无线数码显微互动实验系统在中药鉴定学实验教学中的应用与思考*

邸 学 王添敏 翟延君 张 慧 李 峰

(辽宁中医药大学药学院, 辽宁 大连 116600)

中药鉴定学是辽宁中医药大学中药学专业的核心课程、国家级精品开放课程，其主要教学目标是要求学生掌握常用中药材的品种鉴别和质量评价，即掌握中药材的真伪鉴别和质量评价[1]。药材质量直接关系到临床用药的疗效及安全，好的药材，才会有好的疗效。中药鉴定学课程专业性和实践性较强，实验教学是培养其专业能力和实践能力的重要手段，显微实验教学是中药鉴定实验教学的主要内容。辽宁中医药大学药学院在传统的显微互动实验室的基础上，新建了无线数码显微互动实验室，通过无线数码互动系统实现互联互通，既能实现显微互动实验在线教学，又可实时评测学生课堂学习效果，并提供多样化的班级管理功能，真正实现了个性化自主学习的实践与创新。

1 无线数码显微互动实验系统简介

无线数码显微互动实验系统包括硬件系统和软件系统2部分。硬件系统首先包括教师和学生端高清数码显微镜，可高清观察镜下中药材组织机构及粉末显微特征；其次是教师和学生端平板电脑及无线接入点，可实时对镜下显微图像进行采集并共享；最后是语音交流系统，能够方便师生之间的交流和分组讨论，使讨论内容更明确，沟通更方便，充分调动学生课堂学习的兴趣。

软件系统包括数码显微镜无线控制系统和教师、学生端图像处理分析系统。无线数码互动系统是通过一个接入点,可实现30多个学生和教师间的互联互通，将学生端图像处理终端与教师端图像处理终端融合为一个互动的整体，每个终端都具备功能强大的数字图像采集、处理、分析功能。通过广播教学、学生演示、分组教学、语音交流、教师监控、考试系统等功能模块，能够全面地协助教师进行显微形态互动教学，大大提高教学效率及品质，全方位覆盖课前、课中、课后的教学应用。

2 无线数码显微互动实验系统在中药鉴定实验教学中的应用

2.1 在线互动教学 在线互动教学是数码显微网络互动系统的特色功能之一。教师可将各种形式的教学内容在线互动广播给学生。例如可在显微课件中添加生动形象的视频、动画，以增强实验教学的直观性和生动性，使理论知识深入浅出、实验原理简明扼要、重点突出，使学生对实验操作步骤、实验操作技巧及要领能够更好地理解和掌握，实验操作更加规范[2，3]。课堂上讲解时可用屏幕笔对教学内容进行标注，让学生更加清晰全面地了解教师的教学思路和教学重点。教师也将各种教学视频播放给学生，实现资源共享，拓宽学生的专业视野；同时也能实现现场教学直播，满足远程教学的需要。

2.2 图像分析系统 无线数码互动系统，可使教师和学生端利用高清摄像机直接采集图像，对实时图像进行动态、静态、间隔捕捉，并可对任意形状的图像进行处理和分析，可完成图像变形、色度调整、形态学处理、纹理分析和特征识别等多种专业图像处理功能，并具多种测量功能，可对显微图片进行分割及各种显微特征参数的测量。

实验课学生镜下观察药材显微特征并进行图片采集，然后利用图像处理分析软件进行测量、剪裁、整合、粘贴和分析。学生通过自己实际操作，得到清晰的显微特征图片，并可以输出打印，方便学生课后复习和知识巩固，其实践能力得到提高，也为以后的科研实践打下坚实的基础[4]。

2.3 分组教学讨论 无线数码显微互动系统可以满足教师以任何方式进行分组，教师可以随机对班级学生进行分组，例如配对分组、按行分组、按列分组等。采用小组自主学习模式开展，可任命组长，组长拥有类似教师一样的权限。同时教师可参与监督分组教学，这种模式特别适合综合设计性试验，各组学生自己选题目，自己设计实验，分工合作，完成实验目标。此模式的应用利于学生创新思维和实践合作精神的培养，也能真正实现个性化自主学习的实践与创新。

利用无线数码显微互动系统特有的监控功能，实时监控，教师可全屏监控、聚焦监控，也可自由区域监控，每屏可以监控1、4、9、16、25、36个学生，可以对学生任何异常操作采取控制措施。实时监控的实现，使教师不但能准确了解学生的实验情况，也便于公平、公正地对学生的实验能力进行考核，并可及时发现学生实验中存在的共性和个性问题，利用监控系统控制学生机，进行单独或共同辅导，让学生自主找出问题所在，及时纠正，及时解决问题，利于学生实验操作规范性和实验数据的准确性的培养。

同时教师可利用语音系统，参与任何一组的讨论，并且各自互不干扰。每组组长可选本组具有代表性和特色的图像演示给本组学生观看，在演示过程中，可请实验成功的学生介绍经验，促使实验结果不理想的学生能及时找到问题，完成实验目标。各组学生也可以通过语音系统交流实验操作经验，探讨实验操作过程中遇到的问题，互学互助；在讨论中教师可以调用学生显微镜下图像指出学生中的问题，在小组或全体学生中进行讲解，提高学生的实践能力，充分调动了学生学习的兴趣。

