數碼顯微互動系統在生物實驗教學中的應用

張志強 白麗榮 郭繼平 趙娟娟 吳榮榮

（衡水學院生命科學學院 053000）

生物學是研究生物的結構、功能、發生和發展規律的一門學科。生物學的一切發現、發明、創造和發展，都與實驗工具的改進、實驗技術的提高與創新密不可分。顯微鏡的發明極大地促進了生物學的進步，隨著信息技術的進步、計算機技術的革新，現代生物學研究的不斷深入，現代實驗教學方法的不斷進步，傳統的顯微鏡已經無法滿足高標準實驗教學的要求。在此情況下，整合了信息技術、計算機技術和傳統顯微鏡技術的數碼顯微互動系統應運而生。隨著數碼顯微互動系統的不斷發展，該系統已經成功應用于微生物學、環境微生物學、細胞生物學、植物生物學等多門生物方面的實驗課程，改變了傳統生物實驗教學過程中學生被動學習的局面，改變了生物實驗的教學模式，提高了生物實驗的教學質量。

1 數碼顯微互動系統的組成

數碼顯微互動系統由硬件系統和軟件系統兩部分組成。硬件系統包括：教師端生物顯微鏡、學生端生物顯微鏡、教師端電腦、學生端電腦、教師端數字攝相機，學生端數字攝像機、投影儀、語音系統。軟件系統包括：教師端及學生端圖象分析軟件、互動教學軟件。其工作原理為：裝有數字攝像機的教師端生物顯微鏡或學生端生物顯微鏡通過USB鏈接到電腦上，通過教師端或學生端圖像分析軟件對各自拍攝到的圖像進行處理分析，形成一個個的教學單元。各教學單元之間通過互動教學軟件進行連接，實現了教師端資源共享給每一個學生端，同時通過教師端把每個學生端進行了連接，實現了學生端之間的資源共享，因此，極大地促進了師生之間、學生之間的交流，提高了實驗教學質量。

2 數碼顯微互動系統在生物實驗教學中的優勢

2.1 實現了資源共享。在傳統的實驗教學過程中，學生只能對自己顯微鏡下的標本進行觀察，如果自己觀察的標本中不存在典型特征或者典型特征不明顯，學生將對實驗情況產生疑惑。部分學生的標本典型特征比較明顯，如果其他同學想觀察的話，也只能一個一個的排隊觀看，即浪費了實驗時間，又容易造成課堂秩序混亂，不利于實驗資源共享。一些學生自己制作的典型標本只能在本次課堂中使用，無法以圖像的形式保存下來，不利于資源的保存和共享。數碼顯微互動系統在生物實驗教學中的應用，徹底改變了傳統生物實驗教學過程中面臨的資源共享問題。數碼顯微互動系統中的教師端和學生端均可對各自實驗過程中看到的標本進行采集，對攝取到的經典圖像，可以通過互動教學軟件由教師端傳達到學生端，實現了師生之間的資源共享；也可以通過互動教學軟件將學生采集到的經典圖像傳遞給其他同學，其他同學在自己的顯微鏡下即可觀看到該經典圖像，從而實現了學生之間的資源共享。

2.2 實時監控，提高了實驗教學效果。以往的生物實驗教學均是教師講解實驗內容，然后學生根據自己的理解進行實驗，這樣的教學方式單一、枯燥，學生學習的積極性不高。在實驗過程中，學生遇到不懂的地方，教師要逐一進行指導；遇到一些共性的問題，教師也要不斷的重復講解。同時由于受到實驗課時的限制，教師很難對每位學生的操作情況和實驗結果進行指導和評價，教學效率低、效果差。數碼顯微互動系統在生物實驗教學中得到應用，對生物實驗教學產生了深遠的影響。由于系統中教師端和學生端通過互動教學軟件進行了連接，因此，教師可以把自己的理論教學課件、實驗教學課件及示例標本傳達到學生端，學生在實驗過程中遇到一些不清楚的內容時，可以隨時調出教學課件進行復習，便于對實驗內容的查找分析，增強了學生對實驗教學內容的理解，促進了理論教學和實驗教學的統一，提高了實驗教學效果。由于教師可以通過教師端軟件實時監控每位學生，便于發現每位學生實驗過程中遇到的問題，及時有針對性地進行指導，實現了個性化教學和因材施教。此外，對于學生遇到的共性問題，教師可以通過互動系統進行有針對性地指導，同時通過示范實驗內容，讓學生發現實驗過程中的錯誤或問題，引導學生獨立思考，獨自解決問題。

2.3 改變了傳統實驗課考試方式。生物實驗考核是考查學生對實驗目的、原理、結果理解和掌握情況的一種方式。傳統的生物實驗考核主要由實驗報告的評定和期末考核兩部分組成。學生提交的實驗報告是實驗課程完成后，根據自己的記憶將看到的圖像畫在紙上，再交給教師。因此，提交的實驗報告是否是實驗結果的真實體現，值得商討。實驗筆試考核同樣也存在此類問題。如把數碼顯微互動系統應用于實驗教學中，將極大的改變實驗課考試方式。改革后的實驗考核變為實驗報告、虛擬實驗考核、網上結課考核三部分。其中，學生以電子版的形式將實驗報告交給教師，教師根據電子版的實驗報告進行評定。虛擬實驗考核是指教師將實驗原理、實驗流程、儀器設備的使用、實驗注意事項制作成虛擬文件，并在其中加入一些關鍵知識點的考核方式，學生利用顯微互動系統進行考核，系統自動生成考核成績。這種考核方式方便、快捷，極大地提高了考核效率。網上結課考核是指實驗教師根據系統中的試題庫，隨機生成多套結課考核試卷，學生在顯微互動室進行答題，系統對全部試卷或者部分試卷進行評定，教師對試卷進行審核即可。這種考核方式避免了學生在考試中的抄襲，有利于教師掌握學生對知識的理解情況。

數碼顯微互動系統作為一種新型的教學手段，已經在微生物學、環境微生物學、細胞生物學、植物生物學等多門生物實驗課程中得到應用，改變了傳統的教學方法，提升了教學質量和教學效果，實現了資源的共享，改變了傳統的實驗課考核方式，激發了學生學習的熱情。雖然數碼顯微互動系統存在諸多優點，但是在使用過程中也存在許多注意事項。例如，實驗過程中學生過分的依賴電腦，從而忽略了顯微鏡的觀察；由于實驗結果可以以圖片的形式進行保存，從而造成學生手繪制圖的能力變差。雖然數碼顯微互動系統存在不完善之處，但是隨著技術的進步，新型教學方法和傳統教學方法的融合，這些問題會逐步得到解決，數碼顯微互動系統會更好的服務生物實驗教學。

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