数码互动在微生物学实验教学中的应用

于素芳 郭兴启 姚 建

山东农业大学生命科学学院 山东泰安 271018

微生物学实验是以普通微生物学为理论基础，训练学生掌握微生物学相关实验操作的基本技能，提高学生善于观察、勤于思考和分析解决问题的能力，以加深所学理论知识的一门专业基础课程。山东农业大学农业生物学国家级示范中心所开设的微生物实验课程，面向生物工程、生物技术、环境工程、植物保护、农学、林学等专业学生，开设包括细菌简单染色及革兰氏染色、芽孢染色及放线菌形态观察、霉菌观察及酵母菌计数、土壤样品及牛奶样品中微生物的培养、分离纯化及显微镜形态观察等实验，这些实验基本都需要借助显微镜。以往主要采用传统的教学模式，教师通过黑板画图或挂图等方式对学生进行讲解实验操作及需要观察的内容，学生按照教师讲解的方法制作装片，然后再用光学显微镜进行观察、画图，如遇到问题教师进行一一讲解[1]。

近年来，随着计算机网络及多媒体现代化教育技术的迅速发展，数码互动式教学已经广泛地运用到病理学解剖、组织胚胎学、植物数字切片、微生物学、药学等各个实验教学领域[2-4]。显微数码互动系统将数码显微镜与计算机系统相结合，具有交互式语音问答、显示图像实时动态、图像拍照、录像截屏等功能，是微形态观察实验技术的一项重要革新，显微数码互动在各个微形态教学上的运用均获得了良好的教学实践和应用经验[5,6]。

1 数码互动应用于普通微生物学实验是教学改革需要

1.1 传统微生物实验教学现状

1.1.1 课堂教学效率低下

传统微生物实验教学是在学生实验操作之前，教师在黑板上板书，然后一一为学生讲解实验步骤、方法及实验操作过程中易出现错误的地方，甚至演示实验操作。上课之前预习的学生还能听懂十之六七；而那些从来不预习的学生听起来更是一头雾水，做起实验来还是不知道如何下手，实验期间遇到问题也不知道如何解决，需要教师一遍一遍地帮学生逐一解答。上课效率不高，由于时间和精力有限，教师很难解决每个学生的每个问题。

1.1.2 成绩评定体制不完善

微生物实验成绩一般分3个部分：实验操作、实验报告和测验成绩。在实际操作过程中往往由于班级人数较多(平均每班30人，有时甚至达到36，37人)，上课期间教师不停地指导学生操作，解决他们实验过程中遇到的各种问题，因此很难再逐一对每个学生的实验操作进行评分。所以大部分教师根据实验报告和测验结果进行成绩评定，成绩评定会出现有失公允的情况。

1.2 数码互动应用是微生物实验教学改革的需要

微生物实验教学改革的目的就是为了提高学生设计实验、操作实验的技能以及撰写报告和论文的能力，提高学生分析问题、解决问题能力和创新意识、探索精神。

1.2.1 改变机械式教学模式 提高学生学习的积极性

传统教学模式过于单一、老套，师生互动较少。借助现代化教学手段，引入多媒体后，通过播放幻灯片或网络教学图片或视频，使抽象问题直观化，复杂问题简单化。如革兰氏染色实验中通过多媒体课件，学生可以直接看到作为阴性菌的代表染色后的大肠杆菌是红色短杆状，而作为阳性菌代表的金黄色葡萄球菌则是紫色球状像葡萄一样成串的菌体，这样学生可直观地判断自己所做实验结果是否准确。但这也仅仅解决一方面的问题，由于上课人数较多，教师对每个学生操作过程中出现的问题很难一一讲解，急切需要加强师生交流的教学工具。数码互动不仅可以使教师和学生点对点互动，也可将某一学生制作的装片进行放映，如在芽孢染色实验中，装片做得好的学生所有的芽孢壁都是绿色的而菌体呈现红色，这样学生通过看这些制作标准的装片就知道自己的不足之处，相互取长补短，提高学习的积极性。

