提高“水生生物学”实验教学有效性

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:“水生生物学”是高等院校水产学科重要的专业基础课程,其实验课是对课堂基础理论知识的验证和实践,也是将理论知识转化为专业应用能力的纽带和桥梁。但传统的“水生生物学”实验教学模式存在辅助手段单一、信息化程度偏低等局限性,教学效果不能保证。无线显微数码互动系统采用无线的形式将学生端与教师端相连,不仅实现了显微教学的实时观察、记录与保存,还具有一站式教学的功能。5G WiFi显微数码互动系统在“水生生物学”实验教学中的应用,改变了传统实验教学的模式,使得抽象的水生生物学知识可视化,课堂内容变得直观、生动,调动了学生学习兴趣,促进了师生之间的充分互动以及资源共享,明显提高了实验教学效率和质量。

  关键词:5G WiFi显微数码互动系统;实验教学;水生生物学;

  “水生生物学”是高等院校水产学科本科教学中实践性和实用性很强的专业基础课程[1]。该课程主要教学目标是使学生掌握水生生物(浮游植物、浮游动物)中常见种类的形态特点、分类鉴定方法和生态调查方法,运用水生生物学的基本原理观察和探索生物与环境错综复杂的相互关系,同时为其他水产相关课程的学习和从事渔业生产的科技实践者,提供必要的生物学知识和技能[2]。我校开设的“水生生物学”课程主要面向水产养殖、水生动物医学和生物科学专业本科生,2020年,经广东省教育厅认定为广东省线下一流本科课程。

  “水生生物学”实验课是课程的重要组成,课程内容较为繁多杂散,需要记忆和容易混淆的知识点多,学生对于这部分知识的实际感知力较差,开设“水生生物学”实验课,使学生通过实践掌握常见水生生物的形态和结构特征,帮助学生理解、强化并记忆该学科的知识[3]。但目前传统“水生生物学”实验教学的辅助手段单一、信息化程度偏低,学生处于被动学习地位,教学效果不能保证。新农科建设背景下,要求高等农林教育从微观层面实施新农科研究和改革实践,通过课程教学模式的改进强化实践教育和创新创业教育,培养卓越农林人才[4]。为了改革传统水生生物学实验教学的模式,提高学生自主学习的积极性,更好地提高本科教学质量,2019年广东海洋大学水产学院引进了5G Wi Fi(11ac)显微数码互动系统,将实验教学与信息技术相结合。经过两年的实践,水生生物学实验教学取得了较好的教学成效,现将其应用情况进行总结。

一、传统“水生生物学”实验教学的局限性

  任课教师于课前将相关实验样品准备好,上课后通过PPT讲解所需观察水生生物样品的重要特征,然后学生制备临时水装片并在显微镜下进行观察,课后学生将观察到的样品形态绘制在实验报告上,教师评阅后再分发给学生。这种传统的水生生物学实验教学模式是经过几代人努力,总结无数教学经验而形成的较为完整的教学体系,为人才培养做出了巨大贡献。但这种教学模式也存在着许多的不足。

  (一)教学设备老旧,信息化程度偏低

  水生生物学主要研究对象为个体极微小(2-2000μm)的浮游生物[2],必须借助光学显微镜进行观察,因目前学生实验用的光学显微镜比较老旧、放大倍数有限,某些水生生物形态结构的细节难以清晰看到,如菱形藻属的单侧管壳缝结构、形态相似的布纹藻属和曲舟藻属细胞壳面不同的花纹结构等。学生不能确切看到水生生物形态特征,从而无法将课堂理论具体化,也不能进行准确的鉴定。此外,当今学生成长在数字化、网络化的时代,网络化和数字化的产品早已成为他们学习生活中不可或缺的部分,传统的水生生物学实验教学的设备、实验样本和教学方式单一、信息化程度低,很难吸引学生学习的兴趣,不利于学生对知识的掌握。

  (二)教师工作强度大,课堂上课效率低

  在传统“水生生物学”实验教学模式中,教师无法随时知道学生显微镜下正在观察的内容,不能对学生进行及时的督促和指导。如果同时有多个学生对镜下结构和生物的分类有疑问,教师只能一一查看学生显微镜进行确认和讲解,时常会耗费大量精力来回答学生们提出的相同问题,而且教师解答某个学生问题时,其他学生就只能等待,极大地影响了学习效率。教师在有限的学时内无法兼顾到每位学生,导致有些学生因不能及时得到有效的辅导,渐渐失去学习兴趣,部分学生选择求助临近座位的学生甚至是直接放弃观察,既未获取课程知识,又影响了其他学生正常的学习,降低了课堂教学成效。

