在液晶数码显微互动实验室进行高中生物实验教学的几点改进

2018-05-14杜晓捷

中国现代教育装备 2018年6期

杜晓捷

美国细胞生物学家威尔逊提出—每一个生物科学问题的答案都必须在细胞中寻找，而显微镜是观察细胞必不可少的工具。以高中生物必修一为例，需要使用显微镜的实验就有7个。在传统教学模式中，由于受到光学显微镜教学功能的限制，造成了师生之间的交流不畅，教师无法及时发现学生的问题，学生也得不到教师及时而有效的指导，使得实验教学效果不尽人意。而数码显微互动实验室则为生物实验教学提供了高效率的教学与沟通手段，学情的及时反馈、高频率的互动、资源的充分共享，课堂的生成性等为实验教学模式的改革创造了条件。

一、基本设备及功能

液晶数码显微互动实验室由数码液晶显微镜系统、计算机软件系统、图像处理系统、局域网构成。学生端和教师端均使用高清晰度的数码显微镜，数码显微镜自带屏幕及图像处理系统，每一个端口均为相对独立的强大的图像处理单元[1]。各单元之间通过局域网实现互联，教师计算机，安装数码互动软件，利用分布式数码互动软件系统进行设备调用与课堂教学，实现了全面的图像数据共享。教师端计算机可以监控所有学生端数码显示屏上的图像并可投影在一体机屏幕上，从而能及时发现学生实验过程中存在的共性问题给予反馈，也能随时对每个学生的操作结果进行跟踪和评价，实现师生互动和生生互动。

图1 数码显微互动实验

二、液晶数码显微互动实验室对高中生物实验教学产生的影响

1.加强示教作用加快教师反馈速度实现“由点到面”的教学

在装片比较复杂的情况下，教师的示教显得尤为重要。例如，在用血球计数板中统计酵母菌数量的实验中，教师可以将自己显微镜上的图像投影到智能一体机屏幕上，用电子教鞭具体指示某一个结构，如哪些是双线，哪些是单线，如何根据显微镜下不同密度的单双线推断计数室的位置，从而快速找到计数室等。通过教师的示教，学生可以大大缩短找到计数室的时间，进而有更充裕的时间进行酵母菌的计数。除了示教功能，数码显微互动实验室在信息反馈和交流互动方面也表现出了优越性。传统的光学显微镜实验室缺乏快速的沟通平台，如遇学生有问题，教师只能一对一指导，无法顾及多数学生，无法共享指导，即使学生遇到相同的问题，教师也只能重复回答，有限的课堂时间使很多学生得不到指导和反馈，课堂辅导参差不齐。而显微互动实验室为教师增添“无数双眼睛”，使每个学生的操作结果都能准时精确地呈现在教师面前，教师既可以对存在的共性问题进行回应，也能针对性地对个别问题提供指导，使原来的“点到点”教学模式转化为“点到面”模式[2]，这使得面向全体学生的教学理念得以实现，从而呈现出师生互动的高效率教学状态。

图2 学生看到的物像同时在电子白板上呈现

2.可以更大化地实现资源共享

数码显微互动实验室的交互系统可以为实验教学提供“大数据”，实现更大化的资源共享。例如在 “使用高倍镜观察几种细胞”中，教师可以尽可能多地把各种细胞切片发给每组的学生，学生在高倍镜下观察到切片后，图像通过教师端的投影系统展示给其他学生，实现班级成员共享，在众多的样本中教师进而引导学生归纳细胞的多样性和统一性，从而提高了实验的学习效果。又如在“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验中，教师可以为不同的组提供不同的实验材料，如洋葱根尖、大蒜根尖、水仙根尖、石蒜根尖等，通过各组的实验结果获取尽可能多的平行数据，进而探索最适的实验材料及引导学生思考不同植物分生组织细胞有丝分裂的共性。

