顯微互動系統(tǒng)在藥用植物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用成效

李潤美， 杜 勤， 彭光天， 徐志東， 陳金曼

（廣州中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，廣州510006）

0 引 言

顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)集多媒體、計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢于一體，具有共享性、時效性和交互性等特點(diǎn)［1］。該系統(tǒng)在微生物學(xué)、遺傳學(xué)、病理學(xué)、組胚學(xué)、解剖學(xué)等學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中已有廣泛應(yīng)用［2-6］。我校中藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心于2016 年引入了4 間顯微互動教室，主要用于中藥學(xué)等專業(yè)涉及顯微鏡觀察的藥用植物學(xué)課程。2018 年面向中藥學(xué)、中藥資源開發(fā)、中藥制藥等相關(guān)專業(yè)學(xué)生約417 人次，開設(shè)實(shí)驗(yàn)課時達(dá)13 467 人時數(shù)。

該顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)由Nikon E100 數(shù)碼顯微鏡、計算機(jī)硬件、無線版互動教學(xué)系統(tǒng)組成。每間實(shí)驗(yàn)室配有教師端數(shù)碼顯微鏡1 臺和學(xué)生數(shù)碼顯微鏡40 臺，顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)通過局域網(wǎng)連接教師端與學(xué)生端。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)版互動實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)相比，其可突破空間位置的限制，既能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)互動教室的功能，又能按需增減位數(shù)，靈活布局。一個無線AP 可同時連接60 個以上客戶端和一個教師端，兼容Windows 和Android系統(tǒng)。該互動實(shí)驗(yàn)室在兩年多的使用過程中，明顯提高了教學(xué)效果，受到學(xué)生和教師的好評。

1 強(qiáng)大的系統(tǒng)功能帶來教學(xué)便利

1.1 學(xué)生考勤等信息管理更加便捷

以往學(xué)生上課考勤需要教師點(diǎn)名確認(rèn)，使用互動系統(tǒng)后，實(shí)驗(yàn)管理人員在學(xué)期初制定學(xué)生座位表，每個學(xué)生對應(yīng)固定的電腦和顯微鏡，通過教師端的電腦監(jiān)控畫面，教師即刻能知道連接成功的學(xué)生及缺堂的學(xué)生，每一個學(xué)生都有與老師之間傳送的專有文件夾，考試的文件夾及上傳顯微圖片的文件夾，通過互動系統(tǒng)的電子化管理，真正了解學(xué)生的學(xué)習(xí)過程及實(shí)時反饋信息，對學(xué)生的評價考核更加綜合客觀。

1.2 避免實(shí)驗(yàn)問題重復(fù)出現(xiàn)，及時分享優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在以往藥用植物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，單純靠老師講解和演示，仍不能讓所有學(xué)生掌握所有技術(shù)要點(diǎn)，在學(xué)生實(shí)踐操作過程中，常常出現(xiàn)重復(fù)的問題需要教師解決，一堂實(shí)驗(yàn)課約3 學(xué)時120 min，教師講解演示需要40 min，學(xué)生實(shí)踐操作只有80 min，80 min里教師在解決重復(fù)問題上浪費(fèi)了較多時間，效率較低導(dǎo)致不能在有效課時里解決所有問題；除此以外，由于時間的限制，一般情況下都以學(xué)生自行觀察為主，教師只有在學(xué)生遇到問題時才會到學(xué)生端觀察其目鏡，這樣的傳統(tǒng)教學(xué)方式不能將優(yōu)秀的學(xué)生及實(shí)驗(yàn)結(jié)果脫穎而出或者及時分享。在引入互動系統(tǒng)后，這些矛盾均迎刃而解，首先，學(xué)生遇到問題可以通過系統(tǒng)“舉手”功能，教師打開該學(xué)生端，并可同步投影到大屏幕，或者進(jìn)行“投屏到所有界面”功能，讓每位學(xué)生都能看到該學(xué)生提出的問題及教師如何去解決的全過程；其次，在教師端的監(jiān)控畫面里老師可以全程監(jiān)控每個學(xué)生目鏡下觀察的圖像，既可以提前發(fā)現(xiàn)問題，也可以尋找到優(yōu)秀的演示制片，及時“廣播”或“投屏”給所有學(xué)生，對于平時不主動提問的學(xué)生及苦苦尋找不到目標(biāo)形態(tài)組織的學(xué)生的幫助尤為顯著，有效避免花太多時間解決重復(fù)問題，在有限課時里極大地提高了教學(xué)效率。

