显微数码互动系统：高中生物全新的教学模式

周井花

摘 要： 显微数码互动系统与高中生物实验教学相结合，改变传统实验教学模式，具有突出的优势。如使学生积极参与实验，课堂气氛活跃；实时视频监控，及时指导学生；随时拍摄图像，对比保存图像；准确量化数据，实验结果科学；拓宽课本实验，提高创新能力。

关键词： 高中生物 教学模式 数码显微镜 显微数码互动系统

高中生物教材（人教版）有24个实验，其中9个实验要使用显微镜观察。目前，大多数高中仍然使用的是普通光学显微镜，使用过程中存在很多缺陷。如教师对各小组的问题难以及时做出指导、各小组的成果难以交流、好的图像难以对比与保存、课堂教学效率比较低等。

笔者所在的学校于2014年9月异地新建，新建了显微数码互动生物实验教室。其中包含的数码显微镜是在光学显微镜的基础上多一个摄像头，外部与电脑相连，可把拍摄的图像与录像保存后提交作业。学生提交的作业会在教师的电脑屏幕上显示，教师可以针对各组实验情况展开教学。新建的显微数码互动生物实验教室除了包含数码显微镜与电脑以外，还有投影仪、屏幕、网络系统、软件系统包括系统控制软件（视频、语音、网络通讯控制）、教师端高级图像软件和学生端独立图像软件，它能实现一对一、一对多的互动沟通教学模式。显微数码互动生物实验室与传统生物实验室的差别，远远不止“互动”一词。下面以这一年来学生的实验反馈，介绍利用显微数码互动系统进行生物实验教学的突破性进展与有待提高的方面。

一、显微数码互动系统在高中生物实验教学中的优势

1.积极参与实验，课堂气氛活跃

高中第一节学生实验课“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”，其中脂肪鉴定（用显微镜观察子叶细胞的脂肪着色情况）需要用显微镜观察细胞着色后的脂肪颗粒。学生只用了十五分钟的时间就初步学会了数码显微镜的基本使用方法。生物实验课采用的是分组实验的方式，每组3—4人，利用传统光学显微镜观察实验时，往往是一至两个学生起主导作用，小组另外学生参与性并不强。华盛顿儿童博物馆的墙上有一标语：“我听见了就忘记了，我看见了就记住了，我做过了就理解了。”所以，实验必须自己亲自动手做才能更进一步了解实验过程，对实验过程中出现的问题也能及时发现，并在小组内讨论解决。现在小组一位学生在用数码显微镜观察时，其余学生可以通过电脑显示屏观看显微成像，给组内其他学生直观地展示出一个微观世界。组员也可以帮助指导调焦、移动装片找到合适部位观察等，小组内的合作意识更强了，课堂内的讨论氛围更好了。

2.实时视频监控，及时指导学生

教师电脑屏幕上可以显示所有学生电脑屏幕上的情况，这样可以对学生实验过程的进度实时监控，出现问题可以及时指导。在“观察洋葱鳞片叶外表皮的质壁分离与复原”学生实验中，笔者在主屏幕上发现有小组观察到大量的气泡；有小组细胞重叠，看不清单个细胞的情况；有小组物像只有轮廓，没有填充紫色；有小组用蔗糖溶液处理后看不到质壁分离的现象；有小组用清水处理质壁分离的细胞看不到质壁分离复原的现象等。此时，学生可以通过语音系统主动向教师求助，教师可以不用来回走动于各小组之间，直接利用师生对讲模式进行指导，被指导的学生可以听到并与教师对话。各小组成员之间可以利用语音系统分组讨论模式进行交流，教师可随时加入。对于教师电脑屏幕上观察到表现比较好的小组与出现问题的小组，可以利用语音系统学生示范模式进行交流，以两位学生一对一的问答示范，所有其余学生都可以听到谈话内容，但其他学生不能发言。当实验课上学生反馈的问题比较集中，学生难以解决时，教师可以利用全通话模式与全体学生讲解，这样坐在教室后面的学生也能听得很清楚，教师可用较小的音量达到最好的授课效果。这种全新的实验课教学模式，还可以不受座位的限制，师生之间、生生之间随时可以对实验进行探讨与研究。

