Микроскоп и его применение. Использование электронного микроскопа на уроках биологии Использование микроскопов на уроках биологии

С егодня трудно представить себе научную деятельность человека без микроскопа. Микроскоп широко применяется в большинстве лабораторий медицины и биологии, геологии и материаловедения. Полученные с помощью микроскопа результаты необходимы при постановке точного диагноза, при контроле над ходом лечения. С использованием микроскопа происходит разработка и внедрение новых препаратов, делаются научные открытия.

Микроскоп - (от греческого mikros - малый и skopeo - смотрю), оптический прибор для получения увеличенного изображения мелких объектов и их деталей, не видимых невооруженным глазом. Глаз человека способен различать детали объекта, отстоящие друг от друга не менее чем на 0,08 мм. С помощью светового микроскопа можно видеть детали, расстояние между которыми составляет до 0,2 мкм. Электронный микроскоп позволяет получить разрешение до 0,1-0,01 нм. Изобретение микроскопа, столь важного для всей науки прибора обусловлено, прежде всего, влиянием развития оптики. Некоторые оптические свойства изогнутых поверхностей были известны еще Евклиду (300 лет до н.э.) и Птоломею (гг.), однако их увеличительная способность не нашла практического применения. В связи с этим первые очки были изобретены Сальвинио дели Арлеати в Италии только в 1285 г. В 16 веке Леонардо да Винчи и Мауролико показали, что малые объекты лучше изучать с помощью лупы.

Первый микроскоп был создан лишь в 1595 году Захариусом Йансеном (Z. Jansen). Изобретение заключалось в том, что Захариус Йансен смонтировал две выпуклые линзы внутри одной трубки, тем самым, заложив основы для создания сложных микроскопов. Фокусировка на исследуемом объекте достигалось за счет выдвижного тубуса. Увеличение микроскопа составляло от 3 до 10 крат. И это был настоящий прорыв в области микроскопии! Каждый свой следующий микроскоп он значительно совершенствовал.

В этот период (XVI в.) датские, английские и итальянские исследовательские приборы постепенно начали свое развитие, закладывая фундамент современной микроскопии. Быстрое распространение и совершенствование микроскопов началось после того, как Галилей (G. Galilei), совершенствуя сконструированную им зрительную трубу, стал использовать ее как своеобразный микроскоп (), изменяя расстояние между объективом и окуляром.

Микроскоп Галилея год.

В 1625 г. членом Римской "Академии зорких" ("Akudemia dei lincei") И. Фабером был предложен термин "микроскоп". Первые успехи, связанные с применением микроскопа в научных биологических исследованиях, были достигнуты Гуком (R. Hooke), который первым описал растительную клетку (около 1665 г.). В своей книге "Micrographia" Гук описал устройство микроскопа.

В 1681 г. Лондонское королевское общество в своем заседании подробно обсуждало своеобразное положение. Голландец Левенгук (A. van Leenwenhoek) описывал изумительные чудеса, которые открывал своим микроскопом в капле воды, в настое перца, в иле реки, в дупле собственного зуба. Левенгук с помощью микроскопа обнаружил и зарисовал сперматозоиды различных простейших, детали строения костной ткани ().

Л учшие лупы Левенгука увеличивали в 270 раз. С ними он увидел впервые кровеносные тельца, движение крови в капиллярных сосудах хвоста головастика, полосатость мускулов. Он открыл инфузории. Он впервые погрузился в мир микроскопических одноклеточных водорослей, где лежит граница между животным и растением; где движущееся животное, как зеленое растение, обладает хлорофиллом и питается, поглощая свет; где растение, еще прикрепленное к субстрату, потеряло хлорофилл и заглатывает бактерии. Наконец, он видел даже бактерии и в великом разнообразии. Но, разумеется, тогда не было еще и отдаленной возможности понять ни значение бактерий для человека, ни смысла зеленого вещества - хлорофилла, ни границы между растением и животным.

В 1668 г. Е. Дивини, присоединив к окуляру полевую линзу, создал окуляр современного типа. В 1673 г. Гавелий ввел микрометрический винт, а Гертель предложил под столик микроскопа поместить зеркало. Таким образом, микроскоп стали монтировать из тех основных деталей, которые входят в состав современного биологического микроскопа.

В 1824 г. громадный успех микроскопа дала простая практическая идея Саллига, воспроизведенная французской фирмой Шевалье. Объектив, раньше состоявший из одной линзы, расчленен на части, его начали изготовлять из многих ахроматических линз. Так умножено число параметров, дана возможность исправления ошибок системы, и стало впервые возможным говорить о настоящих больших увеличениях - в 500 и даже 1000 раз. Граница предельного видения передвинулась от двух к одному микрону. Далеко позади оставлен микроскоп Левенгука. В 70-х годах 19 века победоносное шествие микроскопии двинулось вперед. Сказавшим был Аббе (Е. Abbe).

Достигнуто было следующее: Во-первых, предельное разрешение передвинулось от полумикрона до одной десятой микрона. Во-вторых, в построении микроскопа вместо грубой эмпирики введена высокая научность. В-третьих, наконец, показаны пределы возможного с микроскопом, и эти пределы завоеваны.

О сновными частями светового микроскопа (рис. 1) являются объектив и окуляр, заключенные в цилиндрический корпус – тубус. Большинство моделей, предназначенных для биологических исследований, имеют в комплекте три объектива с разными фокусными расстояниями и поворотный механизм, предназначенный для их быстрой смены – турель, часто называемую револьверной головкой. Тубус располагается на верхней части массивного штатива, включающего тубусодержатель. Чуть ниже объектива (или турели с несколькими объективами) находится предметный столик, на который устанавливаются предметные стекла с исследуемыми образцами. Резкость регулируется с помощью винта грубой и точной настройки, который позволяет изменять положение предметного столика относительно объектива.

Оптические микроскопы Ближнепольный оптический микроскоп Конфокальный микроскоп Двухфотонный лазерный микроскоп Электронные микроскопы Просвечивающий электронный микроскоп Растровый электронный микроскоп Сканирующий зондовый микроскоп Сканирующий атомно-силовой микроскоп Сканирующий туннельный микроскоп Рентгеновские микроскопы Рентгеновские микроскопы отражательные Рентгеновские микроскопы проекционные Лазерный рентгеновский микроскоп (XFEL) Дифференциальны интерференционно-контрастны микроскоп

Микроскоп - лабораторная оптическая система для получения увеличенных изображений малых объектов с целью рассмотрения, изучения и применения на практике. Совокупность технологий изготовления и практического использования микроскопов называют микроскопией.

С помощью микроскопов определяют форму, размеры, строение и многие другие характеристики микрообъектов, а также микроструктуры макрообъектов.

История создания микроскопа в целом заняла немало времени. Постепенно развитее оптических технологий привело к появлению более качественных линз, более точных удерживающих устройств.

К концу 20 века оптические микроскопы подошли к вершине своего развития. Следующим этапом стало появление цифровых микроскопов, в которых объектив был заменен на цифровую камеру.

