顯微互動系統(tǒng)在生物實驗教學(xué)中的應(yīng)用

何 濱，金映虹

(海南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，海口 571158)

顯微互動系統(tǒng)在生物實驗教學(xué)中的應(yīng)用

何 濱，金映虹

(海南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，海口 571158)

利用顯微互動教學(xué)系統(tǒng)實時顯示、全程監(jiān)控、互動多樣、反饋及時等特點，將現(xiàn)代信息技術(shù)與生物學(xué)實驗教學(xué)相融合，對傳統(tǒng)教學(xué)進行改革，促進教師與學(xué)生之間的溝通交流，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生實踐技能。該系統(tǒng)的應(yīng)用顯著提高了實驗教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，促進學(xué)生對生物學(xué)基本概念的與深入理解，但同時也對教師的教學(xué)方法和管理能力提出更高要求。

顯微互動教學(xué)系統(tǒng)；生物實驗；應(yīng)用；管理

顯微互動教學(xué)系統(tǒng)作為一種新型教學(xué)手段，通過先進的數(shù)碼攝像、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)，使傳統(tǒng)教學(xué)中教師與學(xué)生相互獨立的實驗個體，以教師端為中心，將學(xué)生端輻射狀連接起來，形成網(wǎng)絡(luò)化一體化的有機教學(xué)系統(tǒng)。改變了傳統(tǒng)教學(xué)方式，在全國高校得到了廣泛的推廣和應(yīng)用[1-3]，并顯著提高了實驗教學(xué)效率[4]。海南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院于2011年新建Motic數(shù)碼顯微互動實驗室，該互動系統(tǒng)由1個教師端和25個學(xué)生端組成，基本滿足日常本科實驗分組教學(xué)的需求。

1 顯微互動教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用特點與優(yōu)勢

1.1 示教直觀，方法豐富多樣

傳統(tǒng)實驗教學(xué)基本是教師先利用板書簡單講解本次實驗課程的目的、原理、操作，然后安排學(xué)生自行實驗觀察。這樣的教學(xué)方式較為枯燥單一，學(xué)生在聽講過程中容易開小差，忽略實驗操作中的關(guān)鍵步驟和注意事項，對于實驗要求觀察的細胞結(jié)構(gòu)或組織沒有明確的概念，導(dǎo)致實驗興趣不大，目的性不強。而顯微互動教學(xué)系統(tǒng)以其強大的多媒體互動系統(tǒng)極大地豐富了教師的示教過程，教師可以利用生動多樣的圖文向?qū)W生講解實驗流程，激發(fā)學(xué)生的實驗熱情，并且在演示操作過程中，直觀高效地引導(dǎo)學(xué)生如何一步步觀察到目的結(jié)構(gòu)。

以觀察細胞核為例：教師可以在講解過程中先利用PPT課件、視頻等方式對實驗教學(xué)的目的、原理進行講解；然后使用預(yù)先準(zhǔn)備好的切片，通過教師端顯微鏡的操作及演示，將顯微鏡的畫面同步到投影儀及學(xué)生電腦屏幕中，利用直觀動態(tài)的畫面演示，指導(dǎo)學(xué)生如何從低倍鏡到高倍鏡一步步去尋找目標(biāo)結(jié)構(gòu)，并且在演示過程中對學(xué)生進行引導(dǎo)，將其理論課知識應(yīng)用到實驗課中，對典型結(jié)構(gòu)進行深入講解示范。這樣一方面可以加固學(xué)生所學(xué)知識，另一方便也激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生在接下來的操作中帶著明確的目的去進行實驗，避免所學(xué)的理論知識與實踐嚴(yán)重脫節(jié)。

1.2 實時監(jiān)控，提高教學(xué)效率

顯微互動系統(tǒng)的主要功能之一就是實時監(jiān)控。教師通過教師端軟件可以同時監(jiān)控所有學(xué)生的顯示畫面，根據(jù)需要將監(jiān)視窗口切換成2×2、3×3或全部顯示，也可以對特定的某一個學(xué)生畫面進行全屏顯示，利用內(nèi)置指針和按鍵對學(xué)生端進行操作、鎖定和傳送等動作。實時監(jiān)視系統(tǒng)極大地增強了教師對學(xué)生實驗過程及結(jié)果的監(jiān)控和把握，有利于及時發(fā)現(xiàn)并解決學(xué)生在實驗中出現(xiàn)的問題[5]。

