“數(shù)字成像”教具的設(shè)計與應(yīng)用

（沈陽師范大學(xué)，遼寧 沈陽 110034）

觀察和測量是物理學(xué)科學(xué)習(xí)中的重要方法。光學(xué)實驗中，實驗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，長時間用眼睛進行觀測讀數(shù)，會出現(xiàn)對暗紋中心位置定位不準確、記錯紋數(shù)等問題，造成較大的實驗誤差，同時造成用眼疲勞。“數(shù)字成像”的教具，將數(shù)字圖像技術(shù)引入光學(xué)儀器中。運用現(xiàn)代觀測手段結(jié)合傳統(tǒng)技術(shù)，使讀數(shù)過程更簡單、清晰、易操作，降低了學(xué)生讀數(shù)過程中的難度，增加了實驗過程的趣味性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實現(xiàn)了優(yōu)秀課程的錄制與保存。

一、設(shè)計原理

（一）設(shè)計構(gòu)思

“數(shù)字成像”教具的設(shè)計構(gòu)思是在原來實驗的基礎(chǔ)上，將數(shù)字圖像技術(shù)引入實驗中，從而解決傳統(tǒng)實驗中實驗觀測誤差大，花費時間長等缺點，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，將實驗現(xiàn)象顯示在各種電子設(shè)備上，使觀察更加容易清晰，使測量過程更加簡單易行。

（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/藍牙傳輸功能的攝像頭，可以將實驗圖樣傳輸?shù)脚c之連接的電子設(shè)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(diào)節(jié)攝像頭的焦距，再將裝置固定在顯微鏡目鏡上，便可以通過無限網(wǎng)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(shè)備相連接，實現(xiàn)圖像的實時傳輸，再手動調(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，然后進行具體的實驗操作，此時攝像頭成了觀察者的眼睛，光學(xué)實驗結(jié)果清晰的顯示于電子設(shè)備的顯示屏上。

二、市場優(yōu)勢

2017 年全國兩會在教育領(lǐng)域提出了“教育信息化”的理念，同時在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家戰(zhàn)略目標。“數(shù)字成像”教具的設(shè)計將數(shù)字圖像技術(shù)引入實驗中，從而解決傳統(tǒng)實驗中實驗觀測誤差大， 花費時間長等缺點，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，將實驗現(xiàn)象顯示在各種電子設(shè)備上，使觀察更加容易清晰，使測量過程更加簡單易行。在市場應(yīng)用方面占有很大優(yōu)勢。

（一）教學(xué)課程鮮活

在傳統(tǒng)的觀察實驗中，由于實驗現(xiàn)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(xiàn)階段，可通過實驗教具，將實驗現(xiàn)象直觀的反映到手機、電腦、甚至是多媒體上， 形成老師與學(xué)生的及時互動，使得教學(xué)課程鮮活有趣。

（二）滿足學(xué)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(xiàn)象，擴大了視線范圍，增強教學(xué)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(xué)模式便捷

通過實驗教具，將實驗現(xiàn)象直觀的反映到手機等電子產(chǎn)品上，一方面可以減少課堂玩手機的現(xiàn)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(chǎn)品對實驗現(xiàn)象進行拍照截圖，對實驗過程進行錄制，從而輔助制作教學(xué)視頻，使得老師教學(xué)更加方便快捷。