数字化显微网络互动

数字化显微网络互动（精选7篇）

数字化显微网络互动 篇1

2009年8月我校建立了数字网络显微互动实验室, 利用该实验室进行组织学实验教学已2年多, 深受师生欢迎。数字网络显微互动教学系统使医学形态学教学方式发生了历史性的改变, 对于组织学实验教学自然也不例外[1]。该系统使我校组织学实验教学由传统教学模式向现代教学模式转变。现将应用体会总结如下。

该实验室装配的是山东易创电子有限公司研发的数字网络显微互动教学系统 (V4.0版) 。该套系统包括显微镜、计算机、教学摄像机、图像处理软件、网络交换器和网络软件。该系统配备了1台教师机、64个学生教学点, 每个学生教学点都有1台计算机和显微镜。数字网络显微互动教学系统不仅可以使显微镜上所看到的图像显示到计算机, 而且可以实现教师和学生的交流和互动[2]。

易创数字网络显微互动教学系统教师机的主要功能有广播教学、学生演示、文件分发、远程命令 (开、关机等) 、语音教学、黑屏肃静、网络影院、电子点名、分组教学、屏幕录制、视频直播、图像处理、班级模型、屏幕回放。目前我校组织学教师常用的功能有: (1) 广播教学:教师机打开“广播教学”, 每台学生机会显示和教师机一样的内容, 教师既可以讲授实验课内容, 也可以示教如何观察切片, 每名学生可以在自己的计算机上看到教师机上的实验内容和图片。 (2) 学生演示:教师机上选择某一学生机, 教师机和学生机会同时显示该名学生机屏幕上的内容, 可以让该学生在自己的显微镜和计算机上找到相应结构并讲解, 其他学生评判。 (3) 文件分发:教师可以把计算机上的文件分发给学生。 (4) 远程命令 (开、关机等) :每次上课前, 教师可以先启动教师机, 利用教师机远程命令启动全部学生机, 下课时可以使学生机同时关机, 省时又省力;在学生观察实验时, 教师还可以随时监督学生机, 如有学生在做与实验无关的事情时, 可以发出警告, 甚至让该学生机黑屏, 促使学生认真学习。 (5) 语音教学:教师可以与全体学生或指定学生通话, 学生也可以随时向教师提问, 实现了教师和学生的有效互动。 (6) 电子点名:学生一登录自己的计算机, 教师机上即有显示, 可以了解学生出勤情况, 并且将这些资料保存汇总。 (7) 网络影院:教师在教师机上播放教学录像, 每台学生机可同步播放。

教师机和每台学生机上都装有MIE显微图像处理软件, 无论是教师还是学生, 都可以使用该软件观察显微镜中的图像并进行相应操作。打开桌面MIE显微图像处理软件, 点击预览, 在计算机屏幕上显示显微镜上所看到的图像, 并对该图像进行录像、标记、拍照或保存。MIE软件对教师教学和学生学习都很有帮助: (1) 由于在计算机屏幕上随时可以看到显微镜中的图像, 教师不仅可以直接讲授观察一张切片的全过程, 而且可以使用广播教学, 使每位学生在自己的计算机上清楚地看到该过程。 (2) 学生在显微镜下观察到不明白的结构时, 可以直接用鼠标在计算机屏幕上指出。而在传统的实验教学中, 学生提问镜下结构往往是口述, 易有错误。 (3) 以前学生只能通过目镜观察切片, 眼睛又酸又累, 在一定程度上影响了学生的学习热情, 现在可以通过计算机屏幕学习, 在一定程度上缓解了视疲劳, 调动了学生观察切片的积极性。 (4) 学生可以将图像保存至自己的移动硬盘或邮箱, 方便复习时使用。

教师机和每台学生机上都装有组织学切片库, 存有103张组织学数字切片, 点击桌面组织学切片浏览器, 可将图片放大或缩小, 并可做标注。这些切片的图片涵盖了需要学生掌握和了解的内容, 对教师教学和学生学习都很有帮助。 (1) 教师可以在教师机上用该切片库进行示教, 对某张图片进行详细讲解; (2) 学生可以随时复习组织学相关内容。

在此, 总结我校教师使用经验, 简单讲述如何利用数字网络显微互动教学系统上一节实验课。 (1) 复习上节课讲过的内容:教师在教师机上调出一两张图片, 利用广播教学, 提问图片属于哪一个器官, 并让学生讲述该器官的结构特点, 或让学生用自己的显微镜观察某器官、边找边讲, 带领学生复习上节课学过的切片。 (2) 课中教学:教师把写有该节课实验目的、实验内容、作业的word文档通过“文件分发”功能发给每名学生, 让学生了解该节课学习内容。利用“广播教学”功能, 示教如何观察重点器官, 利用组织学切片库讲解需要学生掌握的器官知识, 并留时间让学生自己观察。在这个过程中, 教师利用教师机随时观察学生动态, 对有问题的学生及时通过“语音教学”功能进行有针对性地一对一解答。对于观察不正确的学生, 给予主动提示;对于学生找到典型结构的, 可以使用“学生演示”功能, 让全班学生共同学习, 以调动学生上实验课的积极性。 (3) 课后总结与提问:利用“广播教学”功能总结该堂实验课内容, 或利用“学生示教”功能让学生在自己的计算机和显微镜上观察本堂课讲授的重点器官, 检测学生学习情况。

数字网络显微互动教学系统为教师提供了软件教学平台、双向语音交流渠道、图像处理与分析模块, 教师利用数字显微镜以及多媒体教学设备等, 使教学组织灵活多样, 精彩纷呈[3]。它改变了传统实验教学中以教师为中心的教学模式, 极大地促进师生互动, 提高了教学质量和效率。

摘要：数字网络显微互动教学系统是一种新的实验教学手段, 能使组织学实验教学由传统教学模式向现代教学模式转变。数字网络显微互动教学系统极大地促进了师生互动, 提高了教学质量和效率。

关键词：数字网络显微互动教学系统,组织学,实验教学

参考文献

[1]倪晶晶, 应志国, 姚伟.数码显微互动实验室在医学形态学中的应用[J].中国高等医学教育, 2005 (3) :80～81.

[2]彭安, 郭冬生, 张维.生命科学创新教育模式——显微数码互动系统[J].现代教育技术, 2003, 13 (4) :56～57.

[3]文礼湘, 吴长虹, 张熙.组织学实验教学改革的探讨[J].实用预防医学, 2009, 16 (2) :617.

