數(shù)碼互動(dòng)在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

于素芳 郭興啟 姚 建

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 山東泰安 271018

微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是以普通微生物學(xué)為理論基礎(chǔ)，訓(xùn)練學(xué)生掌握微生物學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作的基本技能，提高學(xué)生善于觀察、勤于思考和分析解決問(wèn)題的能力，以加深所學(xué)理論知識(shí)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生物學(xué)國(guó)家級(jí)示范中心所開設(shè)的微生物實(shí)驗(yàn)課程，面向生物工程、生物技術(shù)、環(huán)境工程、植物保護(hù)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)等專業(yè)學(xué)生，開設(shè)包括細(xì)菌簡(jiǎn)單染色及革蘭氏染色、芽孢染色及放線菌形態(tài)觀察、霉菌觀察及酵母菌計(jì)數(shù)、土壤樣品及牛奶樣品中微生物的培養(yǎng)、分離純化及顯微鏡形態(tài)觀察等實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)基本都需要借助顯微鏡。以往主要采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，教師通過(guò)黑板畫圖或掛圖等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行講解實(shí)驗(yàn)操作及需要觀察的內(nèi)容，學(xué)生按照教師講解的方法制作裝片，然后再用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察、畫圖，如遇到問(wèn)題教師進(jìn)行一一講解[1]。

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及多媒體現(xiàn)代化教育技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)碼互動(dòng)式教學(xué)已經(jīng)廣泛地運(yùn)用到病理學(xué)解剖、組織胚胎學(xué)、植物數(shù)字切片、微生物學(xué)、藥學(xué)等各個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域[2-4]。顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)將數(shù)碼顯微鏡與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合，具有交互式語(yǔ)音問(wèn)答、顯示圖像實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、圖像拍照、錄像截屏等功能，是微形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)技術(shù)的一項(xiàng)重要革新，顯微數(shù)碼互動(dòng)在各個(gè)微形態(tài)教學(xué)上的運(yùn)用均獲得了良好的教學(xué)實(shí)踐和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)[5,6]。

1 數(shù)碼互動(dòng)應(yīng)用于普通微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是教學(xué)改革需要

1.1 傳統(tǒng)微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

1.1.1 課堂教學(xué)效率低下

傳統(tǒng)微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作之前，教師在黑板上板書，然后一一為學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)步驟、方法及實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中易出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方，甚至演示實(shí)驗(yàn)操作。上課之前預(yù)習(xí)的學(xué)生還能聽懂十之六七；而那些從來(lái)不預(yù)習(xí)的學(xué)生聽起來(lái)更是一頭霧水，做起實(shí)驗(yàn)來(lái)還是不知道如何下手，實(shí)驗(yàn)期間遇到問(wèn)題也不知道如何解決，需要教師一遍一遍地幫學(xué)生逐一解答。上課效率不高，由于時(shí)間和精力有限，教師很難解決每個(gè)學(xué)生的每個(gè)問(wèn)題。

1.1.2 成績(jī)?cè)u(píng)定體制不完善

微生物實(shí)驗(yàn)成績(jī)一般分3個(gè)部分：實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和測(cè)驗(yàn)成績(jī)。在實(shí)際操作過(guò)程中往往由于班級(jí)人數(shù)較多(平均每班30人，有時(shí)甚至達(dá)到36，37人)，上課期間教師不停地指導(dǎo)學(xué)生操作，解決他們實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題，因此很難再逐一對(duì)每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行評(píng)分。所以大部分教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和測(cè)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定，成績(jī)?cè)u(píng)定會(huì)出現(xiàn)有失公允的情況。

1.2 數(shù)碼互動(dòng)應(yīng)用是微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的需要

微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目的就是為了提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、操作實(shí)驗(yàn)的技能以及撰寫報(bào)告和論文的能力，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新意識(shí)、探索精神。

