無線數(shù)碼顯微互動實驗系統(tǒng)在中藥鑒定學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用與思考*

邸 學(xué) 王添敏 翟延君 張 慧 李 峰

(遼寧中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院, 遼寧 大連 116600)

中藥鑒定學(xué)是遼寧中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)專業(yè)的核心課程、國家級精品開放課程，其主要教學(xué)目標(biāo)是要求學(xué)生掌握常用中藥材的品種鑒別和質(zhì)量評價，即掌握中藥材的真?zhèn)舞b別和質(zhì)量評價[1]。藥材質(zhì)量直接關(guān)系到臨床用藥的療效及安全，好的藥材，才會有好的療效。中藥鑒定學(xué)課程專業(yè)性和實踐性較強，實驗教學(xué)是培養(yǎng)其專業(yè)能力和實踐能力的重要手段，顯微實驗教學(xué)是中藥鑒定實驗教學(xué)的主要內(nèi)容。遼寧中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院在傳統(tǒng)的顯微互動實驗室的基礎(chǔ)上，新建了無線數(shù)碼顯微互動實驗室，通過無線數(shù)碼互動系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通，既能實現(xiàn)顯微互動實驗在線教學(xué)，又可實時評測學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果，并提供多樣化的班級管理功能，真正實現(xiàn)了個性化自主學(xué)習(xí)的實踐與創(chuàng)新。

1 無線數(shù)碼顯微互動實驗系統(tǒng)簡介

無線數(shù)碼顯微互動實驗系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)2部分。硬件系統(tǒng)首先包括教師和學(xué)生端高清數(shù)碼顯微鏡，可高清觀察鏡下中藥材組織機構(gòu)及粉末顯微特征；其次是教師和學(xué)生端平板電腦及無線接入點，可實時對鏡下顯微圖像進(jìn)行采集并共享；最后是語音交流系統(tǒng)，能夠方便師生之間的交流和分組討論，使討論內(nèi)容更明確，溝通更方便，充分調(diào)動學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的興趣。

軟件系統(tǒng)包括數(shù)碼顯微鏡無線控制系統(tǒng)和教師、學(xué)生端圖像處理分析系統(tǒng)。無線數(shù)碼互動系統(tǒng)是通過一個接入點,可實現(xiàn)30多個學(xué)生和教師間的互聯(lián)互通，將學(xué)生端圖像處理終端與教師端圖像處理終端融合為一個互動的整體，每個終端都具備功能強大的數(shù)字圖像采集、處理、分析功能。通過廣播教學(xué)、學(xué)生演示、分組教學(xué)、語音交流、教師監(jiān)控、考試系統(tǒng)等功能模塊，能夠全面地協(xié)助教師進(jìn)行顯微形態(tài)互動教學(xué)，大大提高教學(xué)效率及品質(zhì)，全方位覆蓋課前、課中、課后的教學(xué)應(yīng)用。

2 無線數(shù)碼顯微互動實驗系統(tǒng)在中藥鑒定實驗教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 在線互動教學(xué) 在線互動教學(xué)是數(shù)碼顯微網(wǎng)絡(luò)互動系統(tǒng)的特色功能之一。教師可將各種形式的教學(xué)內(nèi)容在線互動廣播給學(xué)生。例如可在顯微課件中添加生動形象的視頻、動畫，以增強實驗教學(xué)的直觀性和生動性，使理論知識深入淺出、實驗原理簡明扼要、重點突出，使學(xué)生對實驗操作步驟、實驗操作技巧及要領(lǐng)能夠更好地理解和掌握，實驗操作更加規(guī)范[2，3]。課堂上講解時可用屏幕筆對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)注，讓學(xué)生更加清晰全面地了解教師的教學(xué)思路和教學(xué)重點。教師也將各種教學(xué)視頻播放給學(xué)生，實現(xiàn)資源共享，拓寬學(xué)生的專業(yè)視野；同時也能實現(xiàn)現(xiàn)場教學(xué)直播，滿足遠(yuǎn)程教學(xué)的需要。

2.2 圖像分析系統(tǒng) 無線數(shù)碼互動系統(tǒng)，可使教師和學(xué)生端利用高清攝像機直接采集圖像，對實時圖像進(jìn)行動態(tài)、靜態(tài)、間隔捕捉，并可對任意形狀的圖像進(jìn)行處理和分析，可完成圖像變形、色度調(diào)整、形態(tài)學(xué)處理、紋理分析和特征識別等多種專業(yè)圖像處理功能，并具多種測量功能，可對顯微圖片進(jìn)行分割及各種顯微特征參數(shù)的測量。

