顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)：高中生物全新的教學(xué)模式

周井花

摘 要： 顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)與高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，具有突出的優(yōu)勢(shì)。如使學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)，課堂氣氛活躍；實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生；隨時(shí)拍攝圖像，對(duì)比保存圖像；準(zhǔn)確量化數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果科學(xué)；拓寬課本實(shí)驗(yàn)，提高創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞： 高中生物 教學(xué)模式 數(shù)碼顯微鏡 顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)

高中生物教材（人教版）有24個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中9個(gè)實(shí)驗(yàn)要使用顯微鏡觀察。目前，大多數(shù)高中仍然使用的是普通光學(xué)顯微鏡，使用過程中存在很多缺陷。如教師對(duì)各小組的問題難以及時(shí)做出指導(dǎo)、各小組的成果難以交流、好的圖像難以對(duì)比與保存、課堂教學(xué)效率比較低等。

筆者所在的學(xué)校于2014年9月異地新建，新建了顯微數(shù)碼互動(dòng)生物實(shí)驗(yàn)教室。其中包含的數(shù)碼顯微鏡是在光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)上多一個(gè)攝像頭，外部與電腦相連，可把拍攝的圖像與錄像保存后提交作業(yè)。學(xué)生提交的作業(yè)會(huì)在教師的電腦屏幕上顯示，教師可以針對(duì)各組實(shí)驗(yàn)情況展開教學(xué)。新建的顯微數(shù)碼互動(dòng)生物實(shí)驗(yàn)教室除了包含數(shù)碼顯微鏡與電腦以外，還有投影儀、屏幕、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)控制軟件（視頻、語音、網(wǎng)絡(luò)通訊控制）、教師端高級(jí)圖像軟件和學(xué)生端獨(dú)立圖像軟件，它能實(shí)現(xiàn)一對(duì)一、一對(duì)多的互動(dòng)溝通教學(xué)模式。顯微數(shù)碼互動(dòng)生物實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)生物實(shí)驗(yàn)室的差別，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止“互動(dòng)”一詞。下面以這一年來學(xué)生的實(shí)驗(yàn)反饋，介紹利用顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的突破性進(jìn)展與有待提高的方面。

一、顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

1.積極參與實(shí)驗(yàn)，課堂氣氛活躍

高中第一節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課“檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”，其中脂肪鑒定（用顯微鏡觀察子葉細(xì)胞的脂肪著色情況）需要用顯微鏡觀察細(xì)胞著色后的脂肪顆粒。學(xué)生只用了十五分鐘的時(shí)間就初步學(xué)會(huì)了數(shù)碼顯微鏡的基本使用方法。生物實(shí)驗(yàn)課采用的是分組實(shí)驗(yàn)的方式，每組3—4人，利用傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡觀察實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往是一至兩個(gè)學(xué)生起主導(dǎo)作用，小組另外學(xué)生參與性并不強(qiáng)。華盛頓兒童博物館的墻上有一標(biāo)語：“我聽見了就忘記了，我看見了就記住了，我做過了就理解了?！彼?，實(shí)驗(yàn)必須自己親自動(dòng)手做才能更進(jìn)一步了解實(shí)驗(yàn)過程，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并在小組內(nèi)討論解決。現(xiàn)在小組一位學(xué)生在用數(shù)碼顯微鏡觀察時(shí)，其余學(xué)生可以通過電腦顯示屏觀看顯微成像，給組內(nèi)其他學(xué)生直觀地展示出一個(gè)微觀世界。組員也可以幫助指導(dǎo)調(diào)焦、移動(dòng)裝片找到合適部位觀察等，小組內(nèi)的合作意識(shí)更強(qiáng)了，課堂內(nèi)的討論氛圍更好了。

