Цифровой микроскоп на уроках биологии

Микроскоп — это один из незаменимых инструментов для обеспечения необходимой наглядностью учебных процессов в школах, а также ведения исследовательской деятельности обучающихся, делающей усвоение изучаемого материала более эффективным.

Развитие информационных технологий потребовало принципиально нового подхода к организации микроскопического исследования. Сейчас цифровой микроскоп становится вполне доступным даже для обычных школ.

Внешне сам прибор может мало отличаться от привычного, все дело в дополнительной «начинке», значительно повышающей возможности цифрового микроскопа по сравнению с обычным. Цифровой микроскоп (фото 1) – это единый комплекс, объединяющий оптическую систему получения данных (собственно микроскоп), систему кодирования (цифровая камера) и систему обработки данных (компьютер).

Что может такой микроскоп?

Во-первых, он сохраняет все качества обычного светового микроскопа (3 вида объективов, нижняя подсветка за счет встроенного светодиодного осветителя, переключаемая дисковая диафрагма). Вместо окуляра Web-камера, подключенная к компьютеру. Программное обеспечение позволяет легко настроить прибор к работе.

1. Можно подобрать различные значения для разных обстоятельств и условий
2. Для обеспечения высокого качества изображений выбрать тип монитора, с которым используется веб-камера.
3. Можно выбрать значения для различной освещенности. По умолчанию установлено значение AWB (Auto White Balance – автоматический баланс белого).
4. Изображение можно повернуть по горизонтали или по вертикали.
5. Выбор разрешения для фотографий.

Функциональные кнопки на панели управления могут использоваться для увеличения и уменьшения изображения, а также для перемещения вверх, вниз, влево и вправо.

Цифровые микроскопы позволяют не только наблюдать объекты исследования, но и сохранять изображения в цифровом формате, что позволяет создавать электронные отчеты. Для незамедлительной съемки и обмена фотографиями с другими пользователями (если есть сеть) можно нажать на кнопку моментального снимка. Устройство позволяет автоматически записывать все, что происходит под объективом, есть возможность создавать анимации. Программа может преобразовать файлы AVI в формат MPEG-1.

Для хорошей визуализации изучаемых препаратов компьютер подключается к проектору и интерактивной доске, и тогда на большом экране можно не только демонстрировать объекты, но и работать с ними с помощью инструментов интерактивной доски (подписывать части, выделять, копировать и т.п.). При проведении опыта или изучении объекта все учащиеся класса одновременно могут наблюдать результат опыта или объект и слушать комментарии учителя или одного из одноклассников.

Учитель знает, как трудно на лабораторной работе проверить настройки и изображения на каждом микроскопе: их не менее 15, при этом нельзя перемещать, чтобы не сбить свет и резкость. Это отнимает много времени, обучающиеся отвлекаются от поставленной задачи, не понимают, что они должны увидеть. Занятия проходят значительно легче и эффективнее, если проведение лабораторной работы предваряется вводным инструктажем, проведённым с помощью цифрового микроскопа. При такой организации урока учащиеся могут сравнить результаты своей работы с результатами той работы, которую провел учитель. Такие методы работы развивают самостоятельность, критическое мышление, наблюдательность у учащихся, а также позволяют экономить время, затрачиваемое учителем на индивидуальные комментарии и консультации, которые приходится давать во время проведения практических работ по стандартной методике каждой паре учащихся. Это особенно актуально при проведении самых первых практических работ.

В некоторых случаях в распоряжении учителя может не быть достаточного количества микропрепаратов или микроскопов. Часто, чтобы избежать таких проблем, учитель отказывается от индивидуальной работы с микроскопом, заменяя ее демонстрационным вариантом. Цифровой микроскоп в данных обстоятельствах является уникальной возможностью провести наблюдение, поставить опыт, зафиксировать результаты, которые затем можно распечатать и поместить в отчет.

Фотографии, заранее сделанные учениками или учителем, можно использовать при подготовке презентаций для сопровождения объяснения или опроса.

При проведении лабораторных работ на уроках цифровой микроскоп оказывает значительную помощь. Он дает возможность:

• изучать исследуемый объект не одному ученику, а группе учащихся одновременно, так как информация выводится на монитор компьютера;
• использовать изображения объектов в качестве демонстрационных таблиц для объяснения темы или при опросе учащихся;
• изучать объект в динамике;
• создавать презентационные фото и видеоматериалы по изучаемой теме;
• использовать изображения объектов на бумажных носителях.

