运用智能手机实现细胞生物学实验显微成像互动教学研究
周立++卢晅++郭铭++包容
[摘 要]细胞生物学实验课程是涵盖植物学、动物学、组织胚胎学、病理学、生物技术以及临床应用等专业的一门重要实践教学课程。为了提高实验课堂教学的质量，激发学生学习的热情和动力，我们在细胞生物学实验教学中引入智能手机，在不使用价格昂贵的显微数码互动系统的情况下，研究利用光学显微镜和智能手机，使学生们可就观察到的显微图像与教师在课堂上进行实时双向交流，以实现教学效果评价的即时性，使学生出现的错误能及时得到发现和纠正，促进教师的进步，实现教学相长。
[关键词]智能手机；显微成像；互动教学；细胞生物学
[中图分类号] G640 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）02-0103-02
随着社会的进步、互联网与移动科技的迅猛发展，智能设备和通讯、上网资费的降低，智能手机早已不是一种单纯的通讯工具，它已经被赋予个人数字、信息终端的功能，是掌上电脑（平板）与手机的结合体，逐渐取代传统手机成为市场的主流，且正朝着大容量、高分辨率、大屏幕、强交互性等方向发展，更成为新一代大学生校园常备的工具。将智能手机的高普及率和便利性的特点应用于细胞生物学实验教学实践，构建教学互动系统，促进实验课程教学水平和质量，会是一个非常具有应用价值的教研问题。
一、细胞生物学实验教学现状
细胞生物学是生命科学以及医学专业的一门专业基础课，细胞生物学实验教学内容主要是由学生通过自己实践操作显微镜进行观察，认知生命体细胞的显微、亚显微结构。显微实验教学在整个细胞生物学实验课程教学中占有很大比重。传统式教学过程中，学生使用的多是普通光学显微镜，教学手段常是教师示范，学生独立观察、绘图的方式。学生通过目镜镜筒指针指示镜下物象，举手示意提醒教师前来观察并核查观察结果。因教师逐一走动解答低效、耗时，师生无法便捷的同时观察到显微镜下物象，因个体视觉差异需要微调成像层面，细微结构难以定位区分，进而影响学生的学习热情和教学的效果。此外，教学中依然延续查阅学生实验报告的做法，故无法遏制学生在课下相互之间抄袭实验报告的现象。
显微数码互动教学是在高校多媒体教学改革中提出的概念，显微数码互动教学系统是利用数码技术和网络传输，通过电脑将学生显微镜与教师显微镜连接在一起，构成了整个课堂的交互网络，有利于师生实时、双向的互动和沟通，教学效果较好。但该系统的终端数量固定，参与教学人数受到终端数量限制，且该系统价格非常昂贵，因而目前绝大多数高校并未普及这种教学系统。
二、智能手机在细胞生物学实验教学中的应用和实践
（一）加强师生之间的课下交流
与基础教学不同，高校授课教师与学生之间的沟通和交流非常有限，仅靠课堂时间并不足以做到面面俱到、因材施教。武汉大学师资设置又有其特殊性，基础医学院并没有所属本科生，医学本科生皆属于各个临床学院，而基础课程教学工作却由基础医学院承担。这会造成对学生的教学以及管理的相对脱节，院教学主管老师与基础医学院各个教研室教学秘书之间的沟通和交流并不能实现全方位覆盖；且缺乏移动网络教学的终端的支持，课下学生也没有办法与教师进行有效的沟通。实验课程虽然更多的是发挥着理论课程的辅助作用，但鲜活的实验对象和活跃的课堂气氛，更能感染并激发学生的学习热情，这是理论课相对枯燥的教学手段不能替代的。无论是实验课上还是课下，一旦培养了学生们的兴趣和爱好，学生就会有向授课教师探讨专业问题的需求。如果师生能够有条件的积极互动，教师不但可以与学生进行学术知识交流，也可以向学生传承教师在教学中的心得体会和思想，将教师在科研上取得的成绩与其宝贵的精神财富向学生传递。智能手机以及成熟的、应用广泛的社交软件的普及，能够为师生的课下交流、传播思想提供更便捷的手段，也为学生间的沟通交流提供一个颇具学术气氛的平台。
依托智能手机的三大操作系统——IOS（苹果系统）、Android（安卓系统）以及Windows（视窗系统）提供的扩展平台，应用时下流行的QQ、微信以及武汉大学同名移动OA等社会性软件，可以实现一个班级或学习小组的讨论交流、信息推送，并且能够以语音输入甚至实时对讲的方式，达到课堂讨论的效果。此外，应用校区全覆盖的武汉大学WLAN的高速带宽，利用智能手机自带的前置摄像头，借助于Skype强大的远程会议功能，也能为教师与学生通过视频进行实时课堂辅导以及实现幻灯PPT放映屏幕的共享。