数字化显微网络互动 篇2

高校实验室是从事实验教学、科学研究的重要场所,是培养人才创新思维和创新能力的重要基地。实验室开放是进行实验教学方法改革的一项重要内容,是培养学生实践动手能力和创新精神的有效途径。它对提高学生的实验操作技能、培养良好的科研作风和素质具有重要意义[1]。

青岛农业大学数字网络显微互动室是由山东易创电子公司开发的显微互动教学系统,配置了40套学生用机和1套教师用机,由数字化多功能数码显微镜、软件教学平台、图像处理与分析模块、双向语音交流系统、多媒体教学设备等组成。实验室投资较大,为了提高投资效益和实验室的利用率,2009年开始进行开放管理和建设的探索。

1 信息化建设

数字网络显微互动室隶属于生命科学学院的生物实验教学示范中心,主要承担的教学任务是《微生物学实验》。面向全校生物类课程及学生开放后,课程数目及使用人员显著增加,为了保证实验室的安全和仪器设备的规范操作,在硬件条件上,建立了监控系统,对实验室进行24小时监控运行,主控室设置在实验中心办公室,由实验室的专职实验技术人员根据使用时间进行监控,发现问题,及时处理;在软件条件上,我们开发了一套网络预约系统,在校园网上运行,供全校师生预约使用。该系统除主要的预约功能外,同时也可作为电子信息管理系统使用,设有指导教师管理、实验室管理、实验科目管理、实验项目管理和实验安排管理等。实验室管理包括实验室介绍、配置的主要仪器设备和实验室管理员等。发布实验中心各实验室的有关信息,同时搜集各高等院校公开发行的实验课件做成网络实验库,并链接至国家精品课程,供使用者参考。

2 实验室管理

2.1 管理人员保障

青岛农业大学的实验室管理实行校、院二级制管理,数字网络显微互动室属于生命科学学院的生物实验教学示范中心,此中心由学院院长担任中心主任,下设1名副主任。每一教学实验室均配有专职的实验技术人员,并制定了各项规章制度,明确责任、义务,保证实验室正常运行。

实验室开放以后,使用时间延长,为了减轻实验技术人员工作量,我们采用勤工助学人员进行辅助管理。每学期初,根据勤工助学学生的上课情况,合理安排好值班顺序,在每天实验技术人员下班之前半小时进行交接,并做好记录。

2.2 管理制度保障

学校制定了《实验室工作条例》、《实验室安全守则》、《实验室开放管理办法》、《实验室开放规则》等规章制度,学院制定了《实验室预约开放管理办法》和《仪器设备预约使用管理办法》等制度,同时开放实验室根据本实验室的特点还制定了相应的规定,如《互动显微镜室开放管理办法》、《互动显微镜室的安全和卫生制度》等,维护开放实验室的正常运转。

使用人首先进行网上预约,并填写《实验室预约开放申请表》和《仪器设备预约使用申请表》。由管理者根据实验室具体情况和实验项目,统筹安排,签字批准。使用时,使用人首先学习有关的管理规定及操作规程,然后才可以使用,使用后要做好仪器使用记录及实验室使用记录。实现了程序化和规范化管理。

2.3 安全保障

数字网络显微互动室的仪器主要是电脑和显微镜。电线分布密集容易发生火灾,为此我们除了配备足够的灭火器以外,还要求每位使用者在使用前都要学习《互动显微镜室的安全和卫生制度》,尽可能减少意外的发生。

计算机是常用的工具,而图像采集需要存储设备,现在几乎每个学生都有U盘或MP3等移动存储设备,这些设备在许多机房使用,非常容易感染病毒,一旦其设备携带有病毒,并在实验室里使用,会导致计算机运行速度变慢甚至整个局域网瘫痪,严重威胁到正常的实验教学。为此我们安装了硬盘保护系统。并要求学生把文件放置于桌面上,用完删除,实验技术人员会在每周一上午进行硬件设备的定期检查维护。

显微镜属于精密仪器,镜头的保养尤其重要,我们除了要求每次实验结束后都要擦拭镜头外,实验技术人员还会定期进行全面维护,延长镜头的使用寿命。

实验室配有监控系统,严格按管理制度执行。管理者发现使用者违反操作规程及工作流程时,有权处罚。管理制度规定第1次违规可以当面纠正,第2次违规给予警告,第3次违规可以停止其使用权。

3 实验室开放的实施

3.1 实验室的开放时间

可分为随时开放和定时开放,使用时均需要预约。

随时开放主要针对数量较少的使用对象。实验室管理员在开学第一周,进行仪器保养和维护,然后根据实验教学计划任务的安排列出时间表,发布在预约系统上,供使用者参考。使用者通过网上预约,事先向实验室提出要做的实验内容和所需的实验仪器设备,只要实验室没有计划教学实验任务及实验设备满足预约要求,使用者就可以随时进入实验室实验。

定时开放针对所有使用者。实验室管理员根据实验教学计划任务的安排,学期初发布定时开放时间在预约系统上,供使用者参考。我校数字网络显微互动室的主要实验教学计划任务有“普通微生物学实验”、“微生物学实验”和“综合实验操作”等课程,在完成计划教学任务后,实施定时开放。全校生物类相关的本专科和研究生的实验教学计划任务和自主实验都可以预约,也可以进行学术报告的预约。

3.2 实验室的开放内容

根据实验室的功能设置开放内容。

如数字网络显微互动室位于青岛农业大学生物楼6楼,处于各生物类教学实验室和科研实验室中,实验的前期准备工作均可在各实验室完成,因此数字网络显微互动室主要用来完成生物制片的观察、图像采集和图像处理等实验。

实验室的显微镜配有4倍、10倍、40倍、100倍物镜镜头,可进行植物、动物和微生物等形态的观察;配有200万像素的摄像头,能通过“拍照”功能将镜头中的图像清晰地拍摄下来,并保存在存储设备中。每台电脑配有图片处理软件,可以对图片进行测量和分析,录像功能还可以将动态的过程录制下来进行研究。

3.3 实验室开放的对象

3.3.1 完成本实验室计划教学任务外的计划教学任务。

如数字网络显微互动室承担着微生物学实验课程,完成此任务后,其它计划教学任务如植物学实验、动物学实验、植物生理学实验等等均可以预约使用。

3.3.2 教学计划内实验的强化、教学计划内实验拓展。

有的学生在上课时间未能完成全部的实验内容或对其结果不满意,可以预约时间,强化操作。

3.3.3 对外服务。

接待外单位的实验室参观和大型仪器设备的使用。

3.3.4 学生参与教师科研、科技创新、完成毕业论文和课程论文。

学校设有创新项目,学生自由申请后可在开放实验室完成。低年级的本科生主要完成课程论文,高年级的本科学生及研究生,主要是进行本科毕业论文实习、各项创新立项和科研课题。

4 实验室开放实施的效果

实验室实行开放管理后,学生在完成计划实验教学任务外,根据自己的时间安排来做实验,当学生在实验过程中遇到问题,可以请教指导教师,也可以借助于实验教学课件来解决。实验教学课件包含了每项实验的实验目的、实验原理、实验所用仪器材料、实验操作过程以及实验数据的处理与分析等,通过文字、实物图片、录像和动画等多媒体的形式表现出来[2]。学生通过反复学习来加深对实验内容的理解,增强学习的主动性和独立思考的能力。通过强化实验和拓展实验,提高了他们的操作技能,培养了动手能力,在我校组织的生物技能大赛中得到了很好的验证。也使教学方法多样化,教师课堂辅导与学生自主进行实验相结合,丰富了教学内容和形式,提高了学生的学习兴趣与学习效果[3]。同时提高了实验室的利用率,如数字网络显微互动室的利用率由开放前的52%提高到开放后的81%,利用率提高了29%。

在开放的同时,也存在着一些问题。如我校还没有专项的资金,为了安全运行,我们引入了勤工助学的学生,但难以满足学校寒暑假的需要,如果有资金,我们可以聘研究生辅助管理,效果会更好。同时由于工作量较少,教师的积极性不高,指导教师数量不足等问题,还有待于今后的研究解决。

摘要：实验室开放是提高资源利用率、改革实验教学方法、培养学生动手能力的有效途径。本文以互动显微镜室为探索对象,通过三年的运行,初步建立了有效的管理体系,并对实验室开放实施的具体内容及管理做了介绍。

关键词：实验室,管理,开放

参考文献

[1]朱秀民.搞好实验室开放培养创新人才—关于高等学校实验室开放的几点思考[J].实验室科学,2007,(3):109-111.