Собственно, главное отличие цифрового микроскопа от обычного – отсутствие окуляра, через который наблюдается объект человеческим глазом. Вместо этого установлена цифровая камера, во-первых , не дающая искажений (уменьшается кол-во линз), во-вторых , улучшается цветопередача, а так же изображения получаются в цифровом виде, что позволяет проводить дополнительную постобработку, а так же хранить огромные массивы фотографий всего лишь на одном жестком диске.

Цифровой микроскоп Digital Blue QX5 приспособлен для работы в школьных условиях. Он снабжен преобразователем визуальной информации в цифровую, обеспечивающим передачу в компьютер в реальном времени изображения микрообъекта и микропроцесса, а также их хранение, в том числе, в форме цифровой видеозаписи. Микроскоп имеет простое строение, USB-интерфейс, двухуровневую подсветку. В комплекте с ним шло программное обеспечение с простым и понятным интерфейсом.

При скромных, с современной точки зрения, системных требованиях он позволяет:

Увеличивать и зучаемые объекты, помещённые на предметный столик, в 10, 60 и 200 раз (переход осуществляется поворотом синего барабана)

Использовать как прозрачные, так и непрозрачные объекты, как фиксированные, так и нефиксированные

Исследовать поверхности достаточно крупных объектов, не помещающихся непосредственно на предметный столик

Фотографировать , а также производить видеосъёмку происходящего, нажимая соответствующую кнопку внутри интерфейса программы

Фиксировать наблюдаемое , не беспокоясь в этот момент о его сохранности – файлы автоматически оказываются на жёстком диске компьютера.

Задавать параметры съёмки , изменяя частоту кадров – от 4-х кадров в секунду до 1 в час

Производить простейшие изменения в полученных фотографиях, не выходя из программы микроскопа: наносить подписи и указатели, копировать части изображения и так далее.

Экспортировать результаты для использования в других программах:

графические файлы - в форматах *.jpg или *.bmp, а видео файлы – в формате *.avi

Собирать из полученных результатов фото - и видеосъёмки демонстрационные подборки-«диафильмы» (память программы может хранить одновременно 4 последовательности, включающих до 50 объектов каждая). Впоследствии подборку кадров, временно неиспользуемую, можно спокойно разобрать, так как графические файлы остаются на жёстком диске компьютера

Распечатывать полученный графический файл в трёх разных режимах:

9 уменьшенных изображений на листе А4, лист А4 целиком, увеличенное изображение, разбитое на 4 листа А4

Демонстрировать исследуемые объекты и все производимые с ними действия на мониторе персонального компьютера и/или на проекционном экране, если к компьютеру подключён мультимедиа проектор

Что даёт учителю и ученику цифровой микроскоп, применительно к урокам биологии?

Одна из самых больших сложностей, подстерегающих учителя биологии при проведении лабораторной работы с традиционным микроскопом, это практически отсутствующая возможность понять, что же в действительности видят его ученики. Сколько раз зовут ребята совсем не к тому, что нужно – в поле зрения либо край препарата, либо пузырёк воздуха, либо трещина…Хорошо, если для проведения подобных обязательных по программе работ есть постоянный лаборант, либо подготовленные общественные помощники. А если Вы один - на 25 человек и 15 микроскопов? А стоящий посередине парты (один на двоих!) микроскоп нельзя сдвигать – иначе все настройки света и резкости сбиваются, при этом результаты работы (а также время и интерес) теряются.

Те же занятия проходят значительно легче и эффективнее, если проведение лабораторной работы предваряется вводным инструктажём, проведённым с помощью цифрового микроскопа.

В этом случае реально производимые и одновременно демонстрируемые через проектор действия с препаратом и получаемое при этом изображение – лучшие помощники. Они наглядно предъявляют ученику правильный образ действия и ожидаемый результат. Резкость изображения и в компьютерном варианте микроскопа достигается с помощью поворота винтов. 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.

После такого вводного инструктажа проведение лабораторной работы с помощью традиционных оптических микроскопов становится легче и эффективнее.Если у Вас нет луп, то данный микроскоп можно использовать как бинокуляр (увеличение в 10 или 60 раз). Объектами исследования являются части цветка, поверхности листьев, корневые волоски, семена или проростки. А плесени – хоть мукор, хоть пеницилл? 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, поместив в специальные чашечки Петри (их в наборе с каждым микроскопом две + пинцет, пипетка, 2 баночки с крышечками для сбора материала). А любое комнатное растение, поднесённое в горшке на расстояние около 2-х метров к компьютеру, легко становится объектом наблюдения и исследования, не теряя при этом ни одного листочка или цветочка. Это возможно благодаря тому, что верхняя часть микроскопа снимается, и при поднесении к объекту работает как веб-камера, давая 10-кратное увеличение. Единственное неудобство состоит в том, что фокусировка при этом осуществляется только за счёт наклона и приближения-удаления. Зато, поймав нужный угол, Вы легко выполните фотографию, не тянясь к компьютеру – прямо на части микроскопа, находящейся у Вас в руках, есть необходимая кнопка: нажали раз – получили фотографию, нажали и удерживаете – осуществляется видеосъёмка. Качество получаемых с помощью цифрового микроскопа графических файлов.

Эпидермис листа

Эпидермис листа - это покровная ткань листа, иначе ее называют кожицей. Она образована одним слоем плоских клеток, которые плотно прилегают друг к другу. Эти клетки под микроскопом кажутся светлыми, прозрачными из-за того, что значительный объем в них занимает центральная вакуоль, заполненная клеточным соком. Вакуоль оттесняет к периферии клетки ядро и все клеточные органоиды. Тем не менее, ядро хорошо видно в каждой клетке, в нем хранится вся наследственная информация. Хлоропласты в основных клетках эпидермиса листа обычно отсутствуют. Среди основных клеток кожицы выделяются клетки другой формы, они лежат попарно, образуя устьица. Каждое устьице состоит из двух замыкающих клеток бобовидной формы, и между этими клетками имеется щель в виде линзы. Эта щель называется устьичной щелью и представляет собой межклеточное пространство. Форма устьичной щели и ее размер могут изменяться в зависимости от того, насколько плотно прилегают друг к другу замыкающие устьичные клетки. В замыкающих устьичных клетках можно увидеть ядро, и в них всегда присутствуют хлоропласты, осуществляющие процесс фотосинтеза. С внешней поверхности каждая клетка кожицы листа покрыта особым защитным слоем - кутикулой. Кутикула может быть толстой и жесткой. В ее состав могут входить жироподобные вещества и воск. Кутикула должна быть прозрачной, чтобы не препятствовать проникновению солнечного света к внутренним тканям листа, где активно проходит процесс фотосинтеза. Эпидермис выполняет очень важную роль в жизнедеятельности листьев. Он защищает лист от повреждений и высыхания. Через открытые устьичные щели внутрь листа поступает воздух, он необходим для дыхания и фотосинтеза. Также через открытые устьичные щели выделяются кислород, который образуется в процессе фотосинтеза, и пары воды. Если растение испытывает недостаток воды, например, в жаркую сухую погоду, то устьичные щели закрываются. Так растение защищает себя от излишней потери воды. Ночью устьица так же обычно бывают закрыты.

