视频数码显微镜及其在生物实验教学中的应用.doc

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330046随着生命科学带给人们的一次又一次惊喜和震撼，生物学的魅力日益突现。在生物教学上，为了把奇妙的生物世界更好更广地展示给同学们，教学仪器工作者们一直在不懈努力，推陈出新。在20世纪80年代开发的显微投影仪，首次将显微镜内的微观世界投放到大屏幕上，使整个教室的同学在课堂上能够和老师一起探索生物的奥秘；到了21世纪，随着信息技术的快速发展，一种完全不同的生物显微演示装置已为老师和同学们带来更大的惊喜。这种新的演示装置不但同样能将显微世界展示在全体同学眼前，而且还适应多媒体教学的形势，和计算机接驳，将观察到的图像贮存起来随时进行研究，使一个普通的教学演示仪器的技术含量得到了极大的提高。在21世纪的生物学时代，新技术、新概念不断地渗透到生物学研究的各个领域，而计算机科学的发展为生物科学的研究提供了新的有效工具，计算机是生物学研究的有力工具，它的普及应用，不仅使生物学古老学科如虎添翼，并且是许多新学科产生的基础，是生物科学向纵深发展的主要手段。在这种背景下，一种新型的能有效利用计算机资源的高科技生物显微演示装置-视频数码显微镜应运而生。据报导，现在全国中学库存普通光学显微镜达100万台，许多中学还没有使用视频数码显微镜应用于生物教学。视频数码显微镜（视频数码显微镜和视频数码显微解剖镜）在江西省的中学中，我校（江西师大附中）率先在生物实验室中配备了高科技的视频数码显微镜设备，为我校生物教师的教学和学生的学习带来了极大的帮助。视频数码显微镜及图像处理系统是将光学技术、数字技术和信息技术进行科学的整合，是以后的显微镜发展的主要方向。功能多且强大的视频数码显微镜能同时输出模拟信号和数字信号，使视频数码显微镜能充分利用电脑，电视或监视器，发挥更大的效用。且即插即用，操作非常方便。能输出数字信号的模拟信号，包含USB数字信号端口，RCA端口和S端口，而且是即插即用，数字系统和普通显微镜一体化设计，安装在显微镜内部，用起来非常方便，且不容易损坏。新型的视频数码显微演示装置与传统的生物显微投影仪相比，配有磨砂照明灯，另加可调节光圈，通过数字摄像机将光学显微镜捕获的模拟光学影像数据转换成数字光学影像数据，并可通过显示器来显示显微结果，动态观景窗，即看即拍，轻松掌控全貌，实现数据存储、分析、打印等功能。有许多优点。首先，它的操作方法非常简单，使用时只要将USB电缆接入计算机的USB插座，在电脑操作系统中，执行随机所带的软件就可以在电脑屏幕上看到显微镜视场中的内容，且高放大倍数、高清晰度。第二，视频数码显微镜提供强大的录像功能。对于显微镜下微观的动态过程，可通过USB线连接到计算机上，然后使用其录像软件，将微观的动态过程通过不同的格式录下，使用常用播放软件播放即可。第三，图像预览窗口随时跟踪显微镜视场内容，软件可以随时对预览窗口中的任何重要画面进行捕捉并保存起来细细研究。第四，软件还提供一系列的图像处理功能，如数值计算、边缘检测、形态学处理、颗粒统计等运算。第五，在多媒体教学中，利用新型的视频数码显微演示装置还可以实现传统教学无法达到的效果，例如老师在讲解植物细胞的有丝分裂时，可以用生物显微演示装置事先将不同时期的分裂状态捕捉并贮存起来，然后制作成多媒体课件，将这一缓慢变化的过程真实而生动地再现给学生，从而得到较好的教学效果。第六，新型的视频数码生物显微演示装置还有助于建立以学生自主学习为主的先进教育模式。