3D影像在微生物学实验教学中的应用探讨
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摘要：微生物实验基本操作是生物类专业学生非常重要的学习内容之一，但实验内容多，学时有限，传统实验教学模式难于达到教学目标。为提升教学质量，提高学生实践综合能力，本教学团队围绕微生物实验基本操作技术拍摄制备3D图片和3D微视频应用于实验辅助教学实践，取得良好教学效果。
关键词：3D影像;微生物;实验教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）19-0270-02
国家教育事业发展“十三五”规划为落实立德树人根本任务，强调要培养学生创新创业精神与能力，强化学生实践动手能力，将实践教学作为深化教学改革的关键环节，推行以学生为中心的启发式、讨论式、参与式的学习方式，加强个性化培养。2018年9月的全国教育大会上，进一步强调了要深化教育体制改革，健全立德树人落实机制，要着力培养创新型、复合型和应用型人才。如何有效达成这些目标，成为教师教学中需要积极思考的问题，本文结合微生物实验教学，探讨制作3D影像提升微生物实验教学效果的辅助作用。
一、微生物基础实验教学中存在的不足
微生物学既具有其独特的理论体系，同时也是实践性很强的学科，实验教学是微生物课程教学的重要组成部分，实验基本操作技术的掌握对学生后续课程学习、毕业设计及对日常生活都有非常重要的影响。但基础操作实验中存在以下不足：（1）师资力量有限。虽然采用小班授课，但通常只有一位实验指导老师，老师对学生的个别指导时间有限;（2）实验课时有限。学生在课堂内只能进行实验的主体内容，对实验前期的准备及后期处理工作参与较少，影响到对实验内容的整体掌握，实验效果的牢固性差。（3）学生实验的主动性不足。实验过程中过分依赖教师的讲解示范，缺乏积极思考动力。（4）实验的辅助学习资源有限。在“互联网+教育”的时代，教育模式、形态、内容和学习方式正在发生深刻变革，资源的不足会影响学生自学兴趣和自学能力。基于上述因素，实验教学整体质量不容乐观，难以达到培养创新型、复合型、应用型人才的目标。为实现我校学科结构优化调整，如何在有限学时内让同学们熟练掌握微生物实验的基本操作技术值得探讨。教学团队结合本学院专业特点，对微生物基本操作实验提出了课内外学习相结合、集中指导与开放辅导相结合的实验教学方案，结合实验要求制作3D影像作为实施课程教学方案的重要辅助手段，该模式实施后，得到学生认可，提高了实验教学效率。
二、3D影像制作及微生物实验中的应用探讨
（一）3D影像发展概述及教学应用
1.3D发展概要。3D即三维空间，其与二维、一维空间的最大区别就是“立体”性。3D图像给人以真实、栩栩如生、身临其境之感觉。在古埃，人类就有了对三维成像技术的渴求;欧洲文艺复兴时代，人们通过雕塑和绘画透视的研究与实践，采用分色镜实现了立体效果;1839年英国科学家查理-惠斯顿爵士发明的立体镜，到現在仍然是观察立体影像的一种十分有用的方法。上世纪70年代，伴随着IMAX电影技术的问世，3D技术也获得了新发展。2009年，3D电影《阿凡达》《爱丽丝梦游仙境》等影片的成功，进一步激发了3D技术与相关产业的快速发展，3D已走进人们的生活。
2.3D的应用。早期应用主要集中在娱乐行业，随着技术的发展，逐渐渗透到医学、军事、教育、商业等各个领域。在教学中，采用与教学内容相融合的集声音、图像、动画、图表的计算机多媒体辅助教学，丰富了教学内容，对提高课程的教学效果发挥了重要作用，但目前采用的图像、动画、图表主要以二维为主，部分教学内容制作了具有快速多变、立体感强、变抽象为直观、变枯燥为有趣的3D动画，更有效地提高教学质量。随着3D显示和投影技术的发展，3D在教学中将越来越普遍。但由于是动画，与真实影像差距较大。如果用更接近真实的示范技术将会收到更好的教学效果，而实拍3D影像提供了这样的技术手段，但遗憾的是这方面在绝大多数的教育学科领域中应用不足。
