顯微數碼互動系統：高中生物全新的教學模式

周井花

摘 要： 顯微數碼互動系統與高中生物實驗教學相結合，改變傳統實驗教學模式，具有突出的優勢。如使學生積極參與實驗，課堂氣氛活躍；實時視頻監控，及時指導學生；隨時拍攝圖像，對比保存圖像；準確量化數據，實驗結果科學；拓寬課本實驗，提高創新能力。

關鍵詞： 高中生物 教學模式 數碼顯微鏡 顯微數碼互動系統

高中生物教材（人教版）有24個實驗，其中9個實驗要使用顯微鏡觀察。目前，大多數高中仍然使用的是普通光學顯微鏡，使用過程中存在很多缺陷。如教師對各小組的問題難以及時做出指導、各小組的成果難以交流、好的圖像難以對比與保存、課堂教學效率比較低等。

筆者所在的學校于2014年9月異地新建，新建了顯微數碼互動生物實驗教室。其中包含的數碼顯微鏡是在光學顯微鏡的基礎上多一個攝像頭，外部與電腦相連，可把拍攝的圖像與錄像保存后提交作業。學生提交的作業會在教師的電腦屏幕上顯示，教師可以針對各組實驗情況展開教學。新建的顯微數碼互動生物實驗教室除了包含數碼顯微鏡與電腦以外，還有投影儀、屏幕、網絡系統、軟件系統包括系統控制軟件（視頻、語音、網絡通訊控制）、教師端高級圖像軟件和學生端獨立圖像軟件，它能實現一對一、一對多的互動溝通教學模式。顯微數碼互動生物實驗室與傳統生物實驗室的差別，遠遠不止“互動”一詞。下面以這一年來學生的實驗反饋，介紹利用顯微數碼互動系統進行生物實驗教學的突破性進展與有待提高的方面。

一、顯微數碼互動系統在高中生物實驗教學中的優勢

1.積極參與實驗，課堂氣氛活躍

高中第一節學生實驗課“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”，其中脂肪鑒定（用顯微鏡觀察子葉細胞的脂肪著色情況）需要用顯微鏡觀察細胞著色后的脂肪顆粒。學生只用了十五分鐘的時間就初步學會了數碼顯微鏡的基本使用方法。生物實驗課采用的是分組實驗的方式，每組3—4人，利用傳統光學顯微鏡觀察實驗時，往往是一至兩個學生起主導作用，小組另外學生參與性并不強。華盛頓兒童博物館的墻上有一標語：“我聽見了就忘記了，我看見了就記住了，我做過了就理解了。”所以，實驗必須自己親自動手做才能更進一步了解實驗過程，對實驗過程中出現的問題也能及時發現，并在小組內討論解決。現在小組一位學生在用數碼顯微鏡觀察時，其余學生可以通過電腦顯示屏觀看顯微成像，給組內其他學生直觀地展示出一個微觀世界。組員也可以幫助指導調焦、移動裝片找到合適部位觀察等，小組內的合作意識更強了，課堂內的討論氛圍更好了。

2.實時視頻監控，及時指導學生

教師電腦屏幕上可以顯示所有學生電腦屏幕上的情況，這樣可以對學生實驗過程的進度實時監控，出現問題可以及時指導。在“觀察洋蔥鱗片葉外表皮的質壁分離與復原”學生實驗中，筆者在主屏幕上發現有小組觀察到大量的氣泡；有小組細胞重疊，看不清單個細胞的情況；有小組物像只有輪廓，沒有填充紫色；有小組用蔗糖溶液處理后看不到質壁分離的現象；有小組用清水處理質壁分離的細胞看不到質壁分離復原的現象等。此時，學生可以通過語音系統主動向教師求助，教師可以不用來回走動于各小組之間，直接利用師生對講模式進行指導，被指導的學生可以聽到并與教師對話。各小組成員之間可以利用語音系統分組討論模式進行交流，教師可隨時加入。對于教師電腦屏幕上觀察到表現比較好的小組與出現問題的小組，可以利用語音系統學生示范模式進行交流，以兩位學生一對一的問答示范，所有其余學生都可以聽到談話內容，但其他學生不能發言。當實驗課上學生反饋的問題比較集中，學生難以解決時，教師可以利用全通話模式與全體學生講解，這樣坐在教室后面的學生也能聽得很清楚，教師可用較小的音量達到最好的授課效果。這種全新的實驗課教學模式，還可以不受座位的限制，師生之間、生生之間隨時可以對實驗進行探討與研究。