Зародыш семени

Зародыш - это самая главная часть семени. Фактически - это микроскопическое растение, у которого есть все органы: зародышевый побег с зародышевым стеблем, зародышевыми листьями и зародышевой верхушечной почкой, а так же зародышевый корень. На препарате зародышевый побег направлен в одну сторону, зародышевый корень ориентирован строго противоположно. На участке между зародышевой почкой, прикрытой зародышевыми листьями, и корнем находится зародышевый стебель. Непосредственно к зародышу с одной стороны примыкает семядоля. Ее клетки по интенсивности окрашивания такие же, как клетки стебля. Семядоля - это особый лист зародыша. Семядоли защищают зародышевую почку, первыми появляясь на поверхности почвы. На препарате видно одну семядолю, следовательно, данный зародыш относится к однодольным растениям. Зародыш семени лучше рассматривать под малым увеличением микроскопа, чтобы он смог поместиться в поле зрения микроскопа целиком.

Кожица чешуи лука

Луковица - это видоизмененный побег с коротким плоским стеблем (донцем) и мясистыми сочными листьями чешуями. Поэтому кожица лука представляет собой эпидермис листа, который развивается в темноте без доступа света, в результате чего в клетках кожицы лука отсутствуют хлоропласты. Вместо хлоропластов в этих клетках имеются бесцветные пластиды - лейкопласты. Клетки кожицы лука имеют удлиненную форму, близкую прямоугольной. Границы клеток хорошо видны, они представлены прозрачными оболочками, достаточно твердыми, чтобы поддерживать форму клеток. По клеточным оболочкам возможна передача воды от клетки к клетке, а так же растворенных в воде веществ. Клетки выглядят светлыми прозрачными, благодаря тому, что значительный их объем занимает большая центральная вакуоль с клеточным соком. Вакуоль - это место запаса воды в клетке. В ней в растворенном виде могут находиться запасные питательные вещества, пигменты, растворы органических кислот, минеральных солей и разнообразные продукты жизнедеятельности растительной клетки. Вакуоль оттесняет ядро и цитоплазму к периферии клетки, при этом цитоплазма разделяется на отдельные тяжи. Тяжи цитоплазмы выявляются под микроскопом при большом увеличении в виде узких лент, отходящих лучами от ядра. В тяжах цитоплазмы проявляется зернистая структурированность, что связано с наличием в цитоплазме разнообразных органелл.

Корневой чехлик

Верхушка корня вытянута в конус и направлена к центру Земли. Она защищена корневым чехликом, который представляет собой колпачок на верхушке корня. Он состоит из нескольких слоев клеток. Эти клетки играют очень важную роль при углублении корня в почву. С поверхности чехлика клетки слущиваются, при этом выделяется слизь, которая смазывает почву и обеспечивает скольжение корня в глубину. С внутренней поверхности корневого чехлика идет постоянное пополнение клеток. Своей внутренней поверхностью корневой чехлик примыкает к самой верхушечной части корня, где постоянно происходит деление клеток, то есть находится образовательная ткань. За счет образовательной ткани верхушки корня и происходит постоянное пополнение клеток корневого чехлика. На препарате зона корневого чехлика хорошо отличается от верхушки корня. Корневой чехлик в виде короны обрамляет образовательную зону корня. Клетки в нем лежат более рыхло, чем на верхушке корпя. Наружный край неровный за счет слушивания клеток. Толщина слоя корневого чехлика в самом объемном месте - несколько десятков клеток.

Пыльца цветкового растения

Пыльца образуется внутри пыльника тычинки цветущего растения. Созревшая пыльца принимает участие в процессе опыления, то есть переносится с тычинок на рыльце пестика. Если опыление не произойдет, то плодов не образуется. Пыльца переносится ветром или насекомыми, в зависимости от того, к какому опылению приспособлен цветок. Пыльца может переноситься на рыльце пестика того же цветка, где она созрела (самоопыление), на рыльца пестиков других цветков того же растения, а так же на рыльца пестиков цветков других растений того же вида (перекрестное опыление). При анализе под микроскопом пыльца выявляется в виде зернышек с ярко выраженной морфологией. Поверхность пылинки покрыта сложной защитной оболочкой, па которой могут выявляться выступы или бугорки разнообразной формы. Эти структуры являются морфологическим видовым признаком растения. Под оболочками пыльцевого зерна находятся живые клетки. Одна клетка называется вегетативной. Когда пыльцевое зерно прорастает, попав на рыльце пестика, она образует пыльцевую трубку. Пыльцевая трубка проходит через отверстие в оболочке пыльцевого зерна и растет, продвигаясь внутрь рыльца и столбика пестика, по направлению к завязи. Кроме вегетативной клетки, в прорастающем пыльцевом зерне имеются мужские половые клетки - спермин, их два. Вот они-то и участвуют в процессе оплодотворения, перемещаясь по пыльцевой трубке к завязи.

Срез ветки дерева

Ветвление дерева - это процесс образования новых побегов. Увеличение числа побегов приводит к возрастанию поверхности листьев, обеспечивающих процесс фотосинтеза, с помощью которого растение производит все необходимые ему органические вещества. Длинную ось каждого побега составляет стебель. На поперечном срезе хорошо видно, что снаружи стебель покрыт кожицей, которая защищает стебель от воздействия окружающей среды. К кожице изнутри прилегает пробка - многослойная ткань, в которой нет живых клеток. На срезе в составе пробки видны толстые оболочки клеток, они не проницаемы для воды и воздуха. В некоторых местах пробки встречаются участки, где клетки не плотно прилегают друг к другу, а расположены рыхло. Это чечевички, структуры, через межклетники которых осуществляется газообмен. Под пробкой стебля находится кора. Она образована разными тканями. По самому краю корм залегают живые клетки с утолщенными оболочками и зернами крахмала. Внутренняя часть коры называется лубом, который включает проводящую ткань, паренхимные клетки и лубяные волокна. Главный проводящий элемент луба - ситовидные трубки с клетками спутницами. Ситовидные трубки образованы длинными живыми клетками, расположенными строго друг над другом. В местах соединения этих длинных клеток имеется множество мелких отверстий, совокупность которых напоминает сито, что объясняет название этих клеток. Ситовидные трубки собраны в пучки, между которыми находятся паренхимные клетки и лубяные волокна. Ситовидные трубки проводят вещества, синтезированные в листьях, к более низко расположенным частям растения. К центру от луба расположена древесина. Это другая проводящая ткань, она проводит воду и растворенные в ней минеральные и органические вещества от подземных органов - к надземным. Проводящую функцию в древесине выполняют сосуды и трахеиды. Сосуды состоят из мертвых клеток, оболочки которых утолщенные и одревесневшие. Перегородки между клетками отсутствуют, и, фактически, сосуд представляет собой трубку с многочисленными порами в стенке. Трахеиды так же состоят из мертвых клеток, но с перегородками. Клетки трахеид сильно вытянуты в длину и имеют заостренные концы, которые и образуют косые перегородки. Стенки трахеид так же одревесневшие, в них и в перегородках имеется множество пор. К центру от древесины расположена сердцевина. Она образована живыми паренхимными клетками, сходными с паренхимными клетками коры. Эти клетки выполняют запасающую функцию. Между лубом и древесиной залегает тонкий слой клеток, способных к делению, - это камбий. Благодаря делению клеток камбия стебель растет в толщину. Большее количество клеток камбия превращается в древесину, меньшее - в луб. Прирост древесины за год по толщине стебля называется годичным кольцом. По количеству годичных колец можно подсчитать возраст спиленной ветки.

