利用顯微數碼互動系統提高微生物實驗教學效果

劉 艷， 馬曉平

(上海交通大學 農業與生物學院實驗與實踐教學中心， 上海 200240)

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利用顯微數碼互動系統提高微生物實驗教學效果

劉 艷， 馬曉平

(上海交通大學 農業與生物學院實驗與實踐教學中心， 上海 200240)

介紹了目前顯微數碼互動系統在形態觀察實驗教學中的應用和微生物實驗教學存在的問題，提出了利用該系統對微生物實驗教學進行改革的需要。為提高實驗教學效果，論文建立了微生物實驗的顯微數碼互動教學模式，增加了教學資源，改變了考核方式。結果表明：新教學模式和豐富的圖片教學資源能夠提高學生對微觀形態結構的辨識能力，提高課堂知識吸收率；新的考核方式能夠真實考察學生的知識水平；實驗操作演示視頻對于訓練和提高學生的實驗操作能力具有促進作用；靈活的考核方式和豐富的教學資源提高了學生的學習積極性，提升了微生物實驗教學的效果。

微生物學； 顯微數碼互動； 教學資源； 考核方式

0 引 言

多媒體、計算機和網絡技術飛速發展，給人們的生活和工作方式帶來巨大變革，對教學也產生積極的效應[1]。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[2]，為教師與學生進行文字、語音、圖像的全方位互動提供了一個交流平臺，給形態觀察實驗教學帶來了革命性變化，顯示出傳統教學手段無可比擬的獨特優勢。國內已有多篇論文報道了該系統在病理學、組胚學、解剖學等實驗教學中的應用，但多是對其功能和使用作一般性介紹[3-6]。張莉等提出應結合顯微數碼互動系統，轉變教學觀念，改進教學設計和教學過程，以充分拓展顯微數碼互動系統的功能進一步提高實驗教學質量的思想[7-8]，但目前對于這方面的教學研究比較少。結合我院的“利用生物技術、信息技術、工程技術改造和提升農業學科”的辦學方針和教學要求，以顯微數碼互動系統為硬件設施，圍繞微生物課程教學內容，設計教學環節和教學方法，對微生物實驗教學進行改革成為需迫切進行的研究工作。

1 微生物實驗教學的改革需要

1.1 學生的形態觀察辨識能力薄弱

教材中對微生物的形態結構描述比較抽象、難以領會，與學生實際觀察內容往往不很完全吻合，學生對顯微鏡的視野圖像無法正確辨識，辨識過程中對老師依賴程度比較大，教師需要逐個打開學生的顯微數碼畫面，查看學生的視野圖像，幫助其辨識圖像。雖然通過數碼畫面查看學生視野圖像比較方便，但也略顯繁瑣，且不利于學生自主觀察辨識和分析能力的提高。另外，課堂時間有限，學生可接觸學習的形態觀察切片數量有限，課堂聽完老師講解實驗內容再進行觀察的切片數量平均每人一般為3或4片，教學資源和信息量遠遠不夠，學生對微生物的形態觀察辨識能力薄弱，教學質量受影響。

1.2 學生的實驗操作能力不高

微生物學是生物科學專業的一門重要的專業基礎課程，同時也是實踐性很強的一門學科，微生物實驗技能在諸多領域中應用十分廣泛[9]。在教學過程中，學生除了需掌握形態觀察實驗中的顯微技術和提高辨識能力外，還應掌握滅菌技術、無菌操作技術、純培養技術等一些基本的實驗操作技術[10-11]。由于課時有限，通常由實驗指導老師預先準備好所需的試劑、器械、材料、培養基等，學生按照實驗指導教材和教師要求操作實驗。許多學生不注意課前預習，也不清楚實驗材料的準備流程和準備方法。實驗內容多為驗證性試驗，課程考核多偏向于理論考試，學生實驗積極性不高，不愿意多動手，對有些基本的實驗技術難以掌握，課后不認真總結思考, 甚至出現缺課, 抄襲實驗報告等不良現象[12]。這種教學方式不利于應用技術的掌握和實驗技能的訓練，更談不上創新能力的培養。與微生物學實驗鍛煉學生實驗操作能力、提高綜合實驗水平的教學目標相差甚遠，因而需要對微生物實驗教學內容、教學方式和方法等進行改革，以提高實驗教學質量。

