運用智能手機實現(xiàn)微生物實驗顯微成像互動教學研究

羅麗

摘要在不使用價格昂貴的顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)的情況下，研究利用光學顯微鏡、智能手機和無線網(wǎng)絡，讓學生觀察到顯微圖像并可與教師在課堂上實時雙向交流；以實現(xiàn)教學效果評價的即時性，使學生出現(xiàn)的錯誤能及時得到發(fā)現(xiàn)和糾正；從而實現(xiàn)微生物實驗顯微成像教學的低投入、高效率。

關鍵詞智能手機；顯微成像；互動教學

中圖分類號S-01文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）36-13160-02

目前，國內高校微生物學教學仍以傳統(tǒng)教學為主，部分經(jīng)費充裕的學校采用數(shù)碼顯微成像互動教學系統(tǒng)教學。國內高職院校在微生物實驗教學中大多采用傳統(tǒng)教學法，其課堂教學過程主要呈現(xiàn)如下：教師講解、描述、PPT展示提前拍攝好的示范微生物制片，學生保證一人一臺顯微鏡觀察、學生操作顯微鏡，通過調節(jié)粗準和細準焦螺旋觀察到目標細胞或結構后，其結果的展示是通過目鏡鏡筒指針指示，舉手示意教師前來觀看并核查觀察結果。教師逐一走動檢查較為耗時，且圖像不是同時呈現(xiàn)在師生面前，細微結構無法解釋及學習。數(shù)碼顯微成像教學互動系統(tǒng)成本極高，部分院校教師用一臺顯微成像教學示范儀器投影顯微圖像，但這是教師單向性的操作，無法解決學生觀察的圖像在師生面前同時展現(xiàn)的問題。將智能手機與無線網(wǎng)絡組合用于提高微生物學顯微教學效果的研究國內尚未見報道。該研究的目標為：在不使用價格昂貴的顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)的情況下，充分利用既有條件——光學顯微鏡、智能手機和無線網(wǎng)絡，讓學生觀察到顯微圖像并可與教師在課堂上實時雙向交流，實現(xiàn)教學效果評價的即時性，使學生出現(xiàn)的錯誤能及時被發(fā)現(xiàn)并且得到糾正；實現(xiàn)教學低投入、高效率。

1解決的主要問題

1.1傳統(tǒng)教學中存在的問題

高校生物技術專業(yè)開設的微生物學實驗教學內容必定會涉及對微生物細胞的顯微觀察，即學生通過學習能熟練使用光學顯微鏡，對制備好的裝片進行鏡檢觀察。由于微生物細胞的微小性，放大倍率需要達到400～1 000倍時才可觀察其形態(tài)。需要教師即時檢測學生觀察結果，才能知道學生觀察圖像是否正確、以及學生能否當場清楚解釋圖像不同部位的名稱。這正是在教學過程中的最大困難：學生如何就觀察到的顯微圖像與教師進行交流，以便及時得到教師的指導。傳統(tǒng)教學中教師只有通過課后學生撰寫的實驗報告才能獲知學生知識的掌握情況，對教學效果的掌握有滯后性。學生只有看到實驗報告上教師的批改，才能獲知實驗結果的正誤。實驗報告上的實驗結果分析也就沒有多少深度，且無法遏制學生之間抄襲實驗報告的現(xiàn)象[1]。

1.2數(shù)碼顯微成像互動教學系統(tǒng)存在的問題

目前國內較為先進的教學方式是通過數(shù)碼顯微成像互動教學系統(tǒng)來實現(xiàn)師生交流。以一間90 m2教室為例，可以安裝1套教師端數(shù)碼攝像系統(tǒng)和50套學生端數(shù)碼攝像系統(tǒng)，教學效果較好，但價格昂貴。目前一套系統(tǒng)設備至少投入83萬元。大部分院校尤其是普通高職院校難以承受如此高的教學投入。該系統(tǒng)的終端數(shù)量固定，參與互動教學人數(shù)受到終端數(shù)量限制，無法靈活機動，且專一性強，一門課程需要配備一室及一套系統(tǒng)設備；多門課程需要配備多室及多套系統(tǒng)設備，無法實現(xiàn)設備的共享，且增加了人力管理成本[2-3]。

2操作方法

該方法只需要在現(xiàn)有光學顯微鏡的基礎上，添加1套多媒體電子白板互動教學設備，1臺無線路由器，保證教室網(wǎng)絡開放，學生自備智能手機就可以實現(xiàn)操作。其關鍵技術為培訓學生快速高效地拍攝出清晰的顯微圖像。圖片上傳后教師選取一定比例具有代表性的圖像即時評價，以確保大班化教學中教學效果可當堂檢測。具體操作方法為：

