应用智能手机进阶生物实验的数字化

摘要：借助显微观察细胞核仁、演示糖脂燃烧放能比较、探究pH维持稳态机制等实验，探索智能手机的放大拍摄、镜像投影、数据处理等功能在生物实验教学中的应用，达成类似数字化实验的效果。

关键词：放大拍摄；镜像投影；数据处理

文章编号：1003-7586（2024）02-0034-02 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

随着信息技术、移动互联网等的快速发展，方便小巧的智能手机既具有更加完善的拍照摄像、镜像投影、群聊交流、视频通话等信息处理功能与交互能力，又凭借层出不穷的软件而不断拓展着应用领域，正逐渐成为使用方便的教学工具，机动灵活地应用于学校教学，助力教学方法的变革创新。有鉴于此，笔者对智能手机提升高中生物实验数字化进行一定的探索。

1应用放大拍摄功能，进阶显微观察实验的数字化

高中生物有很多需要利用显微镜进行观察的实验，然而在使用单目镜普通显微镜进行这类实验时，一次只有一人能够通过目镜进行显微观察活动，不仅严重制约了观察效率，限制了教师与学生、学生与学生之间的交流与借鉴，还无法将观察到的微观现象高保真地保存下来，影响图像视频资料的积累，而且对于需用油镜才能观察到的结构或现象，往往由于机械性能的限制而无法取得理想效果，严重阻碍知识的直观建构。为了克服这类弊端，以观察经特殊染色的洋葱鳞片叶内表皮细胞中的核仁为例，探索智能手机的变焦放大、屏幕显示、拍摄传输功能在显微观察类实验中的应用。

上课前，教师选择洋葱根尖细胞有丝分裂永久装片，按低倍镜使用要求操作显微镜，待肉眼从目镜里能够清晰看到装片中的细胞后，将手机显微摄影支架的圆筒套在目镜处的镜筒上固定好，再将智能手机放入支架的手机托板上，调整位置，使手机摄像头通过支架圆筒对准目镜；然后，将智能手机的摄像功能打开，不断调整手机支架托板的位置，待智能手机屏中显示清晰的细胞图像时，彻底固定智能手机在显微镜上的位置，从而组装成智能手机与显微镜的组合终端。

学生分组进行实验活动时，首先将2g甲基绿与2g吡罗红共同加入100 mL蒸馏水中，待充分溶解后取几滴滴于培养皿中，撕取洋葱鳞片叶无色内表皮，浸入皿内染色剂中染色5 min，取出后于蒸馏水中略作漂洗，再浸入70％酒精中分色10 min，获得细胞核被染成蓝绿色、核仁被染成红色的观察材料。然后用该材料制作临时装片并放在组合终端的载物台上，使其中经特殊染色的材料位于通光孔的正中央，规范进行低倍镜和高倍镜操作。

利用组合终端，在进行低倍镜操作时，就能非常容易地在智能手机屏上观察到细胞及其中细胞核的图像，既能够满足活动小组的所有同学同时观察，又能方便教师快速了解活动小组的实验活动结果，从而及时给予适当的指导与帮助。在规范完成低倍镜到高倍镜的转换后，既能借助智能手机摄像状态的变焦放大功能，将手机屏幕上的细胞进行适当放大，从而清楚观察到被染成蓝绿色的细胞核中，散布有一个或几个红色的小圆球——核仁，又能利用智能手机与电脑可以通过微信或QQ互传文件的功能，将手机所拍摄图像传输到电脑等设备上进行大屏幕放大投影，使全体学生都能轻而易举地观察清晰核仁图像，获得理想的实验效果，从而有效克服一般显微镜只能偶尔勉强看到核仁的弊端。另外，借助智能手机的拍摄功能，还可以将显微镜下观察到的现象拍摄下来，利于交流与资料保存。