以往實驗過程中，學(xué)生利用單獨的顯微鏡觀察，在觀察中出現(xiàn)疑問，只能舉手示意教師過來解答，一堂實驗課下來，教師基本都是奔波于各個學(xué)生之間，逐個協(xié)助輔導(dǎo)，并且在解答過程中，教師只能通過觀察學(xué)生切片去了解學(xué)生疑問，這種單一獨立的切片觀察模式限制了師生之間的溝通，加上學(xué)生往往對問題表述不清，這樣容易造成彼此間交流困難[6]。部分學(xué)生對一些結(jié)構(gòu)概念似是而非，往往容易將錯誤的結(jié)構(gòu)當(dāng)作正確的實驗?zāi)繕?biāo)去觀察，由于缺乏對學(xué)生觀察過程的實時監(jiān)控，教師無從得知每個學(xué)生的具體觀察情況，也就不能及時給予學(xué)生正確指導(dǎo)，糾正其錯誤。還有一些學(xué)生因為找不到目的結(jié)構(gòu)，又無法及時得到教師的指導(dǎo)，就干脆照教材上的模式圖進行繪圖，為應(yīng)付實驗報告馬虎了事。因此，這種傳統(tǒng)的個體獨立實驗系統(tǒng)既增加教師的工作量，又得不到有效的教學(xué)效果。

以微生物實驗中觀察霉菌為例，學(xué)生在觀察切片的時候經(jīng)常混淆不同種屬霉菌特征結(jié)構(gòu)。以往傳統(tǒng)教學(xué)中，由于教師分身乏術(shù)，無法顧及到所有人的觀察結(jié)果。因此，許多學(xué)生在概念不清的情況下，加之長時間觀察顯微鏡容易眼部疲勞，就放棄對切片進行觀察，轉(zhuǎn)而臨摹教材上的模式菌株以完成實驗報告。然而，在今后的實驗研究中需要對未知霉菌進行初步鑒定時，學(xué)生由于沒有深刻理解掌握各菌屬的結(jié)構(gòu)特征，很容易出現(xiàn)無從下手甚至鑒定錯誤等情況。

在顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)教學(xué)中，教師通過監(jiān)控屏幕就可以掌握全體學(xué)生的實驗進度和操作情況。除了學(xué)生的問題能及時得到教師解答外，教師也可以迅速發(fā)現(xiàn)學(xué)生中普遍容易出現(xiàn)的錯誤或問題，通過互動系統(tǒng)進行針對性的講解和指導(dǎo)，并引導(dǎo)學(xué)生解決問題，改變了傳統(tǒng)教學(xué)中教師圍著學(xué)生轉(zhuǎn)，被動解答問題的局面，極大提高教學(xué)效率，也同時避免一些學(xué)生出現(xiàn)應(yīng)付實驗不認真操作的情況[7]。

1.3 互動充分，實現(xiàn)資源共享

在實驗過程中，對于一些學(xué)生制作的優(yōu)秀的切片，教師可以通過互動系統(tǒng)教師端向全體學(xué)生進行示范展示，既肯定了學(xué)生實驗的成果，又激勵其他學(xué)生認真實驗。另外，還可以通過不同學(xué)生切片圖像的同步比對或者與模式切片圖像對比[8]，及時對學(xué)生的實驗結(jié)果進行反饋。對于制作較好圖像清晰的切片，總結(jié)實驗成功的經(jīng)驗；對于制作較差的切片，與學(xué)生共同討論分析，歸納失敗的原因，糾正其實驗過程中出現(xiàn)的操作失誤。通過實驗結(jié)果的對比分析，使學(xué)生更深刻地認識實驗操作特別是其中的關(guān)鍵步驟，對于結(jié)果的重要性，充分把握整個實驗技術(shù)要點；教師也更加了解學(xué)生在實驗中容易出現(xiàn)的操作失誤，在今后的教學(xué)工作中更有所側(cè)重地指導(dǎo)學(xué)生。除了教師與學(xué)生之間的互動，學(xué)生與學(xué)生之間也可以通過相互的計算機顯示屏對彼此的實驗結(jié)果進行交流，極大地活躍課堂氣氛，提高學(xué)生動手的積極性，加深學(xué)生對實驗的理解。

