数码显微互动系统在生物实验教学中的应用

张志强 白丽荣 郭继平 赵娟娟 吴荣荣

（衡水学院生命科学学院 053000）

生物学是研究生物的结构、功能、发生和发展规律的一门学科。生物学的一切发现、发明、创造和发展，都与实验工具的改进、实验技术的提高与创新密不可分。显微镜的发明极大地促进了生物学的进步，随着信息技术的进步、计算机技术的革新，现代生物学研究的不断深入，现代实验教学方法的不断进步，传统的显微镜已经无法满足高标准实验教学的要求。在此情况下，整合了信息技术、计算机技术和传统显微镜技术的数码显微互动系统应运而生。随着数码显微互动系统的不断发展，该系统已经成功应用于微生物学、环境微生物学、细胞生物学、植物生物学等多门生物方面的实验课程，改变了传统生物实验教学过程中学生被动学习的局面，改变了生物实验的教学模式，提高了生物实验的教学质量。

1 数码显微互动系统的组成

数码显微互动系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统包括：教师端生物显微镜、学生端生物显微镜、教师端电脑、学生端电脑、教师端数字摄相机，学生端数字摄像机、投影仪、语音系统。软件系统包括：教师端及学生端图象分析软件、互动教学软件。其工作原理为：装有数字摄像机的教师端生物显微镜或学生端生物显微镜通过USB链接到电脑上，通过教师端或学生端图像分析软件对各自拍摄到的图像进行处理分析，形成一个个的教学单元。各教学单元之间通过互动教学软件进行连接，实现了教师端资源共享给每一个学生端，同时通过教师端把每个学生端进行了连接，实现了学生端之间的资源共享，因此，极大地促进了师生之间、学生之间的交流，提高了实验教学质量。

2 数码显微互动系统在生物实验教学中的优势

2.1 实现了资源共享。在传统的实验教学过程中，学生只能对自己显微镜下的标本进行观察，如果自己观察的标本中不存在典型特征或者典型特征不明显，学生将对实验情况产生疑惑。部分学生的标本典型特征比较明显，如果其他同学想观察的话，也只能一个一个的排队观看，即浪费了实验时间，又容易造成课堂秩序混乱，不利于实验资源共享。一些学生自己制作的典型标本只能在本次课堂中使用，无法以图像的形式保存下来，不利于资源的保存和共享。数码显微互动系统在生物实验教学中的应用，彻底改变了传统生物实验教学过程中面临的资源共享问题。数码显微互动系统中的教师端和学生端均可对各自实验过程中看到的标本进行采集，对摄取到的经典图像，可以通过互动教学软件由教师端传达到学生端，实现了师生之间的资源共享；也可以通过互动教学软件将学生采集到的经典图像传递给其他同学，其他同学在自己的显微镜下即可观看到该经典图像，从而实现了学生之间的资源共享。

2.2 实时监控，提高了实验教学效果。以往的生物实验教学均是教师讲解实验内容，然后学生根据自己的理解进行实验，这样的教学方式单一、枯燥，学生学习的积极性不高。在实验过程中，学生遇到不懂的地方，教师要逐一进行指导；遇到一些共性的问题，教师也要不断的重复讲解。同时由于受到实验课时的限制，教师很难对每位学生的操作情况和实验结果进行指导和评价，教学效率低、效果差。数码显微互动系统在生物实验教学中得到应用，对生物实验教学产生了深远的影响。由于系统中教师端和学生端通过互动教学软件进行了连接，因此，教师可以把自己的理论教学课件、实验教学课件及示例标本传达到学生端，学生在实验过程中遇到一些不清楚的内容时，可以随时调出教学课件进行复习，便于对实验内容的查找分析，增强了学生对实验教学内容的理解，促进了理论教学和实验教学的统一，提高了实验教学效果。由于教师可以通过教师端软件实时监控每位学生，便于发现每位学生实验过程中遇到的问题，及时有针对性地进行指导，实现了个性化教学和因材施教。此外，对于学生遇到的共性问题，教师可以通过互动系统进行有针对性地指导，同时通过示范实验内容，让学生发现实验过程中的错误或问题，引导学生独立思考，独自解决问题。

2.3 改变了传统实验课考试方式。生物实验考核是考查学生对实验目的、原理、结果理解和掌握情况的一种方式。传统的生物实验考核主要由实验报告的评定和期末考核两部分组成。学生提交的实验报告是实验课程完成后，根据自己的记忆将看到的图像画在纸上，再交给教师。因此，提交的实验报告是否是实验结果的真实体现，值得商讨。实验笔试考核同样也存在此类问题。如把数码显微互动系统应用于实验教学中，将极大的改变实验课考试方式。改革后的实验考核变为实验报告、虚拟实验考核、网上结课考核三部分。其中，学生以电子版的形式将实验报告交给教师，教师根据电子版的实验报告进行评定。虚拟实验考核是指教师将实验原理、实验流程、仪器设备的使用、实验注意事项制作成虚拟文件，并在其中加入一些关键知识点的考核方式，学生利用显微互动系统进行考核，系统自动生成考核成绩。这种考核方式方便、快捷，极大地提高了考核效率。网上结课考核是指实验教师根据系统中的试题库，随机生成多套结课考核试卷，学生在显微互动室进行答题，系统对全部试卷或者部分试卷进行评定，教师对试卷进行审核即可。这种考核方式避免了学生在考试中的抄袭，有利于教师掌握学生对知识的理解情况。

数码显微互动系统作为一种新型的教学手段，已经在微生物学、环境微生物学、细胞生物学、植物生物学等多门生物实验课程中得到应用，改变了传统的教学方法，提升了教学质量和教学效果，实现了资源的共享，改变了传统的实验课考核方式，激发了学生学习的热情。虽然数码显微互动系统存在诸多优点，但是在使用过程中也存在许多注意事项。例如，实验过程中学生过分的依赖电脑，从而忽略了显微镜的观察；由于实验结果可以以图片的形式进行保存，从而造成学生手绘制图的能力变差。虽然数码显微互动系统存在不完善之处，但是随着技术的进步，新型教学方法和传统教学方法的融合，这些问题会逐步得到解决，数码显微互动系统会更好的服务生物实验教学。

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