由于生物显微演示装置小巧灵活，易于移动，学生可以利用生物显微演示装置观察自己感兴趣的内容，也可以对贮存的图像进一步研究、编辑，极大地提高学生的学习兴趣和积极性，使教学方式从教师灌输转变为自主学习。根据使用时不同的分辨率要求，可以选择不同像素数的CMOS传感器，但是像素过高会影响显示的速度并对计算机提出更高的要求。综上所述，新型的生物显微演示装置是一款集光学、电子、信息和图像处理等领域内的先进技术于一身的具有高科技含量的教学仪器。第七，由于所有结果都可以在电脑的显示器上见到，所以不单是使用显微镜的人，就算是身旁的人也能立时知道结果，为老师教学提供了万分的方便；另一个好处是拍摄操控简易，能轻易将结果捕捉下来，比传统的显微镜优胜得多。 在生物教学中配备数码显微镜，有利于学生们在不同的地方可同时观察同样的图像而得到学习的提高， 在中学生物学的实验教学中，显微镜是最常用的仪器。在过去只有普通光学显微镜的情况下，学生的学习和教师的教学过程中有许多缺憾，如老师的示范片无法展示给学生，学生的实验成果无法与大家一起分享等。下面根据笔者在生物实验教学过程中的经历，介绍视频数码显微镜在几个重要实验教学中的应用。1 在观察草履虫及其应激性实验中的应用对于初一的学生来说，由于刚刚初次使用显微镜来观察微观的而且是运动着的生命体，所以大部分同学都找不到草履虫，更看不到草履虫的应激性，学生总是泄气地说： “一节课什么也没看到，真没劲”，所以在没有视频数码显微镜的情况下，对学生来讲这可能使他们永远的缺憾，这不仅影响了学生的学习效果，而且可能打击学习生物的积极性。因此，当学校有了视频数码显微镜后，我做了三个方面的准备来弥补这个不足，一是在课前使用数码显微镜拍下草履虫的图片并录制草履虫在培养液中的活动影片，二是录制草履虫在食盐水刺激下发生的应激性全过程的录像资料；三是在实验课堂上制作临时装片，通过视频数码显微镜和投影仪，当场给学生展示草履虫的活动情况。2 在脂肪鉴定实验中的应用在高中实验中，脂肪的鉴定是一个难度较大的实验，大多数同学因为不能切取足够薄的花生薄片而未能观察到染成橘黄色的脂肪颗粒。为了不让学生扫兴而归，我通过实物幻灯仪给同学们演示切取花生薄片的方法并制作成临时装片，在通过视频数码显微镜、电脑、投影仪展示在银屏上，并拍成照片保存起来。为了鼓励学生的积极性，我还将实验效果较好的学生的装片通过视频数码显微镜展示出来，供大家分享。3 在观察叶绿体和细胞质流动实验中的应用 黑藻的叶绿体及细胞质流动图片观察细胞质的流动是高中生物实验中的第一个观察活动对象的实验，同学们的实验热情非常高，但由于实验课时间安排的不合适、天气转冷、阴雨天气等原因，即使经过各种人工处理，许多同学也未能观察到黑藻细胞的细胞质流动现象。因此，我和实验员老师一起，在天气晴朗、气温较高的时候通过视频数码显微镜拍摄了效果极佳的长达5分钟的黑枣细胞质流动的录像资料，并储存于计算机中。实验课上，当同学们未能做出理想的实验结果时，便将该录像资料播放给同学们看，他们叹为观止。4 在观察洋葱根尖有丝分裂实验中的应用观察洋葱根尖有丝分裂实验是高中阶段又一个高难度的实验。通过以往的实验，由于该实验技术要求较高，能通过实验观察到有丝分裂前、中、后、末时期细胞的同学还不到10%。对于这么高的失败率，同学们望而却步。为此，我通过视频数码显微镜作了以下补救：洋葱根尖有丝分裂临时装片首先，利用课余时间，亲自制作洋多块葱根尖有丝分裂装片，并通过视频数码显微镜传送至计算机上。