顯微互動系統在藥用植物學實驗教學中的應用成效

李潤美， 杜 勤， 彭光天， 徐志東， 陳金曼

（廣州中醫藥大學中藥學國家級實驗教學示范中心，廣州510006）

0 引 言

顯微數碼互動系統集多媒體、計算機和網絡技術的優勢于一體，具有共享性、時效性和交互性等特點［1］。該系統在微生物學、遺傳學、病理學、組胚學、解剖學等學科實驗教學中已有廣泛應用［2-6］。我校中藥學實驗教學示范中心于2016 年引入了4 間顯微互動教室，主要用于中藥學等專業涉及顯微鏡觀察的藥用植物學課程。2018 年面向中藥學、中藥資源開發、中藥制藥等相關專業學生約417 人次，開設實驗課時達13 467 人時數。

該顯微數碼互動系統由Nikon E100 數碼顯微鏡、計算機硬件、無線版互動教學系統組成。每間實驗室配有教師端數碼顯微鏡1 臺和學生數碼顯微鏡40 臺，顯微數碼互動系統通過局域網連接教師端與學生端。與傳統網絡版互動實驗教學系統相比，其可突破空間位置的限制，既能實現傳統互動教室的功能，又能按需增減位數，靈活布局。一個無線AP 可同時連接60 個以上客戶端和一個教師端，兼容Windows 和Android系統。該互動實驗室在兩年多的使用過程中，明顯提高了教學效果，受到學生和教師的好評。

1 強大的系統功能帶來教學便利

1.1 學生考勤等信息管理更加便捷

以往學生上課考勤需要教師點名確認，使用互動系統后，實驗管理人員在學期初制定學生座位表，每個學生對應固定的電腦和顯微鏡，通過教師端的電腦監控畫面，教師即刻能知道連接成功的學生及缺堂的學生，每一個學生都有與老師之間傳送的專有文件夾，考試的文件夾及上傳顯微圖片的文件夾，通過互動系統的電子化管理，真正了解學生的學習過程及實時反饋信息，對學生的評價考核更加綜合客觀。

1.2 避免實驗問題重復出現，及時分享優秀實驗結果

在以往藥用植物實驗教學過程中，單純靠老師講解和演示，仍不能讓所有學生掌握所有技術要點，在學生實踐操作過程中，常常出現重復的問題需要教師解決，一堂實驗課約3 學時120 min，教師講解演示需要40 min，學生實踐操作只有80 min，80 min里教師在解決重復問題上浪費了較多時間，效率較低導致不能在有效課時里解決所有問題；除此以外，由于時間的限制，一般情況下都以學生自行觀察為主，教師只有在學生遇到問題時才會到學生端觀察其目鏡，這樣的傳統教學方式不能將優秀的學生及實驗結果脫穎而出或者及時分享。在引入互動系統后，這些矛盾均迎刃而解，首先，學生遇到問題可以通過系統“舉手”功能，教師打開該學生端，并可同步投影到大屏幕，或者進行“投屏到所有界面”功能，讓每位學生都能看到該學生提出的問題及教師如何去解決的全過程；其次，在教師端的監控畫面里老師可以全程監控每個學生目鏡下觀察的圖像，既可以提前發現問題，也可以尋找到優秀的演示制片，及時“廣播”或“投屏”給所有學生，對于平時不主動提問的學生及苦苦尋找不到目標形態組織的學生的幫助尤為顯著，有效避免花太多時間解決重復問題，在有限課時里極大地提高了教學效率。

1.3 圖像、視頻、在線資源等信息或操作展示無障礙

利用“屏幕廣播”及“直播”等功能，可在教師端同步播放制片演示視頻、教師課件、動畫等一切可以用計算機媒介呈現的內容，切換到每一個學生的屏幕界面，即使清晰度不夠或者尺寸較小的細節圖都可掌握，彌補了傳統大屏幕布教學的不足。尤其在演示實驗技術操作或者講解植物特征時有獨特優勢，傳統實驗教學中一個班約32 人，教師在講臺演示臨時水裝片或者粉末透化片的制作時，身邊圍滿了學生觀看，仍有部分外圍學生無法看到教師的演示，該功能可以讓每位學生坐在自己的屏幕前全程觀察教師的每一步操作，進一步改善了教學方式，且拓寬和豐富了展示的教學內容和資源。

1.4 有利于提高學生積極性和動手能力

在實驗過程中，利用文件的交互發送功能，讓學生將找到的較好的顯微圖片傳送給教師端，其中優秀的顯微圖像可相應作為實驗成績加分項，這一舉措大大加強了學生的主觀能動性，每次實驗課學生都盡可能多的制作臨時裝片，以期找到最好的顯微形態細胞或者組織，拍攝下來后傳送給老師。在這過程中，充分提高了學生的動手能力和觀察能力。