（二）改变学习的方式
教师板书、学生笔头记录是最传统的教学方式。随着时代的进步，电子幻灯（Powerpoint，PPT）展示现在也成为教学的主流手段。近两年，智能手机的拍照功能日益强大，学生使用手机拍照的方式代替课堂笔记以及照相机拍照已经成为了常态。在学生看来，这种方式快捷环保，易于课堂知识的巩固保存和传阅，查阅便捷；从教师的角度看，这种记录方式既能传播教学思想，也能避免自己的知识产权受到侵犯。
此外，传统的教学方式中，学生的疑惑大多通过当堂向老师提问并强烈依赖着老师的当面解惑，但这种以“问答”方式严重受到课堂教学时间的限制。智能手机普及后，学生对于不大熟悉的概念、理论以及事件等，第一时刻想到的都是拿起手机查询，仍然不清楚时再询问老师。由智能手机充当课堂解惑的小助手，提高了学生的学习热情及求知的欲望，提升了教学的效率，更优化了教学的质量。
（三）为智能化教育做准备
学生们已经广泛的配备智能手机，而智能手机是一种非常便携的移动终端，已经被学生应用于课堂教育，因而移动教学已是高校教育的一种趋势。在这样一种大环境下，高校将与课堂有关的资源实时更新并放在校园网上，甚至高校间可以实现资源共享。学生们能根据自己的兴趣进行访问和下载，同时，学生和教师的交流互动也完全可以在这一网络平台上实现，使教师和学生都可以感受到获取资源的便捷性。
（四）智能手机在细胞生物学课程教学中的实践应用举例
显微成像互动教学应用只需要学生自备一部具有800万或者更高像素的后置单摄像头智能手机即可实现操作。其关键点在于引导、训练学生能够快捷、高效的拍摄出清晰的显微镜下图像。具体操作方法为：
1.使用10倍目镜以及100倍物镜镜头，调节粗、细螺旋使目镜端呈现出清晰度最佳的显微图像；
2.打开智能手机的摄像功能，双手执智能手机两端的边缘处，使用左手小指固定住目镜其中一个镜头，稳定智能手机摄像头与目镜处于光路轨迹上，避免机身抖动；
3.当手机屏幕中的图像聚焦为最佳的状态且布景良好时，用右手按摄像机键，拍摄最佳的显微图像；
4.教师收集学生的作业，根据成绩完成情况，进行公平公正的讨论（图1）。
5.在实验过程中，可能需要使用秒表，而智能手机的计时功能本身就很强大，其秒表功能在中学物理实验中用于时间测量十分方便，且精度高，可测量到0.01S，特别适合学生在家庭、教室等不具备实验室停表的场合使用。此外，借助多功能测量工具Smart tools这样一个集合了多个测量工具的应用工具，教师可分别测量长度、角度、坡度、距离、高度、宽度、面积、方向等。
图1 智能手机的拍照功能应用于细胞生物学教学的例实
三、结语
作为高校教师，应该紧跟时代潮流，注重将新科技带给人们的便利应用于教学实践。使用智能手机已经成为现代人的一种生活方式，改变了人们工作、学习、娱乐等方方面面的习惯。诚然，利用智能手机能够改进我们高校的教学，但智能手机在学生中的广泛使用的现状，也对我们高校教师授课的质量提出更高的要求。在课堂上，学生能够方便的利用智能手机在短时间内查询到丰富的与授课内容相关的信息，如果高校教师不能提高课堂的教学质量，无法提供足够的素材吸引学生的关注，依然以照本宣科的方式教授，导致课堂教学内容枯燥无味，又缺乏与学生的互动，那么智能手机反而会成为学生课堂上打发时间的游戏工具。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 付星. 基于智能手机的大学英语移动学习[J]. 语文学刊（外语教育教学），2012（8）：148-149.
[2] 杨锐. 浅谈3G技术在移动学习（M-Learning）中的应用[J]. 科技信息，2009（24）：583-584.
[3] 章荣容，胡杨.E时代，如何管理学生的e武器[J]. 康复，2011（7）.
[4] 尹玮，杨晓晖，李荣耀. 关于细胞生物学和医学遗传学实验教学的研究[J]. 成才之路，2015（3）.
[5] 彭昊，王志农，乌立晖，等. 论智能手机iPhone在动物外科教学中的作用[J]. 西北医学教育，2012（1）：198-200.
[6] 王筱冰，王攀. 显微数码互动系统在细胞生物学实验教学中的应用[J]. 实验室科学，2011（12）：65-66.
[7] 唐兴. 微信在班主任工作中的应用[J]. 课程教育研究（新教师教学），2015（6）.
[8] 李晓亮. 论智能手机时代的课堂变化及教学应对[J]. 黄冈师范学院学报，2015（1）.