2.4 考试系统 无线数码显微互动系统具有强大的考试功能，能够保证教师快速方便地进行教学评估活动。每节课，教师都要求学生进行显微图像采集、处理等工作，并将采集的显微特征图像存储到新建文件夹里，以学号命名，上传至教师机上，作为当堂作业。教师可根据实验中显微图像采集情况即时打分，及时了解学生的课堂学习效果，也避免了有的学生不做实验，借用图片的现象发生。学生如果对自己的实验结果和成绩不满意，也可重新采集图像及提交，教师可以重新评价，提高学生学习的积极性。

同时教师也可随时进行课堂抽查，课堂抽查是一种即兴的考试模式，教师可在任意时间进行抽查，随时检测学生的课堂学习效果，调动学生学习的主动性。

3 无线数码显微互动实验系统应用教学效果分析

3.1 体现学生主体地位 增强学生的学习兴趣 无线数码显微互动系统的应用，使得原本枯燥的实验变得趣味横生，并充分体现学生主体地位，在巩固理论知识学习的基础上，全面培养学生的独立观察能力，综合分析能力和实验操作技能，极大地调动了学生自主学习的积极性。

在实践教学中教师将中药鉴定学的前沿信息以“文件分发”的模式发送到学生机上，方便学生了解本专业的前沿知识。同时让学生在自己的平板电脑上建立文件夹，遇到比较典型的显微特征随时拍照，并存储到文件夹中，以备随时调用、分析，观察复习，也可与教师和同学共同探讨及分享。实验室对本科学生开放，学生可在开放实验室时根据自己的实际情况随时进行查阅复习，在巩固基础知识的同时拓宽学生的专业视野[5-7]。

3.2 开放实验室为教师 学生科研提供平台 无线数码显微互动系统的Scopeimage Analysis图像分析软件，具有专业的多种图像处理功能及测量工具，可自动拼图，同时分析结果可存入数据库，进行各种统计分析；还有彩色图文报告编辑制作功能，可完成彩色图文报告，分析数据及统计分布图等。

实验室面向全体本科生、研究生及教师开放，为师生的科研项目提供技术支持。例如本科毕业课题设计，利用该测量系统完成显微特征常数的测定；也指导研究生利用该图像分析处理系统分析实验图像，并进行应用拓展，例如比较大鼠和小鼠给药后的脾脏和肾脏的变化以及血液成分等的差异，经过该软件进行数据统计及分析，撰写科研论文。通过这种方法调动学生学习的积极性，培养实践能力和综合分析问题的能力，激发科研热情，提高学生和教师的科研素养。

3.3 无线数码显微实验室存在的问题和解决方案 无线数码显微互动实验室，为学生提供了网络实验教学的共享平台，每位学生都配备功能先进的平板电脑，电脑可以上网，方便学生查阅资料，同时对学生也是一种考验和挑战，为避免课堂上被网络游戏所吸引，而导致上课注意力不集中，不能按时完成教师布置的学习任务，所以要求教师要加强引导和监督。实践教学中授课教师发现有的学生只观察电脑屏幕的显微特征图像，而忽视了显微镜下对组织切片及药材粉末特征的观察；并且有的学生不动手操作，共享其他学生的实验结果，因此教师在实验课堂上要督促学生，自己动手制片观察，掌握数码显微镜的操作技能以及镜下显微特征观察能力的培养，为提高学生实验操作能力和科研素养打下坚实的基础。

无线数码显微互动实验室的应用，也对实验教学教师提出了新的挑战，在实践教学过程中教师应该转变教学观念，由以前的以教师为主，转变为以学生为主体的互动教学模式；同时必须熟练掌握计算机操作技术以及无线数码显微互动系统的应用技术，能够随时处理和解决实验教学过程中出现的各种问题，保证实验教学顺利进行。在网络互动实验室的管理方面，发现教师或学生U盘带有病毒，学生机使用时，有擅自修改电脑设置的情况发生，从而导致软件系统受到破坏，致使系统瘫痪，实验数据丢失；因此本教研室制定了无线互动实验室电脑网络管理规范及数码显微镜正确使用规范，并对仪器设备定期维护。如何让无线数码显微互动系统更好地在中药鉴定学实验教学领域发挥作用，需要不断地应用与探讨，以更好地为中药学专业实验提供教学科研服务。

4 小结

无线数码显微互动实验室的应用，弥补了传统数码互动实验室的弊端，传统互动实验室具有学生端不能实时拍照和进行显微图像处理功能的缺陷，而无线数码显微互动系统实现了教师和学生以及学生间的双向互动沟通模式，满足中药鉴定学国家级资源共享精品课的实践教学需要，该系统的应用具趣味性、科学性、实时性、互动性等优点，能充分调动学生学习的积极性，提高课堂教学效果，利于学生理论知识的掌握，同时提高了实验技能，使理论和实践有效地结合，并利于中药鉴定学实验教学综合设计性实验和开放性实验的开展；利于学生自主学习能力、实践能力、创新意识和创新思维的培养[8]；同时也为学院中药学专业的教学科研提供了新的开放平台。