杜曉捷

美國細胞生物學家威爾遜提出—每一個生物科學問題的答案都必須在細胞中尋找，而顯微鏡是觀察細胞必不可少的工具。以高中生物必修一為例，需要使用顯微鏡的實驗就有7個。在傳統(tǒng)教學模式中，由于受到光學顯微鏡教學功能的限制，造成了師生之間的交流不暢，教師無法及時發(fā)現(xiàn)學生的問題，學生也得不到教師及時而有效的指導，使得實驗教學效果不盡人意。而數(shù)碼顯微互動實驗室則為生物實驗教學提供了高效率的教學與溝通手段，學情的及時反饋、高頻率的互動、資源的充分共享，課堂的生成性等為實驗教學模式的改革創(chuàng)造了條件。

一、基本設備及功能

液晶數(shù)碼顯微互動實驗室由數(shù)碼液晶顯微鏡系統(tǒng)、計算機軟件系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、局域網(wǎng)構成。學生端和教師端均使用高清晰度的數(shù)碼顯微鏡，數(shù)碼顯微鏡自帶屏幕及圖像處理系統(tǒng)，每一個端口均為相對獨立的強大的圖像處理單元[1]。各單元之間通過局域網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)，教師計算機，安裝數(shù)碼互動軟件，利用分布式數(shù)碼互動軟件系統(tǒng)進行設備調(diào)用與課堂教學，實現(xiàn)了全面的圖像數(shù)據(jù)共享。教師端計算機可以監(jiān)控所有學生端數(shù)碼顯示屏上的圖像并可投影在一體機屏幕上，從而能及時發(fā)現(xiàn)學生實驗過程中存在的共性問題給予反饋，也能隨時對每個學生的操作結果進行跟蹤和評價，實現(xiàn)師生互動和生生互動。

圖1 數(shù)碼顯微互動實驗

二、液晶數(shù)碼顯微互動實驗室對高中生物實驗教學產(chǎn)生的影響

1.加強示教作用 加快教師反饋速度 實現(xiàn)“由點到面”的教學

在裝片比較復雜的情況下，教師的示教顯得尤為重要。例如，在用血球計數(shù)板中統(tǒng)計酵母菌數(shù)量的實驗中，教師可以將自己顯微鏡上的圖像投影到智能一體機屏幕上，用電子教鞭具體指示某一個結構，如哪些是雙線，哪些是單線，如何根據(jù)顯微鏡下不同密度的單雙線推斷計數(shù)室的位置，從而快速找到計數(shù)室等。通過教師的示教，學生可以大大縮短找到計數(shù)室的時間，進而有更充裕的時間進行酵母菌的計數(shù)。除了示教功能，數(shù)碼顯微互動實驗室在信息反饋和交流互動方面也表現(xiàn)出了優(yōu)越性。傳統(tǒng)的光學顯微鏡實驗室缺乏快速的溝通平臺，如遇學生有問題，教師只能一對一指導，無法顧及多數(shù)學生，無法共享指導，即使學生遇到相同的問題，教師也只能重復回答，有限的課堂時間使很多學生得不到指導和反饋，課堂輔導參差不齊。而顯微互動實驗室為教師增添“無數(shù)雙眼睛”，使每個學生的操作結果都能準時精確地呈現(xiàn)在教師面前，教師既可以對存在的共性問題進行回應，也能針對性地對個別問題提供指導，使原來的“點到點”教學模式轉化為“點到面”模式[2]，這使得面向全體學生的教學理念得以實現(xiàn)，從而呈現(xiàn)出師生互動的高效率教學狀態(tài)。

圖2 學生看到的物像同時在電子白板上呈現(xiàn)