Срез стебля травянистого растения

У травянистых растений отсутствуют прямостоячие надземные стебли, способные пережить зимы. Их стебли являются мягкими, сочными, одревеснение, если и наблюдается, то слабое. Основная масса стебля представлена паренхимой, камбий в проводящих пучках отсутствует или его деятельность выражена слабо. На данном препарате представлен поперечный срез однодольного травянистого растения. Снаружи стебель покрыт кутикулой. Это тонкая защитная пленка из жироподобных веществ, которая покрывает эпидермис, образованный клетками, лежащими в один слой. Под эпидермисом находится тонкий слой клеток, в которых могут быть хлоропласты. Глубже этого слоя находится основная ткань стебля - паренхима, в которой нет подразделения на кору и сердцевину. В паренхиме расположены проводящие пучки, в состав которых входят ситовидные трубки с клетками спутницами и 2 - 3 крупных сосуда. По периферии стебля пучки более мелкие, ближе к центру стебля - они гораздо крупнее. По сосудам поднимается вода из почвы с растворенными в ней минеральными и органическими веществами. По ситовидным трубкам происходит отток веществ, синтезированных в листьях, к более низким частям растения.

Поперечный срез корня

Корень - это вегетативный орган растения, который расположен в почве. Корень выполняет очень важные функции. Он закрепляет растение в почве, поглощает воду с растворенными в ней минеральными и органическими веществами, некоторые вещества, синтезированные в листьях растения, откладываются в клетках корня в запас. По длине корень делится на несколько зон, каждая из которых выполняет свои специфические функции. На данном препарате представлен срез корня через зону всасывания. Это зона корневых волосков. Корневые волоски представляют собой выросты клеток покровной ткани корня. Они могут достигать 1 см в длину. Эти структуры увеличивают всасывательную поверхность корня. К покровным тканям корня относятся 1 - 2 ряда клеток, покрывающих корень снаружи. Эти клетки плотно прилегают друг к другу и выделяют слизь. Под ними в глубине корня находится кора. Оболочки наружных слоев клеток коры опробковевают и выполняют защитные и опорные функции. Под этим защитным слоем клеток находится паренхима, представленная живыми клетками с тонкими стенками. В этих клетках откладываются запасные питательные вещества. Кора окружает центральный цилиндр корня. На границе центрального цилиндра залегает слой клеток, способных к делению, благодаря чему могут образовываться боковые и придаточные корни. Основную часть центрального цилиндра занимают проводящие ткани: сосуды и ситовидные трубки. Тяжи этих тканей тянутся вдоль всего корня и проходят, не прерываясь, в другие органы. По сосудам вода с растворенными минеральными солями поступает к надземным органам. По ситовидным трубкам растворы органических веществ, образованных в листьях в процессе фотосинтеза, поступают в паренхиму корня.

В условиях перехода общего образования к профильному обучению учащихся на старшей ступени школы повышение качества биологического образования, уровня биологических знаний учащихся и выпускников общеобразовательных школ может быть достигнуто при внедрении в практику школ использования цифрового микроскопа.

Цифровой микроскоп может быть использован при проведении лабораторных работ элективных курсов повышенного уровня в которых углубленно изучают отдельные разделы основного курса биологии. Такие работы выходят за рамки базового образования и включают практические и лабораторные работы, проведение которых с использованием цифрового микроскопа позволит учащимся почувствовать себя исследователями при изучении тканей растений, животных, человека.

Использование на уроке биологии цифрового микроскопа совместно с компьютером позволяет получить увеличенное изображение изучаемого объекта (микропрепарата) на экране монитора (при работе в группе или в классах с малым числом учащихся) или на большом экране (при работе с целым классом) с помощью выносного проекционного устройства, подключаемого к компьютеру.

Цифровой микроскоп позволяет

· изучать исследуемый объект не одному ученику, а группе учащихся одновременно;

· использовать изображения объектов в качестве демонстрационных таблиц для объяснения темы или при опросе учащихся;

· применять разноуровневые задания для учеников одного класса;

· создавать презентационные видеоматериалы по изучаемой теме;

· использовать изображения объектов на бумажных носителях в качестве раздаточного или отчетного материала.

Использование цифрового микроскопа при проведении школьных биологических исследований дает ощутимый дидактический эффект в плане мотивации, систематизации и углубления знаний учеников, то есть формирования так называемых обучающих возможностей, развития способностей учащихся к приобретению и усвоению знаний.

В условиях дистанционного обучения детей цифровой микроскоп позволяет:

Превращать самые обычные окружающие предметы в объекты исследования;

Формировать необычные изображения различных предметов на экране компьютера;

Создавать презентации со специальными эффектами и музыкальным сопровождением;

Просматривать изображение на экране монитора или с помощью мультимедийного проектора передавать его на большой экран;

Делать видеозаписи;

Составлять коллекции различных изображений и видеосюжетов;

Осуществлять собственные исследования не выходя из дома;

Почувствовать значимость свою и своей деятельности;

Самореализоваться.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Сетевой педагог по биологии Маслова О. В. ЦИФРОВОЙ МИКРОСКОП И ПРИМЕНЕНИЕ ЕГО ПРИ ИЗУЧЕНИИ БИОЛОГИИ

В современном мире цифровых технологий, оптические микроскопы считаются устаревшими, на смену им пришли цифровые аналоги. Это дает как преимущества, так и недостатки. Но, несомненно, у цифровых микроскопов больший потенциал и возможности, использовать которые теперь может любой ученик. Микроскоп - лабораторная оптическая система для получения увеличенных изображений малых объектов с целью рассмотрения, изучения и применения на практике. Совокупность технологий изготовления и практического использования микроскопов называют микроскопией. С помощью микроскопов определяют форму, размеры, строение и многие другие характеристики микрообъектов, а также микроструктуры макрообъектов. Собственно, главное отличие цифрового микроскопа от обычного – отсутствие окуляра, через который наблюдается объект человеческим глазом. Вместо этого установлена цифровая камера, во-первых, не дающая искажений (уменьшается кол-во линз), во-вторых, улучшается цветопередача, а так же изображения получаются в цифровом виде, что позволяет проводить дополнительную постобработку, а так же хранить огромные массивы фотографий всего лишь на одном жестком диске.

Цифровой микроскоп Digital Blue QX5 Цифровой микроскоп снабжен преобразователем визуальной информации в цифровую, обеспечивающим передачу в компьютер в реальном времени изображения микрообъекта и микропроцесса, а также их хранение, в том числе в форме цифровой видеозаписи. Микроскоп имеет простое строение, USB-интерфейс, двухуровневую подсветку. В комплекте с ним шло программное обеспечение с простым и понятным интерфейсом. При скромных, с современной точки зрения, системных требованиях он позволяет: Увеличивать изучаемые объекты, помещённые на предметный столик, в 10, 60 и 200 раз (переход осуществляется поворотом синего барабана) Использовать как прозрачные, так и непрозрачные объекты, как фиксированные, так и нефиксированные Исследовать поверхности достаточно крупных объектов, не помещающихся непосредственно на предметный столик Фотографировать, а также производить видеосъёмку происходящего, нажимая соответствующую кнопку внутри интерфейса программы Фиксировать наблюдаемое, не беспокоясь в этот момент о его сохранности – файлы автоматически оказываются на жёстком диске компьютера. Задавать параметры съёмки, изменяя частоту кадров – от 4-х кадров в секунду до 1 в час Производить простейшие изменения в полученных фотографиях, не выходя из программы микроскопа: наносить подписи и указатели, копировать части изображения и так далее.