①觀察放大400倍（真菌）或1 000倍（細菌）制片，調節(jié)顯微鏡使目鏡端呈現(xiàn)最清晰的顯微圖像；

②打開自備的智能手機拍照功能；

③雙手橫執(zhí)手機，并騰出左手的小指扶住需要拍照的目鏡鏡筒外壁，以便穩(wěn)定支持手機機身不抖動；

④手機鏡頭平行對準顯微鏡任一目鏡平面并沿著中心光軸緩慢下移；

⑤當手機屏幕中的圖像聚焦為最清晰的狀態(tài)且圖像占據(jù)手機屏幕2/3時，平穩(wěn)地按下拍照鍵即得顯微圖像；

⑥打開手機WLAN，登錄QQ離線傳送給教師；

⑦教師接收圖片并挑選一定比例有代表性的圖片放大、展示于電子白板上點評，其余圖片課后利用網(wǎng)絡完成點評。

3推廣價值

3.1節(jié)約教學成本以1套顯微成像控制系統(tǒng)，以Nikon牌顯微鏡，聯(lián)想牌電腦為例，1臺主機，50臺分機價格計算約在83萬。該研究教學與顯微數(shù)碼互動教學系統(tǒng)投入成本比較見表1。比較可知顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)的投入成本是該研究方法的4倍?？梢娫摲椒纱蠓鹊亟档徒虒W投入成本。

3.2節(jié)約教學時間以革蘭氏染色實驗為例，36人同時授課，相同的實驗較以前節(jié)約近40 min，當場檢測反饋，教學效果良好（表2）。從表2可以看出，該研究方法在學生油鏡觀

察、教師逐一巡視指導項中沒有花費時間，而是將教師巡視

指導轉變?yōu)閷W生拍攝顯微圖像，教師在QQ端遙控檢測上傳

3.3機動靈活固化教學設備終端數(shù)量固定，上課人數(shù)過多則受其限制。該教學方式可大幅度降低實驗設備成本。只需學生自備智能拍照手機即可。采用該技術后，只要顯微鏡數(shù)量和教室容納量充足、上課人數(shù)可以相對靈活而不影響教學效果。不受場地和設備的限制，大班授課和大班演示時可使每位學生看清教師演示。可提高學生的個人練習操作速度，加深其對微生物學應用知識的認識。在課堂上學生能實時接收教師的指導和糾錯，提高教學效果。

3.4共享儀器設備單獨的顯微鏡設備可以領取到多個實驗室使用，減少固定專有實驗室的成本投入。涉及顯微觀察的生物類課程較多（表3）。若每門課程均購置數(shù)碼顯微成像教學互動系統(tǒng)，成本昂貴。該法只需建立顯微鏡存放室1間、增加顯微鏡臺數(shù)，比如100臺顯微鏡分為2組輪流使用，即可滿足植物學、動物學、微生物學、遺傳學、細胞生物學、人體解剖生理學、普通生物學等生物類專業(yè)課程交替共用，節(jié)約成本的同時也提高了儀器設備的利用率。所以，該技術可以在其他課程的顯微教學中大范圍推廣應用，減少各類課程在專業(yè)教室的固定設備投入，大幅度降低教學成本。上課人數(shù)可相對靈活不受場地和設備的限制；實現(xiàn)多門課程共享儀器設備提高儀器設備的利用率。

過程需要實時圖文交流的需求，讓學生利用智能手機拍攝通過顯微鏡觀察到的圖片，連同個人觀察結論一并上傳交流平臺，教師能方便快捷地檢查學生的觀測結果，快速評論、當場糾錯，學生可以當場改正并重新觀察正確的結果。該研究方法在國內發(fā)表成果中尚未見報道[4-6]。

該教學方法可使學生更直觀、更容易地學習和認識各種微生物的形態(tài)結構，可以及時糾正學生觀察到的錯誤圖像，打破時間和空間的限制，避免傳統(tǒng)教學中學生看錯看偏的現(xiàn)象，提高教師課堂教學效率、增強學生學習興趣。全程教學中，學生必須提交手機顯微拍攝圖片給教師，使學生感到學習任務的緊迫，督促學生練習也提高了學生的實踐能力，提高了教學質量和教學效果。同時通過該方法可節(jié)省教學時間，減輕教學負擔。

智能手機及無線網(wǎng)絡的應用將打破傳統(tǒng)教學的局限性，同時打破顯微數(shù)碼成像互動教學系統(tǒng)的高價位。目前，智能手機已基本普及，無線網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)交換速度已經(jīng)達到10 M，完全能夠滿足微生物顯微教學的需求。在操作過程中也會出現(xiàn)一些問題：比如手機拍照像素會影響圖片的質量；手機成像與肉眼觀察的顯微圖像有色差；上傳的圖片在電腦屏幕和投影到電子白板的圖像有色差，這些問題會影響教師對上傳的圖像成績的評判，但是隨著電子產(chǎn)品的日益更新，這些問題將會得到改善和解決。隨著通訊技術的進一步發(fā)展，智能手機和無線網(wǎng)絡組合在顯微教學中的應用將會進一步向深度發(fā)展，使得教學投入的成本越來越低，效果越來越好。

參考文獻

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[5] 胡國元，胡婧，朱雄偉，等.顯微數(shù)碼互動實驗室系統(tǒng)在微生物實驗教學中的應用[J].武漢工程大學學報，2010（10）：103-106.

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