[责任编辑：钟 岚]
[摘 要]细胞生物学实验课程是涵盖植物学、动物学、组织胚胎学、病理学、生物技术以及临床应用等专业的一门重要实践教学课程。为了提高实验课堂教学的质量，激发学生学习的热情和动力，我们在细胞生物学实验教学中引入智能手机，在不使用价格昂贵的显微数码互动系统的情况下，研究利用光学显微镜和智能手机，使学生们可就观察到的显微图像与教师在课堂上进行实时双向交流，以实现教学效果评价的即时性，使学生出现的错误能及时得到发现和纠正，促进教师的进步，实现教学相长。
[关键词]智能手机；显微成像；互动教学；细胞生物学
[中图分类号] G640 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）02-0103-02
随着社会的进步、互联网与移动科技的迅猛发展，智能设备和通讯、上网资费的降低，智能手机早已不是一种单纯的通讯工具，它已经被赋予个人数字、信息终端的功能，是掌上电脑（平板）与手机的结合体，逐渐取代传统手机成为市场的主流，且正朝着大容量、高分辨率、大屏幕、强交互性等方向发展，更成为新一代大学生校园常备的工具。将智能手机的高普及率和便利性的特点应用于细胞生物学实验教学实践，构建教学互动系统，促进实验课程教学水平和质量，会是一个非常具有应用价值的教研问题。
一、细胞生物学实验教学现状
细胞生物学是生命科学以及医学专业的一门专业基础课，细胞生物学实验教学内容主要是由学生通过自己实践操作显微镜进行观察，认知生命体细胞的显微、亚显微结构。显微实验教学在整个细胞生物学实验课程教学中占有很大比重。传统式教学过程中，学生使用的多是普通光学显微镜，教学手段常是教师示范，学生独立观察、绘图的方式。学生通过目镜镜筒指针指示镜下物象，举手示意提醒教师前来观察并核查观察结果。因教师逐一走动解答低效、耗时，师生无法便捷的同时观察到显微镜下物象，因个体视觉差异需要微调成像层面，细微结构难以定位区分，进而影响学生的学习热情和教学的效果。此外，教学中依然延续查阅学生实验报告的做法，故无法遏制学生在课下相互之间抄袭实验报告的现象。
显微数码互动教学是在高校多媒体教学改革中提出的概念，显微数码互动教学系统是利用数码技术和网络传输，通过电脑将学生显微镜与教师显微镜连接在一起，构成了整个课堂的交互网络，有利于师生实时、双向的互动和沟通，教学效果较好。但该系统的终端数量固定，参与教学人数受到终端数量限制，且该系统价格非常昂贵，因而目前绝大多数高校并未普及这种教学系统。
二、智能手机在细胞生物学实验教学中的应用和实践
（一）加强师生之间的课下交流
与基础教学不同，高校授课教师与学生之间的沟通和交流非常有限，仅靠课堂时间并不足以做到面面俱到、因材施教。武汉大学师资设置又有其特殊性，基础医学院并没有所属本科生，医学本科生皆属于各个临床学院，而基础课程教学工作却由基础医学院承担。这会造成对学生的教学以及管理的相对脱节，院教学主管老师与基础医学院各个教研室教学秘书之间的沟通和交流并不能实现全方位覆盖；且缺乏移动网络教学的终端的支持，课下学生也没有办法与教师进行有效的沟通。实验课程虽然更多的是发挥着理论课程的辅助作用，但鲜活的实验对象和活跃的课堂气氛，更能感染并激发学生的学习热情，这是理论课相对枯燥的教学手段不能替代的。无论是实验课上还是课下，一旦培养了学生们的兴趣和爱好，学生就会有向授课教师探讨专业问题的需求。如果师生能够有条件的积极互动，教师不但可以与学生进行学术知识交流，也可以向学生传承教师在教学中的心得体会和思想，将教师在科研上取得的成绩与其宝贵的精神财富向学生传递。智能手机以及成熟的、应用广泛的社交软件的普及，能够为师生的课下交流、传播思想提供更便捷的手段，也为学生间的沟通交流提供一个颇具学术气氛的平台。
依托智能手机的三大操作系统——IOS（苹果系统）、Android（安卓系统）以及Windows（视窗系统）提供的扩展平台，应用时下流行的QQ、微信以及武汉大学同名移动OA等社会性软件，可以实现一个班级或学习小组的讨论交流、信息推送，并且能够以语音输入甚至实时对讲的方式，达到课堂讨论的效果。此外，应用校区全覆盖的武汉大学WLAN的高速带宽，利用智能手机自带的前置摄像头，借助于Skype强大的远程会议功能，也能为教师与学生通过视频进行实时课堂辅导以及实现幻灯PPT放映屏幕的共享。
（二）改变学习的方式