2.實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生

教師電腦屏幕上可以顯示所有學(xué)生電腦屏幕上的情況，這樣可以對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的進(jìn)度實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)問題可以及時(shí)指導(dǎo)。在“觀察洋蔥鱗片葉外表皮的質(zhì)壁分離與復(fù)原”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，筆者在主屏幕上發(fā)現(xiàn)有小組觀察到大量的氣泡；有小組細(xì)胞重疊，看不清單個(gè)細(xì)胞的情況；有小組物像只有輪廓，沒有填充紫色；有小組用蔗糖溶液處理后看不到質(zhì)壁分離的現(xiàn)象；有小組用清水處理質(zhì)壁分離的細(xì)胞看不到質(zhì)壁分離復(fù)原的現(xiàn)象等。此時(shí)，學(xué)生可以通過語音系統(tǒng)主動(dòng)向教師求助，教師可以不用來回走動(dòng)于各小組之間，直接利用師生對(duì)講模式進(jìn)行指導(dǎo)，被指導(dǎo)的學(xué)生可以聽到并與教師對(duì)話。各小組成員之間可以利用語音系統(tǒng)分組討論模式進(jìn)行交流，教師可隨時(shí)加入。對(duì)于教師電腦屏幕上觀察到表現(xiàn)比較好的小組與出現(xiàn)問題的小組，可以利用語音系統(tǒng)學(xué)生示范模式進(jìn)行交流，以兩位學(xué)生一對(duì)一的問答示范，所有其余學(xué)生都可以聽到談話內(nèi)容，但其他學(xué)生不能發(fā)言。當(dāng)實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生反饋的問題比較集中，學(xué)生難以解決時(shí)，教師可以利用全通話模式與全體學(xué)生講解，這樣坐在教室后面的學(xué)生也能聽得很清楚，教師可用較小的音量達(dá)到最好的授課效果。這種全新的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式，還可以不受座位的限制，師生之間、生生之間隨時(shí)可以對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探討與研究。

3.隨時(shí)拍攝圖像，對(duì)比保存圖像

數(shù)碼顯微鏡內(nèi)置500萬像素的攝像頭，通過“拍照”功能將學(xué)生鏡下的圖像拍攝并保存下來，然后學(xué)生提交給教師，保存時(shí)可以學(xué)生自定義名字命名。在“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，各小組學(xué)生把拍攝的最好圖像進(jìn)行調(diào)整大小、拼接（每張圖像只是拍到了實(shí)驗(yàn)材料的局部，通過拼接可以形成完整的圖像）、添加注釋后保存并提交給教師。教師選出幾張較好的圖像，與全班同學(xué)共享，便于學(xué)生正確認(rèn)識(shí)洋蔥根尖有絲分裂各個(gè)時(shí)期的特征。同時(shí)，教師選出幾張?zhí)厥獾膱D像，以便與大家分析產(chǎn)生這些錯(cuò)誤的原因。在“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，利用抽樣檢測(cè)法需要連續(xù)統(tǒng)計(jì)七天酵母菌的種群數(shù)量。實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生分組保存相關(guān)圖像，并記錄數(shù)據(jù)，第二天至第七天均有部分小組進(jìn)行相似操作，最后得出相關(guān)結(jié)果與結(jié)論。由于這個(gè)實(shí)驗(yàn)消耗時(shí)間長，不是每一屆學(xué)生都有條件做完每一步，且數(shù)碼顯微鏡下的血細(xì)胞計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)時(shí)的圖像對(duì)沒有掌握計(jì)數(shù)方法的學(xué)生來說是很好的觀察素材。因此，保存下來的圖像文件可長期使用，一定程度上可節(jié)約人力、財(cái)力，有利于把經(jīng)典的學(xué)生實(shí)驗(yàn)圖像與結(jié)果一屆屆傳承下去。

4.準(zhǔn)確量化數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果科學(xué)

在“觀察馬蛔蟲受精卵的有絲分裂固定裝片”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生在顯微鏡視野中找到兩個(gè)樣本中各時(shí)期的細(xì)胞并計(jì)數(shù)，以及計(jì)數(shù)細(xì)胞的總數(shù)，這樣可以計(jì)算出每個(gè)時(shí)期的細(xì)胞數(shù)占計(jì)數(shù)細(xì)胞總數(shù)的比例。假如使用普通的光學(xué)顯微鏡觀察，學(xué)生要移動(dòng)裝片計(jì)數(shù)，眼睛容易疲勞，會(huì)造成比較大的誤差。如果中間再換另一名學(xué)生繼續(xù)計(jì)數(shù)，誤差就會(huì)更大，所以往往得出的結(jié)果與結(jié)論不一定是科學(xué)的，違背了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性原則?，F(xiàn)在使用數(shù)碼顯微鏡，小組成員可以看電腦屏幕，由于有多名成員一起計(jì)數(shù)，可以做到準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果科學(xué)。在“觀察洋蔥鱗片葉外表皮的質(zhì)壁分離與復(fù)原”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以利用顯微鏡上的標(biāo)尺準(zhǔn)確量出細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離時(shí)，細(xì)胞的失水程度（細(xì)胞失水程度=原生質(zhì)體長度/細(xì)胞壁長度），這點(diǎn)在光學(xué)顯微鏡使用時(shí)是完全做不到的。當(dāng)然，數(shù)碼顯微鏡除了能對(duì)微觀材料進(jìn)行專業(yè)化測(cè)量，如長度、面積、半徑等，還可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)，打印報(bào)告。

