無線智能顯微互動(dòng)系統(tǒng)在高校動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用※

●張 平 張以順（ 中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 廣東 廣州 510275）

動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)是高等院校生命科學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中非常重要的傳統(tǒng)基礎(chǔ)學(xué)科，與農(nóng)、林、牧、漁、醫(yī)、工等多領(lǐng)域都有著密不可分的關(guān)系。中山大學(xué)動(dòng)物學(xué)教學(xué)秉承了江靜波教授等前輩的教學(xué)理念，將經(jīng)典與現(xiàn)代發(fā)展趨勢(shì)相結(jié)合，從原先借助于活體解剖、掛圖、玻片標(biāo)本、干制標(biāo)本、浸制標(biāo)本等手段，慢慢擴(kuò)展到掃描圖庫、虛擬仿真等，使學(xué)生能更好理解抽象的形態(tài)結(jié)構(gòu)。數(shù)碼顯微互動(dòng)系統(tǒng)的引入，大大提高了實(shí)驗(yàn)的便利性和趣味性，使得很多抽象枯燥的內(nèi)容變得生動(dòng)有趣起來。本文擬通過對(duì)比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與顯微互動(dòng)系統(tǒng)在動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用，探析顯微互動(dòng)系統(tǒng)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)，期望發(fā)揮更佳的教學(xué)效果。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)與局限性

傳統(tǒng)的動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)模式為教師先講授理論知識(shí)，例如實(shí)驗(yàn)器材的使用、實(shí)驗(yàn)步驟、觀察要點(diǎn)、注意事項(xiàng)等，同時(shí)借助于掛圖、標(biāo)本等讓學(xué)生理解生物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)[1]，然后學(xué)生開始動(dòng)手實(shí)踐。這種傳統(tǒng)授課模式有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如以教師為中心，上課節(jié)奏容易把控和聚攏；老師憑借其個(gè)人魅力可以帶動(dòng)整個(gè)課堂的氣氛；在人數(shù)較少的課堂上師生互動(dòng)比較容易，解答問題也方便。但是傳統(tǒng)模式也存在很多弊端，如理論性比較強(qiáng)，描述抽象，特別是一些比較細(xì)微的結(jié)構(gòu)，如蚯蚓的喇叭狀腎口[1]，部分學(xué)生在顯微鏡下找不到目標(biāo)結(jié)構(gòu)，即便按照實(shí)驗(yàn)手冊(cè)要求“在體壁上用鑷子提取絨毛狀物”，也未必能找到。還有渦蟲焰細(xì)胞的尋找，盡管老師已經(jīng)詳細(xì)講解細(xì)胞的形態(tài)及所在的位置，但是許多學(xué)生用蓋玻片壓碎渦蟲后，顯微鏡下就是一片糊狀物，完全找不到焰細(xì)胞。此類情況在脊椎和無脊椎動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中頻頻發(fā)生。還有一大弊端，高校課堂往往上課人數(shù)比較多，特別是動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)課，本校高峰時(shí)一個(gè)班有66名學(xué)生上課，如此龐大的課堂，一兩個(gè)老師僅僅依靠手口相傳的傳統(tǒng)教學(xué)模式根本無法兼顧，學(xué)生的各種問題也得不到很好的解答。

另外一個(gè)弊端是資源浪費(fèi)。學(xué)生在實(shí)操過程中會(huì)有各種各樣的問題，老師在教室中穿梭巡回，答疑解惑，但很多時(shí)候回答的都是同一個(gè)問題，既浪費(fèi)了時(shí)間也不利于教師提煉共性問題；期末考試時(shí)，需要學(xué)生按要求指出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，如蒼蠅的平衡棒、蜜蜂的翅鉤列等，傳統(tǒng)的考試方式需要老師走到每一位學(xué)生旁邊，讓學(xué)生從顯微鏡中指出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，老師再去看顯微鏡核對(duì)答案是否正確，但是顯微鏡目鏡只能容下一個(gè)人使用，所以在目標(biāo)結(jié)構(gòu)所在位置溝通的過程中就存在很大的爭議，沒有辦法判定學(xué)生是否真的找到了目標(biāo)結(jié)構(gòu)。

2 智能顯微互動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)與弊端

2.1 智能顯微互動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

無線智能顯微互動(dòng)系統(tǒng)的引入解決了前面提到的一系列問題。實(shí)驗(yàn)室從2012年開始引入Motic顯微互動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，2021年升級(jí)改造后引入3.0版本。該互動(dòng)系統(tǒng)具有教師圖像、微觀圖像、教學(xué)求助等主要模塊，還有作業(yè)提交、現(xiàn)場批改等輔助功能，在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中優(yōu)勢(shì)明顯，充分實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)，教師可迅速而有效地對(duì)全體或個(gè)別學(xué)生給予指導(dǎo)和幫助，為課堂教學(xué)提供了良好的教學(xué)、溝通和檢驗(yàn)手段（圖1和圖2）。

