運用智能手機(jī)實現(xiàn)微生物實驗顯微成像互動教學(xué)研究

羅麗

摘要在不使用價格昂貴的顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)的情況下，研究利用光學(xué)顯微鏡、智能手機(jī)和無線網(wǎng)絡(luò)，讓學(xué)生觀察到顯微圖像并可與教師在課堂上實時雙向交流；以實現(xiàn)教學(xué)效果評價的即時性，使學(xué)生出現(xiàn)的錯誤能及時得到發(fā)現(xiàn)和糾正；從而實現(xiàn)微生物實驗顯微成像教學(xué)的低投入、高效率。

關(guān)鍵詞智能手機(jī)；顯微成像；互動教學(xué)

中圖分類號S-01文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）36-13160-02

目前，國內(nèi)高校微生物學(xué)教學(xué)仍以傳統(tǒng)教學(xué)為主，部分經(jīng)費充裕的學(xué)校采用數(shù)碼顯微成像互動教學(xué)系統(tǒng)教學(xué)。國內(nèi)高職院校在微生物實驗教學(xué)中大多采用傳統(tǒng)教學(xué)法，其課堂教學(xué)過程主要呈現(xiàn)如下：教師講解、描述、PPT展示提前拍攝好的示范微生物制片，學(xué)生保證一人一臺顯微鏡觀察、學(xué)生操作顯微鏡，通過調(diào)節(jié)粗準(zhǔn)和細(xì)準(zhǔn)焦螺旋觀察到目標(biāo)細(xì)胞或結(jié)構(gòu)后，其結(jié)果的展示是通過目鏡鏡筒指針指示，舉手示意教師前來觀看并核查觀察結(jié)果。教師逐一走動檢查較為耗時，且圖像不是同時呈現(xiàn)在師生面前，細(xì)微結(jié)構(gòu)無法解釋及學(xué)習(xí)。數(shù)碼顯微成像教學(xué)互動系統(tǒng)成本極高，部分院校教師用一臺顯微成像教學(xué)示范儀器投影顯微圖像，但這是教師單向性的操作，無法解決學(xué)生觀察的圖像在師生面前同時展現(xiàn)的問題。將智能手機(jī)與無線網(wǎng)絡(luò)組合用于提高微生物學(xué)顯微教學(xué)效果的研究國內(nèi)尚未見報道。該研究的目標(biāo)為：在不使用價格昂貴的顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)的情況下，充分利用既有條件——光學(xué)顯微鏡、智能手機(jī)和無線網(wǎng)絡(luò)，讓學(xué)生觀察到顯微圖像并可與教師在課堂上實時雙向交流，實現(xiàn)教學(xué)效果評價的即時性，使學(xué)生出現(xiàn)的錯誤能及時被發(fā)現(xiàn)并且得到糾正；實現(xiàn)教學(xué)低投入、高效率。

1解決的主要問題

1.1傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

高校生物技術(shù)專業(yè)開設(shè)的微生物學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容必定會涉及對微生物細(xì)胞的顯微觀察，即學(xué)生通過學(xué)習(xí)能熟練使用光學(xué)顯微鏡，對制備好的裝片進(jìn)行鏡檢觀察。由于微生物細(xì)胞的微小性，放大倍率需要達(dá)到400～1 000倍時才可觀察其形態(tài)。需要教師即時檢測學(xué)生觀察結(jié)果，才能知道學(xué)生觀察圖像是否正確、以及學(xué)生能否當(dāng)場清楚解釋圖像不同部位的名稱。這正是在教學(xué)過程中的最大困難：學(xué)生如何就觀察到的顯微圖像與教師進(jìn)行交流，以便及時得到教師的指導(dǎo)。傳統(tǒng)教學(xué)中教師只有通過課后學(xué)生撰寫的實驗報告才能獲知學(xué)生知識的掌握情況，對教學(xué)效果的掌握有滯后性。學(xué)生只有看到實驗報告上教師的批改，才能獲知實驗結(jié)果的正誤。實驗報告上的實驗結(jié)果分析也就沒有多少深度，且無法遏制學(xué)生之間抄襲實驗報告的現(xiàn)象[1]。

