顯微鏡同步可視共享教學法在煤巖學中的應用

張衛國+羅俊+何書悅+楊杰+張超

【摘 要】 煤巖學的發展離不開顯微鏡的有效應用，針對目前煤巖學顯微鏡實踐教學環節中存在的問題，提出了一套以顯微圖像共享系統為核心的顯微鏡同步可視共享教學方法，介紹了該教學方法的實施過程，評價了實踐教學效果，認為該方法是一套師生互通、圖像共享、圈點同步的高效教學方法，有利于煤巖學發展和人才培養，便于推廣應用。

【關鍵詞】 煤巖學；顯微鏡；同步；共享

【Abstract】 The development of coal petrology is inseparable from the effective application of microscopy. Aiming at the problems existing in the practice teaching of coal and rock microscopy， a set of microscopic synchronous visual sharing teaching method with microscopic image sharing system as the core is put forward. The implementation of the teaching method， evaluation of the practice of teaching results， that the method is a set of teachers and students exchange， image sharing， punctuate synchronization of efficient teaching methods， is conducive to the development of coal rock and personnel training， easy to promote the application.

【Key Words】 Coal Petrology； Microscope； Synchronous； Sharing

【中圖分類號】 G64.23 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2095-3089（2017）16-00-02

引言：

現代科學的發展逐漸趨向于兩極化，一方面是航空航天的發展對浩瀚宇宙的無限探索；另一方面則是揭示微觀世界的科學探究，它更側重于體型微小化，規律明顯化的研究[1，2]。而地質學正在進行更加深層次的挖掘，其中關于顯微鏡可視化鑒定煤巖、巖礦標本的應用越來越深入。顯微鏡觀察是煤巖學實踐課普遍使用的教學手段和方法，也是向學生展示微觀世界的重要窗口。由于普通顯微鏡的使用具有局限性，傳統顯微鏡教學模式很難使學生得到有效的指導[3，4]。而顯微鏡同步可視化教學是使用新型的教學設備來推行的一種共享式教學方法。該教學方法的核心是顯微鏡同步可視共享系統，此系統通過計算機、多媒體、圖像采集設備和網絡實現鏡下影像的異地實時共享，將傳統的由教師手把手教學生使用顯微鏡觀察，變為師生互通、圖像共享、圈點同步。

1 傳統教學模式

傳統煤巖學顯微鏡實踐教學是以學生單獨觀察為主，教師逐一講授為輔，由于學生對顯微鏡的操作存在較大的差異性，導致教學過程中出現一些問題如：①操作過程中學生難以觀察到清晰準確的圖像，指導教師與學生交替操作，往往二者觀察到的目標物并非一致。②學生單獨觀察標本時，需要進行詳細描述并草繪出圖像，這樣就消耗大量的時間，且易造成視覺疲勞，導致繪制出的圖像與真實的圖像差別較大。③鏡下影像保存不方便，容易丟失，導致學生無法完成實習報告。

由于煤巖樣本的特殊性，每位學生觀察的樣本各不一樣，所以指導教師需要為每一位學生進行講解[5-7]。學生存在的疑惑非常之多，由于課時所限，教師無法逐一回答，致使學生對煤巖學顯微觀察的興趣大減，同時削弱了學生提問和思考的積極性，師生之間互動交流減少，造成教學效果不佳。

由于傳統顯微鏡操作復雜和學生間交流太多，造成指導教師每節課要耗費大量的時間在講解顯微鏡的操作事項和維護課堂秩序上面，使實踐課達不到預期效果[8-10]。長此以往，顯微煤巖觀察實踐課的學時逐漸縮減，學生的掌握程度逐漸降低，教師的教學激情逐漸冷卻，導致顯微煤巖鑒定方面人才培養出現斷層的危機。因此，在這種教學現狀下，急需改善教學方法，提高教學質量。

2 顯微鏡同步可視共享教學法

2.1系統組成

顯微鏡同步可視共享教學方法的核心是應用了一套師生互通、圖像共享、圈點同步的可視化教學系統，該系統由教師主機、圖像共享系統、圖像采集器、圖像顯示器、授課顯微鏡和學生顯微鏡組成。