3.隨時拍攝圖像，對比保存圖像

數碼顯微鏡內置500萬像素的攝像頭，通過“拍照”功能將學生鏡下的圖像拍攝并保存下來，然后學生提交給教師，保存時可以學生自定義名字命名。在“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”學生實驗中，各小組學生把拍攝的最好圖像進行調整大小、拼接（每張圖像只是拍到了實驗材料的局部，通過拼接可以形成完整的圖像）、添加注釋后保存并提交給教師。教師選出幾張較好的圖像，與全班同學共享，便于學生正確認識洋蔥根尖有絲分裂各個時期的特征。同時，教師選出幾張特殊的圖像，以便與大家分析產生這些錯誤的原因。在“培養液中酵母菌種群數量的變化”學生實驗中，利用抽樣檢測法需要連續統計七天酵母菌的種群數量。實驗課上學生分組保存相關圖像，并記錄數據，第二天至第七天均有部分小組進行相似操作，最后得出相關結果與結論。由于這個實驗消耗時間長，不是每一屆學生都有條件做完每一步，且數碼顯微鏡下的血細胞計數板計數時的圖像對沒有掌握計數方法的學生來說是很好的觀察素材。因此，保存下來的圖像文件可長期使用，一定程度上可節約人力、財力，有利于把經典的學生實驗圖像與結果一屆屆傳承下去。

4.準確量化數據，實驗結果科學

在“觀察馬蛔蟲受精卵的有絲分裂固定裝片”學生實驗中，要求學生在顯微鏡視野中找到兩個樣本中各時期的細胞并計數，以及計數細胞的總數，這樣可以計算出每個時期的細胞數占計數細胞總數的比例。假如使用普通的光學顯微鏡觀察，學生要移動裝片計數，眼睛容易疲勞，會造成比較大的誤差。如果中間再換另一名學生繼續計數，誤差就會更大，所以往往得出的結果與結論不一定是科學的，違背了實驗的科學性原則。現在使用數碼顯微鏡，小組成員可以看電腦屏幕，由于有多名成員一起計數，可以做到準確計數，實驗結果科學。在“觀察洋蔥鱗片葉外表皮的質壁分離與復原”學生實驗中，學生可以利用顯微鏡上的標尺準確量出細胞發生質壁分離時，細胞的失水程度（細胞失水程度=原生質體長度/細胞壁長度），這點在光學顯微鏡使用時是完全做不到的。當然，數碼顯微鏡除了能對微觀材料進行專業化測量，如長度、面積、半徑等，還可以導出數據，打印報告。

5.拓寬課本實驗，提高創新能力

數碼顯微鏡的基本操作較易被學生掌握，它的使用可以幫助學生節約部分實驗時間，這樣實驗課上學生會有時間做課本實驗的拓展。在“觀察洋蔥鱗片葉外表皮的質壁分離與復原”學生實驗后，學生可以繼續探究洋蔥鱗片葉外表皮的細胞液濃度范圍，可以利用滴加10%、20%、30%、40%、50%的蔗糖溶液進行質壁分離的實驗，然后把各組的實驗數據做匯總，最后得出結論。學生也可以繼續探究不同物質（如蔗糖溶液、硝酸鉀溶液、尿素溶液等）做外界溶液處理洋蔥鱗片葉外表皮后，利用顯微數碼互動系統進行動態視頻錄像記錄細胞在其中的失水和吸水的情況。還可以把洋蔥鱗片葉外表皮細胞換成內表皮細胞重新做類似的實驗，觀察與洋蔥鱗片葉外表皮實驗結果的異同。這在很大程度上可以幫助學生對物質跨膜運輸的知識點有更深入的理解，提高學生大膽設想，勇于嘗試，創新設計各種實驗的能力。

二、顯微數碼互動系統在高中生物實驗教學中的問題

1.管理方面

顯微數碼互動生物實驗教室才新建一年左右的時間，需要經常對實驗室進行維護，包括網絡系統的更新、軟件的更新，每次數碼顯微鏡使用完的維護工作等，筆者所在學校目前在這些方面做得不夠到位。

2.教師方面

經過多年教學實踐，教師已經熟悉使用光學顯微鏡，所以部分教師不愿意嘗試使用顯微數碼互動系統。因為顯微數碼互動系統對教師提出了更高的要求，需要對相關軟件系統、數碼顯微鏡的使用等方面不斷學習與探索。當然，由于顯微數碼互動系統能拓寬課本實驗，學生探究的方面就更多了，因此上這樣的實驗課對教師的課前備課要求更高了。

3.學生方面

新的實驗設備提高學生興趣的同時，也會對學生產生一些負面影響。如部分學生利用實驗室的電腦上網瀏覽網頁導致學生在教師講解過程中開小差，部分學生對顯微數碼互動系統只是掌握了初步的使用方法，學生不會使用新設備進一步探究實驗，還有部分學生用拍攝的圖像代替手畫的細胞圖，直接貼在實驗報告冊上，不利于學生識圖、畫圖能力提高。

顯微數碼互動系統從根本上改善了高中生物實驗教學，將現代信息技術手段融入傳統高中生物實驗教學。這套實驗室設備畢竟是新生的事物，怎樣才能優化利用它進行實驗教學，是所有高中生物教師今后工作中需要不斷摸索與研究的方面。

參考文獻：

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