“數(shù)字成像”教具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

（沈陽(yáng)師范大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

觀察和測(cè)量是物理學(xué)科學(xué)習(xí)中的重要方法。光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)圖樣一般由明暗相間的、有一定的寬度條紋構(gòu)成，利用傳統(tǒng)的觀測(cè)方法， 因讀數(shù)顯微鏡目鏡觀察口很小，導(dǎo)致視線范圍較窄，長(zhǎng)時(shí)間用眼睛進(jìn)行觀測(cè)讀數(shù)，會(huì)出現(xiàn)對(duì)暗紋中心位置定位不準(zhǔn)確、記錯(cuò)紋數(shù)等問(wèn)題，造成較大的實(shí)驗(yàn)誤差，同時(shí)造成用眼疲勞?！皵?shù)字成像”的教具，將數(shù)字圖像技術(shù)引入光學(xué)儀器中。運(yùn)用現(xiàn)代觀測(cè)手段結(jié)合傳統(tǒng)技術(shù)，使讀數(shù)過(guò)程更簡(jiǎn)單、清晰、易操作，降低了學(xué)生讀數(shù)過(guò)程中的難度，增加了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的趣味性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)秀課程的錄制與保存。

一、設(shè)計(jì)原理

（一）設(shè)計(jì)構(gòu)思

“數(shù)字成像”教具的設(shè)計(jì)構(gòu)思是在原來(lái)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將數(shù)字圖像技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)中，從而解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)觀測(cè)誤差大，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，將現(xiàn)代技術(shù)手段與傳統(tǒng)顯微鏡觀察方法相結(jié)合，利用WiFi傳輸協(xié)議，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象顯示在各種電子設(shè)備上，使觀察更加容易清晰，使測(cè)量過(guò)程更加簡(jiǎn)單易行。

（二）理論原理

圖1：“數(shù)字成像”教具原理圖

這套教具主體由圓柱形套筒構(gòu)成，上面的螺絲可以固定并準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)鏡頭的位置，用于鏈接攝像頭和各種光學(xué)儀器。帶有wifi/藍(lán)牙傳輸功能的攝像頭，可以將實(shí)驗(yàn)圖樣傳輸?shù)脚c之連接的電子設(shè)備上。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程，可將其進(jìn)行錄制保存。

（三）實(shí)驗(yàn)原理

將帶有WiFi模塊（或藍(lán)牙模塊）的攝像頭連接在套筒上，在套筒上安裝8個(gè)螺絲，前面4個(gè)螺絲用于連接攝像頭與套筒，后面4個(gè)用于將套筒固定在顯微鏡上，實(shí)驗(yàn)時(shí)將先手動(dòng)調(diào)節(jié)攝像頭的焦距，再將裝置固定在顯微鏡目鏡上，便可以通過(guò)無(wú)限網(wǎng)在投影儀上進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。

（四）使用方法

先將教具的攝像頭與電子設(shè)備相連接，實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)傳輸，再手動(dòng)調(diào)節(jié)攝像頭的焦距，調(diào)焦后可在電子設(shè)備屏幕上清楚地看到目鏡上的十字叉絲和干涉條紋，然后進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)操作，此時(shí)攝像頭成了觀察者的眼睛，光學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰的顯示于電子設(shè)備的顯示屏上。

二、市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)

2017 年全國(guó)兩會(huì)在教育領(lǐng)域提出了“教育信息化”的理念，同時(shí)在2016 年教育部印發(fā)了關(guān)于《教育信息化“十三五”規(guī)劃》通知，明確指出信息化已成為國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)?！皵?shù)字成像”教具的設(shè)計(jì)將數(shù)字圖像技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)中，從而解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)觀測(cè)誤差大， 花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，將現(xiàn)代技術(shù)手段與傳統(tǒng)顯微鏡觀察方法相結(jié)合， 利用 WiFi 傳輸協(xié)議，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象顯示在各種電子設(shè)備上，使觀察更加容易清晰，使測(cè)量過(guò)程更加簡(jiǎn)單易行。在市場(chǎng)應(yīng)用方面占有很大優(yōu)勢(shì)。

（一）教學(xué)課程鮮活

在傳統(tǒng)的觀察實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象需要在顯微鏡下觀察得出， 實(shí)驗(yàn)要求個(gè)人進(jìn)行，老師講解也具有很大的局限性。而現(xiàn)階段，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)教具，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀的反映到手機(jī)、電腦、甚至是多媒體上， 形成老師與學(xué)生的及時(shí)互動(dòng)，使得教學(xué)課程鮮活有趣。

（二）滿足學(xué)生需求

通過(guò)實(shí)驗(yàn)教具，可用攝像頭代替眼睛觀察，從而起到保護(hù)實(shí)驗(yàn)者眼睛的作用；直接在手機(jī)上觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，擴(kuò)大了視線范圍，增強(qiáng)教學(xué)的直觀性；同時(shí)可以在最大程度上提高圖像的清晰度，實(shí)驗(yàn)者在圖像上直接測(cè)量，減少了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中人為誤差。

（三）教學(xué)模式便捷

通過(guò)實(shí)驗(yàn)教具，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀的反映到手機(jī)等電子產(chǎn)品上，一方面可以減少課堂玩手機(jī)的現(xiàn)象，另一方面更有利于老師對(duì)于實(shí)驗(yàn)的講解。同時(shí)實(shí)驗(yàn)者可以利用手機(jī)等電子產(chǎn)品對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行拍照截圖，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行錄制，從而輔助制作教學(xué)視頻，使得老師教學(xué)更加方便快捷。