Цифровой микроскоп Digital Blue QX5 Цифровой микроскоп позволяет так же: Экспортировать результаты для использования в других программах: графические файлы - в форматах *. jpg или *. bmp , а видео файлы – в формате *. avi Собирать из полученных результатов фото - и видеосъёмки демонстрационные подборки-«диафильмы» (память программы может хранить одновременно 4 последовательности, включающих до 50 объектов каждая). Впоследствии подборку кадров, временно неиспользуемую, можно спокойно разобрать, так как графические файлы остаются на жёстком диске компьютера Распечатывать полученный графический файл в трёх разных режимах: 9 уменьшенных изображений на листе А4, лист А4 целиком, увеличенное изображение, разбитое на 4 листа А4 Демонстрировать исследуемые объекты и все производимые с ними действия на мониторе персонального компьютера и/или на проекционном экране, если к компьютеру подключён мультимедиа проектор.

Что даёт учителю и ученику цифровой микроскоп, применительно к урокам биологии? Если у Вас нет луп, то данный микроскоп можно использовать как бинокуляр (увеличение в 10 или 60 раз). Объектами исследования являются части цветка, поверхности листьев, корневые волоски, семена или проростки. А плесени – хоть мукор, хоть пеницилл? 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.

Лабораторное оборудование для проведения наблюдений с помощью цифрового микроскопа 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, поместив в специальные чашечки Петри (их в наборе с каждым микроскопом две + пинцет, пипетка, 2 баночки с крышечками для сбора материала). А любое комнатное растение, поднесённое в горшке на расстояние около 2-х метров к компьютеру, легко становится объектом наблюдения и исследования, не теряя при этом ни одного листочка или цветочка. Это возможно благодаря тому, что верхняя часть микроскопа снимается, и при поднесении к объекту работает как веб-камера, давая 10-кратное увеличение. Единственное неудобство состоит в том, что фокусировка при этом осуществляется только за счёт наклона и приближения-удаления. Зато, поймав нужный угол, Вы легко выполните фотографию, не тянясь к компьютеру – прямо на части микроскопа, находящейся у Вас в руках, есть необходимая кнопка: нажали раз – получили фотографию, нажали и удерживаете – осуществляется видеосъёмка.

Хвоя ели при рассмотрении под цифровым микроскопом

Дополнительные возможности цифрового микроскопа Можно дополнить цифровым микроскопом цифровую лабораторию Архимед. Это существенно расширит её возможности.

В условиях дистанционного обучения детей цифровой микроскоп позволяет превращать самые обычные окружающие предметы в объекты исследования; формировать необычные изображения различных предметов на экране компьютера; создавать презентации со специальными эффектами и музыкальным сопровождением; просматривать изображение на экране монитора или с помощью мультимедийного проектора передавать его на большой экран; делать видеозаписи; составлять коллекции различных изображений и видеосюжетов. о существлять собственные исследования не выходя из дома; п очувствовать значимость свою и своей деятельности; самореализоваться

Желаем удачи и успехов!

Появление цифрового микроскопа в школе, не только позволяет ученикам увидеть нечто новое, но прежде всего помогает учителю грамотно организовать урочную и внеурочную деятельность.Использование цифрового микроскопа на уроках биологии позволяет повысить интерес к предмету, повысить качество обучения, отразить существенные стороны биологических объектов, воплотив в жизнь принцип наглядности, выдвинуть на передний план наиболее важные (с точки зрения учебных целей и задач) характеристики изучаемых объектов и явлений природы.

Полученный с помощью цифрового микроскопа материал может быть использован как в учебном процессе, так и во внеурочной деятельности (кружок, факультатив, элективный курс).

Скачать:

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Использование возможностей цифровой лаборатории в преподавании предметов естественнонаучного цикла Дюбо Светлана Ивановна учитель биологии и химии МБОУ К-Е СОШ № 5 ноябрь 2013г. «Человек образованный - тот, кто знает, где найти то, чего он не знает» Г. Зиммель

Мастер – класс « Возможности использования цифрового микроскопа в урочной и внеурочной деятельности педагога» Цель: показать возможности использования цифрового микроскопа на различных этапах урока и проектно- исследовательской деятельности в условиях внедрения ФГОС.

Преимущества цифрового микроскопа Изучать исследуемый объект ни одному ученику, а группе учащихся одновременно, т.к. информация может быть выведена на монитор компьютера; Изучать объект в динамике, например, одним из преимуществ микроскопа является возможность проведения видеосъемки для отображения промежуточных стадий длительных опытов, когда нет возможности показать превращения в режиме реального времени, например, процесс прорастания семян. Также его можно использовать для демонстрации движений различных объектов. С помощью цифрового микроскопа можно получить видеозаписи живых объектов. Создавать презентационные фото и видеоматериалы по изучаемой теме; сделать подписи к рисункам и фотографиям; Использовать изображения объектов на бумажных носителях.

Применение цифрового микроскопа для контроля знаний.

Проверка знаний 1 2 3

Применение цифрового микроскопа в процессе изучения нового материала ТИПЫ ЖИЛКОВАНИЯ ЛИСТЬЕВ

Л/Р «Изучение клеток кожицы лука»

Практическая работа "Строение плесневых грибов". Цель работы: познакомить учащихся с характерными признаками строения плесневых грибов. Оборудование: цифровой микроскоп микропрепарат "Плесень мукор "; компьютер Инструктивная карточка. 2. Рассматриваем гриб при малом и большом увеличении 3. Делаем фотографию гриба при малом и большом увеличении 4. Сохранить рисунок в своей папке под названием " Мукор ", 5. Представьте результаты своей работы всему классу, с помощью цифрового микроскопа.

Плесень мукор 1.

Практическая работа «Особенности строения и жизни моллюсков". Цель работы: познакомить учащихся с характерными особенностями строения и жизни моллюсков. Оборудование: цифровой микроскоп, чашки Петри с раковинами и живыми моллюсками, компьютер Инструктивная карточка. 1. Включаем компьютер и запускаем программу работы с цифровым микроскопом. 2. Рассмотрите объект при малом и большом увеличении. Отметьте форму и окраску моллюсков. Зарисуйте и подпишите увиденное. 3.Обратите внимание на характер перемещения моллюсков по стеклу и бумаге. Какой след на них остается? 4. Делаем фотографию моллюска при увеличении, снимаем видео. 5. Сохранить рисунок и видео в своей папке под названием «Моллюски» 6.Представьте результаты своей работы всему классу, с помощью цифрового микроскопа. Применение цифрового микроскопа на этапе закрепления знаний

Л/ р «Сравнение растительной и животной клеток»

Изучение внешнего строения бабочки, крыло бабочки

Отчет о проделанной работе может быть представлен в нескольких формах Первый вариант: ученики распечатывают фотографии с подписями объектов, вклеивают их в лабораторный журнал, отвечают на вопросы к выводу. Второй вариант: ребята сохраняют результаты работы на компьютере в своей именной папке, а учитель к следующему уроку проверяет правильность выполнения подписей и ответов на вопросы. Третий вариант (комбинированный): выводы сдаются в письменной форме, а рисунки сохраняются на компьютере.