1.2.1 改變機(jī)械式教學(xué)模式 提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

傳統(tǒng)教學(xué)模式過(guò)于單一、老套，師生互動(dòng)較少。借助現(xiàn)代化教學(xué)手段，引入多媒體后，通過(guò)播放幻燈片或網(wǎng)絡(luò)教學(xué)圖片或視頻，使抽象問(wèn)題直觀化，復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化。如革蘭氏染色實(shí)驗(yàn)中通過(guò)多媒體課件，學(xué)生可以直接看到作為陰性菌的代表染色后的大腸桿菌是紅色短桿狀，而作為陽(yáng)性菌代表的金黃色葡萄球菌則是紫色球狀像葡萄一樣成串的菌體，這樣學(xué)生可直觀地判斷自己所做實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否準(zhǔn)確。但這也僅僅解決一方面的問(wèn)題，由于上課人數(shù)較多，教師對(duì)每個(gè)學(xué)生操作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題很難一一講解，急切需要加強(qiáng)師生交流的教學(xué)工具。數(shù)碼互動(dòng)不僅可以使教師和學(xué)生點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互動(dòng)，也可將某一學(xué)生制作的裝片進(jìn)行放映，如在芽孢染色實(shí)驗(yàn)中，裝片做得好的學(xué)生所有的芽孢壁都是綠色的而菌體呈現(xiàn)紅色，這樣學(xué)生通過(guò)看這些制作標(biāo)準(zhǔn)的裝片就知道自己的不足之處，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高學(xué)習(xí)的積極性。

1.2.2 改革成績(jī)?cè)u(píng)定方式 建立科學(xué)合理的考核機(jī)制

傳統(tǒng)微生物實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定雖然也融入了實(shí)驗(yàn)操作因素，但由于顯微鏡等實(shí)驗(yàn)儀器的差別以及上課學(xué)生眾多、教師精力有限等各種原因無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)學(xué)生操作進(jìn)行評(píng)定。這樣可能出現(xiàn)平時(shí)不好好做實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲別人最后卻能拿到高分的情況，打擊了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，創(chuàng)新能力降低。數(shù)碼顯微鏡互動(dòng)系統(tǒng)可以采集顯微鏡內(nèi)容并制成圖片或視頻，是適應(yīng)微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的，教師可以直接從視頻或圖片中看到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，為建立科學(xué)合理的考評(píng)機(jī)制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 數(shù)碼互動(dòng)的組成及特點(diǎn)

2.1 數(shù)碼互動(dòng)的組成

農(nóng)業(yè)生物學(xué)示范中心的每個(gè)數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室均是由1個(gè)教師端和32個(gè)學(xué)生端組成。教師端和學(xué)生端型號(hào)分別為麥克奧迪BX51和BX41(相機(jī)500～1000萬(wàn)像素)、顯微鏡圖像分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)、放映機(jī)等，全套價(jià)值67萬(wàn)。數(shù)碼相機(jī)與顯微鏡相連，將顯微鏡觀察到的裝片拍攝后通過(guò)傳送系統(tǒng)將其傳到計(jì)算機(jī)顯示器上直接觀看，既可自動(dòng)采集顯微鏡下觀察的內(nèi)容，還可制成圖像視頻等內(nèi)容。學(xué)生端和教師端亦可進(jìn)行相互交流。

2.2 數(shù)碼互動(dòng)的特點(diǎn)

2.2.1 加強(qiáng)師生交流 豐富教學(xué)形式 提高教學(xué)質(zhì)量

數(shù)碼互動(dòng)引入微生物實(shí)驗(yàn)室后，教師所講解的內(nèi)容可以傳到每臺(tái)學(xué)生機(jī)上，教師在前面的操作每個(gè)學(xué)生都可以在自己計(jì)算機(jī)上看得清清楚楚。傳統(tǒng)微生物實(shí)驗(yàn)教師在演示實(shí)驗(yàn)操作時(shí)學(xué)生們都擠在一起，后面的同學(xué)很難看清教師操作的細(xì)節(jié)，等到自己操作時(shí)容易出錯(cuò)。數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)可以雙向互動(dòng)，教師可以實(shí)時(shí)觀察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和進(jìn)度及裝片的觀察情況，同時(shí)學(xué)生也可以就實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的任何問(wèn)題隨時(shí)與任課教師進(jìn)行實(shí)時(shí)語(yǔ)音交流，以便出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。教師可以“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”分別指導(dǎo)每一個(gè)學(xué)生，遇到典型的問(wèn)題也可以給大家講解，豐富了教學(xué)形式，教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量都得到了很大提高。