2.可以更大化地實現(xiàn)資源共享

數(shù)碼顯微互動實驗室的交互系統(tǒng)可以為實驗教學提供“大數(shù)據(jù)”，實現(xiàn)更大化的資源共享。例如在 “使用高倍鏡觀察幾種細胞”中，教師可以盡可能多地把各種細胞切片發(fā)給每組的學生，學生在高倍鏡下觀察到切片后，圖像通過教師端的投影系統(tǒng)展示給其他學生，實現(xiàn)班級成員共享，在眾多的樣本中教師進而引導學生歸納細胞的多樣性和統(tǒng)一性，從而提高了實驗的學習效果。又如在“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”實驗中，教師可以為不同的組提供不同的實驗材料，如洋蔥根尖、大蒜根尖、水仙根尖、石蒜根尖等，通過各組的實驗結果獲取盡可能多的平行數(shù)據(jù)，進而探索最適的實驗材料及引導學生思考不同植物分生組織細胞有絲分裂的共性。

3.變菜單式實驗課堂為生成性實驗課堂

在傳統(tǒng)的光學顯微鏡實驗室中，教師經(jīng)常在巡堂的過程發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀裝片后告知全班哪位學生的裝片做得很好，做得不好的學生就排隊觀察這位學生的裝片。這個過程十分耗時，而且缺失了最關鍵的談論環(huán)節(jié)，因為有限的課堂時間無法使大家展開必要的討論和評價，大家只是看到了好的裝片，卻不知道好的裝片是怎樣做出來的。在數(shù)碼顯微互動實驗室中，教師可以通過將各組同學實驗觀察到的物象集中采集，通過投影展示在大屏幕上，學生對好的裝片便從原來的“逐個看”變?yōu)椤叭靠础保瑥亩尫懦龃罅康臅r間。這些時間可以用于對實驗結果進行相互評價，讓切片制作成功的學生充當教師介紹制作切片的關鍵步驟和心得，教師可以調(diào)用“輔助遙控”功能，在學生的圖片上，移動指針到特定結構，對學生的講解進行補充和糾正；而對裝片不理想的學生，可以分析可能出錯的原因，例如在“觀察植物細胞有絲分裂”實驗中，通過“小老師”的介紹和啟發(fā)，裝片模糊的學生恍然大悟，有的是因為材料選擇不當，沒有選取分生區(qū)，有的是心急解離不充分，有的是壓片的時候沒有用鉛筆的橡皮頭敲散根尖，這些原因都會造成觀察不到預期的實驗現(xiàn)象。問題的呈現(xiàn)可以給學生提供分析、反思的機會，從而變傳統(tǒng)的菜單式實驗課堂為生成性的實驗課堂，在時間充裕的條件下可讓學生根據(jù)原先的失敗教訓重新制作裝片，使更多的學生體驗成功，從而在愉悅感中培養(yǎng)對生物學的熱愛。

圖3 洋蔥的質(zhì)壁分離實驗顯示

4.更能體現(xiàn)生命活動連續(xù)性的過程

活細胞每時每刻都處于動態(tài)變化中，例如“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體”實驗中就要求學生以葉肉細胞為材料，在高倍顯微鏡下觀察散布于細胞質(zhì)中的葉綠體。具體方法是用蘚類的小葉或者黑藻的小葉制成臨時裝片，在低倍顯微鏡下觀察到葉綠體后換用高倍顯微鏡，液晶數(shù)碼顯微鏡相對于傳統(tǒng)光學顯微鏡可以更清楚地看到葉片細胞中葉綠體的形態(tài)、分布及動態(tài)。這在于數(shù)碼顯微鏡自帶光源，有充足的光線透過葉片，此時葉片的代謝會更加旺盛，細胞質(zhì)環(huán)流十分明顯，另外數(shù)碼顯微鏡具有攝錄功能，能把細胞內(nèi)的動態(tài)變化拍攝成完整的過程。因此學生看到的就不只是一個鏡像，而是一個連續(xù)的過程，包括細胞質(zhì)環(huán)流、葉綠體顫動等，這種動態(tài)過程的捕抓有利于學生形成更為完整的生物學系統(tǒng)觀。