1.2數(shù)碼顯微成像互動教學(xué)系統(tǒng)存在的問題

目前國內(nèi)較為先進(jìn)的教學(xué)方式是通過數(shù)碼顯微成像互動教學(xué)系統(tǒng)來實現(xiàn)師生交流。以一間90 m2教室為例，可以安裝1套教師端數(shù)碼攝像系統(tǒng)和50套學(xué)生端數(shù)碼攝像系統(tǒng)，教學(xué)效果較好，但價格昂貴。目前一套系統(tǒng)設(shè)備至少投入83萬元。大部分院校尤其是普通高職院校難以承受如此高的教學(xué)投入。該系統(tǒng)的終端數(shù)量固定，參與互動教學(xué)人數(shù)受到終端數(shù)量限制，無法靈活機(jī)動，且專一性強(qiáng)，一門課程需要配備一室及一套系統(tǒng)設(shè)備；多門課程需要配備多室及多套系統(tǒng)設(shè)備，無法實現(xiàn)設(shè)備的共享，且增加了人力管理成本[2-3]。

2操作方法

該方法只需要在現(xiàn)有光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)上，添加1套多媒體電子白板互動教學(xué)設(shè)備，1臺無線路由器，保證教室網(wǎng)絡(luò)開放，學(xué)生自備智能手機(jī)就可以實現(xiàn)操作。其關(guān)鍵技術(shù)為培訓(xùn)學(xué)生快速高效地拍攝出清晰的顯微圖像。圖片上傳后教師選取一定比例具有代表性的圖像即時評價，以確保大班化教學(xué)中教學(xué)效果可當(dāng)堂檢測。具體操作方法為：

①觀察放大400倍（真菌）或1 000倍（細(xì)菌）制片，調(diào)節(jié)顯微鏡使目鏡端呈現(xiàn)最清晰的顯微圖像；

②打開自備的智能手機(jī)拍照功能；

③雙手橫執(zhí)手機(jī)，并騰出左手的小指扶住需要拍照的目鏡鏡筒外壁，以便穩(wěn)定支持手機(jī)機(jī)身不抖動；

④手機(jī)鏡頭平行對準(zhǔn)顯微鏡任一目鏡平面并沿著中心光軸緩慢下移；

⑤當(dāng)手機(jī)屏幕中的圖像聚焦為最清晰的狀態(tài)且圖像占據(jù)手機(jī)屏幕2/3時，平穩(wěn)地按下拍照鍵即得顯微圖像；

⑥打開手機(jī)WLAN，登錄QQ離線傳送給教師；

⑦教師接收圖片并挑選一定比例有代表性的圖片放大、展示于電子白板上點評，其余圖片課后利用網(wǎng)絡(luò)完成點評。

3推廣價值

3.1節(jié)約教學(xué)成本以1套顯微成像控制系統(tǒng)，以Nikon牌顯微鏡，聯(lián)想牌電腦為例，1臺主機(jī)，50臺分機(jī)價格計算約在83萬。該研究教學(xué)與顯微數(shù)碼互動教學(xué)系統(tǒng)投入成本比較見表1。比較可知顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)的投入成本是該研究方法的4倍。可見該方法可大幅度地降低教學(xué)投入成本。

3.2節(jié)約教學(xué)時間以革蘭氏染色實驗為例，36人同時授課，相同的實驗較以前節(jié)約近40 min，當(dāng)場檢測反饋，教學(xué)效果良好（表2）。從表2可以看出，該研究方法在學(xué)生油鏡觀