  (三)缺乏图像资源共享和保存

  在传统“水生生物学”实验教学中,每位学生只能孤立地观察自己显微镜下的实验样本,即使有学生看到典型的形态结构或稀有水生生物样品,也不能及时方便地向其他学生展示;而教师制作的示范片也不能同时共享给全部学生,有用的信息资源未能体现出最大的示范作用。此外,传统教学模式下学生通过绘画方式加深对样本形态的认知和记忆,但学生手绘样品的形态更偏向于课本示例用的白描图,与实际样品的形态、大小、颜色等均存在较大误差,未能将理想的实验结果准确、清晰的保存下来;同时实验报告“千篇一律”“极度雷同”的现象时有发生,限制了学生知识技能、思维发展与创新能力的提高;而实验报告纸容易丢失,也不利于学生随时进行复习。

二、5G Wi Fi显微数码互动实验室的建立和优势

  无线显微数码互动系统是显微教学和信息化教学的完美结合,不仅可以实现显微教学的实时观察、记录与保存,还具有一站式教学的功能,适用于生物学和医学中的微观形态类实验教学[5,6,7]。我院国家级实验教学示范中心“无线显微数码互动实验室”建立于2019年,拥有教师端和学生端两套操作系统,主要由数码显微镜系统、5G Wi Fi网络系统、计算机、图像采集系统和投影系统构成。在教师端系统中配置有一台内置1200万像素MF1211-M相机的Olympus CX43显微镜,学生端系统配置有50台内嵌200万像素MF211-M相机的Olympus CX23显微镜。通过5G Wi Fi网络系统,可以把每一台学生用数码显微镜内的信号无线传送到学生智能端(手机或平板)和教师控制的计算机上,为实验教学的互动交流提供便利。随后通过无线显微数码互动系统的专用图像采集系统(Ko Pa Wi Fi EDU)实现图像的放大、标签添加、拍照和录像等操作,实现图像的实时观察、记录与保存。此外,教师通过一台与教师端主控计算机连接的投影仪可把所有图像投影到讲台旁的投影幕布上,实现整个班级的图像共享。

  无线数码显微互动系统的主要优势是可视性、直观性和互动性[8]。该系统克服了显微观察受视者少的弊端,在无线网络环境下即可实现显微镜下画面的屏幕化、教师端和学生端屏幕画面的同步化,成像清晰,直观性更强,让学生在学习中能获得更好的体验和感受,激发了学生的学习兴趣。此外,系统具有丰富的交互手段,可以实现教师与学生之间实时的图像和教学交流,使得教师可及时发现学生观察中遇到的个性或共性问题,及时进行辅导。

三、应用5G Wi Fi显微数码互动系统进行水生生物学实验教学的优点

  (一)轻松实现示范教学和监控教学

  教师可以利用教师端系统中的“授课模块”控制学生智能端功能,按需选择“强制性”和“非强制性”两种示教模式。强制性示教即将教师端显微镜或选中的一台或多台学生端显微镜下的水生生物图像、操作过程以及教师课件(PPT、视频、文档和虚拟仿真样本等),同步推送到全体学生的智能终端,学生设备可实时动态显示显微镜及计算机操作画面,既起到示范教学的作用,又可规避学生使用手机进行与课堂无关的活动,确保全体学生参与学习。通过教师端系统中的“在线显微镜总数模块”,可实时查看到登录系统的显微镜总数和登录使用这台学生机的用户名,轻松实现点名。

  (二)提高教师指导成效和学生学习积极性

  教师可以通过教师端系统中的“监控显微镜模块”实时监看每个学生的显微镜画面,及时发现学生在样品观察中存在的问题,有的放矢地对学生进行指导。学生手机可实时预览显微镜下画面,使得观察更加清晰、便捷和高效,此外,学生可对画面进行放大、测距、标注、拍照和录像等。这样,学生可以直接拿着手机咨询教师或与其他同学探讨,教师也可一次确认多个样品或一对多的进行交流,并将显微细节更细致地指给学生看,不能非常确认地再查看显微镜进行最终确认,提高了教师的指导效率和学生的求知欲,学生在有限的时间内获取了更多的知识,学习效率得到提高。