5.使實驗素材庫及評價體系更為多樣和真實

為了使實驗更加嚴謹，教師應要求實驗后學生撰寫實驗報告或者繪圖作為實驗反饋。但由于學生課業(yè)緊張，這一環(huán)節(jié)很多時候被忽略，缺乏了必要的強化和總結，實驗變?yōu)樽哌^場，實驗中照著課本操作，實驗后很快忘了實驗內(nèi)容。而利用數(shù)碼顯微鏡的拍攝和錄影功能，實驗過程的信息可以及時保存，學生可以把自己在課堂上生成的內(nèi)容用優(yōu)盤帶走。例如在觀察細胞減數(shù)分裂的實驗中，教師實驗前可以提出要求，讓學生盡可能多地找到處于分裂各時期的細胞并拍攝下來，課后再將圖片按照減數(shù)分裂的先后順序排列在Word中，對于沒有拍到的時期再使用手繪，最后反饋給教師。通過報告，教師能更真實地了解學生的實驗效果，學生也可以在整理實驗圖片的過程中復習細胞有絲分裂各時期的特點。此外，教師還可以收集典型結構的圖片作為課件素材及教學案例，使實驗素材庫及評價體系更為多樣和真實，實現(xiàn)跨班級、跨年度的資源共享。

三、存在問題及對策

我校在應用液晶數(shù)碼顯微互動實驗室進行高中生物實驗教學的過程中也發(fā)現(xiàn)了一些有待于解決的問題。

1.數(shù)碼互動系統(tǒng)的投影硬件不足

原來我校采用的是電子白板，由于投影機的燈泡老化及電子白板的分辨率問題，出現(xiàn)了投影的圖像失真，學生端的圖像和講臺電子白板上的色差很大，不利于對學生科學性的培養(yǎng)。針對這一問題筆者更換了投影設備，把電子白板和投影機換成智能一體機，一體機為液晶顯示屏幕，像素更高，和原圖色差小，圖片更為清晰真實，學生可以準確地看到其他學生顯微鏡下的圖像。且一體機屏幕有“隨手寫”功能，教師可在電子屏上自如地寫、圈、還能應用放大鏡、聚光燈等處理圖像，使數(shù)碼互動顯微鏡圖片共享如虎添翼，教學呈現(xiàn)得更加靈活和立體。

2.高中生物教師對運用新設備進行生物實驗教學的熱情不高

液晶數(shù)碼互動實驗室建成后，仍有大部分教師選擇在傳統(tǒng)光學實驗室進行實驗，分析其原因主要有：部分教師在教學過程中重知識、輕實踐，對實驗教學不夠重視；部分教師對新設備操作存在障礙，覺得使用新設備要接受新的挑戰(zhàn)，增加了備課負擔；部分教師認為目前高考對顯微鏡使用的考察還是以傳統(tǒng)光學顯微鏡為考察對象。針對這一問題，筆者建議增加教師培訓的機會，可以聯(lián)系廠商進行新型顯微鏡的使用培訓，教師只有“會用”才能“愛用”；多進行數(shù)碼互動顯微鏡的課例研究，讓更高效、直觀的教學效果刺激教師使用現(xiàn)代信息技術的熱情；而對于高考考查知識點的問題，陳田天等人通過課上觀察、調(diào)查反饋和實驗報告的完成情況發(fā)現(xiàn)數(shù)碼顯微鏡無論是結構還是操作方法都和光學顯微鏡很相似，在課堂上的使用能促進學生掌握光學顯微鏡的操作[3]。

四、結語

液晶數(shù)碼顯微鏡互動實驗室的應用為解決傳統(tǒng)光學顯微鏡實驗室環(huán)境下實驗教學所遇到的問題提供了技術的保障。在信息技術時代，善用新型設備必將催生出更加積極、開放、高效的生物實驗課堂。

參考文獻

[1]李坪,袁云,馬麗梅,段艷萍,于建云,阮永華.組織學實驗課新型教學模式數(shù)碼互動顯微鏡室的應用[J].解剖科學進展,2011,17(6):90-92.

[2]林亮.高中生物功能實驗室的配備和管理[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2013(7):13-14.

[3]陳田天. 數(shù)碼顯微鏡互動系統(tǒng)在初中生物實驗教學中應用淺談[J].求知導刊,2016(5):120.