Важно и то, что можно указать и подписать части препарата, собрав из этих кадров слайд-шоу. Сделать это можно как сразу на уроке, так и в процессе подготовки к нему.

Исходя из всего вышесказанного, к основным достоинствам цифрового микроскопа можно отнести:

• точная передача формы, границы и цвета объекта,
• возможность выполнения разнообразных тонких работ,
• сохранение результатов исследования (как промежуточных, так и конечных),
• возможность производить наблюдения с экрана монитора,
• возможность передачи результатов на расстояния,
• возможность редактирования изображения, а также применения компьютерных методов анализа результата,
• возможность совмещать демонстрацию объекта с помощью цифрового микроскопа с индивидуальной работой учащихся со световыми микроскопами.

Цифровой микроскоп используется при проведении следующих лабораторных работ:

6 класс

1. Приготовление микропрепаратов растительных клеток и рассматривание их под микроскопом

• Строение семян двухдольных и однодольных растений

3. Изучение внешнего и внутреннего строения стебля на готовых микропрепаратах  
4. Строение цветка
5. Изучение внешнего состояния корня
6. Изучение внешнего и внутреннего строения листа на готовых микропрепаратах
7. Изучение внешнего строения водорослей
8. Изучение строение плесневых грибов

7 класс

1. Изучение клеток и тканей животных на готовых микропрепаратах и их описание
2. Наблюдение за движением простейших
3. Наблюдение за поведением, передвижением, ответом на раздражение прудовика
4. Строение пера птицы

      5.   Внешнее строение раковин моллюсков

8 класс

1. Изучение микроскопического строения крови; сравнение эритроцитов крови человека и лягушки

9– 11 классы

1.Рассмотрение микропрепаратов делящихся клеток

2. Сравнение растительной и животных клеток. Многообразие клеток
3. Наблюдение клеток растений и животных, бактерий под микроскопом и их описание и сравнение
4. Приготовление и описание микропрепаратов клеток растений
5. Изучение хромосом на готовых микропрепаратах
6. Изучение строения дрожжей под микроскопом

Демонстрации:

Разложение ферментом каталазой пероксида водорода
Следы зон роста на спилах трубчатых костей.

1. Использование микроскопа при проведении лабораторных работ.
В ходе лабораторной работы использую традиционные микроскопы (работа в паре) и один цифровой микроскоп. После того как учащиеся рассмотрели приготовленные самостоятельно микропрепараты в своих микроскопах, вывожу изображение объекта на экран через проектор и акцентирую внимание учащихся на главном. Теперь учащиеся точно знают, что они должны будут увидеть в микроскоп.

3. Цифровой микроскоп позволяет создать – наглядное пособие, т. е. использовать изображения объектов в качестве демонстрационных таблиц для объяснения новой темы или при опросе учащихся.

4. Использование микроскопа при проведении демонстраций

Демонстрации:
Следы зон роста на спилах трубчатых костей.
Строение крыла бабочки

5.Изучение объекта не только статически, но и в динамике.
Преподавание биологии в школе в обязательном порядке сопровождается демонстрационным экспериментом. Выделяемые пузырьки газа кислорода доказывают активность ферментов-белков в живых клетках. Ход эксперимента учащиеся наблюдают на экране и делают выводы. При такой организации урока учащиеся могут сравнить результаты своей работы с результатами той работы, которую провел учитель. Такие методы работы развивают самостоятельность, критическое мышление, наблюдательность у учащихся, а также позволяют экономить время, затрачиваемое учителем на индивидуальные комментарии и консультации, которые приходится давать во время проведения практических работ по стандартной методике каждой паре учащихся. Это особенно актуально при проведении самых первых практических работ.

6. Использование микроскопа для внеурочной работы с детьми, увлекающимися биологией.
Это рассматривание тычинок и пестиков цветка, различные ткани растений.
Для членистоногих – это все их интересные части: лапки, усики, ротовые аппараты, глаза, покровы (например, чешуйки крыльев бабочек). Для хордовых – чешуя рыбы, перья птиц, шерсть, зубы, волосы, ногти, и многое-многое другое. Это далеко не полный список.
Важно и то, что очень многие из указанных объектов  после исследования, организованного с помощью цифрового микроскопа, останутся живы: насекомых – взрослых или их личинок, пауков, моллюсков, червей можно наблюдать, не моря, поместив в специальные миниатюрные чашечки Петри.