运用智能手机实现微生物实验显微成像互动教学研究

摘要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、智能手机和无线网络，让学生观察到显微图像并可与教师在课堂上实时双向交流；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；从而实现微生物实验显微成像教学的低投入、高效率。

关键词智能手机；显微成像；互动教学

中图分类号S-01文献标识码A文章编号0517-6611（2014）36-13160-02

目前，国内高校微生物学教学仍以传统教学为主，部分经费充裕的学校采用数码显微成像互动教学系统教学。国内高职院校在微生物实验教学中大多采用传统教学法，其课堂教学过程主要呈现如下：教师讲解、描述、PPT展示提前拍摄好的示范微生物制片，学生保证一人一台显微镜观察、学生操作显微镜，通过调节粗准和细准焦螺旋观察到目标细胞或结构后，其结果的展示是通过目镜镜筒指针指示，举手示意教师前来观看并核查观察结果。教师逐一走动检查较为耗时，且图像不是同时呈现在师生面前，细微结构无法解释及学习。数码显微成像教学互动系统成本极高，部分院校教师用一台显微成像教学示范仪器投影显微图像，但这是教师单向性的操作，无法解决学生观察的图像在师生面前同时展现的问题。将智能手机与无线网络组合用于提高微生物学显微教学效果的研究国内尚未见报道。该研究的目标为：在不使用价格昂贵的显微数码互动系统的情况下，充分利用既有条件——光学显微镜、智能手机和无线网络，让学生观察到显微图像并可与教师在课堂上实时双向交流，实现教学效果评价的即时性，使学生出现的错误能及时被发现并且得到纠正；实现教学低投入、高效率。

1解决的主要问题

1.1传统教学中存在的问题

高校生物技术专业开设的微生物学实验教学内容必定会涉及对微生物细胞的显微观察，即学生通过学习能熟练使用光学显微镜，对制备好的装片进行镜检观察。由于微生物细胞的微小性，放大倍率需要达到400～1 000倍时才可观察其形态。需要教师即时检测学生观察结果，才能知道学生观察图像是否正确、以及学生能否当场清楚解释图像不同部位的名称。这正是在教学过程中的最大困难：学生如何就观察到的显微图像与教师进行交流，以便及时得到教师的指导。传统教学中教师只有通过课后学生撰写的实验报告才能获知学生知识的掌握情况，对教学效果的掌握有滞后性。学生只有看到实验报告上教师的批改，才能获知实验结果的正误。实验报告上的实验结果分析也就没有多少深度，且无法遏制学生之间抄袭实验报告的现象[1]。

1.2数码显微成像互动教学系统存在的问题

目前国内较为先进的教学方式是通过数码显微成像互动教学系统来实现师生交流。以一间90 m2教室为例，可以安装1套教师端数码摄像系统和50套学生端数码摄像系统，教学效果较好，但价格昂贵。目前一套系统设备至少投入83万元。大部分院校尤其是普通高职院校难以承受如此高的教学投入。该系统的终端数量固定，参与互动教学人数受到终端数量限制，无法灵活机动，且专一性强，一门课程需要配备一室及一套系统设备；多门课程需要配备多室及多套系统设备，无法实现设备的共享，且增加了人力管理成本[2-3]。

2操作方法

该方法只需要在现有光学显微镜的基础上，添加1套多媒体电子白板互动教学设备，1台无线路由器，保证教室网络开放，学生自备智能手机就可以实现操作。其关键技术为培训学生快速高效地拍摄出清晰的显微图像。图片上传后教师选取一定比例具有代表性的图像即时评价，以确保大班化教学中教学效果可当堂检测。具体操作方法为：

①观察放大400倍（真菌）或1 000倍（细菌）制片，调节显微镜使目镜端呈现最清晰的显微图像；

②打开自备的智能手机拍照功能；

③双手横执手机，并腾出左手的小指扶住需要拍照的目镜镜筒外壁，以便稳定支持手机机身不抖动；

④手机镜头平行对准显微镜任一目镜平面并沿着中心光轴缓慢下移；

⑤当手机屏幕中的图像聚焦为最清晰的状态且图像占据手机屏幕2/3时，平稳地按下拍照键即得显微图像；

⑥打开手机WLAN，登录QQ离线传送给教师；

⑦教师接收图片并挑选一定比例有代表性的图片放大、展示于电子白板上点评，其余图片课后利用网络完成点评。

3推广价值

3.1节约教学成本以1套显微成像控制系统，以Nikon牌显微镜，联想牌电脑为例，1台主机，50台分机价格计算约在83万。该研究教学与显微数码互动教学系统投入成本比较见表1。比较可知显微数码互动系统的投入成本是该研究方法的4倍。可见该方法可大幅度地降低教学投入成本。