[2]许江.高校开放实验室管理模式探索[J].西华师范大学学报(自然科学版),2006,27(2):229-232.

显微镜数字图像的质量控制 篇3

笔者在维修服务中经常遇到这样的情况:用户实验设计、细胞培养或标本制作等完善无误,但使用显微镜系统所拍摄的数字图像质量较差。存在的问题有:图像模糊不清;图像明暗对比不好;图像色温失调,存在明显色差;图像中出现光晕、杂影;图像的动态范围很窄;图像的噪声很大;荧光照相时荧光太弱;荧光图像出现眩光和模糊;电影模式时,标本移动出现明显拖尾;拍摄立体物体时难以各个层面都清晰完整地显示等。由于这些问题的存在,导致了很多实验室用户在实时观察、计数、测量等时遇到麻烦,也导致了很多实验室用户以这些数字图像作为原始数据向各类期刊投稿而屡屡被拒。很多实验室有好的显微镜设备却拍不出好的数字图像,这成为了困扰很多用户的难题。

显微镜的数字照相是一项复杂的工作,要获得高质量的数字图像,牵涉的因素很多,根据日常维修经验,总结为3个主要方面,即显微镜本身光学系统的成像质量,所用CCD数据采集设备的素质以及所搭配的图像处理软件的功能和应用情况等。下面分别介绍各个影响因素以及选择、调整、控制的方法。

2 影响因素和控制方法

2.1 光学系统的成像质量

影响光学系统的成像质量的主要因素有:科勒照明的调节;物镜的素质及调节;明场光亮度和色温的调节等。

2.1.1 科勒照明的调节

科勒照明是一种近乎理想的照明方式,它已经被作为显微镜的标准照明法而得到广泛的应用,Olympus、Zeiss、Nikon等显微镜全都采用这种照明方式。

照明方式一般有临界照明和科勒照明2种。光源经过聚光镜后,成像于物平面上的照明方式称为临界照明。它的缺陷是,会将光源(灯丝)的像成像于观察平面,从而造成干扰以及标本亮度不均,影响成像质量和测量精度。科勒照明中,聚光镜可以将灯丝像成像于无限远处,不会干扰标本的观察,又可以使物体得到均匀的照明。同时,聚光镜将视场光阑成像在被检物平面处,改变了视场光阑大小,可控制照明范围。临界照明和科勒照明原理图及效果图如图1所示。

科勒照明的调节主要包括聚光镜的调节以及孔径光阑的调节。聚光镜高低影响入射光的强度,中心位置决定着照明光轴的中心,光轴不正就容易形成暗角甚至视野遮挡。孔径光阑的大小影响着图像的对比度。这2个器件的位置是否正确很大程度上影响成像质量。

2.1.1. 1 聚光镜的调节

主要包括聚光镜高低(对比度)和中心(光轴中心)的调节,具体方法和步骤如图2所示。

第1步:用10×的物镜对标本聚焦(看到清晰图像);

第2步:缩小视场光栏,上下移动聚光镜,在标本平面看到视场光栏轮廓、调至清晰锐利轮廓(图2中的(a)、(b));

第3步:调节视场光栏像至视野的中心(图2中的(c));

第4步:放大视场光栏(图2中的(d)),直到视野内看不见视场光栏。

此时光轴位于中心位置,并能清晰显示标本。

2.1.1. 2 孔径光阑的调节

具体方法是:调节聚光器的数值孔径,如图3所示,使其与物镜的数值孔径做出适当的配合,以取得最佳的分辨率。数值孔径与分辨率有密切关系,孔径光阑的大小为物镜数值孔径NA值的70%~80%,如图4所示,经实验验证,此时的空间分辨率是最佳的[1]。

2.1.2 物镜的素质及调节

物镜参数中决定显微镜成像质量的不是倍数,而是数值孔径[2]。数值孔径越大,分辨率越大,如以下公式:d=0.61λ/NA。要获得好的清晰度,同样倍数的物镜,数值孔径越大越好。以10×及100×物镜举例(见表1),可以看出100×物镜可以分辨的距离更小。

物镜的调节:一般在高倍物镜的中部装有校正环,如图5所示,当转动调节环时,可以校正由盖玻片厚度不标准引起的覆盖差。对于正置显微镜,调节环上的刻度为0.11~0.23 mm,表明可校正盖玻片0.11~0.23 mm的厚度误差。

对于专门观察荧光的物镜,在荧光观察时,应适当关小光阑,以减少杂散光的干扰,如图6所示。

2.1.3 明场光亮度和色温的调节

色温(color temperature)指通过发射体发射谱形状与最佳拟合的黑体发射谱形状比较确定的温度。色温是表示光源光色的尺度,单位为K(开尔文)。光源的色温是通过对比它的色彩和理论的热黑体辐射体来确定的。热黑体辐射体与光源的色彩相匹配时的开尔文温度就是那个光源的色温。在实际情况下,色温越高,人眼感觉到的颜色偏蓝;色温越低,人眼感觉到的颜色偏黄。如图7所示。

色温处理不好对图像质量的影响是非常大的[3]。举例来说,图8(a)~(c)数字图像,清晰度很好,但后2幅图像在色温方面存在明显偏差,图8(b)色温低,整幅图像发黄;图8(c)色温高,图像发蓝,这2幅图像均不能客观反映切片的真实色彩,对实验者观察、判断以及后续测量分析产生了不利影响。

影响显微镜数字图像色温的主要因素有:卤素灯泡的亮度(电压值);光路中滤光/滤色片的类型;标本的类型、颜色、厚度等;图像处理软件的能力等。

在配有数码摄像部件的显微镜上,明场观察的光源一般用的是12 V、100 W的卤素灯泡。在低电压时,卤素灯泡发出的光偏黄,在高电压时发出的光偏蓝。人眼对这种偏色感觉不明显,但CCD对色温的这种变化是敏感的,并将颜色的细微变化真实反映在数字图像上,导致在低电压时采集的图像偏黄色,高电压时呈偏蓝色。为矫正由于色温不同而产生的颜色失真,根据平时的维修经验,总结出2种方法:一是加装LBD滤色片,并通过控制ND25/ND6滤光片实现;一是通过软件实现白平衡矫正。具体操作方法:

(1)将卤素灯泡电压选在9 V位置,如图9所示。

LBD滤色片是将灯泡某一电压值时的光滤成白光。这个电压值选在了9 V,原因是电压值是9 V时灯泡的光强度,适用于高倍物镜也适用于低倍物镜,电压太低时,高倍物镜进光少,视场太暗,看不清目标;电压太高时,低倍物镜进光多,视场太亮,看不清目标。所以在数码照相时,要求把灯泡电压值选在9 V。LBD滤色片将卤素灯泡在9 V时产生的光滤成白色后,CCD采集的图像就不会偏色,从而真实的体现了标本原来的颜色。所以在数码摄像时,需要将灯泡电压固定在9 V。LBD滤色片只能将灯泡在9 V时的光谱滤成白光,在其他电压值时不能完全起到作用,所以灯泡电压只能选择9 V。

