顯微數碼互動教學系統在發育生物學實驗教學中的運用

林政+林清強+蔡釩

摘要：發育生物學實驗教學是發育生物學理論教學的重要補充。與傳統的實驗教學相比，運用顯微數碼互動教學系統進行發育生物學實驗教學，能有效增強師生間的互動交流，實現資源共享，并提高課堂教學效率。

關鍵詞：顯微數碼互動教學系統 發育生物學 實驗教學

近幾年，發育生物學是生命科學領域發展最為迅速的一門學科。國內高等院校也在本科高年級中開設了發育生物學這門課程，但由于種種原因，開展發育生物學實驗教學的院校并不多。有幸的是，在開設發育生物學之前，福建師范大學生命科學學院就有了《胚胎學》這門課程，并且在2007年就開始應用顯微數碼互動教學系統進行發育生物學實驗教學。

在傳統的發育生物學實驗教學中，教師使用普通光學顯微鏡，存在師生間缺乏互動交流、觀察到的圖像不能有效保存、課堂效率低下等問題。隨著圖像數碼化技術的發展及其在顯微領域中的運用，顯微數碼互動教學系統也隨之出現。顯微數碼互動教學系統在發育生物學實驗教學中運用很好地解決了傳統發育生物學實驗教學存在的問題。

一、顯微數碼互動教學系統的組成

顯微數碼互動教學系統的硬件組成有教師主控電腦1臺，教師顯微鏡1臺，學生電腦及顯微鏡各48臺（福建師范大學生命科學學院的配置現狀），投影儀及大屏幕；顯微數碼互動教學系統的軟件組成有計算機控制系統、數碼顯微系統、圖像處理系統。

1.計算機控制系統

計算機控制系統能讓教師的主控電腦控制學生的電腦，將學生觀察到的圖像投放到大屏幕上。同時，教師也能接收到學生的反饋，如提問等。

2.數碼顯微系統

教師和學生的顯微鏡都配有內置攝像頭，通過其所連接的電腦軟件進行攝像、錄像、存貯、調入圖像等操作。

3.圖像處理系統

學生可以根據需要，在圖像處理系統上設置參數。如自動曝光、白平衡等，以提高圖像的清晰度或對比度等。

二、顯微數碼互動教學系統在發育生物學實驗教學中的運用優勢

1.提高師生互動交流

在傳統的發育生物學實驗教學中運用無顯微數碼互動教學系統，教師與學生、學生與學生之間缺乏交流。如在觀察標本切片過程中，教師不清楚學生有沒有看清楚標本的切片過程，及學生顯微鏡視野下的圖像結構。

通過顯微數碼互動教學系統，即使學生不主動提問，教師也可以直接在主控電腦上看到學生顯微鏡視野下的圖像，可以及時了解學生的學習情況和學習效果。如在觀察哺乳動物卵巢結構的切片時，由于原始卵泡與早期初級卵泡較為相似，學生容易混淆。學生將觀察結果拍攝并保存，保存的名稱是原始卵泡，但是實際的圖像是早期初級卵泡，這就說明學生沒有區分原始卵泡和早期初級卵泡。發現這樣的情況后，教師應及時給予糾正，變“學生被動提問”為“主動指導”。另外，在觀察哺乳動物卵巢結構的切片過程中，學生碰到疑問時，也能直接在操作界面上向教師提問。

2.實現資源共享

在運用無顯微數碼互動教學系統時，每位學生各自使用一臺顯微鏡，一旦發現了典型的結構，卻無法即時與其他同學共享，即使要共享，也只能一個一個地輪流使用顯微鏡觀察，無法實現多位學生同時觀看圖像，更不能針對圖像進行討論。另外，無顯微數碼互動教學系統無法存儲典型結構的圖像，學生只能在實驗中看到，如需要觀察，學生只能重新定位尋找。

在顯微數碼互動教學系統中，教師可以通過主控電腦將個別學生觀察到的典型結構的圖像投放到大屏幕上，或通過教學廣播直接顯示在每個學生的電腦屏幕上，讓每位學生都能看到。另外，學生也可以拍攝、存儲觀察到的圖像，以便隨時可重新調入或遠距離傳輸。