2.2.2 突出了學(xué)生的主體地位 增強(qiáng)了學(xué)生上課的積極性和主動(dòng)性

傳統(tǒng)的微生物實(shí)驗(yàn)課，教師一味講解，學(xué)生聽，時(shí)間長(zhǎng)了就容易走神。數(shù)碼互動(dòng)進(jìn)入微生物課堂后，學(xué)生和教師緊密互動(dòng)，實(shí)驗(yàn)操作中遇到問(wèn)題可通過(guò)舉手顯示在教師機(jī)上，及時(shí)與教師溝通，也可以將自己制作好的裝片拍照后保存?；?dòng)式教學(xué)極大地激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，增強(qiáng)了上實(shí)驗(yàn)課的積極性和主動(dòng)性，效果顯著。

2.2.3 提高教學(xué)效率 改變微生物實(shí)驗(yàn)的考核方式

引入數(shù)碼互動(dòng)后，教師可以在計(jì)算機(jī)上觀察到每一個(gè)學(xué)生操作的細(xì)節(jié)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)完成后也可以將自己制作的細(xì)菌、霉菌及放線菌裝片制作成圖像或視頻發(fā)送給教師，這樣教師就可以對(duì)每個(gè)學(xué)生的操作進(jìn)行評(píng)分。同時(shí)，學(xué)生也可以呈交將加載有制作圖像的電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這樣既提高了教師批改作業(yè)的效率也節(jié)省了學(xué)生的時(shí)間，又能給學(xué)生一個(gè)合理的成績(jī)。改變了以往只靠實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分的局面，使微生物實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)更加客觀真實(shí)地反映了學(xué)生運(yùn)用微生物知識(shí)、掌握微生物實(shí)驗(yàn)操作技能及撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的綜合能力。

3 數(shù)碼互動(dòng)應(yīng)用過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法

由于頻繁、大量地傳送數(shù)據(jù)，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)使傳輸數(shù)據(jù)端出現(xiàn)問(wèn)題，如顯微鏡圖像與計(jì)算機(jī)屏幕不同步，傳送數(shù)據(jù)速度慢，圖像不清晰等。另外由于大量學(xué)生使用移動(dòng)盤，系統(tǒng)易出現(xiàn)病毒，再加上課件容量較大常常導(dǎo)致計(jì)算機(jī)死機(jī)。

針對(duì)上述一系列的問(wèn)題，必須盡快解決，久拖導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，嚴(yán)重影響正常教學(xué)。教師機(jī)一定要配置高，對(duì)顯微鏡、數(shù)碼相機(jī)傳送數(shù)據(jù)端及公放儀等設(shè)備要定期檢查，一旦出現(xiàn)異常情況要及時(shí)維修；計(jì)算機(jī)要每隔4～5年進(jìn)行一次更新，軟件系統(tǒng)要及時(shí)升級(jí)；學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前要穿防靜電服，佩戴鞋套，以防止高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電腦遇靜電短路燒壞；學(xué)生使用U盤之前一定要進(jìn)行殺毒以免感染計(jì)算機(jī)及傳送系統(tǒng)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)碼互動(dòng)式教學(xué)是一種數(shù)碼顯微鏡與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的新的教學(xué)方式，將此方式應(yīng)用于微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率加強(qiáng)師生交流，在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中起到舉足輕重的作用。學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)方便快捷，實(shí)踐和創(chuàng)新能力大大提高。對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題提出了解決方法。隨著數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的引入，教師和實(shí)驗(yàn)室人員不斷地進(jìn)行學(xué)習(xí)探索，其強(qiáng)大的高級(jí)功能需要進(jìn)一步研究和實(shí)踐。