數(shù)碼顯微互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

喬玄

摘 要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高中生物教學(xué)的難點(diǎn)，而數(shù)碼顯微互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)的建立，對(duì)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率有很大的推動(dòng)作用。“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”探究實(shí)驗(yàn)，涉及多種實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ挠?xùn)練，教師應(yīng)在數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)的平臺(tái)上，對(duì)傳統(tǒng)教材實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)和分析，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，發(fā)揮信息技術(shù)的教育作用。

關(guān)鍵詞：生物教學(xué);數(shù)碼顯微鏡;互動(dòng)教學(xué);實(shí)驗(yàn)課;模型構(gòu)建

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-3561（2020）18-0118-02

數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)是基于數(shù)臺(tái)光學(xué)顯微鏡的圖像采集和匯總顯示系統(tǒng)，使實(shí)驗(yàn)中涉及顯微觀察的部分有了重大的技術(shù)改革。數(shù)碼顯微互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越多地被引入到生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如何科學(xué)合理地將數(shù)碼顯微互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)與生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行整合，已成為教師亟須解決的問(wèn)題。本文以“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實(shí)驗(yàn)為例，論述在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)數(shù)碼顯微互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用策略。

一、數(shù)碼顯微互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用背景

生物是一門(mén)自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是其非常重要的研究方法和手段。很多高中生物學(xué)知識(shí)都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生觀察、操作的基本技能，促進(jìn)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和價(jià)值觀的形成。因此，實(shí)驗(yàn)對(duì)于生物的學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)，不僅是一種學(xué)習(xí)形式的變更和思維方式的訓(xùn)練，更是為以后進(jìn)行生物研究做良好的鋪墊。新課程標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)施和建議中明確指出應(yīng)“加強(qiáng)和完善生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)”。因此，教師應(yīng)該明確實(shí)驗(yàn)在生物教學(xué)中的地位。在信息技術(shù)時(shí)代，新課標(biāo)倡導(dǎo)將現(xiàn)代教育和通信技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與普及，多樣的信息技術(shù)手段也逐步進(jìn)入了課堂，為教學(xué)改革提供了有力的支持。但是相對(duì)于計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展水平和進(jìn)步的態(tài)勢(shì)，這些技術(shù)在生物教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用潛能尚未充分體現(xiàn)。數(shù)碼顯微互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，連接多臺(tái)生物數(shù)碼顯微鏡及其他輔助設(shè)備等建立的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的建立，可使傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式發(fā)生歷史性轉(zhuǎn)變，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率有很大推動(dòng)作用，但是這種新技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用潛能還有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

二、數(shù)碼顯微互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略

探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化選自人教版高中生物必修3第4章第2節(jié)“種群數(shù)量的變化”，是其中的一個(gè)探究活動(dòng)，目的是讓學(xué)生通過(guò)探究培養(yǎng)液中酵母菌種群的動(dòng)態(tài)變化，建立數(shù)學(xué)模型，分析酵母菌種群變化規(guī)律。本節(jié)實(shí)驗(yàn)課涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，其中重難點(diǎn)是顯微鏡計(jì)數(shù)操作以及模型構(gòu)建的內(nèi)容?；跀?shù)碼顯微教學(xué)互動(dòng)系統(tǒng)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)課，極大地體現(xiàn)了現(xiàn)代化信息技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)：簡(jiǎn)單高效地監(jiān)控教學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的同時(shí)，還可以直觀呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;通過(guò)對(duì)操作平臺(tái)強(qiáng)大功能的開(kāi)發(fā)，探索了新的計(jì)數(shù)方法，既解決了傳統(tǒng)計(jì)數(shù)方法操作上的困難，也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神;顯微鏡配備的平板電腦在課堂上引入了電子化數(shù)據(jù)分析方法，極大地提高了課堂效率。下面，談?wù)勅绾卫脭?shù)碼顯微互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)開(kāi)展生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1.利用數(shù)碼顯微互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)示范