2 顯微數碼互動系統的利用方案

2.1 顯微數碼互動系統的功能

2.1.1 系統的基本功能

顯微數碼互動系統由數碼顯微鏡、圖像系統、計算機軟件系統和語音回答系統組成。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將教師機與學生機相聯，保證信號在任兩臺機器中傳輸。數碼顯微鏡用于捕捉視野形態結構；圖像系統可將捕捉到的圖像高速導入電腦，具有圖像拍照、錄像和測量等功能，并可實現遠程共享[13]；計算機軟件系統為Motic DigiLabⅡ軟件系統，系統功能強大，內容豐富，運行軟件可完成教師屏幕廣播、學生屏幕轉播、屏幕監控和語音教學[14]等輔助實驗教學的功能，運行軟件能實現教師監控學生的實驗進程、有針對性地輔導學生的目的；語音回答系統包括全通話模式和師生對講模式，可實現教師與學生的雙向溝通。

2.1.2 建立微生物實驗的顯微數碼互動教學模式

微生物實驗的顯微互動教學模式如下：教師先通過教師端計算機給出課堂教學目的、實驗內容和方法，向學生展示和講解微生物切片，然后給學生播放實驗的基本操作視頻。展示和講解過程通過教師端數碼顯微鏡進行，其切片視野將轉換至計算機數碼畫面，教師選擇“教學示范”，每個學生都能在自己的屏幕前感受到教師講解內容。教師邊展示邊講解，形成動態示教，即吸引學生興趣又使講解過程形象生動，利于學生理解。在教師動態示教過程中，學生對于如何操作觀察顯微視野并正確辨識觀察對象已有直觀清晰的認識，獨自實驗時大部分學生能夠獨立正確地辨識微生物形態結構，對于少數還需教師輔導的學生，可以選擇“電子舉手發言”，向教師提問，教師可打開其數碼畫面，通過語音“師生對講模式”，對學生進行一對一專門輔導[15]。對于大多數學生普遍具有的問題，教師可將某一學生的數碼畫面切換到教學示范狀態，并對全班學生進行廣播教學，避免了問題的重復，提高了教學課堂效率。學生在下課前上傳作業至教師機的特定文件夾內，由教師統一批閱后再下發給學生，并對本次課程學習內容作簡短評價和總結，課堂教學變得更加高效。

2.2 增加微生物實驗教學資源

2.2.1 建立圖片庫

傳統的形態觀察實驗教學資源僅限于標本切片和學生自制的切片，學生接觸的學習資源有限直接影響他們對微生物形態結構的認知視野，也就難以從真正意義上提高他們對微生物形態結構的辨識水平。應用顯微數碼互動系統后，教師可通過操作計算機對任一臺顯微鏡上傳來的圖像進行捕捉、照相、處理和保存，用于累積形態觀察實驗教學的素材。另外，為擴增教學資源，從網上下載不同種屬的細菌、真菌、病毒等典型微觀形態結構圖片，豐富教學內容，供教師在講課過程中引用舉例，也可通過系統傳輸發送給學生，供學生課后調取反復查看學習。

2.2.2 建立操作演示視頻庫

微生物學實驗對于操作方法具有嚴格的要求，通過教學發現，學生往往不能一次性掌握正確的操作方法，因操作不規范而導致實驗失敗時有發生，實驗技能薄弱，需要正確的引導和強化訓練。為了提高學生的實驗操作能力和規范性，我們建立了教學演示視頻庫，包含了錄制實驗老師操作并細節講解的視頻和從網上搜集下載的教學演示視頻，如培養基的配制、細菌的劃線分離、涂布平板、制片染色等操作。視頻庫保存于數碼互動實驗室的教師端電腦，教師在講課過程中，為配合實驗講解需要，可打開視頻向學生形象講解方法和注意事項，真實生動的視頻畫面既引起學生興趣，又使講解變得簡單易懂。教師可以通過系統下傳給每位學生，由學生根據自己實際情況隨時播放需要學習的實驗操作細節，強化訓練，提高自己的實驗操作水平。

2.3 改變考核方式

傳統的形態觀察實驗考核，通常需要準備大量切片，學生觀察切片后向老師報告所觀察的內容和特征。這樣的方法需要老師逐個檢查學生的顯微視野圖像，費時費力。使用顯微數碼互動系統后，可以簡化考核方法而豐富考核內容，考核方式也更規范。該系統承載的圖片清晰，信息量大，直觀性強。對學生進行考核時，教師可要求學生制作切片、尋找目標視野和典型結構；或者教師從圖片庫中選擇合適的圖片，點名提問學生對觀察內容進行特征描述，并判斷出微生物的種屬和切片經過了何種染色處理方法等，這對于考核學生的形態觀察實驗辨識能力更加靈活、規范和高效。