Используя цифровые микроскопы появляется возможность: более качественно, интересно провести лабораторную работу и достичь желаемых результатов (снимки с цифровых микроскопов наглядны, доступны для каждого учащегося); повысить интерес к биологической науке, исследовательской деятельности; решить вопрос с недостатком раздаточного материала (микропрепаратов) при проведении лабораторных работ; изменить традиционный подход при выполнении лабораторных работ. переходу от репродуктивной передачи знаний к творческой, систематизации и углубления знаний.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

Интернет ресурсы: http://сайт/shkola/biologiya/library/elektronnyy-mikroskop http://yandex.ru/clck/jsredir?from=yandex.ru%3Byandsearch%3Bweb%3B%3B&text= использование%20цифрового%20микроскопа%20на%20уроках%20биологии& uuid =&state=AiuY0DBWFJ4eP http://lib2.podelise.ru/docs/92891/index-2865.html http://www.myshared.ru/slide/9958/ http://www.proshkolu.ru/user/marina2071/file/2278775/

Предварительный просмотр:

Использование цифрового микроскопа на уроках биологии

Цель:

Познакомить участников мастер – класса с возможностями использования цифрового микроскопа на уроках биологии

Задачи:

Познакомиться с работой цифрового микроскопа.
Освоить правила работы с микроскопом.

1 этап (теоретический)

Цифровой микроскоп - это приспособленный для работы в школьных условиях оптический прибор, снабженный преобразователем визуальной информации в цифровую. Он обеспечивает возможность передачи в компьютер в реальном времени изображение микрообъекта и микропроцесса, его хранения, в т.ч. в форме цифровой видеозаписи, отображения на экране, распечатки, включения в презентацию. С применением цифрового микроскопа, появилась возможность более качественно и интересно проводить уроки, особенно лабораторные работы, возрос интерес к биологической науке, исследовательской деятельности, так как работа с микроскопом - один из наиболее любимых видов деятельности у учащихся.

Использование цифрового микроскопа на уроке биологии

Перемены, происходящие в сфере информационных технологий, формируют новую культуру работы с информацией. Цифровой микроскоп дает возможность:

изучать исследуемый объект не одному ученику, а группе одновременно, так как информация может быть выведена на монитор компьютера;
использовать разноуровневые задания для учащихся одного класса;
изучать объект в динамике;
создавать презентационные видеоматериалы по изучаемой теме;
использовать изображения объектов на бумажных носителях в качестве раздаточного материала.

Применение цифрового микроскопа совместно с компьютером позволяет получить увеличенное изображение биологического объекта на экране монитора персонального компьютера или на большом экране с помощью проекционного устройства, подключаемого к компьютеру.

Использование при изучении биологии цифрового микроскопа экономит учебное время, способствует повышению эффективности и информативности урока и переходу от репродуктивной передачи знаний к интенсивной творческой дискуссии с учениками, проведению совместных исследований, выполнению самостоятельных исследовательских проектов разного уровня сложности. Применение современных технологий дает возможность решать проблему подготовки образованных людей, свободных от стереотипов, способных быстро ориентироваться в обстановке и самостоятельно мыслить.

Исследовательская деятельность может быть реализована не только на уроках биологии, но и во внеурочной деятельности. Программа элективных курсов выходит за рамки базового образования и включает большое количество практических и лабораторных работ, проведение которых с использованием цифрового микроскопа позволит школьникам почувствовать себя исследователями в той или иной области биологии.

Применение цифрового микроскопа на уроках биологии

Оснащение учебных кабинетов компьютерной техникой и использование ее на уроке становятся обязательными атрибутами школы XXI века. Эффективно применять компьютер на уроках биологии поможет цифровой микроскоп. Рассмотрим конкретные примеры.

Применение цифрового микроскопа для контроля знаний. Для того чтобы вовлечь в работу весь класс, опрос должен быть интересен ученикам. Этого можно достичь, если известный фактический материал рассматривать в новом свете, а теоретические знания применять на практике. Так, один ученик может выполнять полученное задание, а весь класс будет иметь возможность видеть результаты работы, задавать вопросы и вносить коррективы. Так реализуется коллективная познавательная деятельность, в процессе которой знания всех учащихся совершенствуются и несколько человек имеют возможность сразу получить оценки.
Применение цифрового микроскопа в процессе изучения нового материала. Здесь возможно несколько вариантов использования микроскопа.

1) Первый вариант: совместная работа учителя и учащихся в процессе демонстрации объекта. При этом учитель, демонстрируя препарат, объясняет новый материал, указывает учащимся, на что нужно обратить внимание, задает вопросы.

2) Второй вариант: самостоятельное изучение учащимися микропрепарата с использованием текста учебника. Учитель при этом контролирует и направляет деятельность учащихся.

3) Третий вариант: при изучении сложного микропрепарата учитель сначала объясняет особенности строения данного объекта путем выведения микропрепарата на экран, а затем каждый учащийся самостоятельно изучает микропрепарат на рабочем месте, используя инструктивные карточки.

Применение цифрового микроскопа на этапе закрепления знаний. Здесь школьникам можно предложить сравнить два изученных объекта. Итогом данной работы может быть создание специальных презентационных материалов.

Использование цифрового микроскопа на уроках биологии дает ощутимый педагогический эффект в плане формирования мотивации к изучению учебного материала, систематизации и углубления знаний учащихся, развития их способностей к приобретению и усвоению знаний. Однако использование компьютерных технологий в учебном процессе предполагает наличие трех основных компонентов: аппаратно-программного базиса (компьютера и цифрового микроскопа), подготовленного учителя и электронных учебно-методических средств, доступных для пользования.

Что даёт учителю и ученику цифровой микроскоп, применительно к урокам биологии?

Хорошо, если для проведения подобных обязательных по программе работ есть подготовленные помощники. А если Вы один - на 20 человек и 10 микроскопов? А стоящий посередине парты (один на двоих!) микроскоп нельзя сдвигать – иначе все настройки света и резкости сбиваются, при этом результаты работы (а также время и интерес) теряются.

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.

Объектами исследования могут быть части цветка, поверхности листьев, корневые волоски, семена или проростки. А плесени – хоть мукор, хоть пеницилл? 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.

Зато, поймав нужный угол, Вы легко выполните фотографию, не тянясь к компьютеру – прямо на части микроскопа, находящейся у Вас в руках, есть необходимая кнопка: нажали раз – получили фотографию, нажали и удерживаете – осуществляется видеосъёмка.