傳統(tǒng)顯微鏡教學(xué)過(guò)程中最大的問(wèn)題是教學(xué)示范難以完成，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能夠直觀地呈現(xiàn)。使用傳統(tǒng)顯微鏡，無(wú)論是學(xué)生臺(tái)還是教師臺(tái)，即使調(diào)試出酵母菌、計(jì)數(shù)室的清晰圖像，也無(wú)法保證每位學(xué)生及時(shí)觀察，教師也不可能逐個(gè)去檢查每個(gè)小組的圖像結(jié)果。數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)控制的軟件可提供清晰的多畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示和豐富的交互手段，在解決上述問(wèn)題的同時(shí)，還為實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了更大的便利。由于每臺(tái)顯微鏡都配備平板電腦，可以將顯微鏡下的微觀視野實(shí)時(shí)呈現(xiàn)到平板電腦上，學(xué)生不僅可以獲得更直觀的體驗(yàn)，還可以拍攝圖片，進(jìn)行錄像，極大地調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性。另外，對(duì)于教師而言，只需教師端的一臺(tái)電腦就可以同時(shí)控制學(xué)生端多臺(tái)數(shù)碼顯微鏡的操作情況，包括圖像顯示、捕捉和放大，不僅可以把自己的圖像傳送給全體學(xué)生，達(dá)到示教作用，也可以把任意一名學(xué)生的圖像推送到全體學(xué)生平板上進(jìn)行示范。這樣，既增強(qiáng)了師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，也提高了課堂教學(xué)效率。

2.利用數(shù)碼顯微互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行微生物計(jì)數(shù)

目前微生物計(jì)數(shù)最常用的就是利用血球計(jì)數(shù)板完成，但血球計(jì)數(shù)板對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常陌生的實(shí)驗(yàn)器材，操作起來(lái)也特別困難。由于構(gòu)成計(jì)數(shù)室方格網(wǎng)的線(xiàn)條加工得非常細(xì)、非常淺，而且是沒(méi)有顏色的，所以學(xué)生在使用過(guò)程中，往往要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間才能在顯微鏡下找到方格網(wǎng)，并且還需要在這些方格網(wǎng)中進(jìn)一步分辨、找到其中的計(jì)數(shù)室，更是難上加難。而在預(yù)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，幾乎沒(méi)有學(xué)生能獨(dú)立找到，這極大地影響了實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。為此，教師查閱了很多文獻(xiàn)，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，在這種數(shù)字化顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上摸索出了一種更為快速簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)方法。

在使用數(shù)碼顯微鏡的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，可以在實(shí)時(shí)成像模式上直接測(cè)量某一微觀視野區(qū)域的面積。這項(xiàng)功能給教師很大啟發(fā)：血球計(jì)數(shù)板與普通載玻片最大的區(qū)別在于計(jì)數(shù)室，通過(guò)人為劃定網(wǎng)格線(xiàn)來(lái)確定計(jì)數(shù)室的面積和體積，但如果能直接測(cè)量微觀視野中的區(qū)域面積，那么僅使用普通載玻片也可以完成計(jì)數(shù)。這種方法操作起來(lái)更加簡(jiǎn)單：直接將樣品滴加到普通載玻片上，依據(jù)樣方法的原理，在顯微鏡下的微觀視野中劃取多個(gè)樣方，求出每個(gè)樣方中酵母菌的平均數(shù)量，再通過(guò)蓋玻片面積，取樣量、稀釋倍數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，利用公式就可以計(jì)算出樣品中所含有的酵母菌總數(shù)，見(jiàn)下式。

分別用快速測(cè)定法和傳統(tǒng)的血球計(jì)數(shù)板法對(duì)同一樣品進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然新方法與血球計(jì)數(shù)板法相比，結(jié)果有差異，但用快速計(jì)數(shù)法對(duì)同一樣品重復(fù)計(jì)數(shù)，結(jié)果并沒(méi)有明顯差異，見(jiàn)表1。進(jìn)一步采用快速計(jì)數(shù)法對(duì)不同培養(yǎng)時(shí)間的酵母菌樣品進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，繪制的曲線(xiàn)也符合典型的S型種群變化規(guī)律。

三、利用數(shù)碼顯微互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型

本節(jié)實(shí)驗(yàn)課的另外一個(gè)難點(diǎn)是構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方案是利用統(tǒng)計(jì)好的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)連線(xiàn)，繪制曲線(xiàn)圖。由于本節(jié)實(shí)驗(yàn)課的數(shù)據(jù)量較大，如果采用傳統(tǒng)的方法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，不僅煩瑣耗時(shí)，而且可能造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差。而在數(shù)碼顯微鏡的平臺(tái)上，學(xué)生完全可以采用電子化手段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，直接在顯微鏡的平板電腦上利用Excel表格建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，只需輸入相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果，酵母菌種群數(shù)量變化的曲線(xiàn)圖就會(huì)自動(dòng)生成，不僅實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確，而且過(guò)程簡(jiǎn)單快速。

總之，在數(shù)碼顯微鏡互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)的平臺(tái)下，教師可充分借鑒國(guó)內(nèi)外針對(duì)數(shù)碼顯微互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的相關(guān)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，借助電子信息化先進(jìn)手段的優(yōu)勢(shì)，對(duì)生物實(shí)驗(yàn)課程方案中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，改進(jìn)和優(yōu)化生物實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式多樣化，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

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