教师板书、学生笔头记录是最传统的教学方式。随着时代的进步，电子幻灯（Powerpoint，PPT）展示现在也成为教学的主流手段。近两年，智能手机的拍照功能日益强大，学生使用手机拍照的方式代替课堂笔记以及照相机拍照已经成为了常态。在学生看来，这种方式快捷环保，易于课堂知识的巩固保存和传阅，查阅便捷；从教师的角度看，这种记录方式既能传播教学思想，也能避免自己的知识产权受到侵犯。
此外，传统的教学方式中，学生的疑惑大多通过当堂向老师提问并强烈依赖着老师的当面解惑，但这种以“问答”方式严重受到课堂教学时间的限制。智能手机普及后，学生对于不大熟悉的概念、理论以及事件等，第一时刻想到的都是拿起手机查询，仍然不清楚时再询问老师。由智能手机充当课堂解惑的小助手，提高了学生的学习热情及求知的欲望，提升了教学的效率，更优化了教学的质量。
（三）为智能化教育做准备
学生们已经广泛的配备智能手机，而智能手机是一种非常便携的移动终端，已经被学生应用于课堂教育，因而移动教学已是高校教育的一种趋势。在这样一种大环境下，高校将与课堂有关的资源实时更新并放在校园网上，甚至高校间可以实现资源共享。学生们能根据自己的兴趣进行访问和下载，同时，学生和教师的交流互动也完全可以在这一网络平台上实现，使教师和学生都可以感受到获取资源的便捷性。
（四）智能手机在细胞生物学课程教学中的实践应用举例
显微成像互动教学应用只需要学生自备一部具有800万或者更高像素的后置单摄像头智能手机即可实现操作。其关键点在于引导、训练学生能够快捷、高效的拍摄出清晰的显微镜下图像。具体操作方法为：
1.使用10倍目镜以及100倍物镜镜头，调节粗、细螺旋使目镜端呈现出清晰度最佳的显微图像；
2.打开智能手机的摄像功能，双手执智能手机两端的边缘处，使用左手小指固定住目镜其中一个镜头，稳定智能手机摄像头与目镜处于光路轨迹上，避免机身抖动；
3.当手机屏幕中的图像聚焦为最佳的状态且布景良好时，用右手按摄像机键，拍摄最佳的显微图像；
4.教师收集学生的作业，根据成绩完成情况，进行公平公正的讨论（图1）。
5.在实验过程中，可能需要使用秒表，而智能手机的计时功能本身就很强大，其秒表功能在中学物理实验中用于时间测量十分方便，且精度高，可测量到0.01S，特别适合学生在家庭、教室等不具备实验室停表的场合使用。此外，借助多功能测量工具Smart tools这样一个集合了多个测量工具的应用工具，教师可分别测量长度、角度、坡度、距离、高度、宽度、面积、方向等。
图1 智能手机的拍照功能应用于细胞生物学教学的例实
三、结语
作为高校教师，应该紧跟时代潮流，注重将新科技带给人们的便利应用于教学实践。使用智能手机已经成为现代人的一种生活方式，改变了人们工作、学习、娱乐等方方面面的习惯。诚然，利用智能手机能够改进我们高校的教学，但智能手机在学生中的广泛使用的现状，也对我们高校教师授课的质量提出更高的要求。在课堂上，学生能够方便的利用智能手机在短时间内查询到丰富的与授课内容相关的信息，如果高校教师不能提高课堂的教学质量，无法提供足够的素材吸引学生的关注，依然以照本宣科的方式教授，导致课堂教学内容枯燥无味，又缺乏与学生的互动，那么智能手机反而会成为学生课堂上打发时间的游戏工具。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 付星. 基于智能手机的大学英语移动学习[J]. 语文学刊（外语教育教学），2012（8）：148-149.
[2] 杨锐. 浅谈3G技术在移动学习（M-Learning）中的应用[J]. 科技信息，2009（24）：583-584.
[3] 章荣容，胡杨.E时代，如何管理学生的e武器[J]. 康复，2011（7）.
[4] 尹玮，杨晓晖，李荣耀. 关于细胞生物学和医学遗传学实验教学的研究[J]. 成才之路，2015（3）.
[5] 彭昊，王志农，乌立晖，等. 论智能手机iPhone在动物外科教学中的作用[J]. 西北医学教育，2012（1）：198-200.
[6] 王筱冰，王攀. 显微数码互动系统在细胞生物学实验教学中的应用[J]. 实验室科学，2011（12）：65-66.
[7] 唐兴. 微信在班主任工作中的应用[J]. 课程教育研究（新教师教学），2015（6）.
[8] 李晓亮. 论智能手机时代的课堂变化及教学应对[J]. 黄冈师范学院学报，2015（1）.
[责任编辑：钟 岚]
