3D影像在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

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摘要：微生物實(shí)驗(yàn)基本操作是生物類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生非常重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容之一，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多，學(xué)時(shí)有限，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式難于達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。為提升教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生實(shí)踐綜合能力，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)圍繞微生物實(shí)驗(yàn)基本操作技術(shù)拍攝制備3d圖片和3D微視頻應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)實(shí)踐，取得良好教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：3D影像；微生物；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、微生物基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足

微生物學(xué)既具有其獨(dú)特的理論體系，同時(shí)也是實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是微生物課程教學(xué)的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)基本操作技術(shù)的掌握對(duì)學(xué)生后續(xù)課程學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及對(duì)日常生活都有非常重要的影響。但基礎(chǔ)操作實(shí)驗(yàn)中存在以下不足：（1）師資力量有限。雖然采用小班授課，但通常只有一位實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師，老師對(duì)學(xué)生的個(gè)別指導(dǎo)時(shí)間有限；（2）實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限。學(xué)生在課堂內(nèi)只能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的主體內(nèi)容，對(duì)實(shí)驗(yàn)前期的準(zhǔn)備及后期處理工作參與較少，影響到對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整體掌握，實(shí)驗(yàn)效果的牢固性差。（3）學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性不足。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中過(guò)分依賴(lài)教師的講解示范，缺乏積極思考動(dòng)力。（4）實(shí)驗(yàn)的輔助學(xué)習(xí)資源有限。在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的時(shí)代，教育模式、形態(tài)、內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式正在發(fā)生深刻變革，資源的不足會(huì)影響學(xué)生自學(xué)興趣和自學(xué)能力?；谏鲜鲆蛩?，實(shí)驗(yàn)教學(xué)整體質(zhì)量不容樂(lè)觀，難以達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)我校學(xué)科結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，如何在有限學(xué)時(shí)內(nèi)讓同學(xué)們熟練掌握微生物實(shí)驗(yàn)的基本操作技術(shù)值得探討。教學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)合本學(xué)院專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，對(duì)微生物基本操作實(shí)驗(yàn)提出了課內(nèi)外學(xué)習(xí)相結(jié)合、集中指導(dǎo)與開(kāi)放輔導(dǎo)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，結(jié)合實(shí)驗(yàn)要求制作3D影像作為實(shí)施課程教學(xué)方案的重要輔助手段，該模式實(shí)施后，得到學(xué)生認(rèn)可，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

二、3D影像制作及微生物實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用探討

（一）3D影像發(fā)展概述及教學(xué)應(yīng)用

1.3D發(fā)展概要。3D即三維空間，其與二維、一維空間的最大區(qū)別就是“立體”性。3D圖像給人以真實(shí)、栩栩如生、身臨其境之感覺(jué)。在古埃，人類(lèi)就有了對(duì)三維成像技術(shù)的渴求；歐洲文藝復(fù)興時(shí)代，人們通過(guò)雕塑和繪畫(huà)透視的研究與實(shí)踐，采用分色鏡實(shí)現(xiàn)了立體效果；1839年英國(guó)科學(xué)家查理-惠斯頓爵士發(fā)明的立體鏡，到現(xiàn)在仍然是觀察立體影像的一種十分有用的方法。上世紀(jì)70年代，伴隨著IMAX電影技術(shù)的問(wèn)世，3D技術(shù)也獲得了新發(fā)展。2009年，3D電影《阿凡達(dá)》《愛(ài)麗絲夢(mèng)游仙境》等影片的成功，進(jìn)一步激發(fā)了3D技術(shù)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，3D已走進(jìn)人們的生活。2.3D的應(yīng)用。早期應(yīng)用主要集中在娛樂(lè)行業(yè)，隨著技術(shù)的發(fā)展，逐漸滲透到醫(yī)學(xué)、軍事、教育、商業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。在教學(xué)中，采用與教學(xué)內(nèi)容相融合的集聲音、圖像、動(dòng)畫(huà)、圖表的計(jì)算機(jī)多媒體輔助教學(xué)，豐富了教學(xué)內(nèi)容，對(duì)提高課程的教學(xué)效果發(fā)揮了重要作用，但目前采用的圖像、動(dòng)畫(huà)、圖表主要以二維為主，部分教學(xué)內(nèi)容制作了具有快速多變、立體感強(qiáng)、變抽象為直觀、變枯燥為有趣的3D動(dòng)畫(huà)，更有效地提高教學(xué)質(zhì)量。隨著3D顯示和投影技術(shù)的發(fā)展，3D在教學(xué)中將越來(lái)越普遍。但由于是動(dòng)畫(huà)，與真實(shí)影像差距較大。如果用更接近真實(shí)的示范技術(shù)將會(huì)收到更好的教學(xué)效果，而實(shí)拍3D影像提供了這樣的技術(shù)手段，但遺憾的是這方面在絕大多數(shù)的教育學(xué)科領(lǐng)域中應(yīng)用不足。3.3D視頻在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用值得探索。21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，生物學(xué)中的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、提升教學(xué)水平的重要環(huán)節(jié)，與理論教學(xué)相比，實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力，其教學(xué)質(zhì)量的高低也直接影響到學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的高低。因此生物學(xué)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課，大都在積極探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，其中開(kāi)放式的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)對(duì)提高實(shí)驗(yàn)操作技能、樹(shù)立創(chuàng)新思想、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有較好的效果和發(fā)展前景。但開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需要教師投入更多的精力和實(shí)驗(yàn)成本增加，成為推廣其應(yīng)用的重要限制因素，而3D視頻教學(xué)輔助示范則可在很大程度上解決這些問(wèn)題。