  (三)实现图像资源的共享和教学资源的积累

  教师端系统还可以随时把某几个学生的显微镜画面切换到大屏幕展示给全班学生,教师可将学生普遍遇到的问题进行统一讲解,或将学生图像的比较过程全程展示给学生,打破了传统显微镜教学只能一对一观察的局限性,既实现了资源共享,又提高了指导效率。同时,学生手机拍摄的图片和视频会自动保存在手机相册中,方便学生课外复习,从而弥补了水生生物装片无法在课外观察的缺陷。此外,学生将图片以作业形式提交到教师端电脑,既可作为学生实验课平时成绩,又可方便教师在教学过程中不断储备教学图片资料,丰富教学课件和教学辅助软件图库等。

四、5G Wi Fi数码显微系统在水生生物学实验教学中取得的成效与存在的问题

  经过两年的水生生物实验教学中的应用,教师和学生一致认可这种教学互动体系,学生上实验课的积极性大幅提高,水生生物学实验教学效率和质量得到了提升。为了比较无线数码显微系统在水生生物学实验教学中的应用效果,排除教师任教水平带来的差异,作者仅对近三年自己所授水生动物医学专业本科生的实验考核成绩进行了比较。在实验考核中,要求学生观察20种水生生物临时装片并进行鉴定,以考查学生对水生生物理论知识掌握和应用的能力。其中,2017级本科生的实验教学仍是采用传统的实验教学模式;在2018级本科生的实验教学时,我院仅有的一间无线显微数码互动实验室刚建成,学生只能偶尔使用该系统,因为数码显微镜与旧光学显微镜清晰度和成像方式的不同,导致学生在回归传统教学进行显微观察时的积极性不高,学习成效未有明显提升(表1);但在刚结束的2019级本科生实验教学中全程使用了该教学系统,学生学习兴趣高涨,基本每次课都会有学生自主留堂,实验考核成绩也明显提高(表1)。此外,在我校2019年承办的第一届全国大学生水产技能大赛的“浮游生物种类鉴别”竞赛中,该教学系统的使用也得到了前来参赛的学生和教师的好评。

  虽然5G Wi Fi数码显微系统在水生生物学实验教学中取得明显的成效,但在实际应用该系统进行实验教学时还存在一些问题。首先,学生端专用App对学生端硬件有要求,有极少数学生手机不支持5G Wi Fi 11ac协议,导致手机不能无线连接显微镜从而实时查看显微镜下画面,需要更换手机或使用平板才可正常使用。其次,学生拍摄的图片当以作业形式批量提交时,偶尔会出现部分图片上传不完整的现象,需要少量多次上传才可确保全部图片提交成功。由于数码显微互动系统在水生生物学实验教学中的应用时间较短,很多地方还有待发展和完善,包括网络软件对学生端设备的兼容性,无线网络的稳定性以及如何充分利用教师端系统各模块功能,以进一步提高实验教学的质量和效果等。

五、结语

  5G Wi Fi显微数码互动系统在水生生物学实验教学中的应用,改变了传统水生生物学实验教学的教学形式、教学观念和教学方法,实现了以教师为主导、学生为中心的互动教学环境,激发了学生学习兴趣和积极性,提高了教师对学生的指导效率,增强了实验教学效果,提升了课程教学质量。无线显微数码互动实验系统是信息化时代背景下水生生物学实验教学的重要方式和发展方向。

参考文献

  [1] 唐汇娟,李博星,牛文静.水产养殖专业水生生物学实验教学改革初探[J].家畜生态学报,2019,40(9):91-93.

  [2] 罗晓霞,陈小瀚,黄翔鹄,等.水生生物学虚拟仿真教学模式探索与实践[J].教育教学论坛,2020(8):240-241.

  [3] 杨威.水生生物学实验教学改革实践与探讨[J].赤峰学院学报(自然科学版),2019,35(10):155-157.

  [4] 杨世平,刘慧玲,蔡双虎.案例教学在水产养殖学专业基础课教学中的应用[J].黑龙江教育(高教研究与评估),2020(11):11-12.

  [5] 李艳利,王凯凯.细胞分子生物学实验教学中显微数码互动系统的应用[J].教育教学论坛,2019,412(18):286-287.

  [6] 王远,徐放,杨静.病理解剖学实验教学中数码互动教学系统的运用[J].中国继续医学教育,2020,12(15):45-47.

  [7] 周鑫钰,任佐华,莫磊,等.Motic数码显微互动系统在普通植物病理学实验教学中的应用[J].教育教学论坛,2020(34):378-379.

  [8] 阎婷,袁久志,侯柏玲,等.数码显微互动系统在中药鉴定学实验教学中的应用及管理[J].科教导刊(中旬刊),2019(29):156-157.

作者:张宁 黄翔鹄 李长玲 单位:广东海洋大学水产学院

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