實驗課學(xué)生鏡下觀察藥材顯微特征并進(jìn)行圖片采集，然后利用圖像處理分析軟件進(jìn)行測量、剪裁、整合、粘貼和分析。學(xué)生通過自己實際操作，得到清晰的顯微特征圖片，并可以輸出打印，方便學(xué)生課后復(fù)習(xí)和知識鞏固，其實踐能力得到提高，也為以后的科研實踐打下堅實的基礎(chǔ)[4]。

2.3 分組教學(xué)討論 無線數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)可以滿足教師以任何方式進(jìn)行分組，教師可以隨機對班級學(xué)生進(jìn)行分組，例如配對分組、按行分組、按列分組等。采用小組自主學(xué)習(xí)模式開展，可任命組長，組長擁有類似教師一樣的權(quán)限。同時教師可參與監(jiān)督分組教學(xué)，這種模式特別適合綜合設(shè)計性試驗，各組學(xué)生自己選題目，自己設(shè)計實驗，分工合作，完成實驗?zāi)繕?biāo)。此模式的應(yīng)用利于學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐合作精神的培養(yǎng)，也能真正實現(xiàn)個性化自主學(xué)習(xí)的實踐與創(chuàng)新。

利用無線數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)特有的監(jiān)控功能，實時監(jiān)控，教師可全屏監(jiān)控、聚焦監(jiān)控，也可自由區(qū)域監(jiān)控，每屏可以監(jiān)控1、4、9、16、25、36個學(xué)生，可以對學(xué)生任何異常操作采取控制措施。實時監(jiān)控的實現(xiàn)，使教師不但能準(zhǔn)確了解學(xué)生的實驗情況，也便于公平、公正地對學(xué)生的實驗?zāi)芰M(jìn)行考核，并可及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗中存在的共性和個性問題，利用監(jiān)控系統(tǒng)控制學(xué)生機，進(jìn)行單獨或共同輔導(dǎo)，讓學(xué)生自主找出問題所在，及時糾正，及時解決問題，利于學(xué)生實驗操作規(guī)范性和實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的培養(yǎng)。

同時教師可利用語音系統(tǒng)，參與任何一組的討論，并且各自互不干擾。每組組長可選本組具有代表性和特色的圖像演示給本組學(xué)生觀看，在演示過程中，可請實驗成功的學(xué)生介紹經(jīng)驗，促使實驗結(jié)果不理想的學(xué)生能及時找到問題，完成實驗?zāi)繕?biāo)。各組學(xué)生也可以通過語音系統(tǒng)交流實驗操作經(jīng)驗，探討實驗操作過程中遇到的問題，互學(xué)互助；在討論中教師可以調(diào)用學(xué)生顯微鏡下圖像指出學(xué)生中的問題，在小組或全體學(xué)生中進(jìn)行講解，提高學(xué)生的實踐能力，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

2.4 考試系統(tǒng) 無線數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)具有強大的考試功能，能夠保證教師快速方便地進(jìn)行教學(xué)評估活動。每節(jié)課，教師都要求學(xué)生進(jìn)行顯微圖像采集、處理等工作，并將采集的顯微特征圖像存儲到新建文件夾里，以學(xué)號命名，上傳至教師機上，作為當(dāng)堂作業(yè)。教師可根據(jù)實驗中顯微圖像采集情況即時打分，及時了解學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果，也避免了有的學(xué)生不做實驗，借用圖片的現(xiàn)象發(fā)生。學(xué)生如果對自己的實驗結(jié)果和成績不滿意，也可重新采集圖像及提交，教師可以重新評價，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

同時教師也可隨時進(jìn)行課堂抽查，課堂抽查是一種即興的考試模式，教師可在任意時間進(jìn)行抽查，隨時檢測學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。

3 無線數(shù)碼顯微互動實驗系統(tǒng)應(yīng)用教學(xué)效果分析

3.1 體現(xiàn)學(xué)生主體地位 增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣 無線數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)的應(yīng)用，使得原本枯燥的實驗變得趣味橫生，并充分體現(xiàn)學(xué)生主體地位，在鞏固理論知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，全面培養(yǎng)學(xué)生的獨立觀察能力，綜合分析能力和實驗操作技能，極大地調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

在實踐教學(xué)中教師將中藥鑒定學(xué)的前沿信息以“文件分發(fā)”的模式發(fā)送到學(xué)生機上，方便學(xué)生了解本專業(yè)的前沿知識。同時讓學(xué)生在自己的平板電腦上建立文件夾，遇到比較典型的顯微特征隨時拍照，并存儲到文件夾中，以備隨時調(diào)用、分析，觀察復(fù)習(xí)，也可與教師和同學(xué)共同探討及分享。實驗室對本科學(xué)生開放，學(xué)生可在開放實驗室時根據(jù)自己的實際情況隨時進(jìn)行查閱復(fù)習(xí)，在鞏固基礎(chǔ)知識的同時拓寬學(xué)生的專業(yè)視野[5-7]。

