摘 要：顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)由數(shù)碼顯微鏡、電腦軟件系統(tǒng)、數(shù)字成像芯片、交換機等設備通過網(wǎng)絡連接而成，能將顯微鏡下的視野導入電腦，師生可通過電腦互動交流。種群數(shù)量的變化一節(jié)需要通過探究酵母菌的數(shù)量變化來建立種群增長的數(shù)學模型，本節(jié)應用傳統(tǒng)教學存在著酵母菌個體微小難以辨認、難以找到血球計數(shù)板的計數(shù)室;數(shù)據(jù)需要用數(shù)據(jù)處理軟件處理等等困難。運用顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)能輕松突破以上難點，激發(fā)學生的積極性，有效提高課堂效率。

關鍵詞：數(shù)碼顯微互動;種群數(shù)量;教學;運用

多媒體、電腦和網(wǎng)絡的飛速發(fā)展，給人們的工作、生活帶來了巨大的變革，也為教學方式的轉變帶來了極大的便利。顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)集多媒體、電腦和網(wǎng)絡的優(yōu)勢為一體，具有共享性、時效性和交互性等特點[1]，為教師和學生在圖像、語音、文字的互動提供了交流平臺，給高中生物細胞、細胞器等的形態(tài)觀察實驗教學帶來了革命性的變化，顯示出傳統(tǒng)教學無可比擬的獨特優(yōu)勢。

1.顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)的功能

顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)由數(shù)碼顯微鏡、電腦軟件系統(tǒng)、數(shù)字成像芯片、交換機等設備通過網(wǎng)絡連接而成。實驗室配有教師端電腦1臺和學生端電腦56臺。數(shù)碼顯微鏡用于捕捉視野形態(tài)結構;數(shù)字成像芯片可將捕捉到的圖像高速導入電腦，具有圖像拍照、錄像和測量等功能，并可實現(xiàn)遠程共享[1];電腦軟件系統(tǒng)為MoticDigiLabⅡ軟件系統(tǒng)，運行軟件可完成教師屏幕廣播、學生屏幕轉播、彩信交流、屏幕監(jiān)控和語音教學[1]等功能，進行教學示范、監(jiān)控學生實驗進程、有針對性地輔導學生。

教師端電腦的主要功能有：（1）將教師端顯微鏡（或學生端顯微鏡）下觀察的內容轉換并制作成圖像、視頻等數(shù)字化教學資源;（2）應用相關軟件對采集到的相關數(shù)字化教學資源進行分析、對比和統(tǒng)計;（3）實現(xiàn)在線授課、監(jiān)控并觀摩學生端顯微鏡下觀察及電腦屏幕顯示的內容，師生在線問答、交流與討論;（4）可將某臺（或多臺）顯微鏡下觀察內容實時傳送到實驗室中的每臺電腦屏幕上，供教師講解與點評（或由學生進行比對、交流與討論）;（5）下發(fā)實驗作業(yè)、試卷、電子教案等數(shù)字化實驗教學資源;（6）顯示提問或需教師指導的學生座位[2]。

學生端電腦的主要功能有：（1）可將顯微鏡下觀察的內容采集并制作成圖像數(shù)字化教學資源對資源進行分析、統(tǒng)計;（2）接收、觀摩、存儲由教師端下發(fā)的其圖像，并與自己觀察的相關實驗內容進行比對分析;（3）在線向教師提問;（4）在線提交作業(yè)或圖像;（5）與同學通過系統(tǒng)的彩信交流等方式進行討論[2]。

2.傳統(tǒng)方法進行“種群數(shù)量的變化”一節(jié)教學面臨的困難

“種群數(shù)量的的變化”為人教版必修三《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》模塊、第四部分《種群和群落》的內容，高中生物課程標準對這節(jié)的描述為“嘗試建立數(shù)學模型解釋種群的數(shù)量變動”，屬于能力層面的“模仿”水平和知識層面的“理解”水平。在活動建議里則提出“探究培養(yǎng)液中酵母種群數(shù)量的動態(tài)變化”。即本節(jié)內容要通過探究酵母菌的數(shù)量變化來建立種群增長的數(shù)學模型。而突破這一難點面臨以下困難：

酵母菌屬于微生物，需要在顯微鏡下觀察。盡管有圖片示范，很多同學依舊不清楚酵母菌長得什么樣，通常會把顯微視野下的雜物（如擦玻片留下的纖維、酵母菌培養(yǎng)液里的雜質等）誤認為是酵母菌，傳統(tǒng)教學需要教師對學生觀察到的視野一個個地進行檢查，費時費力;

學生第一次用血球計數(shù)板，難以找到計數(shù)室，也很難理解計數(shù)的原理和方法;

計數(shù)完成后需要對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、處理，建立數(shù)學模型，需要用到數(shù)學軟件。傳統(tǒng)教學只能留到課后請部分同學找到電腦進行操作，很難全員參與。這樣造成的后果是：學生獲得數(shù)據(jù)后沒有立即處理，一段時間后很難理解這些數(shù)據(jù)背后隱藏的生物學意義。

3.基于顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)進行“種群數(shù)量的變化”教學的實驗改進和數(shù)據(jù)處理

在運用顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)進行教學前，先對相應的教學內容和實驗方案進行以下調整。

①優(yōu)化酵母菌的培養(yǎng)條件：取250ml的錐形瓶6個，每瓶裝培養(yǎng)液100ml，30℃，250rpm/min。由于條件優(yōu)化了，實驗由原來的一周縮短為一天。

