“数字成像”教具的设计与应用

（沈阳师范大学，辽宁 沈阳 110034）

观察和测量是物理学科学习中的重要方法。光学实验中，实验图样一般由明暗相间的、有一定的宽度条纹构成，利用传统的观测方法， 因读数显微镜目镜观察口很小，导致视线范围较窄，长时间用眼睛进行观测读数，会出现对暗纹中心位置定位不准确、记错纹数等问题，造成较大的实验误差，同时造成用眼疲劳。“数字成像”的教具，将数字图像技术引入光学仪器中。运用现代观测手段结合传统技术，使读数过程更简单、清晰、易操作，降低了学生读数过程中的难度，增加了实验过程的趣味性，提高了学生的学习兴趣，实现了优秀课程的录制与保存。

一、设计原理

（一）设计构思

“数字成像”教具的设计构思是在原来实验的基础上，将数字图像技术引入实验中，从而解决传统实验中实验观测误差大，花费时间长等缺点，将现代技术手段与传统显微镜观察方法相结合，利用WiFi传输协议，将实验现象显示在各种电子设备上，使观察更加容易清晰，使测量过程更加简单易行。

（二）理论原理

图1：“数字成像”教具原理图

这套教具主体由圆柱形套筒构成，上面的螺丝可以固定并准确的调节镜头的位置，用于链接摄像头和各种光学仪器。带有wifi/蓝牙传输功能的摄像头，可以将实验图样传输到与之连接的电子设备上。同时，在实验过程，可将其进行录制保存。

（三）实验原理

将带有WiFi模块（或蓝牙模块）的摄像头连接在套筒上，在套筒上安装8个螺丝，前面4个螺丝用于连接摄像头与套筒，后面4个用于将套筒固定在显微镜上，实验时将先手动调节摄像头的焦距，再将装置固定在显微镜目镜上，便可以通过无限网在投影仪上进行实时传输。

（四）使用方法

先将教具的摄像头与电子设备相连接，实现图像的实时传输，再手动调节摄像头的焦距，调焦后可在电子设备屏幕上清楚地看到目镜上的十字叉丝和干涉条纹，然后进行具体的实验操作，此时摄像头成了观察者的眼睛，光学实验结果清晰的显示于电子设备的显示屏上。

二、市场优势

2017 年全国两会在教育领域提出了“教育信息化”的理念，同时在2016 年教育部印发了关于《教育信息化“十三五”规划》通知，明确指出信息化已成为国家战略目标。“数字成像”教具的设计将数字图像技术引入实验中，从而解决传统实验中实验观测误差大， 花费时间长等缺点，将现代技术手段与传统显微镜观察方法相结合， 利用 WiFi 传输协议，将实验现象显示在各种电子设备上，使观察更加容易清晰，使测量过程更加简单易行。在市场应用方面占有很大优势。

（一）教学课程鲜活

在传统的观察实验中，由于实验现象需要在显微镜下观察得出， 实验要求个人进行，老师讲解也具有很大的局限性。而现阶段，可通过实验教具，将实验现象直观的反映到手机、电脑、甚至是多媒体上， 形成老师与学生的及时互动，使得教学课程鲜活有趣。

（二）满足学生需求

通过实验教具，可用摄像头代替眼睛观察，从而起到保护实验者眼睛的作用；直接在手机上观察实验现象，扩大了视线范围，增强教学的直观性；同时可以在最大程度上提高图像的清晰度，实验者在图像上直接测量，减少了实验过程中人为误差。

（三）教学模式便捷

通过实验教具，将实验现象直观的反映到手机等电子产品上，一方面可以减少课堂玩手机的现象，另一方面更有利于老师对于实验的讲解。同时实验者可以利用手机等电子产品对实验现象进行拍照截图，对实验过程进行录制，从而辅助制作教学视频，使得老师教学更加方便快捷。