、病毒等微生物含量，不仅可提高消毒杀菌效果，又利于降低卤化有机物的生成量。使用浊度测定仪可以在屏幕上呈现出直观的数据。色度是对天然水或处理后的各种水进行颜色定量测定时用到的指标。饮用水的色度如大于15度时多数人即可察觉，大于30度时会引起人的厌恶。学员们要观察并检测样本的色度，相关数据会在水质色度仪的屏幕上显示出来。

2.检测不同水质样本的电导率、电阻值

采用几节电池供电就能正常播放音乐的鸣器件，各用一根细电线连接作为正负极的金属棒，插入不同样本的水杯中，会使乐音产生或强或弱的起伏变化直至彻底消音，水的导电性能以这种方式直观地显示出来。数据可以在相关仪器的显示屏上以曲线形式呈现。这时可以发现，水质的浑浊程度不同，其导电性能也不同。水的导电性能与其电阻值的大小有关，电阻值大则导电性能差，电阻值小则导电性能就好。电阻率与水中的含盐量、离子浓度、离子所带电荷数以及离子运动速度有关。因此，水越纯，电阻率越大。在三种样本中，纯净水的电阻最大，湖水电阻较小。

3.检测不同水质样本的酸碱度、污染指数

在实验中，通常可用两种方法测量水样的PH值：一是在待测溶液中加入PH指示剂，不同的PH值会使指示剂产生不同颜色;二是用玻璃棒蘸一点待测溶液放置在PH试纸上，将变化后的试纸颜色与比色卡对照，也可以得到溶液的PH值。水污染指数是对水体中污染物进行统计和归纳后，以数值形式综合反映水体污染程度的指标。该指数主要用于对不同时间和地点的水污染情况进行比较，也可作为水污染分类和定级的依据。实验结果显示，湖的浅水区和深水区样本数值略有差异。

这次水质采集并检测的实践活动设计，目的在于带领学员们根据分析任务、分析对象、测定原理、操作方法和具体要求的不同，尝试运用多种分析方法，常见的是化学分析法和仪器分析法。有了高级检验仪器的辅助，相关数据和变化可以更直观地显示，不同条件下的变化曲线在坐标系中呈现出相应的走向。这次实践活动让学员们增加了亲近大自然的机会，在教师引导下了解了水质检测的科学知识，接触并使用了高端的相关实验仪器设备，强化了环保教育理念。以“千湖之国”著称于世的芬兰在环保方面同样领先全球，公民普遍表现出来的强烈的环保意识，很大程度上归功于中小学校长期坚持不懈的环保教育。

中心教师还呈现了专门针对中小学生系列环保教育而設计制作的知识卡片。与扑克牌差不多大小，一面印有作为主题系列的某类生物的一个代表对象的图片和名称，一面印有与此种生物本身相对应的知识性简要介绍。教师会选择一组主题卡片（通常不过五六张）无序地摆在桌面上，要求学生完成相应的任务，如按照某种标准（时间、空间、路线等）为它们排序，挑出在某分类标准下与众不同的某一差异个体等。如果学生不理解，教师会翻过卡片来让学生看对应的内容;如果还有疑问，师生可以继续探讨交流。这些卡片式教具会根据学生年级体现出深浅梯度的差别，使用起来简便易行，也不占用太多时间，又有一定的智力抢答风格，很受学生很喜欢。

各组教师在带领学员们分组进行水样检测的同时，另外几位教师精选了学员们的水样进行挑选并加工，为下一个活动环节做准备（见图3）。

四、用显微镜观察样本

最后环节是用显微镜观察样本。有别于传统的目式生物显微镜，中心的设备仪器称为放大镜可能更合适：笔记本电脑式的外观，鼠标被一个圆探头取代。把探头贴近观察目标，被放大后的物体细节就直接呈现在屏幕上，探头的旋转按钮用来调节画面的放大倍数。如果想对屏幕画面进行截图保存，只需通过探头上的一个按钮即可实现。这种仪器的操作比目式生物显微镜更简便。教师利用讲台上的仪器对样本进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绒毛，看到了腐烂树皮里的微小寄生虫慵懒地蠕动……此后，学员们自由操作，观察自己采集的样本，或把探头贴在衣服、头发、手机、笔、包乃至手臂上，屏幕上各种被放大的细节引起了阵阵惊叹。

参考文献

[1]韩宝江.芬兰基础教育的现象教学（一）[J].基础教育参考，2019（5）：6-8.

（责任编辑   郭向和）