3.3D视频在生物学实验教学中的应用值得探索。21世纪是生命科学的世纪，生物学中的实验实践是培养学生创新能力、提升教学水平的重要环节，与理论教学相比，实验教学有利于培养学生的创新能力和动手能力，其教学质量的高低也直接影响到学生分析问题和解决问题能力的高低。因此生物学相关的实验课，大都在积极探索实验教学的改革，其中开放式的教学实验平台建设对提高实验操作技能、树立创新思想、培养创新型人才具有较好的效果和发展前景。但开放性实验平台需要教师投入更多的精力和实验成本增加，成为推广其应用的重要限制因素，而3D视频教学辅助示范则可在很大程度上解决这些问题。
（二）微生物基本操作实验3D影像的制作
1.影像制作主要内容。本项目针对微生物学基本操作技能如细菌革兰氏染色技术、真菌形态观察方法、培养基配制与灭菌、平板和斜面制作、微生物菌种分离和纯培养过程等。
2.影像制作主要形式。包括3D图片和3D微视频两类。微生物实验操作3D图片拍摄制作包括基本操作的主要内容，目的是通过系列图片的展示后能使学生了解实验操作的主要过程。图片制作中包括多年来同学们操作中容易出现失误的一些细节内容，在课堂教学或考试中，让同学认识实验中的易错点，以达到规范操作的目的。3D微视频制作主要针对单项操作实验技术，制作不超过10分钟的小视频，学生通过立体视频的观看能清楚实验的基本操作过程，并明确其关键环节。
（三）3D影像在微生物学实验教学中的应用效果
1.发挥影像作用，改变教学模式。结合实验教学改革方案，指导老师课前根据实验教学大纲，结合教学内容和实验达成目标的要求，认真准备教学课件，并将课件发到实验班级QQ群，同学结合课件和实验指导书进行预习，上课时抽检学生预习效果，分析存在的主要问题，有针对性地进行讲解和示范，并展示3D影像。实验过程中同学有不清楚的地方可反复观看视频和咨询指导老师，提高课堂内实验教学效果。在使学生对操作技能基本熟悉的基础上，为了强化和规范实验操作，同时培养学生的创新能力和适应个性化培养，部分学生可到学院开放实验室申请进行研究型的综合实验，通过综合实验的实施一方面巩固了学生实验操作的基本技能，同时提升了学生在实验实施过程中积极思考、发现问题解决问题的能力，学生综合能力有效提高。
2.大大提高了学生的实验动手能力。其优势在于：（1）基于3D影像本身的优势，同学在观看相关影像后提升了主动学习的动力。（2）实验视频具有直观性，使学生有“身临其境”的感觉，有如教师现场指导，主要解决开放性实验平台中实验操作环节实验老师不可能也不必要每时每刻关注指导每个同学的问题，以便教师将更多的精力投入到学生创新能力的培养上。（3）3D视频示范具有可重复性，学生可对了解不充分的部分反复观摩，有效解决教师在示范讲解时，学生因注意力不够集中，对老师操作的细节和关键点的掌握不明的缺限。（4）使学生的实验过程更加规范。制作3D视频时对实验内容有完整规范的实验程序，而在教师临时示范时或多或少可能会出现一些随意的地方，从而影响实验效果。（5）课堂内外对实验操作的反复观看，可有效提高学生实验操作的规范性和实验结果的准确性，从而提高学生实验操作的安全性。上述优势的综合表明，在实验操作技能测试中优生比例显著增加，特别是主动参加开放性实验的同学综合能力显著，也体现在后续课程学习及后期的毕业设计中实验操作能力、论文写作能力、论文研究水平等均表现优秀。
三、进一步发挥3D影像在生物学实验中作用的思考
第一，本项目制作的3D影像质量还有待进一步提升，同时3D视频不能像虚拟现实技术随时可以任意视角进行观看，互动性还显不足。因此期待有更专业的公司来开发生物学实验的数字教育教学资源，推动发展“互联网+”教育，推进优质教育资源共建共享。
第二，适当建立虚拟互动实验室，进一步加大实验开放力度和加强实验管理力度。当前个性化学习、推广教学创新成为我国高等教育技术应用中颇有难度的挑战，培养复合思维能力成为我国高等教育与基础教育中技术应用方面面临的严峻挑战，要实现个性化学习，培养学生的创新意识和实践能力，培养更多创新人才、高素质人才，必须加大实验室开放力度和管理力度。
参考文献：
[1]张丽，彭小列，等.微生物学实验教学的创新与实践探索[J].教育教学论坛，2015，（36）：234-236.
[2]王夷.3D技术在显示器上的应用[J].数字技术与应用，2014，（3）：91-92.
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