(2)根据所选择的物镜大小选择正确的滤光片组合ND25/ND6,如图8所示。

当电压选在9 V时,用低倍镜观察时灯泡亮度太强,需要将ND25或者ND6中灰滤色片置于光路当中,以减弱光强;用高倍镜观察时,灯泡亮度偏弱,需要将ND25或者ND6中灰滤色片移出光路,同时提高聚光镜高度,完全打开视场光阑和孔径光阑,以提高光的强度。

(3)选择照相机自动曝光,此时一般会得到较满意的图像。在白平衡仍然不准确的情况下,选择手动白平衡矫正。

手动白平衡按钮为一滴管状,使用时将滴管放于图像中没有结构的空白处,轻轻一点,整幅图像就以滴管处的颜色为白色基准色进行矫正,从而还原真实的色彩。如图10所示。

2.2 CCD的素质

图像质量与CCD具有直接关系[4],选择合适的CCD对于成像质量起着至关重要甚至决定性的作用。衡量CCD素质的主要参数有:量子效率(灵敏度)、像素数、像素面积、像素融合能力、ROI能力、最大曝光时间、暗电流、动态范围、读出频率、制冷能力、满井容量、帧频等,现将几个主要的参数介绍如下。

2.2.1 量子效率的选择

量子效率也叫做灵敏度,指在一定的曝光量下,像素势阱中所积累的电荷数与入射到像素表面上的光子数之比。简言之,就是“进去一个光子出来几个电子”,这决定了CCD的基本素质,也就是将光子转化成电子的能力。选择CCD时,无论哪种需要,一定选择量子效率高的。图11列举了3种不同的CCD的量子效率。

2.2.2 像素数的选择

同样的面积,像素越多,图像越精细,空间分辨率越高,如图12所示。与此同时,分辨率越高,感光度越低,其关系如图13所示。因此,对于荧光显微镜微弱的荧光,并非像素越多越好;当选择了像素高的CCD时,就要使用binning功能。

另外,分辨率要与像素对应。物镜倍率越低,需要的像素数越高;物镜倍率越高,需要的像素数越低。对于整体相同的放大倍数而言,物镜倍数越大,分辨率越好。如图14所示。

2.2.3 暗电流的控制

暗电流指在没有曝光的情况下,在一定的时间内,CCD传感器中像素产生的电荷。暗电流是产生噪声的原因之一。所以我们尽量选择暗电流小的CCD。对于某一块暗电流一定的CCD,通常情况下通过降低CCD的温度来最大限度地减少暗电流对成像的影响。图15表明了暗电流与温度的关系,从图中我们可以看出,温度越低,暗电流越小。所以,在使用荧光显微镜照相时,由于荧光微弱,需要用带制冷功能的CCD,以此来减少暗电流的噪声,进而提高信噪比。这一技术也是国产CCD和进口CCD的重要技术差别之一。

2.2.4 满井容量的选择

满井容量是指每个像素单元所能容纳的最大电荷数,如图16所示。在实际应用中,荧光显微镜照相时,由于荧光微弱,需要长时间曝光,如果满井容量过小,在曝光时间不足时即出现电子溢出,从而无法准确采集。因此,满井容量对荧光显微镜的CCD将是一个重要的参数指标。我们应当尽可能选择满井容量大的CCD。

2.2.5 动态范围的选择

CCD的动态范围是指像素单元饱和输出电压与暗电流输出电压之比。通俗地说是分辨明暗变化的能力,即灰阶。如图17所示,动态范围越大,显示细节越丰富,应选择动态范围大的CCD。

以上介绍了CCD的主要技术参数,要根据自身实验需要选择合适的CCD,比如,像素多了,感光度下降,同时帧频下降,标本移动时容易造成拖尾现象;荧光照相时,要选择满井容量大的、暗电流小的并且带制冷功能的CCD;对于只用作高倍物镜拍照的CCD而言,选择低像素的CCD即可满足需要等。

2.3 图像处理软件的功能和应用

目前各大显微镜公司的图像处理软件都配置了一些重要的处理功能,比如图像的叠加与拼接[5]、binning、景深扩展、反卷积等,掌握和应用这些技术将会大大提高图像质量。但目前在广大的实验室用户中,会用这些功能的寥寥无几,这值得大家重视。鉴于目前市场没有显微镜在这些应用方面的工具书,在此对这些功能的原理及使用方法进行简要介绍。

2.3.1 binning功能的使用

在荧光照相时,由于荧光信号强度较弱,为了能获取荧光信号,可以借助软件的一些算法实现。Binning技术,即像素融合技术,可以将几个像素联合起来作为一个像素使用,采用这种方式,相邻的像元中感应的电荷被加在一起,以一个像素的方式读出,因此binning可以提高灵敏度、动态范围、信噪比和读出速度,但分辨率会降低(如图18所示)。使用此技术,可以提高荧光的亮度,使某些在常规照相不能显示的荧光显示出来。在olympus、nikon、zeiss等品牌的显微镜软件中,均带有这项功能,在主界面上会有2×2 binning,4×4 binning,8×8 binning,可以根据实际情况正确选择。

2.3.2 景深扩展功能的使用

显微镜都有固定的景深,在纵向变化范围较大的情况下,各个层面难以都清晰显示,增大放大倍数时更加明显。利用数字图像处理技术,对多幅各层面聚焦图像进行处理,可以得到各点均清晰聚焦的整幅图像,这项技术在生物显微镜中主要用来进行细胞立体拍摄、微生物昆虫显微拍摄(如图19所示)等。在Olympus、Nikon、Zeiss等品牌的显微镜软件中,均带有这项功能,在Process目录下选择Enhancement,其下选择Fillter EFI Processing选择相应的设置,计算机将计算出清晰图像。

2.3.3 反卷积功能的使用

反卷积是一种计算密集型图像处理技术,这项技术主要是依靠一系列去模糊处理技术来提高显微图像的对比度和清晰度。基本上所有通过数码荧光显微镜拍摄的图像都可以反卷积处理。在显微镜的文献中记载的大部分涉及反卷积技术的实验,都是应用于宽场荧光显微镜上的,当今反卷积算法处理的图像可以与共聚焦拍摄的图像相媲美。图像降质可分为4个独立的原因:噪声、散射、眩光和模糊。反卷积技术的主要任务就是去除非焦平面上的模糊,也可以简单地去除噪声。反卷积的原理是将导致模糊的因素等效为一个函数PSF,利用得到的模糊图像除以PSF函数,从而得到清晰的原始图像,如图20所示。在Olympus Cellsens软件中可以选择Process目录下Deconvolution选项进行Neighbor及非Neighbor算法,要具体根据显微镜的配置以及实验材料和方法,比如物镜大小、CCD的像素、荧光激发滤片的类型以及所用的荧光染色方法等数据输入软件中,通过大量运算而得出结果。

3 结语

以上介绍了影响显微镜数字成像质量的各个因素以及相关的控制方法,在实际应用中应该先将光学系统调试好,保证各器件(聚光镜、物镜等)位置正确、光学中心的正确、光源的强度及均匀性、光源色温的正确等因素;其次选择好符合实验要求的高质量的CCD;再次合理正确地使用好图像处理软件,各个方面均做到万无一失才能保证获得足够好的图像质量,从而更好地显示我们所要看到的目标。从实际维修来看,对于一台工程师调校好的显微镜而言,光源的强度及均匀性、光源色温的调节是用户反映最多和最直接的,用户需要了解其中的原理,按照文中介绍的方法灵活运用才能得到较好的图像。对于想开展一些新功能的用户而言,应根据需要深入了解和掌握图像处理软件的知识,运用好了将会得到一些出乎意外的好效果。

摘要：目的:研究显微镜数字图像质量的影响因素,找到相关的提高图像质量的调整控制方法,指导广大实验室用户的使用。方法:阐明显微镜相关部分的结构、参数及成像原理,逐一分析各个影响因素,提出处理方法。结果:通过显微镜各部分的选择、调整等综合控制,得到了理想的图像。结论:显微镜的数字成像较为复杂,通过系统、全方位地调整控制才能得到高质量的图像。

关键词：显微镜,数字图像,质量,控制

参考文献

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[3]郭丽洁,张育红,王雁.医学实验室的光学显微镜图像记录技术-显微照相术[J].中国医学装备,2007,4(4):40-43.

