顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)在發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用

林政+林清強(qiáng)+蔡釩

摘要：發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是發(fā)育生物學(xué)理論教學(xué)的重要補(bǔ)充。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，運(yùn)用顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能有效增強(qiáng)師生間的互動(dòng)交流，實(shí)現(xiàn)資源共享，并提高課堂教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng) 發(fā)育生物學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

近幾年，發(fā)育生物學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最為迅速的一門學(xué)科。國(guó)內(nèi)高等院校也在本科高年級(jí)中開設(shè)了發(fā)育生物學(xué)這門課程，但由于種種原因，開展發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的院校并不多。有幸的是，在開設(shè)發(fā)育生物學(xué)之前，福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院就有了《胚胎學(xué)》這門課程，并且在2007年就開始應(yīng)用顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

在傳統(tǒng)的發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師使用普通光學(xué)顯微鏡，存在師生間缺乏互動(dòng)交流、觀察到的圖像不能有效保存、課堂效率低下等問(wèn)題。隨著圖像數(shù)碼化技術(shù)的發(fā)展及其在顯微領(lǐng)域中的運(yùn)用，顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)也隨之出現(xiàn)。顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)在發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用很好地解決了傳統(tǒng)發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題。

一、顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)的組成

顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)的硬件組成有教師主控電腦1臺(tái)，教師顯微鏡1臺(tái)，學(xué)生電腦及顯微鏡各48臺(tái)（福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的配置現(xiàn)狀），投影儀及大屏幕；顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)的軟件組成有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)碼顯微系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)。

1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能讓教師的主控電腦控制學(xué)生的電腦，將學(xué)生觀察到的圖像投放到大屏幕上。同時(shí)，教師也能接收到學(xué)生的反饋，如提問(wèn)等。

2.數(shù)碼顯微系統(tǒng)

教師和學(xué)生的顯微鏡都配有內(nèi)置攝像頭，通過(guò)其所連接的電腦軟件進(jìn)行攝像、錄像、存貯、調(diào)入圖像等操作。

3.圖像處理系統(tǒng)

學(xué)生可以根據(jù)需要，在圖像處理系統(tǒng)上設(shè)置參數(shù)。如自動(dòng)曝光、白平衡等，以提高圖像的清晰度或?qū)Ρ榷鹊取?/p>

二、顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)在發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

1.提高師生互動(dòng)交流

在傳統(tǒng)的發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用無(wú)顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)，教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間缺乏交流。如在觀察標(biāo)本切片過(guò)程中，教師不清楚學(xué)生有沒(méi)有看清楚標(biāo)本的切片過(guò)程，及學(xué)生顯微鏡視野下的圖像結(jié)構(gòu)。

通過(guò)顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)，即使學(xué)生不主動(dòng)提問(wèn)，教師也可以直接在主控電腦上看到學(xué)生顯微鏡視野下的圖像，可以及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)效果。如在觀察哺乳動(dòng)物卵巢結(jié)構(gòu)的切片時(shí)，由于原始卵泡與早期初級(jí)卵泡較為相似，學(xué)生容易混淆。學(xué)生將觀察結(jié)果拍攝并保存，保存的名稱是原始卵泡，但是實(shí)際的圖像是早期初級(jí)卵泡，這就說(shuō)明學(xué)生沒(méi)有區(qū)分原始卵泡和早期初級(jí)卵泡。發(fā)現(xiàn)這樣的情況后，教師應(yīng)及時(shí)給予糾正，變“學(xué)生被動(dòng)提問(wèn)”為“主動(dòng)指導(dǎo)”。另外，在觀察哺乳動(dòng)物卵巢結(jié)構(gòu)的切片過(guò)程中，學(xué)生碰到疑問(wèn)時(shí)，也能直接在操作界面上向教師提問(wèn)。

2.實(shí)現(xiàn)資源共享

在運(yùn)用無(wú)顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)時(shí)，每位學(xué)生各自使用一臺(tái)顯微鏡，一旦發(fā)現(xiàn)了典型的結(jié)構(gòu)，卻無(wú)法即時(shí)與其他同學(xué)共享，即使要共享，也只能一個(gè)一個(gè)地輪流使用顯微鏡觀察，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多位學(xué)生同時(shí)觀看圖像，更不能針對(duì)圖像進(jìn)行討論。另外，無(wú)顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)無(wú)法存儲(chǔ)典型結(jié)構(gòu)的圖像，學(xué)生只能在實(shí)驗(yàn)中看到，如需要觀察，學(xué)生只能重新定位尋找。

在顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)中，教師可以通過(guò)主控電腦將個(gè)別學(xué)生觀察到的典型結(jié)構(gòu)的圖像投放到大屏幕上，或通過(guò)教學(xué)廣播直接顯示在每個(gè)學(xué)生的電腦屏幕上，讓每位學(xué)生都能看到。另外，學(xué)生也可以拍攝、存儲(chǔ)觀察到的圖像，以便隨時(shí)可重新調(diào)入或遠(yuǎn)距離傳輸。

