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微学教育

数码互动实验室在初中生物教学中的应用

时间:2017-01-19 11:07:00  来源:中国教育新闻网—中国教育报

数码互动实验室系统将数码显微镜与计算机系统和网络等相结合,将传统的由教师个别地手把手教学生用显微镜进行微观形态观察的实验教学模式,变为师生互动、图像共享、高效率的教学体系。我校于2012年引进了数码互动实验室系统,并将其应用于初中生物实验教学,取得了良好的教学效果。

一、传统初中生物实验教学的现状

生物学是一门以实验为基础的自然学科,生物实验能培养学生学习生物学的兴趣,帮助学生更好地理解生物学的基础知识,培养学生实事求是的科学态度,培养学生的创新能力。因此,生物实验课在初中生物教学中有着举足轻重的地位。

制作临时装片,并用显微镜进行观察是学生在初中阶段必须要完成的实验,比如观察洋葱鳞片叶表皮细胞、观察人口腔上皮细胞、观察叶片的结构、观察植物叶表皮的气孔等实验。这一系列实验能够让学生直观地感受微观世界,有助于帮助学生理解生物体的结构和功能是相适应的基本观点。

传统实验教学模式是在课堂上,学生各自使用显微镜,孤立地做各自的装片,然后进行观察。这样的教学模式主要存在以下问题:

1.实时监控不够

在传统的实验课上,由于课堂时间和教师的精力有限,教师不可能顾及每一位学生,往往只能指导个别学生,解决某几位学生的困难,无法同时观察到全部学生显微镜下的图像,不能全面了解学生的实验进展情况,不能很好地体现面向全体学生的新课程教学理念。

2.交流与反馈不够

教师与学生之间以及学生与学生之间的交流与互动受到时间、空间的限制。学生在传统实验课上往往只能观察到自己显微镜下的图像,无法同时观察到其他同学的实验成果和进展状况。学生有疑问时,经常排队等教师回答问题,致使部分学生不能有效及时得到教师的指导与反馈,教学效率较低。

3.成果保存与共享不够

传统实验教学中,学生的作业通常是完成实验报告册,对所观察的图像进行绘图等。而对真实的实验现象、实验过程无法记录,对实验结果不能以图像或视频的形式保存,也不能实现所有实验结果的交流与共享。学生之间也无法进行真实成果的展示与比较,难以让学生了解自己实验过程中的优点与不足。

二、数码互动实验室系统简介

数码互动实验室系统是近年发展起来的一种可应用于实验教学的多媒体教学设备,它是由教师端显微镜、学生端显微镜、显微数码互动图像采集系统、显微数码互动控制系统、计算机等共同构成。我校目前拥有1个显微数码互动实验室,配有一台教师机(主控端),分别与24台学生机(客户端)相连,通过交换机形成实验室局域网。教师可通过操作主控软件对学生机进行实验内容的讲解或演示,并可以回答学生机的请求、提问,相互传递文件等;教师机可监控24台学生机显微镜的实时情景画面,及时发现学生实验中存在的问题并指导学生改正,使整个教学过程能够直观、高效地完成。

数码互动实验室主要组成部分如下:

1.数码显微镜系统

我校数码互动实验室配置的数码显微镜是由北京清大德人科技有限公司出品的教师端显微镜DM53系列和学生端显微镜DM23系列。

2.计算机软件系统

1)教师端和学生端软件

我校数码互动实验室的型号为NBlab3000,包括教师端和学生端软件。

教师端可以实现的主要功能有:①屏幕广播功能,可将教师屏幕画面传输给学生,学生可以在自己的电脑上看教师操作;②屏幕监看功能,让教师坐在教师机前就可看到每位学生的操作情况;③屏幕比对功能,让教师可将自己的图像与任一学生的图像作比较,并可将比对结果传送到其他学生的屏幕上进行教学讲解;④黑屏肃静功能,可实现教师对学生机进行黑屏,锁定屏幕和键盘,让学生专心听课;⑤查看作业功能,让教师在教师机上,可看到所有学生提交到教师机的作业,方便教师进行评价。

