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数码显微互动教学系统在生物实验教学中的应用研究

范文

乔玄

摘要：实验教学是高中生物教学的难点，而数码显微互动教学系统的建立，对提高实验教学质量和教学效率有很大的推动作用。“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”探究实验，涉及多种实验方法和实验能力的训练，教师应在数码显微互动系统的平台上，对传统教材实验方案进行改进和分析，优化实验课程内容，发挥信息技术的教育作用。

关键词：生物教学;数码显微镜;互动教学;实验课;模型构建

中图分类号：G633.91 文献标志码：A文章编号：1008-3561（2020）18-0118-02

数码显微互动系统是基于数台光学显微镜的图像采集和汇总显示系统，使实验中涉及显微观察的部分有了重大的技术改革。数码显微互动教学系统已经越来越多地被引入到生物实验教学中，如何科学合理地将数码显微互动教学系统与生物实验教学进行整合，已成为教师亟须解决的问题。本文以“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验为例，论述在实验教学中对数码显微互动教学系统的应用策略。

一、数码显微互动教学系统在生物实验教学中的应用背景

生物是一门自然科学，实验是其非常重要的研究方法和手段。很多高中生物学知识都是通过实验总结出来的，通过实验教学可以培养学生观察、操作的基本技能，促进学生严谨的科学态度和价值观的形成。因此，实验对于生物的学习来说，不仅是一种学习形式的变更和思维方式的训练，更是为以后进行生物研究做良好的铺垫。新课程标准在实施和建议中明确指出应“加强和完善生物实验教学”。因此，教师应该明确实验在生物教学中的地位。在信息技术时代，新课标倡导将现代教育和通信技术应用于课堂教学。随着科学技术的发展与普及，多样的信息技术手段也逐步进入了课堂，为教学改革提供了有力的支持。但是相对于计算机、网络等技术的发展水平和进步的态势，这些技术在生物教学领域的应用潜能尚未充分体现。数码显微互动实验室是以计算机网络技术为基础，连接多台生物数码显微镜及其他辅助设备等建立的生物学实验教学系统。该系统的建立，可使传统实验教学方式发生历史性转变，对提高教学质量和教学效率有很大推动作用，但是这种新技术在实验教学中的应用潜能还有待进一步开发。

二、数码显微互动教学系统在生物实验教学中的应用策略

探究培养液中酵母菌种群数量的变化选自人教版高中生物必修3第4章第2节“种群数量的变化”，是其中的一个探究活动，目的是让学生通过探究培养液中酵母菌种群的动态变化，建立数学模型，分析酵母菌种群变化规律。本节实验课涉及的实验内容较多，其中重难点是显微镜计数操作以及模型构建的内容。基于数码显微教学互动系统平台的实验课，极大地体现了现代化信息技术在实验教学中的优势：简单高效地监控教学实验过程的同时，还可以直观呈现实验现象;通过对操作平台强大功能的开发，探索了新的计数方法，既解决了传统计数方法操作上的困难，也培养了学生的创新精神;显微镜配备的平板电脑在课堂上引入了电子化数据分析方法，极大地提高了课堂效率。下面，谈谈如何利用数码显微互动教学系统开展生物实验教学。

1.利用数码显微互动教学系统进行教学示范

传统显微镜教学过程中最大的问题是教学示范难以完成，实验结果不能够直观地呈现。使用传统显微镜，无论是学生台还是教师台，即使调试出酵母菌、计数室的清晰图像，也无法保证每位学生及时观察，教师也不可能逐个去检查每个小组的图像结果。数码显微互动系统控制的软件可提供清晰的多画面实时显示和丰富的交互手段，在解决上述问题的同时，还为实验教学带来了更大的便利。由于每台显微镜都配备平板电脑，可以将显微镜下的微观视野实时呈现到平板电脑上，学生不仅可以获得更直观的体验，还可以拍摄图片，进行录像，极大地调动学习积极性。另外，对于教师而言，只需教师端的一台电脑就可以同时控制学生端多台数码显微镜的操作情况，包括图像显示、捕捉和放大，不仅可以把自己的图像传送给全体学生，达到示教作用，也可以把任意一名学生的图像推送到全体学生平板上进行示范。这样，既增强了师生互动、生生互动，也提高了课堂教学效率。

2.利用数码显微互动教学系统进行微生物计数

目前微生物计数最常用的就是利用血球计数板完成，但血球计数板对学生来说是非常陌生的实验器材，操作起来也特别困难。由于构成计数室方格网的线条加工得非常细、非常浅，而且是没有颜色的，所以学生在使用过程中，往往要花费很长时间才能在显微镜下找到方格网，并且还需要在这些方格网中进一步分辨、找到其中的计数室，更是难上加难。而在预实验的时候，几乎没有学生能独立找到，这极大地影响了实验进度。为此，教师查阅了很多文献，反复实验，在这种数字化显微镜教学系统的基础之上摸索出了一种更为快速简单的计数方法。

在使用数码显微镜的过程中发现，可以在实时成像模式上直接测量某一微观视野区域的面积。这项功能给教师很大启发：血球计数板与普通载玻片最大的区别在于计数室，通过人为划定网格线来确定计数室的面积和体积，但如果能直接测量微观视野中的区域面积，那么仅使用普通载玻片也可以完成计数。这种方法操作起来更加简单：直接将样品滴加到普通载玻片上，依据样方法的原理，在显微镜下的微观视野中划取多个样方，求出每个样方中酵母菌的平均数量，再通过盖玻片面积，取样量、稀释倍数等相关数据，利用公式就可以计算出样品中所含有的酵母菌总数，见下式。

分别用快速测定法和传统的血球计数板法对同一样品进行计数，通过分析结果发现，虽然新方法与血球计数板法相比，结果有差异，但用快速计数法对同一样品重复计数，结果并没有明显差异，见表1。进一步采用快速计数法对不同培养时间的酵母菌样品进行数量统计，绘制的曲线也符合典型的S型种群变化规律。

三、利用数码显微互动教学系统构建数学模型

本节实验课的另外一个难点是构建数学模型。传统的实验方案是利用统计好的数据，在坐标纸上描点连线，绘制曲线图。由于本节实验课的数据量较大，如果采用传统的方法构建数学模型，不仅烦琐耗时，而且可能造成实验结果的误差。而在数码显微镜的平台上，学生完全可以采用电子化手段进行数据分析，直接在显微镜的平板电脑上利用Excel表格建构数学模型，只需输入相关数据结果，酵母菌种群数量变化的曲线图就会自动生成，不仅实验结果更加准确，而且过程简单快速。

总之，在数码显微镜互动教学系统的平台下，教师可充分借鉴国内外针对数码显微互动实验室应用的相关教学经验，借助电子信息化先进手段的优势，对生物实验课程方案中存在的问题进行分析，改进和优化生物实验课程内容，使教学内容和教学方式多样化，从而培养学生的创新精神和实践能力。

参考文献：

[1]郭军英.关于血球计数板的使用及问题讨论[J].教學仪器与实验，2009（04）.

[2]张慧文，渠弼，鄢长华，白迎春，梁越.生药学显微数码互动系统的实验教学研究[J].内蒙古医科大学学报，2018（02）.

[3]吕媛.数码显微互动教学系统在高中生物实验教学中的应用研究[D].湖南师范大学，2017.

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