數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

張志強(qiáng) 白麗榮 郭繼平 趙娟娟 吳榮榮

（衡水學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 053000）

生物學(xué)是研究生物的結(jié)構(gòu)、功能、發(fā)生和發(fā)展規(guī)律的一門學(xué)科。生物學(xué)的一切發(fā)現(xiàn)、發(fā)明、創(chuàng)造和發(fā)展，都與實(shí)驗(yàn)工具的改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)的提高與創(chuàng)新密不可分。顯微鏡的發(fā)明極大地促進(jìn)了生物學(xué)的進(jìn)步，隨著信息技術(shù)的進(jìn)步、計(jì)算機(jī)技術(shù)的革新，現(xiàn)代生物學(xué)研究的不斷深入，現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的顯微鏡已經(jīng)無法滿足高標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。在此情況下，整合了信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)顯微鏡技術(shù)的數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。隨著數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于微生物學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、植物生物學(xué)等多門生物方面的實(shí)驗(yàn)課程，改變了傳統(tǒng)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的局面，改變了生物實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，提高了生物實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。

1 數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)的組成

數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)包括：教師端生物顯微鏡、學(xué)生端生物顯微鏡、教師端電腦、學(xué)生端電腦、教師端數(shù)字?jǐn)z相機(jī)，學(xué)生端數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、投影儀、語音系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)包括：教師端及學(xué)生端圖象分析軟件、互動(dòng)教學(xué)軟件。其工作原理為：裝有數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的教師端生物顯微鏡或?qū)W生端生物顯微鏡通過USB鏈接到電腦上，通過教師端或?qū)W生端圖像分析軟件對(duì)各自拍攝到的圖像進(jìn)行處理分析，形成一個(gè)個(gè)的教學(xué)單元。各教學(xué)單元之間通過互動(dòng)教學(xué)軟件進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了教師端資源共享給每一個(gè)學(xué)生端，同時(shí)通過教師端把每個(gè)學(xué)生端進(jìn)行了連接，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生端之間的資源共享，因此，極大地促進(jìn)了師生之間、學(xué)生之間的交流，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

2 數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

2.1 實(shí)現(xiàn)了資源共享。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生只能對(duì)自己顯微鏡下的標(biāo)本進(jìn)行觀察，如果自己觀察的標(biāo)本中不存在典型特征或者典型特征不明顯，學(xué)生將對(duì)實(shí)驗(yàn)情況產(chǎn)生疑惑。部分學(xué)生的標(biāo)本典型特征比較明顯，如果其他同學(xué)想觀察的話，也只能一個(gè)一個(gè)的排隊(duì)觀看，即浪費(fèi)了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，又容易造成課堂秩序混亂，不利于實(shí)驗(yàn)資源共享。一些學(xué)生自己制作的典型標(biāo)本只能在本次課堂中使用，無法以圖像的形式保存下來，不利于資源的保存和共享。數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，徹底改變了傳統(tǒng)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中面臨的資源共享問題。數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)中的教師端和學(xué)生端均可對(duì)各自實(shí)驗(yàn)過程中看到的標(biāo)本進(jìn)行采集，對(duì)攝取到的經(jīng)典圖像，可以通過互動(dòng)教學(xué)軟件由教師端傳達(dá)到學(xué)生端，實(shí)現(xiàn)了師生之間的資源共享；也可以通過互動(dòng)教學(xué)軟件將學(xué)生采集到的經(jīng)典圖像傳遞給其他同學(xué)，其他同學(xué)在自己的顯微鏡下即可觀看到該經(jīng)典圖像，從而實(shí)現(xiàn)了學(xué)生之間的資源共享。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。以往的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)均是教師講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，然后學(xué)生根據(jù)自己的理解進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣的教學(xué)方式單一、枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生遇到不懂的地方，教師要逐一進(jìn)行指導(dǎo)；遇到一些共性的問題，教師也要不斷的重復(fù)講解。同時(shí)由于受到實(shí)驗(yàn)課時(shí)的限制，教師很難對(duì)每位學(xué)生的操作情況和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行指導(dǎo)和評(píng)價(jià)，教學(xué)效率低、效果差。數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到應(yīng)用，對(duì)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。由于系統(tǒng)中教師端和學(xué)生端通過互動(dòng)教學(xué)軟件進(jìn)行了連接，因此，教師可以把自己的理論教學(xué)課件、實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件及示例標(biāo)本傳達(dá)到學(xué)生端，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到一些不清楚的內(nèi)容時(shí)，可以隨時(shí)調(diào)出教學(xué)課件進(jìn)行復(fù)習(xí)，便于對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的查找分析，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的理解，促進(jìn)了理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的統(tǒng)一，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。由于教師可以通過教師端軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控每位學(xué)生，便于發(fā)現(xiàn)每位學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，及時(shí)有針對(duì)性地進(jìn)行指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化教學(xué)和因材施教。此外，對(duì)于學(xué)生遇到的共性問題，教師可以通過互動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行有針對(duì)性地指導(dǎo)，同時(shí)通過示范實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中的錯(cuò)誤或問題，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，獨(dú)自解決問題。

2.3 改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課考試方式。生物實(shí)驗(yàn)考核是考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、結(jié)果理解和掌握情況的一種方式。傳統(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)考核主要由實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)定和期末考核兩部分組成。學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)課程完成后，根據(jù)自己的記憶將看到的圖像畫在紙上，再交給教師。因此，提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告是否是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)體現(xiàn)，值得商討。實(shí)驗(yàn)筆試考核同樣也存在此類問題。如把數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將極大的改變實(shí)驗(yàn)課考試方式。改革后的實(shí)驗(yàn)考核變?yōu)閷?shí)驗(yàn)報(bào)告、虛擬實(shí)驗(yàn)考核、網(wǎng)上結(jié)課考核三部分。其中，學(xué)生以電子版的形式將實(shí)驗(yàn)報(bào)告交給教師，教師根據(jù)電子版的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)定。虛擬實(shí)驗(yàn)考核是指教師將實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)流程、儀器設(shè)備的使用、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)制作成虛擬文件，并在其中加入一些關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的考核方式，學(xué)生利用顯微互動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行考核，系統(tǒng)自動(dòng)生成考核成績(jī)。這種考核方式方便、快捷，極大地提高了考核效率。網(wǎng)上結(jié)課考核是指實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)系統(tǒng)中的試題庫，隨機(jī)生成多套結(jié)課考核試卷，學(xué)生在顯微互動(dòng)室進(jìn)行答題，系統(tǒng)對(duì)全部試卷或者部分試卷進(jìn)行評(píng)定，教師對(duì)試卷進(jìn)行審核即可。這種考核方式避免了學(xué)生在考試中的抄襲，有利于教師掌握學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解情況。

數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)作為一種新型的教學(xué)手段，已經(jīng)在微生物學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、植物生物學(xué)等多門生物實(shí)驗(yàn)課程中得到應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方法，提升了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)了資源的共享，改變了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課考核方式，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。雖然數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)存在諸多優(yōu)點(diǎn)，但是在使用過程中也存在許多注意事項(xiàng)。例如，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生過分的依賴電腦，從而忽略了顯微鏡的觀察；由于實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以以圖片的形式進(jìn)行保存，從而造成學(xué)生手繪制圖的能力變差。雖然數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)存在不完善之處，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，新型教學(xué)方法和傳統(tǒng)教學(xué)方法的融合，這些問題會(huì)逐步得到解決，數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)會(huì)更好的服務(wù)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

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