学生端可以完成提交作业、视频采集等功能。其中通过电子举手功能,学生有疑问时,可以向教师发出举手信息,和教师进行交流。

2)图像采集分析软件

图像采集分析软件由图像采集软件VidCap和分析软件OptiEye组成。

图像采集软件VidCap能将显微镜下看到的图像,显示在电脑的显示器上,并能对图像进行抓拍,还能实现连续抓拍、拍摄视频等功能。

图像分析软件OptiEye能对抓拍的图像进行编辑分析,可以实现对图像的标注和测量。

三、利用数码互动实验室改进初中生物实验教学

在学生对普通光学显微镜操作比较熟练的基础上,教师可以对学生进行数码互动实验室的操作培训。首先教会学生数码显微镜的使用,然后介绍图像采集软件和图像分析软件的使用,之后介绍学生端的一些功能,最后讲解实验中的一些注意事项。下面,笔者将以观察植物叶表皮气孔的实验为例,介绍一下运用数码互动实验室系统进行实验教学的一般过程。

1.及时关注,全体监控

教师在主控端计算机上,可以关注到所有学生的屏幕,了解所有学生的学习状态和操作情况。对于实验操作有问题的学生可以及时发现,及时指导。比如针对本实验,学生容易出现的问题主要有表皮上叶肉过多、取材为叶脉处的表皮、装片有气泡等,这些问题都会影响学生的观察。教师通过关注学生的屏幕,当发现问题时,可以及时指导学生进行改进,体现了面向全体学生的新课程理念,提高了课堂效率。

2.适时记录,成果共享

教师可以指导学生运用图像采集系统记录下自己观察到的植物叶下表皮视野图像。教师可以把学生做得较好的实验成果通过投影展示出来,以促进学生学习的积极性;还可以将学生完成得不理想的作业进行展示比较和讲解,防止其他学生犯同样的错误,促进学生实验的完成,大大提高了实验课的效率。

而学生的作业以图片的形式呈现,有利于教师对所有学生实验结果的评价,这样的评价方式也更为清晰和直观。

在观察植物叶表皮气孔的实验中,用普通光学显微镜,可以观察到开放的气孔,或关闭的气孔。但很难对气孔开闭的过程进行记录。而气孔开闭的原理正是本课的教学难点,利用数码互动实验室,就有利于解决这一难点。教师可以指导学生用浓盐水对下表皮进行引流处理,然后利用软件的连续抓拍或拍摄视频功能,将气孔逐渐关闭的整个过程记录下来。这样的展示比模拟气孔开闭的Flash动画更为真实和直观。通过软件的连续抓拍功能,还能清晰地记录下保卫细胞中叶绿体的运动情况,使学生对保卫细胞的特点有更直观的感受。

3.引导思考,促进探究

有了数码互动实验室系统,可以让有兴趣的学生在课后进一步开展实验探究。比如针对观察植物叶表皮气孔的实验,教师可以指导学生进一步完成以下实验:对植物叶片上表皮和下表皮的观察和对比;对不同植物的叶表皮进行观察和对比;对阳生植物、阴生植物的叶表皮进行观察和对比;对水生植物、陆生植物的叶表皮进行观察和对比;等等。学生可以对这一系列的实验结果进行保存和分析,并在实验后进行思考和总结,进而可以成为一个探究小课题。这有利于培养学生的实验探究能力、团队协作能力、实验分析能力,有利于学生进行拓展和创新。

四、小结

数码互动实验室引入实验教学之后,实验教学环境焕然一新,为初中生物实验教学带来了革命性的变化。数码互动实验室有利于师生之间的及时交流,有利于实验结果的保存与共享,有利于激发学生的学习热情,培养学生的生物科学素养,有效地促进了师生对实验效果的评价和反思。

当然,这套实验室系统毕竟是新生事物,如何积累更加合理使用这套设备的教学经验,拓展出更多的教学使用途径,还有待于教师的不断摸索与研究。相信在以后的初中生物实验教学中,数码互动实验室将发挥越来越大的作用。

责任编辑:edu_shoujibao