3.2 開放實驗室為教師 學(xué)生科研提供平臺 無線數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)的Scopeimage Analysis圖像分析軟件，具有專業(yè)的多種圖像處理功能及測量工具，可自動拼圖，同時分析結(jié)果可存入數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行各種統(tǒng)計分析；還有彩色圖文報告編輯制作功能，可完成彩色圖文報告，分析數(shù)據(jù)及統(tǒng)計分布圖等。

實驗室面向全體本科生、研究生及教師開放，為師生的科研項目提供技術(shù)支持。例如本科畢業(yè)課題設(shè)計，利用該測量系統(tǒng)完成顯微特征常數(shù)的測定；也指導(dǎo)研究生利用該圖像分析處理系統(tǒng)分析實驗圖像，并進(jìn)行應(yīng)用拓展，例如比較大鼠和小鼠給藥后的脾臟和腎臟的變化以及血液成分等的差異，經(jīng)過該軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析，撰寫科研論文。通過這種方法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)實踐能力和綜合分析問題的能力，激發(fā)科研熱情，提高學(xué)生和教師的科研素養(yǎng)。

3.3 無線數(shù)碼顯微實驗室存在的問題和解決方案 無線數(shù)碼顯微互動實驗室，為學(xué)生提供了網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的共享平臺，每位學(xué)生都配備功能先進(jìn)的平板電腦，電腦可以上網(wǎng)，方便學(xué)生查閱資料，同時對學(xué)生也是一種考驗和挑戰(zhàn)，為避免課堂上被網(wǎng)絡(luò)游戲所吸引，而導(dǎo)致上課注意力不集中，不能按時完成教師布置的學(xué)習(xí)任務(wù)，所以要求教師要加強引導(dǎo)和監(jiān)督。實踐教學(xué)中授課教師發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生只觀察電腦屏幕的顯微特征圖像，而忽視了顯微鏡下對組織切片及藥材粉末特征的觀察；并且有的學(xué)生不動手操作，共享其他學(xué)生的實驗結(jié)果，因此教師在實驗課堂上要督促學(xué)生，自己動手制片觀察，掌握數(shù)碼顯微鏡的操作技能以及鏡下顯微特征觀察能力的培養(yǎng)，為提高學(xué)生實驗操作能力和科研素養(yǎng)打下堅實的基礎(chǔ)。

無線數(shù)碼顯微互動實驗室的應(yīng)用，也對實驗教學(xué)教師提出了新的挑戰(zhàn)，在實踐教學(xué)過程中教師應(yīng)該轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，由以前的以教師為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體的互動教學(xué)模式；同時必須熟練掌握計算機操作技術(shù)以及無線數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)，能夠隨時處理和解決實驗教學(xué)過程中出現(xiàn)的各種問題，保證實驗教學(xué)順利進(jìn)行。在網(wǎng)絡(luò)互動實驗室的管理方面，發(fā)現(xiàn)教師或?qū)W生U盤帶有病毒，學(xué)生機使用時，有擅自修改電腦設(shè)置的情況發(fā)生，從而導(dǎo)致軟件系統(tǒng)受到破壞，致使系統(tǒng)癱瘓，實驗數(shù)據(jù)丟失；因此本教研室制定了無線互動實驗室電腦網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范及數(shù)碼顯微鏡正確使用規(guī)范，并對儀器設(shè)備定期維護(hù)。如何讓無線數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)更好地在中藥鑒定學(xué)實驗教學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮作用，需要不斷地應(yīng)用與探討，以更好地為中藥學(xué)專業(yè)實驗提供教學(xué)科研服務(wù)。

4 小結(jié)

無線數(shù)碼顯微互動實驗室的應(yīng)用，彌補了傳統(tǒng)數(shù)碼互動實驗室的弊端，傳統(tǒng)互動實驗室具有學(xué)生端不能實時拍照和進(jìn)行顯微圖像處理功能的缺陷，而無線數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)實現(xiàn)了教師和學(xué)生以及學(xué)生間的雙向互動溝通模式，滿足中藥鑒定學(xué)國家級資源共享精品課的實踐教學(xué)需要，該系統(tǒng)的應(yīng)用具趣味性、科學(xué)性、實時性、互動性等優(yōu)點，能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高課堂教學(xué)效果，利于學(xué)生理論知識的掌握，同時提高了實驗技能，使理論和實踐有效地結(jié)合，并利于中藥鑒定學(xué)實驗教學(xué)綜合設(shè)計性實驗和開放性實驗的開展；利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)[8]；同時也為學(xué)院中藥學(xué)專業(yè)的教學(xué)科研提供了新的開放平臺。