3.变菜单式实验课堂为生成性实验课堂

在传统的光学显微镜实验室中，教师经常在巡堂的过程发现优秀装片后告知全班哪位学生的装片做得很好，做得不好的学生就排队观察这位学生的装片。这个过程十分耗时，而且缺失了最关键的谈论环节，因为有限的课堂时间无法使大家展开必要的讨论和评价，大家只是看到了好的装片，却不知道好的装片是怎样做出来的。在数码显微互动实验室中，教师可以通过将各组同学实验观察到的物象集中采集，通过投影展示在大屏幕上，学生对好的装片便从原来的“逐个看”变为“全部看”，从而释放出大量的时间。这些时间可以用于对实验结果进行相互评价，让切片制作成功的学生充当教师介绍制作切片的关键步骤和心得，教师可以调用“辅助遥控”功能，在学生的图片上，移动指针到特定结构，对学生的讲解进行补充和纠正；而对装片不理想的学生，可以分析可能出错的原因，例如在“观察植物细胞有丝分裂”实验中，通过“小老师”的介绍和启发，装片模糊的学生恍然大悟，有的是因为材料选择不当，没有选取分生区，有的是心急解离不充分，有的是压片的时候没有用铅笔的橡皮头敲散根尖，这些原因都会造成观察不到预期的实验现象。问题的呈现可以给学生提供分析、反思的机会，从而变传统的菜单式实验课堂为生成性的实验课堂，在时间充裕的条件下可让学生根据原先的失败教训重新制作装片，使更多的学生体验成功，从而在愉悦感中培养对生物学的热爱。

图3 洋葱的质壁分离实验显示

4.更能体现生命活动连续性的过程

活细胞每时每刻都处于动态变化中，例如“用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体”实验中就要求学生以叶肉细胞为材料，在高倍显微镜下观察散布于细胞质中的叶绿体。具体方法是用藓类的小叶或者黑藻的小叶制成临时装片，在低倍显微镜下观察到叶绿体后换用高倍显微镜，液晶数码显微镜相对于传统光学显微镜可以更清楚地看到叶片细胞中叶绿体的形态、分布及动态。这在于数码显微镜自带光源，有充足的光线透过叶片，此时叶片的代谢会更加旺盛，细胞质环流十分明显，另外数码显微镜具有摄录功能，能把细胞内的动态变化拍摄成完整的过程。因此学生看到的就不只是一个镜像，而是一个连续的过程，包括细胞质环流、叶绿体颤动等，这种动态过程的捕抓有利于学生形成更为完整的生物学系统观。

5.使实验素材库及评价体系更为多样和真实

为了使实验更加严谨，教师应要求实验后学生撰写实验报告或者绘图作为实验反馈。但由于学生课业紧张，这一环节很多时候被忽略，缺乏了必要的强化和总结，实验变为走过场，实验中照着课本操作，实验后很快忘了实验内容。而利用数码显微镜的拍摄和录影功能，实验过程的信息可以及时保存，学生可以把自己在课堂上生成的内容用优盘带走。例如在观察细胞减数分裂的实验中，教师实验前可以提出要求，让学生尽可能多地找到处于分裂各时期的细胞并拍摄下来，课后再将图片按照减数分裂的先后顺序排列在Word中，对于没有拍到的时期再使用手绘，最后反馈给教师。通过报告，教师能更真实地了解学生的实验效果，学生也可以在整理实验图片的过程中复习细胞有丝分裂各时期的特点。此外，教师还可以收集典型结构的图片作为课件素材及教学案例，使实验素材库及评价体系更为多样和真实，实现跨班级、跨年度的资源共享。

三、存在问题及对策

我校在应用液晶数码显微互动实验室进行高中生物实验教学的过程中也发现了一些有待于解决的问题。

1.数码互动系统的投影硬件不足

原来我校采用的是电子白板，由于投影机的灯泡老化及电子白板的分辨率问题，出现了投影的图像失真，学生端的图像和讲台电子白板上的色差很大，不利于对学生科学性的培养。针对这一问题笔者更换了投影设备，把电子白板和投影机换成智能一体机，一体机为液晶显示屏幕，像素更高，和原图色差小，图片更为清晰真实，学生可以准确地看到其他学生显微镜下的图像。且一体机屏幕有“随手写”功能，教师可在电子屏上自如地写、圈、还能应用放大镜、聚光灯等处理图像，使数码互动显微镜图片共享如虎添翼，教学呈现得更加灵活和立体。

2.高中生物教师对运用新设备进行生物实验教学的热情不高

液晶数码互动实验室建成后，仍有大部分教师选择在传统光学实验室进行实验，分析其原因主要有：部分教师在教学过程中重知识、轻实践，对实验教学不够重视；部分教师对新设备操作存在障碍，觉得使用新设备要接受新的挑战，增加了备课负担；部分教师认为目前高考对显微镜使用的考察还是以传统光学显微镜为考察对象。针对这一问题，笔者建议增加教师培训的机会，可以联系厂商进行新型显微镜的使用培训，教师只有“会用”才能“爱用”；多进行数码互动显微镜的课例研究，让更高效、直观的教学效果刺激教师使用现代信息技术的热情；而对于高考考查知识点的问题，陈田天等人通过课上观察、调查反馈和实验报告的完成情况发现数码显微镜无论是结构还是操作方法都和光学显微镜很相似，在课堂上的使用能促进学生掌握光学显微镜的操作[3]。