1.2.2 改革成绩评定方式 建立科学合理的考核机制

传统微生物实验成绩评定虽然也融入了实验操作因素，但由于显微镜等实验仪器的差别以及上课学生众多、教师精力有限等各种原因无法真正实现对每个学生操作进行评定。这样可能出现平时不好好做实验、实验报告抄袭别人最后却能拿到高分的情况，打击了学生做实验的积极性和主动性，创新能力降低。数码显微镜互动系统可以采集显微镜内容并制成图片或视频，是适应微生物实验教学改革的，教师可以直接从视频或图片中看到学生的实验过程和结果，为建立科学合理的考评机制奠定了坚实的基础。

2 数码互动的组成及特点

2.1 数码互动的组成

农业生物学示范中心的每个数码互动实验室均是由1个教师端和32个学生端组成。教师端和学生端型号分别为麦克奥迪BX51和BX41(相机500～1000万像素)、显微镜图像分析系统、数据传送系统、放映机等，全套价值67万。数码相机与显微镜相连，将显微镜观察到的装片拍摄后通过传送系统将其传到计算机显示器上直接观看，既可自动采集显微镜下观察的内容，还可制成图像视频等内容。学生端和教师端亦可进行相互交流。

2.2 数码互动的特点

2.2.1 加强师生交流 丰富教学形式 提高教学质量

数码互动引入微生物实验室后，教师所讲解的内容可以传到每台学生机上，教师在前面的操作每个学生都可以在自己计算机上看得清清楚楚。传统微生物实验教师在演示实验操作时学生们都挤在一起，后面的同学很难看清教师操作的细节，等到自己操作时容易出错。数码互动教学系统可以双向互动，教师可以实时观察学生的实验操作和进度及装片的观察情况，同时学生也可以就实验过程中的任何问题随时与任课教师进行实时语音交流，以便出现问题及时解决。教师可以“点对点”分别指导每一个学生，遇到典型的问题也可以给大家讲解，丰富了教学形式，教学效率和教学质量都得到了很大提高。

2.2.2 突出了学生的主体地位 增强了学生上课的积极性和主动性

传统的微生物实验课，教师一味讲解，学生听，时间长了就容易走神。数码互动进入微生物课堂后，学生和教师紧密互动，实验操作中遇到问题可通过举手显示在教师机上，及时与教师沟通，也可以将自己制作好的装片拍照后保存。互动式教学极大地激发了学生主动学习的热情，增强了上实验课的积极性和主动性，效果显著。

2.2.3 提高教学效率 改变微生物实验的考核方式

引入数码互动后，教师可以在计算机上观察到每一个学生操作的细节，学生在实验完成后也可以将自己制作的细菌、霉菌及放线菌装片制作成图像或视频发送给教师，这样教师就可以对每个学生的操作进行评分。同时，学生也可以呈交将加载有制作图像的电子版实验报告。这样既提高了教师批改作业的效率也节省了学生的时间，又能给学生一个合理的成绩。改变了以往只靠实验报告评分的局面，使微生物实验课程成绩更加客观真实地反映了学生运用微生物知识、掌握微生物实验操作技能及撰写实验报告的综合能力。

3 数码互动应用过程中易出现的问题及解决办法

由于频繁、大量地传送数据，长时间使用会使传输数据端出现问题，如显微镜图像与计算机屏幕不同步，传送数据速度慢，图像不清晰等。另外由于大量学生使用移动盘，系统易出现病毒，再加上课件容量较大常常导致计算机死机。

针对上述一系列的问题，必须尽快解决，久拖导致系统瘫痪，严重影响正常教学。教师机一定要配置高，对显微镜、数码相机传送数据端及公放仪等设备要定期检查，一旦出现异常情况要及时维修；计算机要每隔4～5年进行一次更新，软件系统要及时升级；学生进入实验室之前要穿防静电服，佩戴鞋套，以防止高速运转的电脑遇静电短路烧坏；学生使用U盘之前一定要进行杀毒以免感染计算机及传送系统导致系统瘫痪。

4 结语

数码互动式教学是一种数码显微镜与计算机网络相结合的新的教学方式，将此方式应用于微生物学实验教学能够提高实验教学效率加强师生交流，在微生物学实验教学改革中起到举足轻重的作用。学生操作实验方便快捷，实践和创新能力大大提高。对实验过程中易出现的问题提出了解决方法。随着数码互动实验室的引入，教师和实验室人员不断地进行学习探索，其强大的高级功能需要进一步研究和实践。