Использование цифрового микроскопа на уроках биологии позволяет повысить интерес к предмету, повысить качество обучения, отразить существенные стороны биологических объектов, воплотив в жизнь принцип наглядности, выдвинуть на передний план наиболее важные (с точки зрения учебных целей и задач) характеристики изучаемых объектов и явлений природы.

2 этап (практический)

Проведение лабораторной работы (работали две группы участников)

Лабораторная работа

Тема: "Строение плесневых грибов".

Цель работы:

Оборудование:

Ход работы.
1. Включаем компьютер и запускаем программу работы с цифровым микроскопом.
2. Помещаем препарат под микроскоп при увеличении 10*, используя освещение.
3. Рассматриваем гриб при увеличении 60* и 200*.

4. Делаем фотографию гриба при увеличении 60* и 200*.

6. Представьте результаты своей работы всему классу, с помощью цифрового микроскопа.

Лабораторная работа

Тема:

Цель:

Оборудование:

Ход работы:

1. Включаем компьютер и запускаем программу работы с цифровым микроскопом.

4. Делаем фотографию моллюска при увеличении 20* и 100*, снимаем видео.

Участники сначала работали самостоятельно в парах, используя цифровой микроскоп. Затем каждая группа демонстрировала результаты своей деятельности всем участникам мастер класса. При демонстрации объекты были видны всем и можно указать, что должны были увидеть ребята в микроскоп.

3 этап

Представление своей работы на цифровом микроскопе (презентация)

Лабораторная работа

Тема: "Строение плесневых грибов".

Цель работы: познакомить учащихся с характерными признаками строения плесневых грибов.

Оборудование: цифровой микроскоп, микропрепарат "Плесень мукор",компьютер

Ход работы.
1. Включаем компьютер и запускаем программу работы с цифровым микроскопом.
2. Рассматриваем гриб при малом и большом увеличении

3. Делаем фотографию гриба при малом и большом увеличении

5. Представьте результаты своей работы всему классу, с помощью цифрового микроскопа.

Лабораторная работа

Тема: Особенности строения и жизни моллюсков

Цель: познакомить учащихся с характерными особенностями строения и жизни моллюсков.

Оборудование: цифровой микроскоп, чашки Петри с раковинами и живыми моллюсками, компьютер

Ход работы:

1. Включаем компьютер и запускаем программу работы с цифровым микроскопом.
2. Рассмотрите объект при малом и большом увеличении. Отметьте форму и окраску моллюсков. Зарисуйте и подпишите увиденное.

3.Обратите внимание на характер перемещения моллюсков по стеклу и бумаге. Какой след на них остается?

4. Делаем фотографию моллюска при увеличении, снимаем видео.
5. Сохранить рисунок и видео в своей папке под названием «Моллюски»

6.Представьте результаты своей работы всему классу, с помощью цифрового микроскопа.

ВВЕДЕНИЕ

С помощью цифрового микроскопа происходит погружение в таинственный и увлекательный мир, где можно узнать много нового и интересного. Дети, благодаря микроскопу, лучше понимают, что всё живое так хрупко и поэтому нужно относиться очень бережно ко всему, что тебя окружает. Цифровой микроскоп – это мост между реальным обычным миром и микромиром, который загадочен, необычен и поэтому вызывает удивление. А всё удивительное сильно привлекает внимание, воздействует на ум ребёнка, развивает творческий потенциал, любовь к предмету, интерес к окружающему миру.

Каждое задание с использованием микроскопа дети встречают с восторгом, любопытством. Им, оказывается, очень интересно увидеть в увеличенном виде и клетки, и человеческий волос, и жилки листа, и споры папоротника, и плесневый гриб мукор.

Глава 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УВЕЛИЧИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ НА УРОКАХ БИОЛОГИИ

Лупа - самый простой увеличительный прибор. Главная его часть - увеличительное стекло, выпуклое с двух сторон и вставленное в оправу. С помощью лупы мы видим изображение предмета, увеличенное в 2-25 раз. Лупу берут за рукоятку и приближают к предмету на такое расстояние, при котором изображение предмета становится наиболее четким.

Микроскоп - это прибор, увеличивающий изображение предмета в несколько сот и даже в тысячи раз 15 . Первые микроскопы начали изготавливать в XVII в. Наиболее совершенными в то время были микроскопы, сконструированные голландцем Анто-ни ван Левенгуком. Его микроскопы давали увеличение до 270 раз. Современные световые микроскопы увеличивают изображение до 3600 раз. В XX в. был изобретен электронный микроскоп, увеличивающий изображение в десятки и сотни тысяч раз.

Главная часть светового микроскопа, с которым вы работаете в школе,- увеличительные стекла, вставленные в трубку, или тубус (по-латыни «тубус» значит «трубка»). В верхнем конце тубуса находится окуляр, состоящий из оправы и двух увеличительных стекол. Название «окуляр» происходит от латинского слова «окулус», что значит «глаз». Рассматривая предмет с помощью микроскопа, глаз приближают к окуляру.

На нижнем конце тубуса помещается объектив, состоящий из оправы и нескольких увеличительных стекол. Название «объектив» происходит от латинского слова «объектум», что значит «предмет».

Тубус прикреплен к штативу. К штативу прикреплен также предметный столик, в центре которого имеется отверстие, и под ним зеркало.

Пользуясь микроскопом, можно рассмотреть клетки всех органов растения.

Приготовить препарат, поместить его на предметный столик и закрепить там предметное стекло двумя зажимами.

Пользуясь винтом, плавно опустить тубус так, чтобы нижний край объектива оказался на расстоянии 1-2 мм от препарата.

Смотря в окуляр, медленно поднимать тубус, пока не появится четкое изображение предмета.

После работы микроскоп убрать в футляр.

Микроскоп включает в себя три основные функциональные части :

1. Осветительная часть

Предназначена для создания светового потока, который позволяет осветить объект таким образом, чтобы последующие части микроскопа предельно точно выполняли свои функции. Осветительная часть микроскопа проходящего света расположена за объектом под объективом в прямых микроскопах и перед объектом над объективом в инвертированных . Осветительная часть включает источник света (лампа и электрический блок питания) и оптико-механическую систему (коллектор, конденсор, полевая и апертурная регулируемые/ирисовые диафрагмы).

2. Воспроизводящая часть

Предназначена для воспроизведения объекта в плоскости изображения с требуемым для исследования качеством изображения и увеличения (т.е. для построения такого изображения, которое как можно точнее и во всех деталях воспроизводило бы объект с соответствующим оптике микроскопа разрешением, увеличением, контрастом и цветопередачей). Воспроизводящая часть обеспечивает первую ступень увеличения и расположена после объекта до плоскости изображения микроскопа.

Воспроизводящая часть включает объектив и промежуточную оптическую систему.

Современные микроскопы последнего поколения базируются на оптических системах объективов , скорректированных на бесконечность. Это требует дополнительно применения так называемых тубусных систем, которые параллельные пучки света, выходящие из объектива , «собирают» в плоскости изображения микроскопа .

3. Визуализирующая часть

Предназначена для получения реального изображения объекта на сетчатке глаза, фотопленке или пластинке, на экране телевизионного или компьютерного монитора с дополнительным увеличением (вторая ступень увеличения).