[4]王银改.医学显微图像数字化处理系统的装配与应用[J].医疗卫生装备,2004,5(1):54-55.

数字化显微网络互动 篇4

影响显微镜数字图像质量的因素很多, 如分辨率、清晰度、白平衡、对比度、像素、噪声、动态范围等[1]。白平衡也可以称为色温, 色温是表示光源光谱质量最通用的指标, 可以通俗地认为是表示光的颜色冷暖的物理参数。开尔文认为, 假定某一纯黑物体, 能够将落在其上的所有热量吸收而没有损失, 同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来, 它产生辐射最大强度的波长随温度变化而变化[2]。人眼对色温是不敏感的, 而电荷耦合器件 (charge coupled device, CCD) 则可真实记录色温, 因此显微镜在数字成像时准确控制色温非常重要。影响显微镜图像色温的因素有卤素灯泡电压、视场光阑、孔径光阑、LBD滤色片、ND6滤光片、ND25滤光片等。本文主要研究各种因素对色温的影响以及怎样组合才能获得最准确的色温 (5 500 K) 。

1 材料与方法

1.1 设备

Olympus BX53正置显微镜, 配置12 V、100 W卤素灯泡, 电压0~12 V可调, 配备有视场光阑、孔径光阑、LBD滤色片、ND6和ND25滤光片、DP72制冷CCD、CELLSENCE图像分析软件及计算机硬件;柯尼卡美能达CL-500A色温仪。

1.2 标本制备步骤

活体组织病理切片—石蜡包埋—苏木精-伊红 (hematoxylin-eosin, HE) 染色。

1.3 测试方法与步骤

1.3.1 验证不同物镜对色温的影响

方法:取出目镜观察筒中的目镜, 将色温仪对准观察筒, 使二者间没有孔隙 (如图1所示) 。选择一个物镜, 点亮卤素灯泡, 先后选择1~12 V整数位共计12个电压值, 用色温仪测量记录不同电压时的读数, 测量3次取其平均值记录, 然后更换不同物镜, 重复以上步骤。

1.3.2 验证各光学元器件对色温的影响

方法:将色温仪的测光口对准显微镜聚光镜的出光口, 由于二者大小契合, 可以不做密闭连接装置 (如图2所示) 。分别选择什么都不使用, 使用LBD滤色片、视场光阑、孔径光阑、ND6滤光片、ND25滤光片, 测试在1~12 V共计12个整数电压值下色温仪的读数, 测量3次取其平均值记录。

2 结果与分析

2.1 不同物镜对色温的影响

实验测得的数据见表1, 编写并运行SASS程序, 得到统计学分析结果见表2。结果显示, 用和不用物镜结果有统计学差异, 100×物镜与其他物镜结果有统计学差异。但在实际测量中, 光透过100×物镜后变得很弱, 色温仪测量时间显著延长, 从而使测量结果出现一定程度的偏差。除100×物镜外, 光经过物镜后色温增加约200~300 K (如图3所示) , 图中系列1~6分别为无物镜、4×物镜、10×物镜、20×物镜、40×物镜、100×物镜时测得的色温值随电压变化曲线。

注:“—”表示因光的强度太弱而不能读出

注:在无物镜、4×、10×、20×、40×、100×6种条件下, 测得的色温值两两比较的差异性

2.2 电学、光学元器件对色温的影响

测得的数据制成表3, 编写并运行SASS程序, 得到统计学分析结果见表4。结果显示, 用和不用LBD滤色片结果有统计学差异;视场光阑减少90%与各组结果有统计学差异;孔径光阑、ND6滤光片、ND25滤光片对结果无统计学影响。只使用卤素灯泡、不使用光学元器件时, 色温较低。电压越低、色温越低, 电压越高、色温越高。LBD滤色片的使用对色温值的改变具有显著影响, 使用该滤色片可大大增加色温值, 增加量为400~1 800 K。减小视场光阑90%对色温有影响, 可降低色温约400 K。ND6滤光片、ND25滤光片、孔径光阑对色温无影响 (如图4所示) 。图中系列1~6分别为无滤色片和光阑、单LBD滤色片、90%单孔径光阑、90%单视场光阑、单ND6滤光片以及单ND25滤光片时的色温值随电压变化的曲线。

K

注:“—”表示因光的强度太弱而不能读出;“90%单孔径光阑”表示单独应用孔径光阑缩小90%以后的色温值, 以此类推

注:在无滤色片和光阑、单LBD滤色片、90%单孔径光阑、90%单视场光阑、单ND6滤光片、ND25滤光片6种条件下, 测得的色温值两两比较的差异性

注:图中系列2、3、5、6重合为一条线 (最上面)

3 讨论

色温对显微镜的图像质量有重要影响, 主要表现在光源的色温会影响到图像色彩的还原[3]。在生物医学中, 通过多种染色技术使不同细胞、组织或细胞的不同成分具有不同的颜色, 借此加以区分。如果色温不准确, 就会使本来红色的细胞质显示为紫色, 本来蓝色的细胞核显示为黑色[4]。日常生活中, 比如在路灯下面, 衣服或者其他物体的颜色会显得很不一样, 这就是光源色温影响了大脑对于物体颜色的判断, 对于显微镜的CCD也会有同样的问题。人眼对颜色有自我适应的功能, 这使我们不管是在日光、荧光灯、钨丝灯下看到的白色物体仍然是白色, 只有在一些比较极端的情况下才会有偏差, 而显微镜CCD的传感器与此不同, 会显示物体的真实颜色色温。调整白平衡的过程称为白平衡调整, 白平衡调整的基本原理是对于低色温的光源, 其中的红光占比例较高, 我们就可以降低红光的比例, 提高蓝光的比例, 从而使各种颜色达到平衡, 让白色呈现出本来的白色。对于高色温的光源也是类似, 通过降低蓝光比例, 提高红光比例来达到调整白平衡的目的[5]。

LBD滤色片也叫做白平衡滤色片[6], 其作用类似于蓝色滤色片, 可以将光路中一部分黄光滤掉, 在灯泡电压较低、光偏黄时作用有限, 只有与适当电压相配合时才能将光滤成接近白色。ND滤光片也被称为中灰滤光片, 其作用是降低光的强度而不改变光的颜色, ND6滤光片的作用是滤掉94%的光量而剩下6%的光强[7]。

