显微互动系统在药用植物学实验教学中的应用成效

李润美， 杜 勤， 彭光天， 徐志东， 陈金曼

（广州中医药大学中药学国家级实验教学示范中心，广州510006）

0 引 言

显微数码互动系统集多媒体、计算机和网络技术的优势于一体，具有共享性、时效性和交互性等特点［1］。该系统在微生物学、遗传学、病理学、组胚学、解剖学等学科实验教学中已有广泛应用［2-6］。我校中药学实验教学示范中心于2016 年引入了4 间显微互动教室，主要用于中药学等专业涉及显微镜观察的药用植物学课程。2018 年面向中药学、中药资源开发、中药制药等相关专业学生约417 人次，开设实验课时达13 467 人时数。

该显微数码互动系统由Nikon E100 数码显微镜、计算机硬件、无线版互动教学系统组成。每间实验室配有教师端数码显微镜1 台和学生数码显微镜40 台，显微数码互动系统通过局域网连接教师端与学生端。与传统网络版互动实验教学系统相比，其可突破空间位置的限制，既能实现传统互动教室的功能，又能按需增减位数，灵活布局。一个无线AP 可同时连接60 个以上客户端和一个教师端，兼容Windows 和Android系统。该互动实验室在两年多的使用过程中，明显提高了教学效果，受到学生和教师的好评。

1 强大的系统功能带来教学便利

1.1 学生考勤等信息管理更加便捷

以往学生上课考勤需要教师点名确认，使用互动系统后，实验管理人员在学期初制定学生座位表，每个学生对应固定的电脑和显微镜，通过教师端的电脑监控画面，教师即刻能知道连接成功的学生及缺堂的学生，每一个学生都有与老师之间传送的专有文件夹，考试的文件夹及上传显微图片的文件夹，通过互动系统的电子化管理，真正了解学生的学习过程及实时反馈信息，对学生的评价考核更加综合客观。

1.2 避免实验问题重复出现，及时分享优秀实验结果

在以往药用植物实验教学过程中，单纯靠老师讲解和演示，仍不能让所有学生掌握所有技术要点，在学生实践操作过程中，常常出现重复的问题需要教师解决，一堂实验课约3 学时120 min，教师讲解演示需要40 min，学生实践操作只有80 min，80 min里教师在解决重复问题上浪费了较多时间，效率较低导致不能在有效课时里解决所有问题；除此以外，由于时间的限制，一般情况下都以学生自行观察为主，教师只有在学生遇到问题时才会到学生端观察其目镜，这样的传统教学方式不能将优秀的学生及实验结果脱颖而出或者及时分享。在引入互动系统后，这些矛盾均迎刃而解，首先，学生遇到问题可以通过系统“举手”功能，教师打开该学生端，并可同步投影到大屏幕，或者进行“投屏到所有界面”功能，让每位学生都能看到该学生提出的问题及教师如何去解决的全过程；其次，在教师端的监控画面里老师可以全程监控每个学生目镜下观察的图像，既可以提前发现问题，也可以寻找到优秀的演示制片，及时“广播”或“投屏”给所有学生，对于平时不主动提问的学生及苦苦寻找不到目标形态组织的学生的帮助尤为显著，有效避免花太多时间解决重复问题，在有限课时里极大地提高了教学效率。

1.3 图像、视频、在线资源等信息或操作展示无障碍

利用“屏幕广播”及“直播”等功能，可在教师端同步播放制片演示视频、教师课件、动画等一切可以用计算机媒介呈现的内容，切换到每一个学生的屏幕界面，即使清晰度不够或者尺寸较小的细节图都可掌握，弥补了传统大屏幕布教学的不足。尤其在演示实验技术操作或者讲解植物特征时有独特优势，传统实验教学中一个班约32 人，教师在讲台演示临时水装片或者粉末透化片的制作时，身边围满了学生观看，仍有部分外围学生无法看到教师的演示，该功能可以让每位学生坐在自己的屏幕前全程观察教师的每一步操作，进一步改善了教学方式，且拓宽和丰富了展示的教学内容和资源。

1.4 有利于提高学生积极性和动手能力

在实验过程中，利用文件的交互发送功能，让学生将找到的较好的显微图片传送给教师端，其中优秀的显微图像可相应作为实验成绩加分项，这一举措大大加强了学生的主观能动性，每次实验课学生都尽可能多的制作临时装片，以期找到最好的显微形态细胞或者组织，拍摄下来后传送给老师。在这过程中，充分提高了学生的动手能力和观察能力。