察、教師逐一巡視指導(dǎo)項中沒有花費時間，而是將教師巡視

指導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生拍攝顯微圖像，教師在QQ端遙控檢測上傳

3.3機(jī)動靈活固化教學(xué)設(shè)備終端數(shù)量固定，上課人數(shù)過多則受其限制。該教學(xué)方式可大幅度降低實驗設(shè)備成本。只需學(xué)生自備智能拍照手機(jī)即可。采用該技術(shù)后，只要顯微鏡數(shù)量和教室容納量充足、上課人數(shù)可以相對靈活而不影響教學(xué)效果。不受場地和設(shè)備的限制，大班授課和大班演示時可使每位學(xué)生看清教師演示。可提高學(xué)生的個人練習(xí)操作速度，加深其對微生物學(xué)應(yīng)用知識的認(rèn)識。在課堂上學(xué)生能實時接收教師的指導(dǎo)和糾錯，提高教學(xué)效果。

3.4共享儀器設(shè)備單獨的顯微鏡設(shè)備可以領(lǐng)取到多個實驗室使用，減少固定專有實驗室的成本投入。涉及顯微觀察的生物類課程較多（表3）。若每門課程均購置數(shù)碼顯微成像教學(xué)互動系統(tǒng)，成本昂貴。該法只需建立顯微鏡存放室1間、增加顯微鏡臺數(shù)，比如100臺顯微鏡分為2組輪流使用，即可滿足植物學(xué)、動物學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、人體解剖生理學(xué)、普通生物學(xué)等生物類專業(yè)課程交替共用，節(jié)約成本的同時也提高了儀器設(shè)備的利用率。所以，該技術(shù)可以在其他課程的顯微教學(xué)中大范圍推廣應(yīng)用，減少各類課程在專業(yè)教室的固定設(shè)備投入，大幅度降低教學(xué)成本。上課人數(shù)可相對靈活不受場地和設(shè)備的限制；實現(xiàn)多門課程共享儀器設(shè)備提高儀器設(shè)備的利用率。

過程需要實時圖文交流的需求，讓學(xué)生利用智能手機(jī)拍攝通過顯微鏡觀察到的圖片，連同個人觀察結(jié)論一并上傳交流平臺，教師能方便快捷地檢查學(xué)生的觀測結(jié)果，快速評論、當(dāng)場糾錯，學(xué)生可以當(dāng)場改正并重新觀察正確的結(jié)果。該研究方法在國內(nèi)發(fā)表成果中尚未見報道[4-6]。

該教學(xué)方法可使學(xué)生更直觀、更容易地學(xué)習(xí)和認(rèn)識各種微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，可以及時糾正學(xué)生觀察到的錯誤圖像，打破時間和空間的限制，避免傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生看錯看偏的現(xiàn)象，提高教師課堂教學(xué)效率、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。全程教學(xué)中，學(xué)生必須提交手機(jī)顯微拍攝圖片給教師，使學(xué)生感到學(xué)習(xí)任務(wù)的緊迫，督促學(xué)生練習(xí)也提高了學(xué)生的實踐能力，提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。同時通過該方法可節(jié)省教學(xué)時間，減輕教學(xué)負(fù)擔(dān)。

智能手機(jī)及無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將打破傳統(tǒng)教學(xué)的局限性，同時打破顯微數(shù)碼成像互動教學(xué)系統(tǒng)的高價位。目前，智能手機(jī)已基本普及，無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換速度已經(jīng)達(dá)到10 M，完全能夠滿足微生物顯微教學(xué)的需求。在操作過程中也會出現(xiàn)一些問題：比如手機(jī)拍照像素會影響圖片的質(zhì)量；手機(jī)成像與肉眼觀察的顯微圖像有色差；上傳的圖片在電腦屏幕和投影到電子白板的圖像有色差，這些問題會影響教師對上傳的圖像成績的評判，但是隨著電子產(chǎn)品的日益更新，這些問題將會得到改善和解決。隨著通訊技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，智能手機(jī)和無線網(wǎng)絡(luò)組合在顯微教學(xué)中的應(yīng)用將會進(jìn)一步向深度發(fā)展，使得教學(xué)投入的成本越來越低，效果越來越好。

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