數碼顯微互動系統在遺傳學實驗教學中的應用

黃煌　郭蓓　呂鶴書

【摘要】數碼顯微互動系統是一種新型的實驗教學工具，為現代本科實驗教學體系提供了新的理念和方法。傳統的遺傳學實驗教學中，學生參與度和積極性不高，教學效果不明顯。數碼顯微互動系統的應用，改良了實驗教學的傳統教學模式，強化了師生之間的互動性和學生實驗的主動性，使遺傳學實驗教學效果得到了明顯地改善。

【關鍵詞】數碼顯微互動系統 遺傳學實驗 教學

【中圖分類號】R-4 G642.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）05-0027-01

遺傳學是生命科學領域中研究生物遺傳與變異、探索生命本質現象的一門學科，是高等院校植物學、農學、園藝學、園林學和動物學等學科的專業基礎必修課，具有較強的理論性和應用性。遺傳學實驗是遺傳學課程的配套實驗體系，在生命科學實驗教學體系中占重要地位。遺傳學實驗課程的開設旨在強化學生的理論基礎知識、提高學生實驗動手的實踐能力、培養學生解決實際問題的能力、開拓學生的科研眼界，為學生將來獨立開展科學研究工作奠定一定基礎。

數碼顯微互動系統是近些年飛速發展和廣泛應用的一種新型教學工具，推動了實驗教學的改進和完善。2016年初，北京農學院生命科學與工程學院建立數碼顯微互動實驗室，并利用該實驗室開展遺傳學實驗教學。2年的教學實踐表明，該實驗室的應用可以促進遺傳學實驗課程體系的優化和改良，改善實驗教學的教學效果和教學質量。

一、傳統遺傳學實驗教學的缺點

遺傳學教學內容涉及細胞和染色體形態結構等多方面的知識。在教材中這些知識多以彩色或黑白示意圖的方式展示，但并不能反映真實的結構特征，學生也很難從書本中理解生理狀態下細胞和染色體的結構特點。遺傳學實驗的開設，使學生可以在顯微鏡下觀察細胞和染色體的細微結構，加深學生對書本知識的認識和理解，加強對精細結構的感性認識。

傳統的遺傳學實驗教學方式多以教師為主，教師講解實驗目的和實驗要求，展示實驗需要觀察的內容或圖片。學生依照教師提供的圖片，依葫蘆畫瓢在顯微鏡下找到類似的圖像，并通過繪畫的方式記錄于實驗報告中。這種傳統的遺傳學實驗教學方式存在不少問題：第一、教學效果不佳，學生在實驗過程中存在一定的盲目性。雖然教師已經展示需要找的實驗內容，但可能與學生觀察的內容有一定的差異性，而學生又缺乏對觀察內容的直觀認識，所以往往造成學生找不到實驗對象或即使找到也不知道是要觀察的內容。第二、互動交流不夠。傳統的遺傳學實驗教學多是1位教師指導30左右的學生進行實驗。教師資源有限，不能對所有學生進行有效和及時的指導，限制了師生之間的教學交流。學生也局限于自己觀察的顯微圖像，很難實現學生之間圖像等資源的共享。第三、顯微圖片無法保存。傳統遺傳實驗教學中使用的顯微鏡無法保存圖像，學生只能通過手繪的方式將圖片記錄下來。但學生的繪圖能力有限無法完整且準確的記錄圖像，這樣極大地限制了實驗結果的保存和分享。

二、數碼顯微互動系統的簡介

遺傳學實驗教學配套的數碼顯微互動系統包括數碼顯微鏡系統、圖形處理系統、計算機系統、語音系統和其他多媒體系統[1]。每臺學生機配置一臺200萬像素的數碼顯微鏡和一臺電腦，成為獨立的圖像觀察、拍攝和處理系統。教師機配置300萬像素的數碼顯微鏡，可以拍攝更加清晰的圖像。教師機的數碼顯微鏡與電腦相連，成為數碼顯微互動系統指揮和控制的核心。

本系統通過專有的局域網絡將教師機和所有學生機聯系在一起，實現教師和學生圖像的共享和語音的交流。學生機擁有圖像處理和分析軟件，提高學生自主分析實驗結果的能力。學生可以通過學生機將實驗結果傳輸給教師。教師也可以通過教師機觀察學生的整個實驗過程，實現實驗教學的全程監管。

三、數碼顯微互動系統在遺傳學實驗教學中的應用

1.及時高效指導學生，提高教學質量

遺傳學實驗教學中，教師先使用多媒體課件講授本節實驗課的實驗目的、實驗內容和實驗要求，再使用數碼顯微鏡進行示范教學，使學生對實驗內容有感性和直觀的認識。利用互動系統，教師可以通過屏幕廣播的方式，將教師機上的內容直接呈現在學生機上，方便學生觀察和查看。教師也可實時觀察每位學生顯微鏡下的圖像，及時了解學生的實驗過程和發現實驗問題。在實驗觀察的過程中，遇到不確定的實驗現象和圖像時，學生可以點擊舉手提問系統，教師便可在教師機上對學生的問題進行分析和解釋。

2.增進師生、學生之間的溝通和交流

實驗教學采取學生為主，教師為輔的教學方式。實驗教學的目的在于師生的共同參加與交流互動。在教學過程中，教師可以通過教師機實現對學生一對一的指導。學生在實驗過程中，可隨時將自己的實驗結果傳送給教師，教師可以及時評價學生的實驗結果。學生獲得較好的顯微圖像時，教師可以通過互動系統將學生的圖像投放到大屏幕，供全班同學參考和分享。這樣學生之間不僅可以相互學習，也可以促進學生之間資源的交流和共享。

3.激發學生的學習熱情和積極性

在數碼顯微互動系統中，學生通過計算機捕獲系統可以獲得典型的顯微觀察結果，進而將教師講解的抽象實驗內容通過圖像的方式具體表現出來。直觀的實驗結果、形象的描述，可以加深學生對實驗內容的理解，使學生更大程度的掌握基本實驗技能和實驗知識。保存的圖片還可用于同學、老師之間的交流和討論，進一步激發了學生學習的熱情和主動性。在評判遺傳學實驗成績時，不在單一的依靠實驗報告。通過數碼顯微互動系統，每一次實驗的作業不僅需要提交紙質版的實驗報告，還要求每一位同學提交電子版的實驗圖片。這樣就避免學生因模仿繪畫出教材中的實驗圖片而獲得高分的情況。

四、總結

數碼顯微互動系統的應用是對傳統實驗教學的一種沖擊和改革，為利用顯微鏡教學的實驗課程提供了新的教學手段和教學平臺。數碼顯微互動系統在遺傳學實驗教學中的運用，改善了學生的學習環境，強化了師生之間的互動性，提高了學生的參與度及學習積極性，對教學效果的提高有顯著地幫助作用[2-3]。此外，教師不僅需要充分利用數碼顯微互動系統完成遺傳學實驗教學，還需要努力改變傳統的實驗教學方式，探索與該系統配套的實驗教學體系，充分利用現代信息技術發揮學生的主觀能動性，促使學生成為真正的學習主體，促進學生全方位均衡的發展。

參考文獻：

[1]張年風，李光.數碼顯微互動實驗教學在高職組織學教學中的應用.醫學教育，2017，21（4）：502-503.

[2]楊麗娜，高潔，白慶榮，王雪，劉麗萍.數碼顯微互動系統在農業植物病理學實驗課上的應用與實踐.教育教學論壇，2017，（11）：271-272.

[3]曲均革，陳陽建.科學利用數碼顯微互動實驗室提高微生物學實踐技能.微生物學通報，2016，43（1）：226-229.