2应用镜像投影功能，进阶微观演示实验的数字化

在实验教学中，往往存在一些需要进行演示的操作或实验，如模拟探究膜透性实验中向玻璃纸封口漏斗内注入蔗糖溶液的操作、稀释涂布平板法中一系列稀释的操作、平扳划线法的划线操作等。但普通条件下的演示实验，往往难以克服部分学生因所处角度、距离等不适宜而观察不清楚的困难，而恰当应用智能手机的镜像投影功能，可以较好地解决这一问题。

例如，为了使学生直观形象地生成“相同质量的脂肪燃烧释放的能量是糖类的两倍多”的概念，施教者制作环保型燃烧密封盒，借助喷火式防风打火枪，点燃底板上蒸发皿中的5g高锰酸钾（助燃剂）与1g葡萄糖或食用油的混合物，对嵌挂于中板的加厚小烧杯中的10 mL水进行加热，通过测量水温的变化值，进行“比较糖类与脂质燃烧释放能量”的实验。然而，因为担忧燃烧过分剧烈引发的安全性问题，只能采用演示实验，且由于缺乏温度传感数字分析系统，只能利用通过顶板小孔悬插在水中的温度计进行测量。可是，若用常规方法呈现实验，很难使全体学生都能清晰观察到燃烧过程中温度计的数据变化。对此，施教者应用智能手机的镜像投影功能加以突破。

在燃烧之前，将智能手机固定在自拍支架上，打开智能手机与电脑的镜像投影功能，调整支架位置，使温度计的红色水银柱通过摄像头镜像投影在大屏幕上。这样，燃烧过程中红色水银柱迅速上升的现象能同步呈现在大屏幕上，从而使全体学生都能获得强烈的视觉感知。

另外，在其他一些学生分组操作的实验活动中，施教者可以使用智能手机的镜像投影功能，将学生实验中的规范操作、创新操作、失误操作等现场大屏呈现给全体学生，以便相互借鉴与学习。

3应用数据处理功能，进阶定量分析实验的数字化

高中生物实验中，有些是测量气体的定量实验，如环境因素对光合作用强度影响的实验；有些实验由原本的定性实验改进为定量实验会取得高阶实验教学效果，如以过氧化氢分解为核心的一系列实验，包括探究酶的催化作用、酶催化活性受pH影响等；有些实验是对变化非常微小的因变量进行定量测定的实验，如探究pH维持稳定机制的实验。在没有数字化实验室实施教学的情况下，这些实验往往需要另辟蹊径来达到测量精确、数据呈现动态直观的良好教学效果。施教者在开展“模拟生物体维持pH稳定”的学生分组实验教学中，采用常规实验、简易pH检测仪、智能手机的Excel数据处理功能相结合的方法，达到了与数字化系统类似的即时动态生成直观pH变化曲线的效果。

在课前，施教者对将要提供给每个实验小组的智能手机进行如是操作：安装WPS Office应用软件，提供一个设计有与教材中相似的数据录入表格的Excel文件，打开该Excel文件，选中整个数据录入表格－点开Excel界面左上侧“工具”－点开横向菜单栏“插入”－点开下拉菜单栏“图表”－点开横向菜单栏“折线图”－选择折线图，在数据录入表格下方插入一个折线图（该图可以将随时录入的数据同步动态转换成形象直观的曲线）。将某个小组的手机进行镜像投影设置，以便将该组手机屏上的数据录入和曲线生成动态地投影至大屏上，供全体师生观察参考、分析总结。

课堂分组实验时，各活动小组分工合作选用自来水、NazHPO4／NaH2PO4缓冲溶液、稀释的鸡蛋清、马铃薯研磨过滤液作为测定对象，采用简易式pH检测仪，按教材方案实施实验，对每个节点的pH进行测量和记录。当将所测得的数据输入Excel相应单元格时，折线图中就能同步动态生成相关pH变化曲线。

随着智能手机使用的生活化和功能的日新月异，智能手机逐渐成为教学中经常使用的资源终端。施教者应该重视智能手机在提高教学效果和提升核心素养中的作用，在不违反学校管理条例和不产生负面影响的前提下，选择恰当的时机和方法，借助智能手机，打破传统实验的条件限制，使实验教学在学生核心素养的发展中发挥更好的作用。