3.随时拍摄图像，对比保存图像

数码显微镜内置500万像素的摄像头，通过“拍照”功能将学生镜下的图像拍摄并保存下来，然后学生提交给教师，保存时可以学生自定义名字命名。在“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”学生实验中，各小组学生把拍摄的最好图像进行调整大小、拼接（每张图像只是拍到了实验材料的局部，通过拼接可以形成完整的图像）、添加注释后保存并提交给教师。教师选出几张较好的图像，与全班同学共享，便于学生正确认识洋葱根尖有丝分裂各个时期的特征。同时，教师选出几张特殊的图像，以便与大家分析产生这些错误的原因。在“培养液中酵母菌种群数量的变化”学生实验中，利用抽样检测法需要连续统计七天酵母菌的种群数量。实验课上学生分组保存相关图像，并记录数据，第二天至第七天均有部分小组进行相似操作，最后得出相关结果与结论。由于这个实验消耗时间长，不是每一届学生都有条件做完每一步，且数码显微镜下的血细胞计数板计数时的图像对没有掌握计数方法的学生来说是很好的观察素材。因此，保存下来的图像文件可长期使用，一定程度上可节约人力、财力，有利于把经典的学生实验图像与结果一届届传承下去。

4.准确量化数据，实验结果科学

在“观察马蛔虫受精卵的有丝分裂固定装片”学生实验中，要求学生在显微镜视野中找到两个样本中各时期的细胞并计数，以及计数细胞的总数，这样可以计算出每个时期的细胞数占计数细胞总数的比例。假如使用普通的光学显微镜观察，学生要移动装片计数，眼睛容易疲劳，会造成比较大的误差。如果中间再换另一名学生继续计数，误差就会更大，所以往往得出的结果与结论不一定是科学的，违背了实验的科学性原则。现在使用数码显微镜，小组成员可以看电脑屏幕，由于有多名成员一起计数，可以做到准确计数，实验结果科学。在“观察洋葱鳞片叶外表皮的质壁分离与复原”学生实验中，学生可以利用显微镜上的标尺准确量出细胞发生质壁分离时，细胞的失水程度（细胞失水程度=原生质体长度/细胞壁长度），这点在光学显微镜使用时是完全做不到的。当然，数码显微镜除了能对微观材料进行专业化测量，如长度、面积、半径等，还可以导出数据，打印报告。

5.拓宽课本实验，提高创新能力

数码显微镜的基本操作较易被学生掌握，它的使用可以帮助学生节约部分实验时间，这样实验课上学生会有时间做课本实验的拓展。在“观察洋葱鳞片叶外表皮的质壁分离与复原”学生实验后，学生可以继续探究洋葱鳞片叶外表皮的细胞液浓度范围，可以利用滴加10%、20%、30%、40%、50%的蔗糖溶液进行质壁分离的实验，然后把各组的实验数据做汇总，最后得出结论。学生也可以继续探究不同物质（如蔗糖溶液、硝酸钾溶液、尿素溶液等）做外界溶液处理洋葱鳞片叶外表皮后，利用显微数码互动系统进行动态视频录像记录细胞在其中的失水和吸水的情况。还可以把洋葱鳞片叶外表皮细胞换成内表皮细胞重新做类似的实验，观察与洋葱鳞片叶外表皮实验结果的异同。这在很大程度上可以帮助学生对物质跨膜运输的知识点有更深入的理解，提高学生大胆设想，勇于尝试，创新设计各种实验的能力。

二、显微数码互动系统在高中生物实验教学中的问题

1.管理方面

显微数码互动生物实验教室才新建一年左右的时间，需要经常对实验室进行维护，包括网络系统的更新、软件的更新，每次数码显微镜使用完的维护工作等，笔者所在学校目前在这些方面做得不够到位。

2.教师方面

经过多年教学实践，教师已经熟悉使用光学显微镜，所以部分教师不愿意尝试使用显微数码互动系统。因为显微数码互动系统对教师提出了更高的要求，需要对相关软件系统、数码显微镜的使用等方面不断学习与探索。当然，由于显微数码互动系统能拓宽课本实验，学生探究的方面就更多了，因此上这样的实验课对教师的课前备课要求更高了。

3.学生方面

新的实验设备提高学生兴趣的同时，也会对学生产生一些负面影响。如部分学生利用实验室的电脑上网浏览网页导致学生在教师讲解过程中开小差，部分学生对显微数码互动系统只是掌握了初步的使用方法，学生不会使用新设备进一步探究实验，还有部分学生用拍摄的图像代替手画的细胞图，直接贴在实验报告册上，不利于学生识图、画图能力提高。

显微数码互动系统从根本上改善了高中生物实验教学，将现代信息技术手段融入传统高中生物实验教学。这套实验室设备毕竟是新生的事物，怎样才能优化利用它进行实验教学，是所有高中生物教师今后工作中需要不断摸索与研究的方面。

参考文献：

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