1.3 圖像、視頻、在線資源等信息或操作展示無障礙

利用“屏幕廣播”及“直播”等功能，可在教師端同步播放制片演示視頻、教師課件、動畫等一切可以用計算機(jī)媒介呈現(xiàn)的內(nèi)容，切換到每一個學(xué)生的屏幕界面，即使清晰度不夠或者尺寸較小的細(xì)節(jié)圖都可掌握，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)大屏幕布教學(xué)的不足。尤其在演示實(shí)驗(yàn)技術(shù)操作或者講解植物特征時有獨(dú)特優(yōu)勢，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一個班約32 人，教師在講臺演示臨時水裝片或者粉末透化片的制作時，身邊圍滿了學(xué)生觀看，仍有部分外圍學(xué)生無法看到教師的演示，該功能可以讓每位學(xué)生坐在自己的屏幕前全程觀察教師的每一步操作，進(jìn)一步改善了教學(xué)方式，且拓寬和豐富了展示的教學(xué)內(nèi)容和資源。

1.4 有利于提高學(xué)生積極性和動手能力

在實(shí)驗(yàn)過程中，利用文件的交互發(fā)送功能，讓學(xué)生將找到的較好的顯微圖片傳送給教師端，其中優(yōu)秀的顯微圖像可相應(yīng)作為實(shí)驗(yàn)成績加分項(xiàng)，這一舉措大大加強(qiáng)了學(xué)生的主觀能動性，每次實(shí)驗(yàn)課學(xué)生都盡可能多的制作臨時裝片，以期找到最好的顯微形態(tài)細(xì)胞或者組織，拍攝下來后傳送給老師。在這過程中，充分提高了學(xué)生的動手能力和觀察能力。

1.5 擺脫單一題庫式考核，內(nèi)容制作高效且多變

根據(jù)每堂實(shí)驗(yàn)課中收集到的形態(tài)素材圖像，針對每次實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容進(jìn)行約10 個題目的考核，利用“建立答題卡”功能進(jìn)行試題編輯，形成試題庫，內(nèi)容涵蓋了選擇題、判斷題、填空題和問答題，選定考試學(xué)生后即可限時答題，考試結(jié)束系統(tǒng)自動閱卷評分，教師在30 s內(nèi)即可將分?jǐn)?shù)和答題情況返回學(xué)生，讓學(xué)生查看自己的成績評閱結(jié)果。該考核從生成試題到評分結(jié)束耗時短，根據(jù)學(xué)生的答題情況可了解學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況，由于其省時高效，可不限次數(shù)、不限題目類型和考試時間，隨時讓學(xué)生進(jìn)入考核模式。該考核模式隨機(jī)、隨時，與傳統(tǒng)考試相比，還有一定的趣味性，對學(xué)生掌握知識點(diǎn)有極大的幫助，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，學(xué)生藥用植物實(shí)驗(yàn)和理論成績均有大幅度提高。

2 顯微互動系統(tǒng)使用中存在的問題及對策

2.1 學(xué)生對電子屏幕過度依賴

經(jīng)過2 年多的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在使用互動顯微系統(tǒng)過程中，容易出現(xiàn)“電子屏幕依賴”，正如近年來對電子產(chǎn)品依賴一樣，在習(xí)慣了電子屏幕的清晰便利后，許多學(xué)生常常在尋找玻片時，不通過目鏡，而是通過電子屏幕不斷尋找，導(dǎo)致學(xué)生在使用顯微鏡過程中出現(xiàn)不規(guī)范的現(xiàn)象。對此現(xiàn)象，也針對性地進(jìn)行“無電子屏幕實(shí)驗(yàn)考核”，考核學(xué)生傳統(tǒng)規(guī)范使用顯微鏡的方法，以此督促并改正學(xué)生的不良使用習(xí)慣。