通过对以上实验因素的分析总结得到数字图像色温偏低、图像偏黄的原因有:未使用LBD滤色片;使用LBD滤色片、低倍镜时未使用ND6/ND25滤光片, 为使图像不过亮过曝, 灯泡电压远不到12 V;使用LBD滤色片、低倍镜时未使用ND6/ND25滤光片, 为使图像不过亮、过曝, 严重缩小视场光阑。数字图像色温偏高、图像偏黄蓝的原因有:未使用LBD滤色片, 为克服图像偏黄, 加了蓝色滤色片;使用LBD滤色片, 设置正确后又加了蓝色滤色片;使用LBD滤色片、低倍镜时, 灯泡电压给的太低, 图像偏黄, 后加了蓝色滤色片;使用LBD滤色片、低倍镜时, 严重缩小视场光阑图像偏黄, 后加了蓝色滤光片。

综合分析, 为得到最准确的白平衡和最佳图像质量, 技术流程为: (1) 将灯泡电压置于12 V固定不变; (2) 将LBD滤色片放置于光路中; (3) 将视场光阑全部打开; (4) 选择合适物镜; (5) 调整孔径光阑, 使其数值=物镜数值孔径 (NA) 值×80%[8]; (6) 根据物镜倍数大小, 选择ND滤光片组合:4×物镜时选择ND6+ND25滤光片;10×物镜时选择ND6滤光片;20×物镜、40×物镜时选择ND25滤光片;100×物镜时全不选。

摘要：目的:研究生物显微镜数字图像白平衡的影响因素及如何调整获得最佳结果。方法:用色温仪分别测量各因素作用时的数据及其之间的相互影响, 用SASS软件进行统计学分析。结果:物镜的使用可以增加色温200300 K, 使用LBD滤色片可增加色温值4001 800 K, 减小视场光阑90%可降低色温约400 K, ND6滤光片、ND25滤光片、孔径光阑对色温无影响。结论:生物显微镜中各电学、光学元器件的参数要经过科学的调整才能获得数字图像正确的白平衡。

关键词：显微镜数字图像,白平衡,色温,LBD滤色片,ND6/ND25滤光片

参考文献

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[5]高宝昌.数码相机的色温和白平衡[J].照相机, 2013 (7) :29-33.

[6]李文忠.日本Olympus显微镜用的滤色片[J].北京生物医学工程, 1986 (2) :57-59.

[7]纪孝阳.光电器件生产中光源色温正确标定的重要性[J].红外技术, 1984 (5) :26-36.

数字化显微网络互动 篇5

实验教学是学生接受临床技能锻炼和提高实践能力的课堂, 是理论联系实际、由理论课学习向临床操作过渡的重要桥梁课。作为口腔修复教学的重要组成部分, 该阶段在提高学生的学习自觉性、培养学生的综合素质和创新意识等方面有着不可替代的作用[1]。

1 传统口腔修复学实验教学的现状和不足

现阶段我国医学院校口腔修复学的实验教学主要分为两部分:实验室仿头模的操作和口腔门诊的见习。在以往的教学中多利用挂图和图片讲解, 这些都是二维图像。学生接受理论授课后, 在实验室中通过在仿头模上操作, 加深对所学理论知识的理解、掌握, 做到理论与实践相结合, 初步培养学生亲自动手与独立思考的能力。

但是这种传统的实验教学方法有很大的局限性和缺陷。实验室仿头模操作时, 因体位的限制、口腔内空间窄小、光线不足及各种组织对器械和视野的阻碍等影响, 使在模型上操作与临床实际操作的感受有很大差异, 导致学生无法真正感受临床操作状态, 难以深入理解义齿修复学的抽象理论, 不能掌握良好的临床操作和接诊技能。

临床见习带教时, 由于口腔操作的视野较小, 实习的学生较多, 造成只有带教教师和少数的几个学生可以看到操作视野, 大部分学生无法观察到完整的操作过程, 使见习效果大打折扣。

口腔修复学的临床教学具有一定的连贯性。如果学生在实验教学时没有真正掌握操作技巧, 必然影响后期的实习效果。最后有部分动手能力较差的学生可能受到很大的影响, 表现为对临床实习怀有恐惧心理, 面对病人时束手无策, 没有自信心, 进入临床实习后出现不敢动手甚至长期“观摩”的状态。

卫生部于2009年1月1日开始实施《医学教育临床实践管理暂行规定》, 口腔实习生在和患者进行医患沟通时, 必须首先声明自己的实习生身份, 并在教师的协助下取得患者的同意, 才能对患者进行诊断和治疗。实施此项规定后, 患者可能拒绝实习医师操作, 这与培养口腔科医师需要大量实践经验的矛盾变得越来越突出。如果实习生没有掌握足够的口腔修复学专业技能, 其动手操作的机会大大降低, 这最终将导致整个教学水平的下降。因此, 只有进一步加强口腔修复学实验教学改革, 提高教学质量, 才能培养出合格的口腔医师。

2 数字口腔显微镜的特点及在口腔修复学实验教学中的应用

数字口腔手术显微镜的高品质镜头和高放大率能够满足专业人士对口腔可见度的任何要求, 这有利于口腔科医生进行更精确的诊断和完成更复杂的治疗, 其结合了开阔视野和高放大率两个方面, 比起肉眼或者小型放大镜和普通的显微镜, 可提供更清晰有效的视图。在氙气灯的直射下, 通过光学和数字的双重变焦, 在诊断区域内可以更加容易的观测到牙齿的图像。可以精确地把握牙体预备量、流畅的外形以及光滑均匀的肩台, 对修复体的美观、边缘密和度、固位、稳定、强度及牙周组织的远期健康都具有十分重要的意义[2]。

由于其多显示器的支持功能, 数字口腔手术显微镜能够与任何电视屏幕连接, 向教室里的学生播放讲课内容或者转播实际操作过程的视频。已记录的资料在将来可以作为学术上的参考。

将数字口腔手术显微镜应用于口腔系学生口腔修复学实验教学, 在仿头模实验室和口腔门诊见习带教中, 通过Camsight DSS I数字口腔手术显微镜及多媒体系统, 将带教教师的操作步骤投照在屏幕上, 逐一演示牙体制备、取模、调合等操作过程, 把标准化、规范化的操作步骤直观地呈现给学生, 学生可以观察教师的示教过程并随之操作。

3 相比传统教学, 数字口腔显微镜应用于口腔修复学实验教学中的优点

3.1 帮助学生培养正确、健康的操作姿势

绝大多数口腔诊治过程需要医生持续地保持低头、弯身的姿势, 容易导致颈、背部问题和视觉疲劳。这种不正确的姿势在口腔修复治疗中更为明显, 很多口腔修复科带教教师也未解决这个问题。

数字口腔手术显微镜解决了姿势不正确的问题, 它帮助学生在笔直、舒适的姿势下, 通过液晶显示器来观察图像, 可以在更加放松、没有压力的环境中进行长时间的治疗。数字口腔手术显微镜帮助口腔医学生掌握正确、健康的操作姿势, 使其在以后的临床工作中能够保持颈椎、肩部的健康, 确保更长久的职业生涯和更高的生活质量。

3.2 扩大教学视野, 直观呈现教学信息, 有利于提高教学效率

在传统的教学中, 教师多采用离体牙进行示教。由于离体牙标本小, 教学视野小, 学生人数又相对较多, 大家相互干扰, 很难看清操作要点, 导致学生不得要领, 出现牙体制备失误, 造成器械和材料的浪费;同时教师又不得不在学生操作的过程中重复讲解和示教, 工作强度增大, 教学效率降低, 甚至出现课时不够用的现象。运用多数字口腔手术显微镜及显示屏后, 教师的操作步骤可以清楚地投照在屏幕上, 学生可看清传统实验教学中看不清甚至看不到的义齿修复的牙体预备、排龈、取印模、记录咬合关系等各步骤和细节, 掌握要点, 取得了事半功倍的效果, 提高了教学效率[3]。

