显微数码互动教学系统在发育生物学实验教学中的运用

林政+林清强+蔡钒

摘要：发育生物学实验教学是发育生物学理论教学的重要补充。与传统的实验教学相比，运用显微数码互动教学系统进行发育生物学实验教学，能有效增强师生间的互动交流，实现资源共享，并提高课堂教学效率。

关键词：显微数码互动教学系统 发育生物学 实验教学

近几年，发育生物学是生命科学领域发展最为迅速的一门学科。国内高等院校也在本科高年级中开设了发育生物学这门课程，但由于种种原因，开展发育生物学实验教学的院校并不多。有幸的是，在开设发育生物学之前，福建师范大学生命科学学院就有了《胚胎学》这门课程，并且在2007年就开始应用显微数码互动教学系统进行发育生物学实验教学。

在传统的发育生物学实验教学中，教师使用普通光学显微镜，存在师生间缺乏互动交流、观察到的图像不能有效保存、课堂效率低下等问题。随着图像数码化技术的发展及其在显微领域中的运用，显微数码互动教学系统也随之出现。显微数码互动教学系统在发育生物学实验教学中运用很好地解决了传统发育生物学实验教学存在的问题。

一、显微数码互动教学系统的组成

显微数码互动教学系统的硬件组成有教师主控电脑1台，教师显微镜1台，学生电脑及显微镜各48台（福建师范大学生命科学学院的配置现状），投影仪及大屏幕；显微数码互动教学系统的软件组成有计算机控制系统、数码显微系统、图像处理系统。

1.计算机控制系统

计算机控制系统能让教师的主控电脑控制学生的电脑，将学生观察到的图像投放到大屏幕上。同时，教师也能接收到学生的反馈，如提问等。

2.数码显微系统

教师和学生的显微镜都配有内置摄像头，通过其所连接的电脑软件进行摄像、录像、存贮、调入图像等操作。

3.图像处理系统

学生可以根据需要，在图像处理系统上设置参数。如自动曝光、白平衡等，以提高图像的清晰度或对比度等。

二、显微数码互动教学系统在发育生物学实验教学中的运用优势

1.提高师生互动交流

在传统的发育生物学实验教学中运用无显微数码互动教学系统，教师与学生、学生与学生之间缺乏交流。如在观察标本切片过程中，教师不清楚学生有没有看清楚标本的切片过程，及学生显微镜视野下的图像结构。

通过显微数码互动教学系统，即使学生不主动提问，教师也可以直接在主控电脑上看到学生显微镜视野下的图像，可以及时了解学生的学习情况和学习效果。如在观察哺乳动物卵巢结构的切片时，由于原始卵泡与早期初级卵泡较为相似，学生容易混淆。学生将观察結果拍摄并保存，保存的名称是原始卵泡，但是实际的图像是早期初级卵泡，这就说明学生没有区分原始卵泡和早期初级卵泡。发现这样的情况后，教师应及时给予纠正，变“学生被动提问”为“主动指导”。另外，在观察哺乳动物卵巢结构的切片过程中，学生碰到疑问时，也能直接在操作界面上向教师提问。

2.实现资源共享

在运用无显微数码互动教学系统时，每位学生各自使用一台显微镜，一旦发现了典型的结构，却无法即时与其他同学共享，即使要共享，也只能一个一个地轮流使用显微镜观察，无法实现多位学生同时观看图像，更不能针对图像进行讨论。另外，无显微数码互动教学系统无法存储典型结构的图像，学生只能在实验中看到，如需要观察，学生只能重新定位寻找。

在显微数码互动教学系统中，教师可以通过主控电脑将个别学生观察到的典型结构的图像投放到大屏幕上，或通过教学广播直接显示在每个学生的电脑屏幕上，让每位学生都能看到。另外，学生也可以拍摄、存储观察到的图像，以便随时可重新调入或远距离传输。