5.拓寬課本實(shí)驗(yàn)，提高創(chuàng)新能力

數(shù)碼顯微鏡的基本操作較易被學(xué)生掌握，它的使用可以幫助學(xué)生節(jié)約部分實(shí)驗(yàn)時(shí)間，這樣實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生會(huì)有時(shí)間做課本實(shí)驗(yàn)的拓展。在“觀察洋蔥鱗片葉外表皮的質(zhì)壁分離與復(fù)原”學(xué)生實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生可以繼續(xù)探究洋蔥鱗片葉外表皮的細(xì)胞液濃度范圍，可以利用滴加10%、20%、30%、40%、50%的蔗糖溶液進(jìn)行質(zhì)壁分離的實(shí)驗(yàn)，然后把各組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做匯總，最后得出結(jié)論。學(xué)生也可以繼續(xù)探究不同物質(zhì)（如蔗糖溶液、硝酸鉀溶液、尿素溶液等）做外界溶液處理洋蔥鱗片葉外表皮后，利用顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)視頻錄像記錄細(xì)胞在其中的失水和吸水的情況。還可以把洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞換成內(nèi)表皮細(xì)胞重新做類似的實(shí)驗(yàn)，觀察與洋蔥鱗片葉外表皮實(shí)驗(yàn)結(jié)果的異同。這在很大程度上可以幫助學(xué)生對(duì)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)闹R(shí)點(diǎn)有更深入的理解，提高學(xué)生大膽設(shè)想，勇于嘗試，創(chuàng)新設(shè)計(jì)各種實(shí)驗(yàn)的能力。

二、顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題

1.管理方面

顯微數(shù)碼互動(dòng)生物實(shí)驗(yàn)教室才新建一年左右的時(shí)間，需要經(jīng)常對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行維護(hù)，包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的更新、軟件的更新，每次數(shù)碼顯微鏡使用完的維護(hù)工作等，筆者所在學(xué)校目前在這些方面做得不夠到位。

2.教師方面

經(jīng)過多年教學(xué)實(shí)踐，教師已經(jīng)熟悉使用光學(xué)顯微鏡，所以部分教師不愿意嘗試使用顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)。因?yàn)轱@微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)對(duì)教師提出了更高的要求，需要對(duì)相關(guān)軟件系統(tǒng)、數(shù)碼顯微鏡的使用等方面不斷學(xué)習(xí)與探索。當(dāng)然，由于顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)能拓寬課本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生探究的方面就更多了，因此上這樣的實(shí)驗(yàn)課對(duì)教師的課前備課要求更高了。

3.學(xué)生方面

新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備提高學(xué)生興趣的同時(shí)，也會(huì)對(duì)學(xué)生產(chǎn)生一些負(fù)面影響。如部分學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室的電腦上網(wǎng)瀏覽網(wǎng)頁導(dǎo)致學(xué)生在教師講解過程中開小差，部分學(xué)生對(duì)顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)只是掌握了初步的使用方法，學(xué)生不會(huì)使用新設(shè)備進(jìn)一步探究實(shí)驗(yàn)，還有部分學(xué)生用拍攝的圖像代替手畫的細(xì)胞圖，直接貼在實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)上，不利于學(xué)生識(shí)圖、畫圖能力提高。

顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)從根本上改善了高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將現(xiàn)代信息技術(shù)手段融入傳統(tǒng)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)。這套實(shí)驗(yàn)室設(shè)備畢竟是新生的事物，怎樣才能優(yōu)化利用它進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是所有高中生物教師今后工作中需要不斷摸索與研究的方面。

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