3.3 形象生动, 有利于提高学习兴趣

在以往的教学中, 往往利用挂图和图片讲解, 缺乏动态的演示过程。学生对操作过程的理解有一定的偏差和局限, 觉得学习枯燥无味, 丧失了学习兴趣。通过数字口腔手术显微镜及多媒体系统把操作过程逐一演示, 同时还可以截取典型的、关键的操作步骤的图像, 利用同步显示功能, 在屏幕上同时显示几个图像, 把整个实验过程连接起来, 加深了学生的印象, 使教学过程形象生动。并通过视频和图像回放展示临床见习的真实病例, 促进学生对学习内容的理解和记忆, 增强学生的学习兴趣, 进一步强化学生的知识与实践操作技能, 开阔视野, 培养科学的思维方式[4]。

3.4 提高学生自主学习的积极性和自我更新知识能力

数字口腔手术显微镜的应用给师生间的互相交流提供了一个较好的平台。通过这个系统, 可以让学生展示自己的操作过程, 共同讨论可能存在的问题及改进的方法, 充分调动了学生的学习积极性, 加深了其对理论知识的理解, 提高了临床思维能力和自我更新知识的能力, 提高学生自主学习的积极性。在讨论过程中再适时引导, 鼓励学生积极参与讨论, 互相交流观点, 启发思路, 取长补短, 使这些内容被学生充分理解, 恰当运用的同时在头脑中留下深刻印象并得到升华。

运用数字口腔手术显微镜辅助口腔修复学实验教学符合国际先进的教学理念, 实现课程教学方式和人才培养模式先进化、国际化, 使口腔修复学实验教学在国内同类院校课程教学中处于领先水平, 为培养一流的口腔医学人才增加了重要的手段, 可推广到口腔医学其他专业实验教学中应用。

摘要：口腔修复学是实践性、操作性很强的学科, 运用传统的实验教学方法学生无法观察到完整的口腔修复治疗过程, 没有真正掌握操作技巧, 进而影响其临床实习。数字口腔显微镜应用于口腔修复学实验教学, 可直观呈现教学信息, 提高学生学习兴趣, 巩固其基础理论知识的学习, 利于其临床操作技能训练。该系统作为现代口腔医学实验教学的设备和手段, 值得进一步在口腔实验教学中推广和应用。

关键词：数字口腔显微镜,口腔修复学,实验教学

参考文献

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[2]刘慧颖, 刘洋, 英晓霞, 等.固定义齿修复实践教学中多种教学方式的综合应用[J].医学教育探索, 2010, 9 (6) :765-766.

[3]朱庆党, 刘丽, 赵鹃.临床前技能训练在口腔修复教学改革中的应用[J].中国高等医学教育, 2010 (7) :93-94.

数字化显微网络互动 篇6

数码显微设备是指把显微镜与多媒体技术、计算机网络技术结合起来的一种光电图像转换装置, 它突破了传统显微镜光学设备只能即时实验, 无法保存结果、无法共享实验成果、显示结构不够直观的缺点。初中生物教师引导学生应用数码显微技术开展互动教学, 能够极大地提高生物实验的教学质量。

一、监控学生的实验互动

学生在开展互动实验时, 有时不够了解实验目的和实验步骤, 他们在实验时会出现各种错误。如果教师不能给学生及时地引导, 学生有可能会在实验中浪费大量的时间。数码显微设备有集成监控的功能, 教师可以在监视屏幕中看到每一个学习小组的实验情况, 如果发现某个实验小组的实验过程出现问题, 可以立刻提醒该小组的学生注意, 并给予引导。

以“单细胞生物”这一课为例, 教师引导学生做“细菌的革兰氏染色”实验, 有些学习小组的学生对做染色图片的过程有争议, 他们反复地进行实验却没有将一个实验进行到底, 教师通过监控了解到学生的争议, 就要引导学生掌握染色的技巧。还有一个学习小组成员在染色时使用的涂菌过厚, 使菌体无法重叠, 所以难以分析实验的结果, 教师通过监控了解到该情况, 可以即时给予学生提示。另一个学习小组实验时出现乙醇脱色的现象, 导致实验无法成功, 教师可以通过监控即时纠正学生的错误, 让他们思考如何才能进行正确的实验。

学生在进行“功能微生物的筛选”实验时, 通过显微镜观察细菌的构造, 观看它们的荚膜、鞭毛、芽胞等, 有时学生无法对实验现象进行分析, 他们使用即时音频的方法说出自己的困惑, 教师可以给出学习的要点, 让实验小组共同思考、共同讨论, 用即时监控的方法加强与学生的互动。

教师使用数码显微互动实验教学, 就需要通过监控系统即时给学生帮助和引导, 让学生在实验中一边实践、一边思考。

二、记录学生的实验过程

在学生实验中, 有时学生虽然得到了实验的结果, 然而却无法了解自己实验的过程是不是最有效、最正确。数码显微互动实验设备具有即时存储实验结果的功能, 如果学生能够看到自己数次实验的结果, 他们就能够在和同组或异组的成员共同探讨, 分析自己实验的质量, 找到改进实验的方法。

以教师引导学生学习“源远流长的发醇技术”为例, 教师引导学生用血球计数板进行醇母菌直接计数的实验, 由于醇母菌发醇的数目太多, 且密度很大, 学生无法准确计数, 更不了解自己的发醇方法是否达到实验要求。教师可以引导学生拍下实验结果, 通过数码显微设备的调色相、保和度等功能提高图片亮度, 学生就能够直观地了解到每一次自己发醇的质量。同时学生可以观看同组或异组学生实验的成果, 分析自己的实验结果和他人的成果有什么区别。

交流是实验教学中的重要过程, 使用传统的显微镜, 学生的实验过程会稍纵即逝, 那么学生交互的对象仅仅只限于同组一起做实验的成员。使用数码显微设施进行实验, 教师能够引导学生记录下实验的过程, 在实验后和其他学生共同讨论, 学生得到更多交流的机会, 和同学共同分析, 他们就能够找到实验的最佳方法才能取得最好的实验效果。

三、展现学生的实验结果

学生完成实验后, 有时希望自己的实验成果能够得到更多人的指点, 过去传统的显微技术只能即时完成实验, 难以保存实验结果, 而数码显微技术具有网络功能, 学生可以通过网络把自己的实验过程发表到QQ上、微博上, 与有共同兴趣爱好的人一起学习。

以“奇妙的微生物”这一课为例, 教师可以在引导学生做菌体结构观察时, 让学生把自己的实验过程和实验结果放到网络上, 结果学生收到一条有专业知识网友的留言, 那位网友指导学生更佳的玻片插入方法, 可以得到更佳的实验效果。

还有一名同学把酵母发酵的过程拍成了几万张数码照片, 其中有一幅是酵母出芽繁殖的过程, 这位学生拍下的照片成为教师与学生学习的重要素材, 同时这名学生还将几万张照片发布到网上, 与其他的朋友共享。这些素材成为其他朋友研究和学习的素材之一, 网上的朋友与这位同学互动, 给实验过程提出了很多有益的意见。