3 顯微數碼互動系統微生物實驗教學效果

3.1 提升了形態觀察實驗的教學效果

在微生物形態觀察實驗教學中使用顯微數碼互動系統后，教師運用文字、圖片、語音等方式，進行動態示教后，學生能夠從整體和局部較為系統地掌握教學內容，在實驗過程中尋找目標視野更具明確性，圖片庫豐富的教學資源充分用于教學，豐富了學生的視野，提高了學生對形態觀察的辨識能力；教師對具有代表性的典型圖像進行廣播教學，實現了資源共享和高效的教學模式；教師在屏幕監控下對整個教學過程實施管理，掌握實驗進程，實現了教師通過主控計算機對包括上課、作業、考試、儀器設備等全方位的管理。

該系統使用2個學期后，通過2個方面對該系統的使用進行測評。①在學期末的時候，針對顯微數碼互動系統在微生物學實驗教學中的應用效果設計15個題目，對學生進行無記名問卷調查。結果發現100%學生對教學示范進行講課的效果表示滿意，課堂知識吸收率高；96%的學生認為教學資源信息量大，共享資源能幫助其快速準確地辨識顯微鏡下視野圖像，獨立辨識能力得到提高；學生普遍對微生物實驗教學中運用顯微數碼互動系統具有興趣。②在學期末的時候，由3位任課教師、實驗輔導老師及助教集中在一起對顯微數碼互動系統的使用進行評價，一致認為顯微數碼互動系統能幫助老師及時了解學生實驗動態和疑難問題，幫助學生解決問題，學生參與積極性也得到很大促進，靈活的課堂知識考核方式能夠真實考察學生對知識的掌握程度。

3.2 提高了學生的實驗操作技能

在微生物實驗教學中配合使用實驗操作演示視頻后，學生對具體實驗操作方法具有更加明確的認識，可以很方便地獲取操作演示視頻資源，能夠在課堂和課外經常播放教學視頻進行學習、模仿、訓練。通過學習教學視頻，學生能夠自我檢查操作方法的正誤和缺陷，可以自我修正，從心理上更加注重實驗課程的學習的實驗技能的訓練，通過不斷模仿練習真菌和細菌的培養、細菌的劃線分離、涂布平板、梯度稀釋、培養病毒等無菌操作技術和制片染色、使用移液器等基本的實驗操作方法后，學生能夠將理論知識與實踐有效地融合在一起，提高了實驗操作技能。

3.3 提高了學生的積極性

形態觀察實驗考核的形式多樣化、內容豐富化和當堂考核的方式，激發了學生的學習緊迫性，學生的學習態度轉變非常大，學習變被動為主動，主動發現問題、思考問題，并與其他同學或老師討論問題，學習積極性有了極大的提高。增加的微觀形態結構圖片和實驗操作演示視頻等教學資源，內容豐富、形象生動，極易引起學生的學習興趣，對于教師給出的思考題能夠積極參與討論，對于實驗過程出現的問題，能夠充分發揮主觀能動性和調動積極性，融入所學知識，嘗試獨立分析和解決問題，實現了“教與學”的真正融合。

4 結 語

顯微數碼互動系統在微生物實驗教學中的改革應用，提高了實驗教學質量，效果明顯，在教師和學生中引起較好反響。顯微數碼互動系統是形態觀察實驗教學中有利的輔助教學手段，在遺傳學、植物學和普通生物學等形態觀察實驗中也都可以融合應用，既可以提高設備的使用率，實現實驗設備的共享，又能提高其實驗教學的水平、效率和質量。另外，教師應充分拓展顯微數碼互動系統的功能，轉變教學觀念，改進教學設計，優化教學過程，激發學生的積極性和創新性，進一步提高實驗教學的質量和效果。

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Improving Teaching Effect of Microbiology Experiment by Using Digital Microbiology Interactive System

LIUYan,MAXiao-ping

(School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

The current situation of application of digital microbiology interactive system in morphological observation experiment and the problems existed in microbiology experiment teaching were presented in the article. It proposed the need of reforming microbiology experiment teaching with digital microbiology interactive system. To do that, a new microbiology experiment teaching mode using digital microbiology interactive system was built, teaching resources increased, way of inspection changed. The result showed that, the new mode and plentiful teaching resources could improve identification ability and class knowledge absorption of students, and the new way of inspection could really observe the knowledge level of students. Videos about experiment practice improved experiment practice ability, and flexible way of inspection and rich teaching resources improved students’ enthusiasm and experiment teaching effect of microbiology.

microbiology; digital microscope interaction; teaching resources; way of inspection

2014-10-17

上海交通大學教學發展中心教學研究項目(B1207023)

劉 艷(1986-)，女，山東煙臺人，碩士，助理實驗師，主要從事微生物學實驗教學、顯微數碼互動教室和實驗教學中心安全管理工作。Tel.:13817098468; E-mail：liuyan8468@sjtu.edu.cn

G 642.0； TP 301

A

1006-7167(2015)10-0195-03