2.2實施過程

實踐課開始之前，學生自由分組，每組1-2人，分配一臺顯微鏡、一套煤巖標本。學生分到顯微鏡后，先進行顯微鏡的基本調解，檢查顯微鏡的各項功能，并與教師主機建立連接，確保圖像采集和共享的通暢。由任課教師建立授課顯微鏡、教師主機和圖像顯示器的關聯，確保圖像同步可視，檢查教師主機與各學生顯微鏡端口的連接與否。按照顯微鏡同步可視共享教學系統構架（圖1）建立完整連接后，便可以進行顯微煤巖實踐教學。

任課教師將煤巖標本放置在授課顯微鏡上進行調節，此時鏡下影像通過教師主機同步到圖像顯示器上進行放大顯示（圖2），學生集中觀察圖像顯示器上的煤巖標本影像，教師進行圖像解讀和知識點講解，在此過程中可以進行圖像的移動、縮放、圈點、標注和采集。

任課教師講解完成后，學生自行操作顯微鏡觀察煤巖標本，當學生遇到問題時，可以將顯微鏡下的影像通過圖像共享系統推送到教師主機（圖3），任課教師可以在教師主機上給學生進行答疑，也可以將教師主機上的圖像同步到圖像顯示器上進行放大顯示，以供其他同學一并講解。學生根據實習任務要求進行顯微煤巖組分的觀察和鑒定，通過圖像采集器將典型顯微煤巖組分進行圖像采集、編輯、保存和拷貝。

通過顯微鏡同步可視共享教學方法的實施，極大的增強了師生間的互動交流，提高了學生的學習積極性，加深了學生對顯微煤巖組分特征的印象，提升了實踐教學的整體效果。

3 顯微鏡同步可視共享教學法評價

3.1與傳統顯微鏡對比的優勢

傳統顯微鏡與共享顯微鏡有各自的優缺點，傳統顯微鏡對培養師生“看顯微鏡的硬功夫”方面有積極作用，但是教師工作強度大，不利于提高教學效果[11，12]。共享顯微鏡成本比較高，需具備一定的計算機操作技能，符合現代教學潮流，增進了師生交流，提高了教學資源的利用率和教學質量，便于推廣使用（表1）。

3.2教師與學生的評價

（1）教師對此教學方法的評價

通過此教學方法，任課教師可以十分清楚的掌握學生存在的問題，及時指出并糾正。鏡像的共享，有效地避免了同一問題的反復講解，為學生組內的討論預留更多的時間，從而激發學生思考的積極性，對學生深入觀察標本，建立微觀模型，培養和提高學生獨立開展工作的素養和能力方面起到了奠基的作用。

（2）學生對此教學方法的評價

老師使用此方法對學生進行授課，可以使學生隨時向老師提出自己的疑問，這樣不僅使學生的問題得到了及時的解決，而且增強了師生之間交流與學習的機會，有利于師生之間教學互長。此教學方法更注重的是學生組內的交流，所有同學都能參與問題討論，課堂氣氛變得更加的活躍，培養了同學間共同解決問題的信心，進而加深了學生對知識點的理解和印象。

3.3存在的問題及對策

（1）一般教學大綱不會專門設置顯微鏡同步共享系統培訓環節，這就造成了在教學過程中由于學生對該系統操作不熟練，而使課堂秩序混亂，降低教學效率，俗語講磨刀不誤砍柴工，因此應適當加強對該系統的培訓時長。

（2）指導教師也要加強對該系統的操作熟練度，做好課程計劃，準備好學生常見問題的解答。

（3）實驗中心應出臺相關政策，為該系統分配獨立的實驗室，加強規范化管理，增大實驗室開放度，定期維護調試。

4 結語

綜上所述，顯微鏡同步可視共享教學方法在煤巖學中的應用是將顯微鏡與圖像共享系統等相互結合，建立了一套師生互通、圖像共享、圈點同步的煤巖學教學模式。此種教學模式將現代信息同步共享技術融入到傳統的顯微鏡實踐教學中，一方面消除了師生之間在顯微圖像上的溝通障礙，使師生交流更方便；一方面解決了教師對學生存在的共性問題的重復解答，使課堂教學更高效；同時發揮計算機強大的圖像采集、處理和保存的功能。該教學方法有效提高了學生的學習積極性，加深了學生對顯微煤巖組分特征的印象，提升了實踐教學的整體效果，有利于煤巖學學科發展和人才培養，便于推廣應用。

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