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显微数码互动课室介绍

显微数码互动课室介绍

  
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生命科学创新教育模式——显微数码互动系统
 
用显微镜进行形态观察是生命科学中各门微观形态学实验课普遍使用的教学模式和手段,也是使学生通向微观世界的重要窗口。但由于显微镜使用的特殊性和个体性,传统的镜下观察使学生很难得到教师的有效指导。“显微数码互动系统”是通过使用新型的教学设备来推行一种全新的教学理念。这一系统将传统的由教师个别地手把手地教学生用显微镜进行微观形态观察,变为师生互动的、图像共享的、高效率的教学体系。此系统通过微机和网络的作用,还能存贮所获得的生物图像信息,并与网络系统连接,实现图像和资讯的异地实时共享。
 
一、生命科学微观形态学教学的现状
(一)目前仪器设备状况:
生命科学的大部分微观形态学实验课都离不开显微镜的使用。但目前许多教学单位在实验教学中所使用的显微镜数量少、品牌杂、质量差,急需更新。现有显微镜的功能和质量远不能适应和满足现代生物学教学工作的需要。
 
(二)现有微观形态学教学模式:
在课堂上,学生们各自使用自己的显微镜,他们只能孤立地做各自的观察,缺乏同学之间和师生之间的交流手段。而教师们在实验课中忙于对学生的个别指导,常行走于发生问题的学生们中。
 
(三)目前存在的主要问题:
1、效率低
在课堂时间内,教师除了负责主场教学外,在所剩不多的时间内,教师只能指导有限的几个学生,大部分的学生不能得到有效而及时的辅导。
2、局限性
教学的内容严重受限制。如在动物学实验中,当对昆虫进行观察时,虽然一次可做几个不同种类的观察,但由于传统显微镜功能的限制,使学生在每一次课堂教学中,只能观察到有限的几种材料的微观图像。在其它的生物学形态实验教学中,也经常出现这样的情况。
3、沟通少
教师与学生及学生之间的沟通和交流受到时间、空间的限制。使得教师不得不经常重复回答不同学生提出的相似问题,而学生由于只能单独观察操作自己的实验内容,看不到老师或其他同学的实验过程。经常发生学生排队等老师回答问题的情况。
4、缺共享
资源无法共享也是传统显微镜教学中的一大弊病。由于在传统微观教学实验中,不能实现图像的远距离传送和储存,一些好的材料、好的现象和好的结果只能局限于某一次实验课或某一个实验室中,而无法在另外的时间或不同的实验中再现,更谈不上校际资源共享。
 
5、效益低
从经济上考虑,在传统的显微镜教学中,有限的资金不能合理有效地用于不同的实验教学中。某些观察性实验由于材料昂贵而不得不取消。但如果采用现代的显微数码图像系统,一次成本比较高的而结果很好的实验过程的图像由于有计算机的存储功能,而可以多次再现。
 

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二、显微数码互动系统的组成
(一)数码显微镜系统
显微数码互动实验室/教室配置的显微镜包括:教师用显微镜和学生用显微镜。教师用显微镜通常带有内置130万像素或高分辨率摄像系统,可采用IEEE1394接口,以保证大量高清晰图像的快速传输。学生用显微镜内置数码显微镜头。学生用显微镜的数目可以是32台或64台。学校可以根据自身的教学情况而定台数。
 
(二)图像系统
数码互动实验室/教室图像系统能够提供高清晰度的画面显示。每16台为1组,与教师的计算机相连,可在教师计算机屏幕上同时显示1组显微镜图像,也可以显示任意1台显微镜的图像。同时还可将图像投影到大屏幕上,这样能够起到更好的图像观察和讲解效果。输出的图像经过处理后输入计算机,利用显微数码互动系统软件,可以实现各种图像处理。
 
(三)计算机软件系统
数码显微图像处理系统所使用的图像软件系列, 它提供多种国际语言版本,不仅提供基本的捕捉图像和对图像进行各种测量的功能,还可以对选定目标进行过滤处理、分割及自动计数, 可以自动捕捉静态图像、设置各种捕捉参数、自动曝光和自动白平衡功能,以还原图像的真实彩色和高分辨率、高清晰度并预览实时图像。
 
(四)语音问答系统
显微数码互动实验室/教室的语音问答系统的装置包括:教师端主控计算机、主控制机、学生端操作面板等设备。在显微数码互动实验室/教室的语音问答系统作用下,可实现教师与学生间及学生与学生间的相互沟通。
 
显微数码互动实验室/教室的语音问答系统可采用4种交流模式:
1、全通话模式:教师可头戴耳机话筒对全体学生进行通话或讲解,学生使用耳机收听老师讲解内容。
2、学生示范模式:教师可选择几位学生一对一问答示范,所有学生都可收听到谈话内容,但其他学生不能发言。
3、师生对讲模式:教师可与学生进行一对一或一对多的对话,只有被选择的学生才可以收听和发言。
4、分组讨论模式:学生分为几人一组,组内学生可以相互交流,教师可以随时加入。
 

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三、显微数码互动系统的特点及功能
1、易被学生掌握。教师用网络及计算机为教学手段,使学生易于掌握显微镜的使用技术。显微数码互动系统让学生比单一使用普通光学显微镜更容易捕捉图像。教师随时且更直观地掌握每一个学生对显微镜的使用情况,并及时发现问题和解决问题,这样大大提高教学质量和效率。
2、易于解决图像捕获的问题。在用普通光学显微镜时,学生所获得的图像往往需要调整。显微数码互动系统可以实现视频的白平衡、除噪及单独调整,从而较方便地解决图像捕获的问题。
3、显微数码互动系统可以利用计算机做多焦面合并,而普通光学显微镜无此功能。
4、对微观材料,可进行专业的测量,如:长度、面积、周长、半径等,也可计算灰度值以及导出数据统计表等。
5、利用计算机联网,可进行远程定时图像共享,远程教学共享或远程科研合作。
6、利用计算机,可进行多种图像处理工作,使图像更清晰。
7、教师与学生之间,通过语音系统,可进行双向语音交流。在学生之间进行的双向语音交流之中,教师也可随时加入。
8、教师端和学生端对图像均可进行静态捕捉、自动定时捕捉和动态录像捕捉。
9、教师端和学生端与打印机连接,随时进行报告打印等工作。
 
四、结束语
综上所述,显微数码互动系统,将数码显微镜与计算机系统和网络等相互结合,创造了师生相互之间类似语音教室的交流手段。此种教学模式将现代信息技术手段融进了传统的生命科学形态教学中,它一方面消除了师生之间和校际间在显微图像上的沟通障碍,使师生之间的交流直观而有效;另一方面也可使教师迅速而有效地对全体或个别学生给予指导或帮助;还可发挥计算机强大的图像处理和保存功能,这些都为生物形态教学方式的带来了革命性的变化。

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