1.5 擺脫單一題庫式考核，內容制作高效且多變

根據每堂實驗課中收集到的形態素材圖像，針對每次實驗課的內容進行約10 個題目的考核，利用“建立答題卡”功能進行試題編輯，形成試題庫，內容涵蓋了選擇題、判斷題、填空題和問答題，選定考試學生后即可限時答題，考試結束系統自動閱卷評分，教師在30 s內即可將分數和答題情況返回學生，讓學生查看自己的成績評閱結果。該考核從生成試題到評分結束耗時短，根據學生的答題情況可了解學生對知識點的掌握情況，由于其省時高效，可不限次數、不限題目類型和考試時間，隨時讓學生進入考核模式。該考核模式隨機、隨時，與傳統考試相比，還有一定的趣味性，對學生掌握知識點有極大的幫助，與傳統實驗教學相比，學生藥用植物實驗和理論成績均有大幅度提高。

2 顯微互動系統使用中存在的問題及對策

2.1 學生對電子屏幕過度依賴

經過2 年多的教學實踐發現，學生在使用互動顯微系統過程中，容易出現“電子屏幕依賴”，正如近年來對電子產品依賴一樣，在習慣了電子屏幕的清晰便利后，許多學生常常在尋找玻片時，不通過目鏡，而是通過電子屏幕不斷尋找，導致學生在使用顯微鏡過程中出現不規范的現象。對此現象，也針對性地進行“無電子屏幕實驗考核”，考核學生傳統規范使用顯微鏡的方法，以此督促并改正學生的不良使用習慣。

2.2 無線互動系統存在傳輸速率問題及帶來管理上的不便

2016 年由于實驗室的空間限制，選擇了無線的顯微互動系統，其通過局域網進行教師端和學生端的連接，與有線系統相比，平板和無線鼠標的硬件配置所占的空間小，對實驗室環境裝修改造的要求較小，但在長期教學使用過程中發現，教師在監控界面打開學生實時畫面時常有延遲的現象，其傳輸受限于局域網的傳輸速率，對教學效率有一定影響。另外，學生使用的平板電腦偶爾還會出現“黑屏”“連接不到攝像頭”“死機”等情況。此外，由于采用的無線系統配備了平板電腦和無線鼠標，鼠標內置的電池若質量不保證，滲漏電池水將損壞鼠標，因此也為日常的實驗儀器配件管理帶來一些不便。

針對以上問題，充分參考了其他院校的成功經驗［7-12］，建立了新的管理體制和運行機制，從實驗室全方位監控、實驗室及設備申請開放使用、儀器使用登記、衛生及水電安全管理等方面給予制度保障；另實驗室管理人員分別在學期初、上課前、上課中、上課后進行定期的設備管理，開學初聯系nikon 售后工程師進行專業鏡頭清洗維護，檢查確保實驗室的有序運轉；上課前檢查所有設備及互動系統是否正常運行；上課中巡視學生是否正常規范使用儀器設備，及時糾正不良的實驗操作習慣，并及時協助教師解決突發出現的問題；上課后對設備進行檢查、清潔和整理工作；這一系列舉措和管理機制為實驗教學的順利進行提供了有力保障。

2.3 顯微互動系統在研討、創新方面的功能應用效率低

目前顯微互動系統的“屏幕廣播”“文件傳輸”“考試”等功能在形態學教學中已經有了成熟的應用，但由于我校中藥學相關專業目前存在體量大等問題，涉及小班教學、討論互動等深入研討式教學功能仍沒有使用，該互動系統在我校的引入雖然極大地提高了教學質量和效率，但還沒有起到杠桿的支撐作用，影響教學改革向開放、創新的軌道前進，還需要進一步深入開發利用起來。近兩年來我校亦積極推進改革，減少招生規模，深化教學改革，隨著信息化程度的加強，很快將會實現更多小班教學、教師引導、學生討論自學等各種創新性教學模式，顯微互動系統將為學生提供自我創造和展示的平臺。

3 結 語

顯微無線互動系統在形態課程中的應用已經較為廣泛，部分功能極為成熟，顯微互動系統除了教學，在開放性綜合性實驗、畢業論文設計中都有較好的應用，還可在各種設計或者競賽角逐中提供極好的平臺，其為教學帶來了極大的便利。未來還將引入虛擬仿真三維系統，虛擬系統與顯微互動系統結合，將顯微二維結構實驗轉變為高信息量和高度共享的三維高精度立體結構的教學方式［13］，沒有時間空間的限制，學生課后可以隨時在網絡上復習和鞏固實驗內容，選擇自己感興趣的內容和題目學習相關的知識，對相關的實驗教學內容進行重新組合設計，真正實現實驗教學的創新。