Визуализирующая часть расположена между плоскостью изображения объектива и глазами наблюдателя (камерой , фотокамерой). Визуализирующая часть включает монокулярную, бинокулярную или тринокулярную визуальную насадку с наблюдательной системной (окулярами , которые работают как лупа).

Кроме того, к этой части относятся системы дополнительного увеличения (системы оптовара/смены увеличения); проекционные насадки, в том числе дискуссионные для двух и более наблюдателей; рисовальные аппараты; системы анализа и документирования изображения с соответствующими адаптерными (согласующими) элементами.

Современный микроскоп состоит из следующих конструктивно-технологических частей:

оптической;

механической;

электрической.

Механическая часть микроскопа

Основным конструктивно-механическим блоком микроскопа является штатив . Штатив включает в себя следующие основные блоки: основание и тубусодержатель .

Основание представляет собой блок, на котором крепится весь микроскоп . В простых микроскопах на основание устанавливают осветительные зеркала или накладные осветители. В более сложных моделях осветительная система встроена в основание без или с блоком питания.

Разновидности оснований микроскопа

основание с осветительным зеркалом;

так называемое «критическое» или упрощенное освещение;

освещение по Келлеру.

узел смены объективов , имеющий следующие варианты исполнения - револьверное устройство, резьбовое устройство для ввинчивания объектива , «салазки» для безрезьбового крепления объективов с помощью специальных направляющих;

фокусировочный механизм грубой и точной настройки микроскопа на резкость - механизм фокусировочного перемещения объективов или столиков;

узел крепления сменных предметных столиков;

узел крепления фокусировочного и центрировочного перемещения конденсора;

узел крепления сменных насадок (визуальных, фотографических, телевизионных, различных передающих устройств).

В микроскопах могут использоваться стойки для крепления узлов (например, фокусировочный механизм в стереомикроскопах или крепление осветителя в некоторых моделях инвертированных микроскопов).

Чисто механическим узлом микроскопа является предметный столик , предназначенный для крепления или фиксации в определенном положении объекта наблюдения. Столики бывают неподвижные, координатные и вращающиеся (центрируемые и нецентрируемые).

Оптика микроскопа (оптическая часть)

Оптические узлы и принадлежности обеспечивают основную функцию микроскопа - создание увеличенного изображения объекта с достаточной степенью достоверности по форме, соотношению размеров составляющих элементов и цвету. Кроме этого, оптика должна обеспечивать такое качество изображения, которое отвечает целям исследования и требованиям методик проводимого анализа.

Основными оптическими элементами микроскопа являются оптические элементы, образующие осветительную (в том числе, конденсор), наблюдательную (окуляры ) и воспроизводящую (в том числе объективы) системы микроскопа.

Объективы микроскопа

Представляют собой оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения в плоскости изображения с соответствующим увеличением, разрешением элементов, точностью воспроизведения по форме и цвету объекта исследования. Они имеют сложную оптико-механическую конструкцию, которая включает несколько одиночных линз и компонентов, склеенных из 2-х или 3-х линз. Количество линз обусловлено кругом решаемых объективом задач. Чем выше качество изображения, даваемое объективом, тем сложнее его оптическая схема. Общее число линз в сложном объективе может доходить до 14 (например, это может относиться к планапохроматическому объективу с увеличением 100х и числовой апертурой 1,40).

Объектив состоит из фронтальной и последующей частей. Фронтальная линза (или система линз) обращена к препарату и является основной при построении изображения соответствующего качества, определяет рабочее расстояние и числовую апертуру объектива. Последующая часть в сочетании с фронтальной обеспечивает требуемое увеличение, фокусное расстояние и качество изображения, а также определяет высоту объектива и длину тубуса микроскопа.

Классификация объективов

Классификация объективов значительно сложнее классификации микроскопов. Объективы разделяются по принципу расчетного качества изображения, параметрическим и конструктивно-технологическим признакам, а также по методам исследования и контрастирования.

По принципу расчетного качества изображения объективы могут быть:

ахроматическими;

Начало ХХI в. проходит под знаком модернизации школьного образования. Появляются новые педагогические технологии, методики, учебники. Всё шире в учебный процесс внедряются информационные технологии. Сейчас компьютеры с проекционными устройствами, интерактивные доски появились во многих школьных кабинетах. Многие уроки биологии и химии проходят с использованием компьютерной техники.

Данная статья посвящена использованию цифрового микроскопа на различных уроках биологии и химии.

Цифровой микроскоп сочетает в себе световой микроскоп и цветную цифровую камеру, оптическая ось которой совпадает с оптической осью микроскопа. Световой микроскоп можно использовать и без камеры, которая устанавливается на место окуляра после настройки изображения. Камера имеет подключение к USB порту компьютера. Программная поддержка позволяет не только рассматривать объекты на экране компьютера, но делать фото- и видеосъемку изучаемых объектов.

Применение цифрового микроскопа совместно с компьютером позволяет получить увеличенное изображение биологического объекта (микропрепарата) или кристаллов на экране монитора персонального компьютера или на большом экране с помощью выносного проекционного устройства, подключаемого к компьютеру.

При проведении лабораторных работ на уроках цифровой микроскоп оказывает значительную помощь. Он дет 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.

При использовании световых микроскопов всеми учащимися на лабораторных работах у учителя возникает трудность в контроле за правильностью настройки микроскопов у учащихся – элементарно не хватает времени заглянуть в каждый микроскоп. Цифровой микроскоп позволяет решить и эту проблему: изображение выводится на экран и у учащихся появляется возможность сравнить увиденное на своем микроскопе с изображением на экране, в результате реальную помощь приходится оказывать только некоторым учащимся.

Как же проходит лабораторная работа с использованием цифрового микроскопа?

Этапы лабораторной работы:

постановка целей и задач с помощью учащихся;
объяснение строение объекта, с помощью его изображения, выведенного на большой экран;
самостоятельная работа учащихся с микроскопами (индивидуально или в парах), при этом изображение с большого экрана убрано;
зарисовка увиденного объекта, ответы на поставленные вопросы, запись выводов;
сравнение своего рисунка с эталоном (на экране).

Надо сказать, что работа с микроскопом – один из наиболее любимых видов деятельности у учащихся любых возрастов. Использование цифрового микроскопа делает её еще более яркой, запоминающейся, да и самому учителю такая работа доставляет удовольствие.

При подготовке к работе эталонные изображения можно создать заранее, сфотографировав нужные объекты. Кстати, количество таких изображений со временем значительно увеличивается, поэтому рекомендуем сразу создать в компьютере несколько папок (“Ботаника”, “Зоология”, “Человек” или другие) и в дальнейшем сразу сортировать фотографии по тематическим папкам.

С помощью цифрового микроскопа нами были получены видеозаписи живых объектов: инфузории-туфельки, амёбы обыкновенной, нематоды, коловратки и других. Эти записи также использовались при проведении уроков.

В заключении отметим, что использование цифрового микроскопа даёт ощутимый педагогический эффект в плане формирования мотивации к изучению учебного материала, систематизации и углубления знаний учащихся, развития их способностей к приобретению и усвоению знаний, приобретения и закрепления навыков самостоятельной исследовательской работы учащихся.