（二）微生物基本操作實(shí)驗(yàn)3D影像的制作

1.影像制作主要內(nèi)容。本項(xiàng)目針對(duì)微生物學(xué)基本操作技能如細(xì)菌革蘭氏染色技術(shù)、真菌形態(tài)觀察方法、培養(yǎng)基配制與滅菌、平板和斜面制作、微生物菌種分離和純培養(yǎng)過(guò)程等。2.影像制作主要形式。包括3D圖片和3D微視頻兩類(lèi)。微生物實(shí)驗(yàn)操作3D圖片拍攝制作包括基本操作的主要內(nèi)容，目的是通過(guò)系列圖片的展示后能使學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)操作的主要過(guò)程。圖片制作中包括多年來(lái)同學(xué)們操作中容易出現(xiàn)失誤的一些細(xì)節(jié)內(nèi)容，在課堂教學(xué)或考試中，讓同學(xué)認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)中的易錯(cuò)點(diǎn)，以達(dá)到規(guī)范操作的目的。3D微視頻制作主要針對(duì)單項(xiàng)操作實(shí)驗(yàn)技術(shù)，制作不超過(guò)10分鐘的小視頻，學(xué)生通過(guò)立體視頻的觀看能清楚實(shí)驗(yàn)的基本操作過(guò)程，并明確其關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（三）3D影像在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用效果

1.發(fā)揮影像作用，改變教學(xué)模式。結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案，指導(dǎo)老師課前根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)達(dá)成目標(biāo)的要求，認(rèn)真準(zhǔn)備教學(xué)課件，并將課件發(fā)到實(shí)驗(yàn)班級(jí)QQ群，同學(xué)結(jié)合課件和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行預(yù)習(xí)，上課時(shí)抽檢學(xué)生預(yù)習(xí)效果，分析存在的主要問(wèn)題，有針對(duì)性地進(jìn)行講解和示范，并展示3D影像。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中同學(xué)有不清楚的地方可反復(fù)觀看視頻和咨詢(xún)指導(dǎo)老師，提高課堂內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。在使學(xué)生對(duì)操作技能基本熟悉的基礎(chǔ)上，為了強(qiáng)化和規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和適應(yīng)個(gè)性化培養(yǎng)，部分學(xué)生可到學(xué)院開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)進(jìn)行研究型的綜合實(shí)驗(yàn)，通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)的實(shí)施一方面鞏固了學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的基本技能，同時(shí)提升了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中積極思考、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，學(xué)生綜合能力有效提高。2.大大提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。其優(yōu)勢(shì)在于：（1）基于3D影像本身的優(yōu)勢(shì)，同學(xué)在觀看相關(guān)影像后提升了主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力。（2）實(shí)驗(yàn)視頻具有直觀性，使學(xué)生有“身臨其境”的感覺(jué)，有如教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，主要解決開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)老師不可能也不必要每時(shí)每刻關(guān)注指導(dǎo)每個(gè)同學(xué)的問(wèn)題，以便教師將更多的精力投入到學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上。（3）3D視頻示范具有可重復(fù)性，學(xué)生可對(duì)了解不充分的部分反復(fù)觀摩，有效解決教師在示范講解時(shí)，學(xué)生因注意力不夠集中，對(duì)老師操作的細(xì)節(jié)和關(guān)鍵點(diǎn)的掌握不明的缺限。（4）使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加規(guī)范。制作3D視頻時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有完整規(guī)范的實(shí)驗(yàn)程序，而在教師臨時(shí)示范時(shí)或多或少可能會(huì)出現(xiàn)一些隨意的地方，從而影響實(shí)驗(yàn)效果。（5）課堂內(nèi)外對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的反復(fù)觀看，可有效提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的安全性。上述優(yōu)勢(shì)的綜合表明，在實(shí)驗(yàn)操作技能測(cè)試中優(yōu)生比例顯著增加，特別是主動(dòng)參加開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的同學(xué)綜合能力顯著，也體現(xiàn)在后續(xù)課程學(xué)習(xí)及后期的畢業(yè)設(shè)計(jì)中實(shí)驗(yàn)操作能力、論文寫(xiě)作能力、論文研究水平等均表現(xiàn)優(yōu)秀。

三、進(jìn)一步發(fā)揮3D影像在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中作用的思考

第一，本項(xiàng)目制作的3D影像質(zhì)量還有待進(jìn)一步提升，同時(shí)3D視頻不能像虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)隨時(shí)可以任意視角進(jìn)行觀看，互動(dòng)性還顯不足。因此期待有更專(zhuān)業(yè)的公司來(lái)開(kāi)發(fā)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)字教育教學(xué)資源，推動(dòng)發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”教育，推進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源共建共享。第二，適當(dāng)建立虛擬互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)一步加大實(shí)驗(yàn)開(kāi)放力度和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)管理力度。當(dāng)前個(gè)性化學(xué)習(xí)、推廣教學(xué)創(chuàng)新成為我國(guó)高等教育技術(shù)應(yīng)用中頗有難度的挑戰(zhàn)，培養(yǎng)復(fù)合思維能力成為我國(guó)高等教育與基礎(chǔ)教育中技術(shù)應(yīng)用方面面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，要實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，培養(yǎng)更多創(chuàng)新人才、高素質(zhì)人才，必須加大實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放力度和管理力度。

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作者：江懷仲 何曉紅 孫全 單位：重慶郵電大學(xué)生物信息學(xué)院