無線智能顯微互動系統在高校動物學實驗教學中的應用※

●張 平 張以順（ 中山大學生命科學學院 廣東 廣州 510275）

動物學實驗是高等院校生命科學專業實驗教學體系中非常重要的傳統基礎學科，與農、林、牧、漁、醫、工等多領域都有著密不可分的關系。中山大學動物學教學秉承了江靜波教授等前輩的教學理念，將經典與現代發展趨勢相結合，從原先借助于活體解剖、掛圖、玻片標本、干制標本、浸制標本等手段，慢慢擴展到掃描圖庫、虛擬仿真等，使學生能更好理解抽象的形態結構。數碼顯微互動系統的引入，大大提高了實驗的便利性和趣味性，使得很多抽象枯燥的內容變得生動有趣起來。本文擬通過對比傳統實驗教學模式與顯微互動系統在動物學實驗教學中的實踐應用，探析顯微互動系統在動物實驗教學中的優勢，期望發揮更佳的教學效果。

1 傳統實驗教學的特點與局限性

傳統的動物學實驗課的教學模式為教師先講授理論知識，例如實驗器材的使用、實驗步驟、觀察要點、注意事項等，同時借助于掛圖、標本等讓學生理解生物的內部結構[1]，然后學生開始動手實踐。這種傳統授課模式有其獨特的優勢，如以教師為中心，上課節奏容易把控和聚攏；老師憑借其個人魅力可以帶動整個課堂的氣氛；在人數較少的課堂上師生互動比較容易，解答問題也方便。但是傳統模式也存在很多弊端，如理論性比較強，描述抽象，特別是一些比較細微的結構，如蚯蚓的喇叭狀腎口[1]，部分學生在顯微鏡下找不到目標結構，即便按照實驗手冊要求“在體壁上用鑷子提取絨毛狀物”，也未必能找到。還有渦蟲焰細胞的尋找，盡管老師已經詳細講解細胞的形態及所在的位置，但是許多學生用蓋玻片壓碎渦蟲后，顯微鏡下就是一片糊狀物，完全找不到焰細胞。此類情況在脊椎和無脊椎動物實驗中頻頻發生。還有一大弊端，高校課堂往往上課人數比較多，特別是動物學實驗課，本校高峰時一個班有66名學生上課，如此龐大的課堂，一兩個老師僅僅依靠手口相傳的傳統教學模式根本無法兼顧，學生的各種問題也得不到很好的解答。

另外一個弊端是資源浪費。學生在實操過程中會有各種各樣的問題，老師在教室中穿梭巡回，答疑解惑，但很多時候回答的都是同一個問題，既浪費了時間也不利于教師提煉共性問題；期末考試時，需要學生按要求指出相應的結構，如蒼蠅的平衡棒、蜜蜂的翅鉤列等，傳統的考試方式需要老師走到每一位學生旁邊，讓學生從顯微鏡中指出相應的結構，老師再去看顯微鏡核對答案是否正確，但是顯微鏡目鏡只能容下一個人使用，所以在目標結構所在位置溝通的過程中就存在很大的爭議，沒有辦法判定學生是否真的找到了目標結構。

2 智能顯微互動系統在實驗教學中的優勢與弊端

2.1 智能顯微互動系統的優勢

無線智能顯微互動系統的引入解決了前面提到的一系列問題。實驗室從2012年開始引入Motic顯微互動教學實驗系統，2021年升級改造后引入3.0版本。該互動系統具有教師圖像、微觀圖像、教學求助等主要模塊，還有作業提交、現場批改等輔助功能，在生物學實驗教學中優勢明顯，充分實現師生互動，教師可迅速而有效地對全體或個別學生給予指導和幫助，為課堂教學提供了良好的教學、溝通和檢驗手段（圖1和圖2）。

圖1 中山大學生物學實驗教學中心動物學實驗室

圖2 智能顯微互動系統教師端

2.1.1 兼顧課堂所有學生教師機裝有DigiLab 3.0-Teacher教學軟件，進入軟件后，使用“強制示范”功能，可以控制所有學生面前的顯示圖像，教師端的PPT、視頻或者操作過程都可以通過“教學示范”功能傳輸到學生端，避免距離較遠的學生因為看不清而脫離課堂節奏。而且，在學生進行實操的過程中，教師利用“學生圖像”功能就可以分組或者全部查看學生顯微鏡下的圖像，并可以實現在線指導，如果發現哪個學生顯微鏡下的結構比較典型，還可以直接挑出來，并利用“教學示范”功能馬上示教給全部學生，實現教學資源便捷共享。

2.1.2 解決資源浪費的問題學生在實驗過程中有什么問題，亦可以通過“教學求助”按鈕將問題反饋給老師，老師可以實現“一對一”輔導。同樣，如果問題比較典型，或者同一個問題問的比較多的話，教師端又可以使用“教學示范”功能集體講解，節約了課堂時間，提高了教學效率。

有些實驗項目需要學生繪制整個或者部分動物結構。以往都是學生在顯微鏡下邊觀察邊動手畫圖，如課堂上完不成就只能憑記憶繪圖。現在學生可以用系統中的“拍照”功能，將自己需要的各種圖片拍下帶回去慢慢研究、繪圖，加深了印象且節省了課堂時間。

考試時，學生在顯微鏡下找到目標結構后也可以拍照保存，并通過“編輯”功能，用箭頭指出目標結構，然后使用“作業提交”功能統一提交到教師機終端，教師可以在教師端統一批改，節省時間（圖3）。

圖3 智能顯微互動系統學生端

在10多年的教學探索中，老師和學生已經能很好地掌握該系統在動物學實驗教學中的應用，并且利用系統的各項功能將傳統實驗教學與科技創新結合起來，使該教學模式發揮出最大優勢。

2.2 智能顯微互動系統的弊端

雖然顯微互動系統在實驗教學過程中發揮了重要作用，但也存在一些弊端。

由于各高校引入的顯微互動系統品牌不同，存在問題也各有不同，例如有的系統出現圖片上傳延遲現象[2]，有的認為部分年齡偏大的老師操作困難[3]等。本校實驗室使用的智能顯微互動系統存在一些技術弊端，影響教學體驗，亟待研發部門解決。

一是生物顯微鏡和體視顯微鏡（解剖鏡）不能在顯示器上自由切換，只能單獨使用，這給課堂教學帶來諸多不便，因為許多實驗項目需要兩種顯微鏡同時使用，不斷切換就會浪費課堂操作時間。

二是大課堂人數較多，同時上課時，多人同時使用該系統時會發生個別顯微圖像不能顯示或者延遲顯示的現象，每次都要調試才能恢復。

三是系統自帶的部分軟件功能如畫圖、測量等功能不夠完善，使用起來略顯笨拙，沒有做到與時俱進。

3 總結

動物學實驗是高校生命科學專業不可或缺的基礎必修實驗課程，提高實驗課的教學水平與質量對提升學生的科研興趣、培養創新型人才具有重要作用，特別是對中山大學剛剛開始的“大類培養”教學改革有著舉足輕重的作用。實驗課程發展要將傳統與現代相結合，嘗試將微課、虛擬仿真等手段與顯微互動系統相結合[4]，優化教學項目，使實驗課的教學質量進一步提高。