1.5 摆脱单一题库式考核，内容制作高效且多变

根据每堂实验课中收集到的形态素材图像，针对每次实验课的内容进行约10 个题目的考核，利用“建立答题卡”功能进行试题编辑，形成试题库，内容涵盖了选择题、判断题、填空题和问答题，选定考试学生后即可限时答题，考试结束系统自动阅卷评分，教师在30 s内即可将分数和答题情况返回学生，让学生查看自己的成绩评阅结果。该考核从生成试题到评分结束耗时短，根据学生的答题情况可了解学生对知识点的掌握情况，由于其省时高效，可不限次数、不限题目类型和考试时间，随时让学生进入考核模式。该考核模式随机、随时，与传统考试相比，还有一定的趣味性，对学生掌握知识点有极大的帮助，与传统实验教学相比，学生药用植物实验和理论成绩均有大幅度提高。

2 显微互动系统使用中存在的问题及对策

2.1 学生对电子屏幕过度依赖

经过2 年多的教学实践发现，学生在使用互动显微系统过程中，容易出现“电子屏幕依赖”，正如近年来对电子产品依赖一样，在习惯了电子屏幕的清晰便利后，许多学生常常在寻找玻片时，不通过目镜，而是通过电子屏幕不断寻找，导致学生在使用显微镜过程中出现不规范的现象。对此现象，也针对性地进行“无电子屏幕实验考核”，考核学生传统规范使用显微镜的方法，以此督促并改正学生的不良使用习惯。

2.2 无线互动系统存在传输速率问题及带来管理上的不便

2016 年由于实验室的空间限制，选择了无线的显微互动系统，其通过局域网进行教师端和学生端的连接，与有线系统相比，平板和无线鼠标的硬件配置所占的空间小，对实验室环境装修改造的要求较小，但在长期教学使用过程中发现，教师在监控界面打开学生实时画面时常有延迟的现象，其传输受限于局域网的传输速率，对教学效率有一定影响。另外，学生使用的平板电脑偶尔还会出现“黑屏”“连接不到摄像头”“死机”等情况。此外，由于采用的无线系统配备了平板电脑和无线鼠标，鼠标内置的电池若质量不保证，渗漏电池水将损坏鼠标，因此也为日常的实验仪器配件管理带来一些不便。

针对以上问题，充分参考了其他院校的成功经验［7-12］，建立了新的管理体制和运行机制，从实验室全方位监控、实验室及设备申请开放使用、仪器使用登记、卫生及水电安全管理等方面给予制度保障；另实验室管理人员分别在学期初、上课前、上课中、上课后进行定期的设备管理，开学初联系nikon 售后工程师进行专业镜头清洗维护，检查确保实验室的有序运转；上课前检查所有设备及互动系统是否正常运行；上课中巡视学生是否正常规范使用仪器设备，及时纠正不良的实验操作习惯，并及时协助教师解决突发出现的问题；上课后对设备进行检查、清洁和整理工作；这一系列举措和管理机制为实验教学的顺利进行提供了有力保障。

2.3 显微互动系统在研讨、创新方面的功能应用效率低

目前显微互动系统的“屏幕广播”“文件传输”“考试”等功能在形态学教学中已经有了成熟的应用，但由于我校中药学相关专业目前存在体量大等问题，涉及小班教学、讨论互动等深入研讨式教学功能仍没有使用，该互动系统在我校的引入虽然极大地提高了教学质量和效率，但还没有起到杠杆的支撑作用，影响教学改革向开放、创新的轨道前进，还需要进一步深入开发利用起来。近两年来我校亦积极推进改革，减少招生规模，深化教学改革，随着信息化程度的加强，很快将会实现更多小班教学、教师引导、学生讨论自学等各种创新性教学模式，显微互动系统将为学生提供自我创造和展示的平台。

3 结 语

显微无线互动系统在形态课程中的应用已经较为广泛，部分功能极为成熟，显微互动系统除了教学，在开放性综合性实验、毕业论文设计中都有较好的应用，还可在各种设计或者竞赛角逐中提供极好的平台，其为教学带来了极大的便利。未来还将引入虚拟仿真三维系统，虚拟系统与显微互动系统结合，将显微二维结构实验转变为高信息量和高度共享的三维高精度立体结构的教学方式［13］，没有时间空间的限制，学生课后可以随时在网络上复习和巩固实验内容，选择自己感兴趣的内容和题目学习相关的知识，对相关的实验教学内容进行重新组合设计，真正实现实验教学的创新。