3.2节约教学时间以革兰氏染色实验为例，36人同时授课，相同的实验较以前节约近40 min，当场检测反馈，教学效果良好（表2）。从表2可以看出，该研究方法在学生油镜观

察、教师逐一巡视指导项中没有花费时间，而是将教师巡视

指导转变为学生拍摄显微图像，教师在QQ端遥控检测上传

3.3机动灵活固化教学设备终端数量固定，上课人数过多则受其限制。该教学方式可大幅度降低实验设备成本。只需学生自备智能拍照手机即可。采用该技术后，只要显微镜数量和教室容纳量充足、上课人数可以相对灵活而不影响教学效果。不受场地和设备的限制，大班授课和大班演示时可使每位学生看清教师演示。可提高学生的个人练习操作速度，加深其对微生物学应用知识的认识。在课堂上学生能实时接收教师的指导和纠错，提高教学效果。

3.4共享仪器设备单独的显微镜设备可以领取到多个实验室使用，减少固定专有实验室的成本投入。涉及显微观察的生物类课程较多（表3）。若每门课程均购置数码显微成像教学互动系统，成本昂贵。该法只需建立显微镜存放室1间、增加显微镜台数，比如100台显微镜分为2组轮流使用，即可满足植物学、动物学、微生物学、遗传学、细胞生物学、人体解剖生理学、普通生物学等生物类专业课程交替共用，节约成本的同时也提高了仪器设备的利用率。所以，该技术可以在其他课程的显微教学中大范围推广应用，减少各类课程在专业教室的固定设备投入，大幅度降低教学成本。上课人数可相对灵活不受场地和设备的限制；实现多门课程共享仪器设备提高仪器设备的利用率。

过程需要实时图文交流的需求，让学生利用智能手机拍摄通过显微镜观察到的图片，连同个人观察结论一并上传交流平台，教师能方便快捷地检查学生的观测结果，快速评论、当场纠错，学生可以当场改正并重新观察正确的结果。该研究方法在国内发表成果中尚未见报道[4-6]。

该教学方法可使学生更直观、更容易地学习和认识各种微生物的形态结构，可以及时纠正学生观察到的错误图像，打破时间和空间的限制，避免传统教学中学生看错看偏的现象，提高教师课堂教学效率、增强学生学习兴趣。全程教学中，学生必须提交手机显微拍摄图片给教师，使学生感到学习任务的紧迫，督促学生练习也提高了学生的实践能力，提高了教学质量和教学效果。同时通过该方法可节省教学时间，减轻教学负担。

智能手机及无线网络的应用将打破传统教学的局限性，同时打破显微数码成像互动教学系统的高价位。目前，智能手机已基本普及，无线网络的数据交换速度已经达到10 M，完全能够满足微生物显微教学的需求。在操作过程中也会出现一些问题：比如手机拍照像素会影响图片的质量；手机成像与肉眼观察的显微图像有色差；上传的图片在电脑屏幕和投影到电子白板的图像有色差，这些问题会影响教师对上传的图像成绩的评判，但是随着电子产品的日益更新，这些问题将会得到改善和解决。随着通讯技术的进一步发展，智能手机和无线网络组合在显微教学中的应用将会进一步向深度发展，使得教学投入的成本越来越低，效果越来越好。

参考文献

[1] 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.

[2] 孙树民，张凤珍.智能手机在兽医外科手术教学中的应用[J].养殖技术顾问，2014（1）：238-239.

[3] 张鹏飞.基于智能手机与wifi的多媒体教学管理系统[J].信息通信，2014（8）：259.

[4] 黄海婵，裘娟萍.基于显微数码互动系统的微生物形态实验教学改革与实践[J].微生物学通报，2013（3）：517-521.

[5] 胡国元，胡婧，朱雄伟，等.显微数码互动实验室系统在微生物实验教学中的应用[J].武汉工程大学学报，2010（10）：103-106.

[6] 邵菊芳，冷云伟，朱红威，等.显微互动实验室在微生物实验教学中的应用[J].实验室科学，2012（5）：123-127.