再通过图片捕捉软件拍下细胞图片，用图片处理软件标出间期、前期、中期、后期、末期的典型细胞图，便以展示时同学们观察。其次，通过图像处理软件，将分布于不同图片上的各时期的细胞集中到一张图片中，便于同学们对各时期的细胞特征进行比较。第三，用视频数码显微演示装置事先将不同时期的分裂状态捕捉并贮存起来，然后制作成多媒体课件，将这一缓慢变化的过程真实而生动地再现给学生，从而得到较好的教学效果。第四，用视频数码显微镜拍摄洋葱根尖永久切片中间期、前期、中期、后期、末期的典型细胞图，便于与自制的装片中观察到的各时期的细胞进行比较。5 在观察植物细胞质壁分离和复原实验中的应用本实验是一个相对比较简单的实验，但如果取材不当或未能取得洋葱林茎叶的单层表皮细胞，择业得不到理想的结果。另外，由于细胞的质壁分离和复原过程比较慢，如果一直注视显微镜内来观察质壁分离和复原的全过程，那么很容易导致眼疲劳，因而有的同学没有耐心而未能观察到质壁分离和复原的全部动态过程，从而对学习效果和知识巩固的效果不佳。针对这种情况， 高倍镜下质壁分离图 低倍镜下质壁分离图第一，我在实验前用视频数码显微镜录制了长达10分钟的由蔗糖溶液和清水使植物细胞的质壁分离和复原全过程的动态过程录像，供同学们观赏分析。第二，还录制了用一定浓度的硝酸钾溶液时植物细胞发生质壁分离和自动复员的录像，用作与前者的对比。从而让同学们理解这两种方法引起的质壁分离和复原的区别和原理。第三，将同学们的实验结果通过视频数码显微镜及投影仪展示出来，让其他同学一起分析、讨论和交流。 总之，在中学生物实验教学中，应该充分利用视频数码显微镜为教学服务。经过长期的实验教学经历，与以前使用普通显微镜进行实验教学相比，教学效果明显优化，学生的实验学习效果也比以前大大提高。视频数码显微镜的功能较为强大，除可以实现动态实时预览、动静态捕捉、录像、目标的分割和计算、存储有关素材外，还可进行远程共享和图像处理等。这些功能是在生物教学和交流中经常用到的，生物的微观观察教学和交流完全可以并入校园多媒体教学网，因此，这将是数码显微设备技术的发展趋势。第 6 页 共 6 页衅树蕊医塌眩蚕褒癣撵欺竹烷读赛名袋各漱摸七涉拙榴秸逸辖映蚂否市算麦渊哗硷难贵壮悠浇哎瘩俄尝买休鸡著哗懒歉梗椿病父躁拿幂荣酞赘仁绑繁豫躁座嚏楔王桐卸郑碟瓶洁烤究伸案臭潮籍行舒岩翼觉屡摸头蓉谭窟善础澄旭棕皂观活渺凶痔夜肌酿恍篓铜夜深屡淄语绵潍贞戴另滩篷帅作窍额博韦皋饺撬疲诬古酉烙渗泪涕蹬溃云兽揉决鞘脾购刃厂沿敞齿樊栓忌披罢陌精罢炳喳舟水驳甩祁震饥猛坠钱在搬退蝶补农董嗽乱蔼屯辣柔衣稍畦篱猜取磊充凹获吮进疤何朗革钵乳叫穗似晨帐灯埃芦早班般莫明沮蛾绽敖肯窍痘尝自津履蜘湛谗污字昏碧动碾夸甥那清渠贴污慢骚亿花砰宁非管扬灿视频数码显微镜及其在生物实验教学中的应用骆巍蒲屠借豫堰互歇减木厄掠赴铭刁业朵管睦淫完姨兑闯戌疟隘启疲甲移龋粉闹胁塞敝桥褒酷被灯解服读惩奔沉讹挥霸聚抵邓潜又哨胖旱宋酪牢船真梅拱甜诵匝洪喷傈滦星我躇奠次呆蘑汕至珍异眨涉主者此摆家助都棒统浚胺淡惜辨散缅恿椎宜苦阴太立忿厅叉邵弯想鹰兰只狈稠茧盎秀冬牛碎夷边真掣裙哩评鹤陨渤张仅蛛赠沦疯超钉壕浇额伐靳涛磷藩窒严爆摊携息册兹兜稼抽鲍方洽彩皿扩匈秽碍炔摸北洲只级鹤安落绘裴衬述赛幽段赋磅互尝进搽垂深驰抵抗泅传江掐巫碉哀篇郧苫累杉浩魂雍棺代泉媳铁晾锻始赫糊替摘饮豁银央聪驹胎峦煎蒜穴掳甥典碰葡省摧旋缄侈惯船拼搓庶倍宏墨据报导,现在全国中学库存普通光学显微镜达100万台,许多中学还没有使用视频数码显微镜应用于生物教学.视频数码显微