由于發育生物學實驗教學觀察切片所看到的圖像都有二維圖像，所以不論是胚胎，還是器官，呈現出來的都是立體結構，且制備切片時所切的部位、角度、切片的厚度以及染色等原因，導致不同的學生觀察同一器官時，所取的切片不同，各自在顯微鏡視野中的圖像也不完全一樣。如觀察草魚卵巢的切片時，第III時相的卵，只有經過細胞核中央的切片，學生才能看到細胞膜、細胞質外圍的小液泡、細胞質中正在形成的卵黃、核膜、細胞核內分散存在的核仁等結構。但是草魚的卵比較大，切片所經過的部位不同，學生觀察的結構完全不同。又如觀察3毫米蛙胚的連續切片時，由于垂體本身很小，切片的厚度有7納米，只有正好經過垂體的切片，學生才能看到垂體的結構，不然是看不到的。在這種情況下，教師可以通過資源共享形式，讓每位學生都能觀察到典型的結構。

3.提高課堂教學效率

課堂教學效率包括兩個方面，即學生的學習效率和教師的教學效率。在無顯微數碼互動教學系統的實驗教學過程中，學生各自使用一臺普通光學顯微鏡，只能看到自己顯微鏡視野中的圖像，不能同時看到其他同學顯微鏡下的圖像，無法進行對照、比較，導致學生分析問題時不全面，或者不能抓住根本原因，導致實驗教學無法起到輔助理論教學的目的，學生的學習效率得不到提高。如果一位學生有疑問時，教師可以上前指導釋疑，但如果有多位學生存在類似疑問時，教師只能一遍又一遍地重復回答。如果同時有兩個或兩個以上的學生需要教師指導時，教師只能先回答距離自己較近學生的問題，然后再指導距離自己較遠的學生。這樣會浪費較多的教學時間，導致教師的教學效率低下。

在發育生物學實驗教學中運用顯微數碼互動教學系統時，教師從主控電腦上就能及時接受和回答學生的提問。如果電腦屏幕上顯示出典型結構的圖像時，學生不用離開自己的位置，就能看到相鄰同學電腦屏幕上的圖像。教師也可以將圖像投放到大屏幕上，或者通過教學廣播直接顯示在每位學生電腦的屏幕上，讓全班學生一起觀察。這樣，即使不同的學生拿到的切片不一樣，經過對照、比較后，也能理解相應的知識。如果有超過3個學生提出相同的問題，教師直接可以將答案投放到大屏幕上，面對全班學生進行指導。如此這般，大大提高了課堂教學效率，且減輕了教師的工作量。

三、顯微數碼互動教學系統在實驗教學運用中存在的問題

1.教學方法有待改進

雖然顯微數碼互動教學系統在顯微觀察的實驗教學中有諸多的優勢，是實驗教學重要的輔助手段，但是教師還需進一步探索與之相適應的教學方法。筆者嘗試了兩種教學方法，現闡述如下：

在使用第一種教學方法時，筆者將一節課內學生要觀察的切片中典型結構的圖像制成PPT直接展示，并詳細講解其特點，然后讓學生自行觀察，筆者隨堂指導。

在使用第二種教學方法時，筆者不將典型結構的圖像制成PPT直接展示，而是將切片直接置于教師數碼顯微鏡上，然后把圖像投放到大屏幕上。接著，筆者引導學生從低倍到高倍，從左到右，從上到下，找到典型的結構，并在找的過程中比較非典型的異同點。但是使用這種方法所需的時間較多，如果一節課內要觀察的切片較多，講課的時間就會超過學生真正觀察切片的時間。學生觀察的時間不足，學習效果自然不盡如人意。

2.設備的管理與更新

顯微數碼互動教學系統由硬件與軟件兩大部分組成，硬件支持軟件的使用，硬件的損壞直接影響軟件的應用，也直接影響課堂教學。但是，長期使用硬件，不可避免地會出現老化，甚至損壞等情況，所以教師要加強日常管理與維護。最后，電子產品更新換代快，即使維護效果好，軟件升級了，硬件也得更換。

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（作者單位：福建師范大學生命科學學院）