“數字成像”教具的設計與應用

（沈陽師范大學，遼寧 沈陽 110034）

觀察和測量是物理學科學習中的重要方法。光學實驗中，實驗圖樣一般由明暗相間的、有一定的寬度條紋構成，利用傳統的觀測方法， 因讀數顯微鏡目鏡觀察口很小，導致視線范圍較窄，長時間用眼睛進行觀測讀數，會出現對暗紋中心位置定位不準確、記錯紋數等問題，造成較大的實驗誤差，同時造成用眼疲勞。“數字成像”的教具，將數字圖像技術引入光學儀器中。運用現代觀測手段結合傳統技術，使讀數過程更簡單、清晰、易操作，降低了學生讀數過程中的難度，增加了實驗過程的趣味性，提高了學生的學習興趣，實現了優秀課程的錄制與保存。

一、設計原理

（一）設計構思

“數字成像”教具的設計構思是在原來實驗的基礎上，將數字圖像技術引入實驗中，從而解決傳統實驗中實驗觀測誤差大，花費時間長等缺點，將現代技術手段與傳統顯微鏡觀察方法相結合，利用WiFi傳輸協議，將實驗現象顯示在各種電子設備上，使觀察更加容易清晰，使測量過程更加簡單易行。

（二）理論原理

圖1：“數字成像”教具原理圖

這套教具主體由圓柱形套筒構成，上面的螺絲可以固定并準確的調節鏡頭的位置，用于鏈接攝像頭和各種光學儀器。帶有wifi/藍牙傳輸功能的攝像頭，可以將實驗圖樣傳輸到與之連接的電子設備上。同時，在實驗過程，可將其進行錄制保存。

（三）實驗原理

將帶有WiFi模塊（或藍牙模塊）的攝像頭連接在套筒上，在套筒上安裝8個螺絲，前面4個螺絲用于連接攝像頭與套筒，后面4個用于將套筒固定在顯微鏡上，實驗時將先手動調節攝像頭的焦距，再將裝置固定在顯微鏡目鏡上，便可以通過無限網在投影儀上進行實時傳輸。

（四）使用方法

先將教具的攝像頭與電子設備相連接，實現圖像的實時傳輸，再手動調節攝像頭的焦距，調焦后可在電子設備屏幕上清楚地看到目鏡上的十字叉絲和干涉條紋，然后進行具體的實驗操作，此時攝像頭成了觀察者的眼睛，光學實驗結果清晰的顯示于電子設備的顯示屏上。

二、市場優勢

2017 年全國兩會在教育領域提出了“教育信息化”的理念，同時在2016 年教育部印發了關于《教育信息化“十三五”規劃》通知，明確指出信息化已成為國家戰略目標。“數字成像”教具的設計將數字圖像技術引入實驗中，從而解決傳統實驗中實驗觀測誤差大， 花費時間長等缺點，將現代技術手段與傳統顯微鏡觀察方法相結合， 利用 WiFi 傳輸協議，將實驗現象顯示在各種電子設備上，使觀察更加容易清晰，使測量過程更加簡單易行。在市場應用方面占有很大優勢。

（一）教學課程鮮活

在傳統的觀察實驗中，由于實驗現象需要在顯微鏡下觀察得出， 實驗要求個人進行，老師講解也具有很大的局限性。而現階段，可通過實驗教具，將實驗現象直觀的反映到手機、電腦、甚至是多媒體上， 形成老師與學生的及時互動，使得教學課程鮮活有趣。

（二）滿足學生需求

通過實驗教具，可用攝像頭代替眼睛觀察，從而起到保護實驗者眼睛的作用；直接在手機上觀察實驗現象，擴大了視線范圍，增強教學的直觀性；同時可以在最大程度上提高圖像的清晰度，實驗者在圖像上直接測量，減少了實驗過程中人為誤差。

（三）教學模式便捷

通過實驗教具，將實驗現象直觀的反映到手機等電子產品上，一方面可以減少課堂玩手機的現象，另一方面更有利于老師對于實驗的講解。同時實驗者可以利用手機等電子產品對實驗現象進行拍照截圖，對實驗過程進行錄制，從而輔助制作教學視頻，使得老師教學更加方便快捷。