学生如果没有足够的实验素材, 在与人交互时只用文字描述, 就会显得实验过程过于抽象, 即使学生愿意互动也得不到良好的交互效果。使用数码显微设备实验, 学生可以突破目前交流的范围, 与更多的人互动。教师可以引导学生利用数码技术录下实验的过程, 鼓励他们与网络上更多的人互动, 这种互动方式能够拓宽学生的视野。

数字化显微网络互动 篇7

一对象与方法

1. 研究对象

选取本校医学检验专业2011级 (1) 班、 (2) 班, 2012级 (1) 班、 (2) 班学生作为此次调查的活动对象。

2. 研究方法

对2011级 (1) 班、2012级 (1) 班各50名学生采用一般传统式的教学方法。先让代课教师使用画图、多媒体或示教显微镜讲解本节课的主要内容等, 然后自行让学生使用显微镜在镜下观察结果, 学生可举手提问, 教师逐一解答。2011级 (2) 班、2012级 (2) 班各50名学生采用的是现代数码网络显微互动系统教学法。教师利用显示屏上的互动系统的广播和遥控模式, 对学生进行实时、准确无误的讲解, 假设学生有疑问便可通过学生端的举手功能进行实时提问, 或者通过打字的方式提出疑问, 通过现代化数码网络显微互动系统, 上课的教师可以对每位学生进行一对一的指导。教学完毕后, 进行以匿名的问卷调查形式调查学生对现代化数码网络显微互动系统和传统式教学模式有什么不同的看法, 并比较这两种不同模式教学方法的实验成绩效果如何。

3. 对传统式教学方法的看法

对医学检验专业2011级 (1) 班、2012级 (1) 班共100名学生发出问卷100份, 收回的有效问卷95份, 回收率95%。调查结果显示, 80%被调查的学生不喜欢该模式, 10%被调查的学生对这个模式保持中立意见, 5%的被调查学生喜欢这一学习模式。

4. 对现代化数码网络显微互动系统的看法

对医学检验专业2011级 (2) 班、2012级 (2) 班医学检验专业共100名学生发出问卷100份, 收回有效问卷98份, 回收率98%。调查结果显示, 95%的被调查的学生喜欢该新模式, 61%的被调查学生认为在现代化数码网络显微互动系统的实验室内进行实验课学习比一般的传统实验课教学的效果质量更好, 81%的学生表示实验课的考核新模式比一般的传统式考核模式更公平、更公正、更公开, 98%的学生表示比较喜欢电脑中有着不同意义的、有形象的、有代表性的图片或课件。

5. 实践意义与讨论

第一, 传统的实验课教学缺点与不足: (1) 教师不能对所有的学生进行实时监控:由于实验课学生都在自己操作, 教师忙于回答学生的提问, 很难掌控学生的学习情况, 导致课堂秩序差、学习效率低。 (2) 信息资源不能共享:传统实验教学时, 课堂上有的学生找到了典型的细胞, 但不能做到让全体学生资源共享, 典型图像不能及时拍照保存, 不便于日后进行复习。 (3) 教师的劳动强度大、效率低:传统实验课一个实验室一般有30名左右的学生, 一般同时开两个实验室, 需要2名教师同时上课, 工作量大。课堂上, 学生有疑问, 教师要走过去解答, 一堂课教师要不停地穿梭于学生之间, 有时提问的学生数量多, 部分学生等待时间长, 又不能挪动显微镜视野, 浪费了宝贵的学习时间, 有的学生因此就放弃咨询老师。有时相似的问题多位学生提问, 教师一一作答, 浪费了时间与精力。

第二, 数字显微互动教学系统由微图像分析单元 (1个) 、学生端显微图像处理单元 (60个) 及网络交换单元组成。其功能有广播教学、语音教学、语音对讲、学生演示、监控转播、遥控辅导、任意分组教学/讨论、屏幕录制/回放、网络影院、文件分发、作业提交、电子教鞭、远程控制开关机等。该系统有以下优势: (1) 加强了师生之间、学生之间的沟通和互动, 提高了教与学的效率:使用数字网络显微互动系统教师和学生可以适时进行交流, 形式多样。教师可以与单个、部分或全体学生交流, 也可安排部分学生之间交流。 (2) 利用图像采集功能, 丰富教学资源:数字显微网络教学系统为每台显微镜都配备了摄像, 可以随时将镜下典型图像拍照保存, 方便了学生日后复习, 教师可以选择好的图片录入图片库, 用于后续教学。利用计算机网络, 还可以进行远程图像共享、远程教学等。 (3) 教师能对所有学生进行实时监控:课堂中教师可以监控学生的学习情况, 若发现有学生做与学习无关的事情时, 可给予黑屏肃静或语音提示警告, 保证了教学秩序井然。 (4) 降低了教师的工作强度, 提高了教学水平:若有学生提问, 教师可运用系统的监控转播及语音对讲功能讲解, 省时、省力。此外, 数字显微互动教室可容纳60名学生上课, 缓解了教研室教师资源紧缺的问题。 (5) 实验报告可以用电子版的形式来完成:数字显微网络教学系统具备上交作业功能, 学生可以在电脑上完成实验报告, 并可截取典型图像复制到实验报告中, 使实验报告更形象, 通过局域网络提交到教师机上, 便于实验报告保存和查阅。 (6) 可进行细胞形态测量:数字显微网络教学系统配备的软件功能强大, 安装了测量系统, 可对观察的细胞进行半径、周长、面积等的测定, 使学生对血细胞形态的学习更加具体、形象。 (7) 改革考试模式:数字显微网络教学系统具有向学生分发相同或不同文件的功能, 据此可以制作多套习题, 根据座位号发给学生, 避免座位邻近的学生抄袭和讨论, 也可以将血细胞图片制作成幻灯片, 考试时, 通过屏幕自动播放, 避免了传统用显微镜考试时, 学生轮流耗费时间, 有时前面的学生挪动了显微镜视野, 造成后面的学生找不到细胞的局面。

二现代数码网络显微互动系统在临床血液学检验实验教学指导中的应用与发展

现代化数码网络显微互动系统是21世纪显微教学的产物, 它的出现向传统形态学教学提出了挑战, 时间证明本教学系统的建立和使用提高了形态学实验教学的效果和效率。教师应充分利用现代化数码网络显微互动系统的优势, 通过不断改革教学方法, 进一步提高临床实验课的教学效率和教学质量。尽量将部分理论课程的学习安排到数字显微互动教室进行, 使理论与实践更好地结合, 从而提高教学质量。

该系统将文字、声音、图像融为一体, 使理论与实际、正常与异常、动态与静态、基础与临床有机地结合在一起, 在实验教学中起到了传统的教学方法无法起到的作用。如此, 教师可以利用便利的网络技术对学生开放现代数码网络显微互动系统的教学资源, 使教学突破时间和空间的障碍, 学生可以随时调取本专业的学习资料进行学习。总而言之, 现代化数码网络显微互动系统相对地提高了学生的学习兴趣, 调动了学生学习细胞微观形态的积极性与主动性, 避免了以往传统实验教学枯燥乏味、被动的局面, 使教学质量大大提高。现代化数码网络显微互动系统, 已被越来越多的高校所选择, 我们应该发挥其所存在的优势, 不断完善和改革教育教学方法, 并不断提高教师各方面素质, 提高血液学检验实验课教学质量。

参考文献

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