圖1 中山大學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)室

圖2 智能顯微互動(dòng)系統(tǒng)教師端

2.1.1 兼顧課堂所有學(xué)生教師機(jī)裝有DigiLab 3.0-Teacher教學(xué)軟件，進(jìn)入軟件后，使用“強(qiáng)制示范”功能，可以控制所有學(xué)生面前的顯示圖像，教師端的PPT、視頻或者操作過程都可以通過“教學(xué)示范”功能傳輸?shù)綄W(xué)生端，避免距離較遠(yuǎn)的學(xué)生因?yàn)榭床磺宥撾x課堂節(jié)奏。而且，在學(xué)生進(jìn)行實(shí)操的過程中，教師利用“學(xué)生圖像”功能就可以分組或者全部查看學(xué)生顯微鏡下的圖像，并可以實(shí)現(xiàn)在線指導(dǎo)，如果發(fā)現(xiàn)哪個(gè)學(xué)生顯微鏡下的結(jié)構(gòu)比較典型，還可以直接挑出來，并利用“教學(xué)示范”功能馬上示教給全部學(xué)生，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源便捷共享。

2.1.2 解決資源浪費(fèi)的問題學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中有什么問題，亦可以通過“教學(xué)求助”按鈕將問題反饋給老師，老師可以實(shí)現(xiàn)“一對(duì)一”輔導(dǎo)。同樣，如果問題比較典型，或者同一個(gè)問題問的比較多的話，教師端又可以使用“教學(xué)示范”功能集體講解，節(jié)約了課堂時(shí)間，提高了教學(xué)效率。

有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要學(xué)生繪制整個(gè)或者部分動(dòng)物結(jié)構(gòu)。以往都是學(xué)生在顯微鏡下邊觀察邊動(dòng)手畫圖，如課堂上完不成就只能憑記憶繪圖。現(xiàn)在學(xué)生可以用系統(tǒng)中的“拍照”功能，將自己需要的各種圖片拍下帶回去慢慢研究、繪圖，加深了印象且節(jié)省了課堂時(shí)間。

考試時(shí)，學(xué)生在顯微鏡下找到目標(biāo)結(jié)構(gòu)后也可以拍照保存，并通過“編輯”功能，用箭頭指出目標(biāo)結(jié)構(gòu)，然后使用“作業(yè)提交”功能統(tǒng)一提交到教師機(jī)終端，教師可以在教師端統(tǒng)一批改，節(jié)省時(shí)間（圖3）。

圖3 智能顯微互動(dòng)系統(tǒng)學(xué)生端

在10多年的教學(xué)探索中，老師和學(xué)生已經(jīng)能很好地掌握該系統(tǒng)在動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，并且利用系統(tǒng)的各項(xiàng)功能將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科技創(chuàng)新結(jié)合起來，使該教學(xué)模式發(fā)揮出最大優(yōu)勢(shì)。

2.2 智能顯微互動(dòng)系統(tǒng)的弊端

雖然顯微互動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中發(fā)揮了重要作用，但也存在一些弊端。

由于各高校引入的顯微互動(dòng)系統(tǒng)品牌不同，存在問題也各有不同，例如有的系統(tǒng)出現(xiàn)圖片上傳延遲現(xiàn)象[2]，有的認(rèn)為部分年齡偏大的老師操作困難[3]等。本校實(shí)驗(yàn)室使用的智能顯微互動(dòng)系統(tǒng)存在一些技術(shù)弊端，影響教學(xué)體驗(yàn)，亟待研發(fā)部門解決。

一是生物顯微鏡和體視顯微鏡（解剖鏡）不能在顯示器上自由切換，只能單獨(dú)使用，這給課堂教學(xué)帶來諸多不便，因?yàn)樵S多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要兩種顯微鏡同時(shí)使用，不斷切換就會(huì)浪費(fèi)課堂操作時(shí)間。

二是大課堂人數(shù)較多，同時(shí)上課時(shí)，多人同時(shí)使用該系統(tǒng)時(shí)會(huì)發(fā)生個(gè)別顯微圖像不能顯示或者延遲顯示的現(xiàn)象，每次都要調(diào)試才能恢復(fù)。

三是系統(tǒng)自帶的部分軟件功能如畫圖、測(cè)量等功能不夠完善，使用起來略顯笨拙，沒有做到與時(shí)俱進(jìn)。

3 總結(jié)

動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)是高校生命科學(xué)專業(yè)不可或缺的基礎(chǔ)必修實(shí)驗(yàn)課程，提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)水平與質(zhì)量對(duì)提升學(xué)生的科研興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有重要作用，特別是對(duì)中山大學(xué)剛剛開始的“大類培養(yǎng)”教學(xué)改革有著舉足輕重的作用。實(shí)驗(yàn)課程發(fā)展要將傳統(tǒng)與現(xiàn)代相結(jié)合，嘗試將微課、虛擬仿真等手段與顯微互動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合[4]，優(yōu)化教學(xué)項(xiàng)目，使實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)一步提高。