由于傳統(tǒng)實驗教學(xué)缺乏攝像機、電腦等設(shè)備輔助，切片觀察基本都是“看完就完”，無法對觀察結(jié)果進行拍照保存，特別一些優(yōu)秀的切片就白白浪費了。利用顯微互動系統(tǒng)，就可以對觀察畫面進行圖像保存，特別是一些結(jié)構(gòu)典型、視野清晰、染色效果好的切片圖像。保存好的圖片可以通過提交作業(yè)系統(tǒng)上傳到教師計算機中，教師一方面可以將學(xué)生上傳的圖片作為平時實驗操作評分依據(jù)，另一方便可以將圖片整理保存，作為資料庫豐富今后的教學(xué)資源，特別是一些不容易觀察到的細胞結(jié)構(gòu)，可作為日后授課的范例進行展示[9]。

2 顯微互動教學(xué)系統(tǒng)的管理與維護

2.1 加強安全管理，保證系統(tǒng)穩(wěn)定

由于顯微互動系統(tǒng)配備多臺顯微鏡、攝像頭及計算機，價格昂貴，需要加強安全管理，因此，我院專門安排實驗員對其進行管理。

管理人員專人負責(zé)保管顯微互動教室的鑰匙，不允許隨意外借。每學(xué)期開學(xué)之初，管理員需認真檢查顯微鏡、計算機的是否正常運行。每次上課前準(zhǔn)備好教學(xué)系統(tǒng)以供使用，上課結(jié)束后鎖好門窗，嚴(yán)格防盜。

制定顯微互動教室安全衛(wèi)生制度，要求穿著實驗服進入教室，不允許攜帶飲料、食物等，不允許在教室使用明火。由于顯微鏡和計算機是精密儀器及電子產(chǎn)品，必須保證其干燥不受潮，避免化學(xué)試劑腐蝕。因此，顯微互動教室只進行切片觀察，其他操作如試劑配制、實驗材料處理、切片制作等均要求在普通實驗室中進行。每次實驗觀察結(jié)束后，安排學(xué)生值日，認真打掃清潔教室。

為防止學(xué)生使用計算機進行與實驗無關(guān)的操作，管理人員將計算機設(shè)定為局域網(wǎng)，不允許進入外網(wǎng)。在每臺計算機中裝備還原卡，避免學(xué)生隨意安裝卸載軟件，保證計算機及系統(tǒng)軟件的穩(wěn)定運行。不允許學(xué)生自行使用U盤或其他移動存儲設(shè)備進行圖像數(shù)據(jù)拷貝，學(xué)生作業(yè)必須先提交到教師端計算機中，再由管理員使用專門配備的U盤進行數(shù)據(jù)拷貝和發(fā)放。另外，管理員還需定期對計算機進行殺毒掃描，保證計算機使用安全。

2.2 注重儀器維護，規(guī)范使用操作

每學(xué)期實驗課開課前，管理員需對初次使用的教師、學(xué)生及負責(zé)教學(xué)實習(xí)的研究生進行互動系統(tǒng)的培訓(xùn)，強調(diào)注意事項，保證他們能正確、熟練的使用操作系統(tǒng)。

制定儀器使用登記制度。將學(xué)生端逐一編號，要求學(xué)生按照所使用的學(xué)生端編號進行使用登記，記錄使用日期、時間、實驗項目并且簽名，便于管理員掌握儀器使用情況。實驗結(jié)束后，管理員逐一檢查學(xué)生端，發(fā)現(xiàn)問題比如油鏡使用完畢沒有進行清潔、顯微鏡沒關(guān)閉電源或計算機沒關(guān)機等，可迅速查找到使用人，及時進行教育批評。這種使用登記、責(zé)任到人的管理方式，一方面增強學(xué)生安全意識，規(guī)范其使用操作，培養(yǎng)良好的實驗習(xí)慣，另一方面也有效減小儀器耗損，提高儀器完好率，保證系統(tǒng)運行良好。

由于南方氣溫高，濕度大，對于精密儀器，特別是顯微鏡的維護增加難度。因此，特為顯微互動教室配備了空調(diào)及除濕機，管理員定期對教室進行降溫除濕，特別是寒暑假期間，更是加強除濕及系統(tǒng)維護，防止顯微鏡及計算機受潮，保證互動系統(tǒng)正常運行。