由于发育生物学实验教学观察切片所看到的图像都有二维图像，所以不论是胚胎，还是器官，呈现出来的都是立体结构，且制备切片时所切的部位、角度、切片的厚度以及染色等原因，导致不同的学生观察同一器官时，所取的切片不同，各自在显微镜视野中的图像也不完全一样。如观察草鱼卵巢的切片时，第III时相的卵，只有经过细胞核中央的切片，学生才能看到细胞膜、细胞质外围的小液泡、细胞质中正在形成的卵黄、核膜、细胞核内分散存在的核仁等结构。但是草鱼的卵比较大，切片所经过的部位不同，学生观察的结构完全不同。又如观察3毫米蛙胚的连续切片时，由于垂体本身很小，切片的厚度有7纳米，只有正好经过垂体的切片，学生才能看到垂体的结构，不然是看不到的。在这种情况下，教师可以通过资源共享形式，让每位学生都能观察到典型的结构。

3.提高课堂教学效率

课堂教学效率包括两个方面，即学生的学习效率和教师的教学效率。在无显微数码互动教学系统的实验教学过程中，学生各自使用一台普通光学显微镜，只能看到自己显微镜视野中的图像，不能同时看到其他同学显微镜下的图像，无法进行对照、比较，导致学生分析问题时不全面，或者不能抓住根本原因，导致实验教学无法起到辅助理论教学的目的，学生的学习效率得不到提高。如果一位学生有疑问时，教师可以上前指导释疑，但如果有多位学生存在类似疑问时，教师只能一遍又一遍地重复回答。如果同时有两个或两个以上的学生需要教师指导时，教师只能先回答距离自己较近学生的问题，然后再指导距离自己较远的学生。这样会浪费较多的教学时间，导致教师的教学效率低下。

在发育生物学实验教学中运用显微数码互动教学系统时，教师从主控电脑上就能及时接受和回答学生的提问。如果电脑屏幕上显示出典型结构的图像时，学生不用离开自己的位置，就能看到相邻同学电脑屏幕上的图像。教师也可以将图像投放到大屏幕上，或者通过教学广播直接显示在每位学生电脑的屏幕上，让全班学生一起观察。这样，即使不同的学生拿到的切片不一样，经过对照、比较后，也能理解相应的知识。如果有超过3个学生提出相同的问题，教师直接可以将答案投放到大屏幕上，面对全班学生进行指导。如此这般，大大提高了课堂教学效率，且减轻了教师的工作量。

三、显微数码互动教学系统在实验教学运用中存在的问题

1.教学方法有待改进

虽然显微数码互动教学系统在显微观察的实验教学中有诸多的优势，是实验教学重要的辅助手段，但是教师还需进一步探索与之相适应的教学方法。笔者尝试了两种教学方法，现阐述如下：

在使用第一种教学方法时，笔者将一节课内学生要观察的切片中典型结构的图像制成PPT直接展示，并详细讲解其特点，然后让学生自行观察，笔者随堂指导。

在使用第二种教学方法时，笔者不将典型结构的图像制成PPT直接展示，而是将切片直接置于教师数码显微镜上，然后把图像投放到大屏幕上。接着，笔者引导学生从低倍到高倍，从左到右，从上到下，找到典型的结构，并在找的过程中比较非典型的异同点。但是使用这种方法所需的时间较多，如果一节课内要观察的切片较多，讲课的时间就会超过学生真正观察切片的时间。学生观察的时间不足，学习效果自然不尽如人意。

2.设备的管理与更新

显微数码互动教学系统由硬件与软件两大部分组成，硬件支持軟件的使用，硬件的损坏直接影响软件的应用，也直接影响课堂教学。但是，长期使用硬件，不可避免地会出现老化，甚至损坏等情况，所以教师要加强日常管理与维护。最后，电子产品更新换代快，即使维护效果好，软件升级了，硬件也得更换。

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（作者单位：福建师范大学生命科学学院）