由于發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀察切片所看到的圖像都有二維圖像，所以不論是胚胎，還是器官，呈現(xiàn)出來(lái)的都是立體結(jié)構(gòu)，且制備切片時(shí)所切的部位、角度、切片的厚度以及染色等原因，導(dǎo)致不同的學(xué)生觀察同一器官時(shí)，所取的切片不同，各自在顯微鏡視野中的圖像也不完全一樣。如觀察草魚卵巢的切片時(shí)，第III時(shí)相的卵，只有經(jīng)過(guò)細(xì)胞核中央的切片，學(xué)生才能看到細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)外圍的小液泡、細(xì)胞質(zhì)中正在形成的卵黃、核膜、細(xì)胞核內(nèi)分散存在的核仁等結(jié)構(gòu)。但是草魚的卵比較大，切片所經(jīng)過(guò)的部位不同，學(xué)生觀察的結(jié)構(gòu)完全不同。又如觀察3毫米蛙胚的連續(xù)切片時(shí)，由于垂體本身很小，切片的厚度有7納米，只有正好經(jīng)過(guò)垂體的切片，學(xué)生才能看到垂體的結(jié)構(gòu)，不然是看不到的。在這種情況下，教師可以通過(guò)資源共享形式，讓每位學(xué)生都能觀察到典型的結(jié)構(gòu)。

3.提高課堂教學(xué)效率

課堂教學(xué)效率包括兩個(gè)方面，即學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和教師的教學(xué)效率。在無(wú)顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生各自使用一臺(tái)普通光學(xué)顯微鏡，只能看到自己顯微鏡視野中的圖像，不能同時(shí)看到其他同學(xué)顯微鏡下的圖像，無(wú)法進(jìn)行對(duì)照、比較，導(dǎo)致學(xué)生分析問(wèn)題時(shí)不全面，或者不能抓住根本原因，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法起到輔助理論教學(xué)的目的，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率得不到提高。如果一位學(xué)生有疑問(wèn)時(shí)，教師可以上前指導(dǎo)釋疑，但如果有多位學(xué)生存在類似疑問(wèn)時(shí)，教師只能一遍又一遍地重復(fù)回答。如果同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的學(xué)生需要教師指導(dǎo)時(shí)，教師只能先回答距離自己較近學(xué)生的問(wèn)題，然后再指導(dǎo)距離自己較遠(yuǎn)的學(xué)生。這樣會(huì)浪費(fèi)較多的教學(xué)時(shí)間，導(dǎo)致教師的教學(xué)效率低下。

在發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)時(shí)，教師從主控電腦上就能及時(shí)接受和回答學(xué)生的提問(wèn)。如果電腦屏幕上顯示出典型結(jié)構(gòu)的圖像時(shí)，學(xué)生不用離開自己的位置，就能看到相鄰?fù)瑢W(xué)電腦屏幕上的圖像。教師也可以將圖像投放到大屏幕上，或者通過(guò)教學(xué)廣播直接顯示在每位學(xué)生電腦的屏幕上，讓全班學(xué)生一起觀察。這樣，即使不同的學(xué)生拿到的切片不一樣，經(jīng)過(guò)對(duì)照、比較后，也能理解相應(yīng)的知識(shí)。如果有超過(guò)3個(gè)學(xué)生提出相同的問(wèn)題，教師直接可以將答案投放到大屏幕上，面對(duì)全班學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。如此這般，大大提高了課堂教學(xué)效率，且減輕了教師的工作量。

三、顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)用中存在的問(wèn)題

1.教學(xué)方法有待改進(jìn)

雖然顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)在顯微觀察的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有諸多的優(yōu)勢(shì)，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)重要的輔助手段，但是教師還需進(jìn)一步探索與之相適應(yīng)的教學(xué)方法。筆者嘗試了兩種教學(xué)方法，現(xiàn)闡述如下：

在使用第一種教學(xué)方法時(shí)，筆者將一節(jié)課內(nèi)學(xué)生要觀察的切片中典型結(jié)構(gòu)的圖像制成PPT直接展示，并詳細(xì)講解其特點(diǎn)，然后讓學(xué)生自行觀察，筆者隨堂指導(dǎo)。

在使用第二種教學(xué)方法時(shí)，筆者不將典型結(jié)構(gòu)的圖像制成PPT直接展示，而是將切片直接置于教師數(shù)碼顯微鏡上，然后把圖像投放到大屏幕上。接著，筆者引導(dǎo)學(xué)生從低倍到高倍，從左到右，從上到下，找到典型的結(jié)構(gòu)，并在找的過(guò)程中比較非典型的異同點(diǎn)。但是使用這種方法所需的時(shí)間較多，如果一節(jié)課內(nèi)要觀察的切片較多，講課的時(shí)間就會(huì)超過(guò)學(xué)生真正觀察切片的時(shí)間。學(xué)生觀察的時(shí)間不足，學(xué)習(xí)效果自然不盡如人意。

2.設(shè)備的管理與更新

顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)由硬件與軟件兩大部分組成，硬件支持軟件的使用，硬件的損壞直接影響軟件的應(yīng)用，也直接影響課堂教學(xué)。但是，長(zhǎng)期使用硬件，不可避免地會(huì)出現(xiàn)老化，甚至損壞等情況，所以教師要加強(qiáng)日常管理與維護(hù)。最后，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代快，即使維護(hù)效果好，軟件升級(jí)了，硬件也得更換。

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（作者單位：福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院）