无线智能显微互动系统在高校动物学实验教学中的应用※

●张 平 张以顺（ 中山大学生命科学学院 广东 广州 510275）

动物学实验是高等院校生命科学专业实验教学体系中非常重要的传统基础学科，与农、林、牧、渔、医、工等多领域都有着密不可分的关系。中山大学动物学教学秉承了江静波教授等前辈的教学理念，将经典与现代发展趋势相结合，从原先借助于活体解剖、挂图、玻片标本、干制标本、浸制标本等手段，慢慢扩展到扫描图库、虚拟仿真等，使学生能更好理解抽象的形态结构。数码显微互动系统的引入，大大提高了实验的便利性和趣味性，使得很多抽象枯燥的内容变得生动有趣起来。本文拟通过对比传统实验教学模式与显微互动系统在动物学实验教学中的实践应用，探析显微互动系统在动物实验教学中的优势，期望发挥更佳的教学效果。

1 传统实验教学的特点与局限性

传统的动物学实验课的教学模式为教师先讲授理论知识，例如实验器材的使用、实验步骤、观察要点、注意事项等，同时借助于挂图、标本等让学生理解生物的内部结构[1]，然后学生开始动手实践。这种传统授课模式有其独特的优势，如以教师为中心，上课节奏容易把控和聚拢；老师凭借其个人魅力可以带动整个课堂的气氛；在人数较少的课堂上师生互动比较容易，解答问题也方便。但是传统模式也存在很多弊端，如理论性比较强，描述抽象，特别是一些比较细微的结构，如蚯蚓的喇叭状肾口[1]，部分学生在显微镜下找不到目标结构，即便按照实验手册要求“在体壁上用镊子提取绒毛状物”，也未必能找到。还有涡虫焰细胞的寻找，尽管老师已经详细讲解细胞的形态及所在的位置，但是许多学生用盖玻片压碎涡虫后，显微镜下就是一片糊状物，完全找不到焰细胞。此类情况在脊椎和无脊椎动物实验中频频发生。还有一大弊端，高校课堂往往上课人数比较多，特别是动物学实验课，本校高峰时一个班有66名学生上课，如此庞大的课堂，一两个老师仅仅依靠手口相传的传统教学模式根本无法兼顾，学生的各种问题也得不到很好的解答。

另外一个弊端是资源浪费。学生在实操过程中会有各种各样的问题，老师在教室中穿梭巡回，答疑解惑，但很多时候回答的都是同一个问题，既浪费了时间也不利于教师提炼共性问题；期末考试时，需要学生按要求指出相应的结构，如苍蝇的平衡棒、蜜蜂的翅钩列等，传统的考试方式需要老师走到每一位学生旁边，让学生从显微镜中指出相应的结构，老师再去看显微镜核对答案是否正确，但是显微镜目镜只能容下一个人使用，所以在目标结构所在位置沟通的过程中就存在很大的争议，没有办法判定学生是否真的找到了目标结构。

2 智能显微互动系统在实验教学中的优势与弊端

2.1 智能显微互动系统的优势

无线智能显微互动系统的引入解决了前面提到的一系列问题。实验室从2012年开始引入Motic显微互动教学实验系统，2021年升级改造后引入3.0版本。该互动系统具有教师图像、微观图像、教学求助等主要模块，还有作业提交、现场批改等辅助功能，在生物学实验教学中优势明显，充分实现师生互动，教师可迅速而有效地对全体或个别学生给予指导和帮助，为课堂教学提供了良好的教学、沟通和检验手段（图1和图2）。

图1 中山大学生物学实验教学中心动物学实验室

图2 智能显微互动系统教师端

2.1.1 兼顾课堂所有学生教师机装有DigiLab 3.0-Teacher教学软件，进入软件后，使用“强制示范”功能，可以控制所有学生面前的显示图像，教师端的PPT、视频或者操作过程都可以通过“教学示范”功能传输到学生端，避免距离较远的学生因为看不清而脱离课堂节奏。而且，在学生进行实操的过程中，教师利用“学生图像”功能就可以分组或者全部查看学生显微镜下的图像，并可以实现在线指导，如果发现哪个学生显微镜下的结构比较典型，还可以直接挑出来，并利用“教学示范”功能马上示教给全部学生，实现教学资源便捷共享。

2.1.2 解决资源浪费的问题学生在实验过程中有什么问题，亦可以通过“教学求助”按钮将问题反馈给老师，老师可以实现“一对一”辅导。同样，如果问题比较典型，或者同一个问题问的比较多的话，教师端又可以使用“教学示范”功能集体讲解，节约了课堂时间，提高了教学效率。

有些实验项目需要学生绘制整个或者部分动物结构。以往都是学生在显微镜下边观察边动手画图，如课堂上完不成就只能凭记忆绘图。现在学生可以用系统中的“拍照”功能，将自己需要的各种图片拍下带回去慢慢研究、绘图，加深了印象且节省了课堂时间。

考试时，学生在显微镜下找到目标结构后也可以拍照保存，并通过“编辑”功能，用箭头指出目标结构，然后使用“作业提交”功能统一提交到教师机终端，教师可以在教师端统一批改，节省时间（图3）。

图3 智能显微互动系统学生端

在10多年的教学探索中，老师和学生已经能很好地掌握该系统在动物学实验教学中的应用，并且利用系统的各项功能将传统实验教学与科技创新结合起来，使该教学模式发挥出最大优势。

2.2 智能显微互动系统的弊端

虽然显微互动系统在实验教学过程中发挥了重要作用，但也存在一些弊端。

由于各高校引入的显微互动系统品牌不同，存在问题也各有不同，例如有的系统出现图片上传延迟现象[2]，有的认为部分年龄偏大的老师操作困难[3]等。本校实验室使用的智能显微互动系统存在一些技术弊端，影响教学体验，亟待研发部门解决。

一是生物显微镜和体视显微镜（解剖镜）不能在显示器上自由切换，只能单独使用，这给课堂教学带来诸多不便，因为许多实验项目需要两种显微镜同时使用，不断切换就会浪费课堂操作时间。

二是大课堂人数较多，同时上课时，多人同时使用该系统时会发生个别显微图像不能显示或者延迟显示的现象，每次都要调试才能恢复。

三是系统自带的部分软件功能如画图、测量等功能不够完善，使用起来略显笨拙，没有做到与时俱进。

3 总结

动物学实验是高校生命科学专业不可或缺的基础必修实验课程，提高实验课的教学水平与质量对提升学生的科研兴趣、培养创新型人才具有重要作用，特别是对中山大学刚刚开始的“大类培养”教学改革有着举足轻重的作用。实验课程发展要将传统与现代相结合，尝试将微课、虚拟仿真等手段与显微互动系统相结合[4]，优化教学项目，使实验课的教学质量进一步提高。