2.2 無線互動系統(tǒng)存在傳輸速率問題及帶來管理上的不便

2016 年由于實(shí)驗(yàn)室的空間限制，選擇了無線的顯微互動系統(tǒng)，其通過局域網(wǎng)進(jìn)行教師端和學(xué)生端的連接，與有線系統(tǒng)相比，平板和無線鼠標(biāo)的硬件配置所占的空間小，對實(shí)驗(yàn)室環(huán)境裝修改造的要求較小，但在長期教學(xué)使用過程中發(fā)現(xiàn)，教師在監(jiān)控界面打開學(xué)生實(shí)時畫面時常有延遲的現(xiàn)象，其傳輸受限于局域網(wǎng)的傳輸速率，對教學(xué)效率有一定影響。另外，學(xué)生使用的平板電腦偶爾還會出現(xiàn)“黑屏”“連接不到攝像頭”“死機(jī)”等情況。此外，由于采用的無線系統(tǒng)配備了平板電腦和無線鼠標(biāo)，鼠標(biāo)內(nèi)置的電池若質(zhì)量不保證，滲漏電池水將損壞鼠標(biāo)，因此也為日常的實(shí)驗(yàn)儀器配件管理帶來一些不便。

針對以上問題，充分參考了其他院校的成功經(jīng)驗(yàn)［7-12］，建立了新的管理體制和運(yùn)行機(jī)制，從實(shí)驗(yàn)室全方位監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備申請開放使用、儀器使用登記、衛(wèi)生及水電安全管理等方面給予制度保障；另實(shí)驗(yàn)室管理人員分別在學(xué)期初、上課前、上課中、上課后進(jìn)行定期的設(shè)備管理，開學(xué)初聯(lián)系nikon 售后工程師進(jìn)行專業(yè)鏡頭清洗維護(hù)，檢查確保實(shí)驗(yàn)室的有序運(yùn)轉(zhuǎn)；上課前檢查所有設(shè)備及互動系統(tǒng)是否正常運(yùn)行；上課中巡視學(xué)生是否正常規(guī)范使用儀器設(shè)備，及時糾正不良的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣，并及時協(xié)助教師解決突發(fā)出現(xiàn)的問題；上課后對設(shè)備進(jìn)行檢查、清潔和整理工作；這一系列舉措和管理機(jī)制為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行提供了有力保障。

2.3 顯微互動系統(tǒng)在研討、創(chuàng)新方面的功能應(yīng)用效率低

目前顯微互動系統(tǒng)的“屏幕廣播”“文件傳輸”“考試”等功能在形態(tài)學(xué)教學(xué)中已經(jīng)有了成熟的應(yīng)用，但由于我校中藥學(xué)相關(guān)專業(yè)目前存在體量大等問題，涉及小班教學(xué)、討論互動等深入研討式教學(xué)功能仍沒有使用，該互動系統(tǒng)在我校的引入雖然極大地提高了教學(xué)質(zhì)量和效率，但還沒有起到杠桿的支撐作用，影響教學(xué)改革向開放、創(chuàng)新的軌道前進(jìn)，還需要進(jìn)一步深入開發(fā)利用起來。近兩年來我校亦積極推進(jìn)改革，減少招生規(guī)模，深化教學(xué)改革，隨著信息化程度的加強(qiáng)，很快將會實(shí)現(xiàn)更多小班教學(xué)、教師引導(dǎo)、學(xué)生討論自學(xué)等各種創(chuàng)新性教學(xué)模式，顯微互動系統(tǒng)將為學(xué)生提供自我創(chuàng)造和展示的平臺。

3 結(jié) 語

顯微無線互動系統(tǒng)在形態(tài)課程中的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，部分功能極為成熟，顯微互動系統(tǒng)除了教學(xué)，在開放性綜合性實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文設(shè)計中都有較好的應(yīng)用，還可在各種設(shè)計或者競賽角逐中提供極好的平臺，其為教學(xué)帶來了極大的便利。未來還將引入虛擬仿真三維系統(tǒng)，虛擬系統(tǒng)與顯微互動系統(tǒng)結(jié)合，將顯微二維結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝畔⒘亢透叨裙蚕淼娜S高精度立體結(jié)構(gòu)的教學(xué)方式［13］，沒有時間空間的限制，學(xué)生課后可以隨時在網(wǎng)絡(luò)上復(fù)習(xí)和鞏固實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，選擇自己感興趣的內(nèi)容和題目學(xué)習(xí)相關(guān)的知識，對相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新組合設(shè)計，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新。