3 結(jié)束語

顯微互動教學(xué)系統(tǒng)在顯著提高了實驗教學(xué)效率的同時，但也存在一些問題需要得到注意。比如由于計算機的使用頻率增加，教師過分依賴多媒體，而忽視傳統(tǒng)教學(xué)的授課技能，比如板書設(shè)計等[10]；而學(xué)生利用攝像系統(tǒng)可以直接獲取圖像，容易忽略生物繪圖等基本實驗技能等。這些問題對教師提出了更高的要求，即如何在今后的教學(xué)中通過協(xié)調(diào)引導(dǎo)，將實驗課教學(xué)中的傳統(tǒng)手段與現(xiàn)代科技有效結(jié)合，取長補短，使其發(fā)揮最佳效果。另一方面，也對實驗室管理人員提出更高要求，除了熟練操作顯微鏡和計算機，還要掌握一定的計算機硬件知識，能夠排查簡單故障。

顯微互動系統(tǒng)是新型的教學(xué)手段，已經(jīng)在多種生物實驗教學(xué)如細胞生物學(xué)、微生物學(xué)、植物學(xué)、遺傳學(xué)實驗中得到普遍應(yīng)用，實現(xiàn)了現(xiàn)代化教學(xué)的目標(biāo)，極大促進師生之間的溝通交流，激發(fā)學(xué)生實驗興趣，加強理論知識與實踐知識相結(jié)合，促進學(xué)生對生物學(xué)知識基本概念的理解與深入。在今后的實驗教學(xué)中，將不斷探索更好地將顯微互動教學(xué)系統(tǒng)與生物學(xué)實驗教學(xué)融合，進一步提高實驗教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，使其發(fā)揮更好的教學(xué)效果。

[1]毛海霞, 楊利艷. 數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用及管理[J]. 實驗室科學(xué), 2012, 15(3): 164-166.

[2]石雪芹, 沈廣爽, 王宏剛. 顯微互動教學(xué)系統(tǒng)在植物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用及管理[J]. 實驗室科學(xué), 2011, 14(4): 76-77.

[3]齊桂蘭, 施心路, 劉桂杰. 數(shù)字顯微互動系統(tǒng)在動、植物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 生物學(xué)通報, 2009, 44(1): 44-45.

[4]鄒維艷, 孫美群, 嚴(yán)海芹. 顯微數(shù)碼互動實驗室在組織學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用效果[J]. 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育, 2012, l4(4):308-310.

[5]喬海蓮, 卿素珠, 張琪. 數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)在動物組織學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 高等農(nóng)業(yè)教育, 2011, 6(6): 64-67.

[6]葉劍爾. 數(shù)碼顯微互動實驗室在微生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 藥學(xué)教育, 2011, 27(6): 51-53.

[7]謝銘. 運用生物顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)創(chuàng)新生物實驗教學(xué)[J]. 中國教育技術(shù)裝備, 2012(15): 120-121.

[8]王燁, 蒲紅偉. 淺談顯微數(shù)碼互動技術(shù)在病理學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 長江大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版, 2012, 9(6): 59-60.

[9]胡國元, 胡婧, 朱雄偉. 顯微數(shù)碼互動實驗室系統(tǒng)在微生物實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 武漢工程大學(xué)學(xué)報, 2010, 32(10): 103-106.

[10]邵菊芳, 冷云偉, 朱紅威. 顯微互動實驗室在微生物實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 實驗室科學(xué), 2012, 15(5): 123-124.

Application of Microscopic Interactive Teaching System in Biological Experiment Teaching

HE Bing, JIN Yinghong

(College of Life Science, Hainan Normal University, Haikou 571158, China)

Microscopic interactive teaching system makes modern information technology fuse into biological experiment teaching, by taking advantage of the system’s features such as real-time display, process monitor, interactive and timely feedback. To reform the traditional teaching, the system could improve the communication between teachers and students, inspire the students’ interest in learning, enhance students’ practical skills. Using the system could largely enhance the efficiency and quantity of experimental teaching, improve the comprehension of the biological basic conception. On the other side, it also demands a higher requirement of teaching methods and lab management.

microscopic interactive teaching system; biological experiment; application；management

2014-05-05

何 濱(1962-)，男，助理實驗師，主要從事實驗室管理工作。

Q-331；G642.423

B

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.012