②將酵母菌種群數(shù)量固定在某一特定時段：接種完酵母菌后，每隔2小時取樣5ml，注入5ml的離心管內，興趣小組即時計數(shù)后，用沸水加熱25min殺死的方法或是直接放到冰箱冷藏（事先經過驗證為可行方法，省去固定劑）。

③在課堂上請同一小組的學生算出不同時段的酵母菌種群密度，通過顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)內的彩信交流，進運用EXCEL等軟件處理數(shù)據(jù)，取平均值，繪制曲線，建立酵母菌種群數(shù)量增長的數(shù)學模型。教師應用教師端電腦展示酵母菌圖片，講解血球計數(shù)板的使用和計數(shù)原理，監(jiān)控處理學生在操作中出現(xiàn)的問題，交流數(shù)據(jù)，展示學生圖像進行教學示范。

以上改進的優(yōu)點在于：條件優(yōu)化和分組計數(shù)大大縮短了時間，提高了效率;集中精力將重點放在應用數(shù)碼顯微系統(tǒng)進行酵母菌計數(shù)并建立數(shù)學模型。不在實驗過程耗費過多精力;親身體驗這些數(shù)據(jù)的來源，建立模型并及時進行分析，有利于讓學生領會掌握規(guī)律的重要性，即：理解建立數(shù)學模型的意義。

4.顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)在“種群數(shù)量的變化”一節(jié)教學中展現(xiàn)的優(yōu)勢

由于顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)能及時將顯微視野下的圖像高速導入電腦，教師能實時監(jiān)控并觀摩學生端顯微鏡下觀察及電腦屏幕顯示的內容，運用顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)進行本節(jié)教學體現(xiàn)出傳統(tǒng)教學無可比擬的優(yōu)越性。

讓每一位學生都能準確認識并找到酵母菌。教師通過教師端電腦的實時監(jiān)控，一發(fā)現(xiàn)問題即可對學生進行及時的指導、糾錯，或展示操作比較好的同學的圖像，進行教學示范;

確保每一位學生都學會血球計數(shù)板的使用，準確找到計數(shù)室。教師在監(jiān)控過程中可及時發(fā)現(xiàn)學生實驗操作中出現(xiàn)的問題，進行有效的指導。這樣，大大縮短了時間，提高了效率;

酵母菌計數(shù)完之后，同學之間可通過系統(tǒng)內的彩信功能進行交流，傳輸數(shù)據(jù)并及時進行數(shù)據(jù)的處理，如：取平均值，建立曲線圖，發(fā)現(xiàn)酵母菌增長的內在規(guī)律。這時，為了深化學生對酵母菌增長“S”型增長規(guī)律的理解，可通過教師端電腦分配學習任務：

①用生物學知識說明“S”型曲線產生的原因。（如果是自然環(huán)境中的其它生物呢？）

②“S”型曲線與“種群的特征”有哪些知識聯(lián)系，還可以跟哪些知識聯(lián)系起來？

③如果上述“S”型曲線的縱坐標改成增長速率，那么曲線應該怎么畫？若改成出生率、死亡率呢？

④應用種群數(shù)量的“S”型增長規(guī)律如何解決實際問題（如：如何有效地滅鼠？如何拯救瀕危動物大熊貓？怎么捕撈才能保護魚類資源不受破壞，并獲得最大的年捕魚量？）

以上四個問題，分組討論，讓學生學會思考數(shù)據(jù)背后隱藏的生物學意義，懂得知識的前后聯(lián)系。問題④啟發(fā)學生應用數(shù)學模型去分析問題、解決實際問題，從根本上引導學生認識到建立數(shù)學模型的重要性，讓學生在解決問題的過程中深入理解生物學的核心概念，體驗知識應用的樂趣，從而把科學、技術與社會聯(lián)系起來。

應用數(shù)碼互動系統(tǒng)進行教學，能及時監(jiān)測學生的動態(tài);即時計數(shù)，即時統(tǒng)計，繪制曲線圖，由于時間上的連續(xù)性，學生對自己獲得的數(shù)據(jù)及時處理，很容易理解數(shù)據(jù)與規(guī)律的關聯(lián);學生建立完酵母菌種群增長的數(shù)學模型后，教師立即以4個問題啟發(fā)學生思考，避免了傳統(tǒng)教學時間和思維上的斷層，有效地突破了“應用數(shù)學模型闡明、預測解決實際問題”這一重難點。

總之，運用顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)進行教學，有效提高了“種群數(shù)量的變化”一節(jié)的教學質量。學生更加直觀地觀察酵母菌的形態(tài)，學會了血球計數(shù)板的使用，加深了對課本知識的理解;通過顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)，學生成為學習的主體，改變了被動學習的狀況;通過顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)，教學效率大大提高了，教學效果得到了切實有效的落實。當然，我們還應繼續(xù)充分拓展顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)的功能，轉變教學觀念，改進教學設計，優(yōu)化教學過程，激發(fā)學生的積極性和創(chuàng)新性，進一步提高教學的質量和效果。

參考文獻

[1]劉艷，馬曉平，利用顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)提高微生物實驗教學效果[J]，實驗室研究與探索，2015（10）：195—197，205

[2]杜坤，張彪，等，數(shù)碼顯微互動系統(tǒng)用于細胞生物學實驗教學[J]，實驗科學與技術，2015（2）：128—130，150

作者簡介：楊春香，1977年9月生，女，中學一級，生物化學與分子生物學理學碩士