數(shù)碼顯微鏡之“魔改”論文

數(shù)碼顯微鏡之“魔改摘要：生物學(xué)作為一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，顯微鏡是生物學(xué)實驗中的常用儀顯微鏡的使用也是歷年中考生物學(xué)實驗操作考試的必考內(nèi)容。現(xiàn)在很多學(xué)校已經(jīng)配備了數(shù)碼顯微鏡，但多為普及型，無液晶顯示屏，本文旨在探討通過以極低的成本對數(shù)碼顯微鏡進(jìn)行升級并打造出一套生物學(xué)實驗操作測評系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：數(shù)碼顯微鏡，液晶顯示，手機(jī)，USB-OTG，F(xiàn)TP服務(wù)器引言：在2021年安徽省滁州市八年級生物學(xué)實驗操作考試中，市直兩區(qū)和天長市率先采用了全新考試模式，由原先的現(xiàn)場評分改為網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程評分，考點(diǎn)的儀器設(shè)備進(jìn)行了全面升級，配置了數(shù)碼顯微鏡，高清攝像頭，平板等數(shù)碼、網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備及軟件系統(tǒng)?？荚嚹Ｊ胶蛯嶒瀮x器設(shè)備的改變必然帶來實驗教學(xué)方式、內(nèi)容及評分方式的改變，本市生物學(xué)實驗操作考試中有兩個試題是考查顯微鏡的使用，考試用顯微鏡由原先的普通光學(xué)顯微鏡升級為數(shù)碼顯微鏡，和普通光學(xué)顯微鏡相比，數(shù)碼顯微鏡由普通光學(xué)顯微鏡的單目鏡升級為雙目鏡，由無自帶光源升級為數(shù)字化可調(diào)光源，當(dāng)然最大的不同在于數(shù)碼顯微鏡可以通過USB數(shù)據(jù)線與計算機(jī)或平板相連，在顯示器中輸出圖像，并且通過網(wǎng)絡(luò)將信號傳送至評分系統(tǒng)的計算機(jī)中。為迎接今年的生物學(xué)實驗操作考試，我校配置了與考點(diǎn)同型號的數(shù)碼顯微鏡，該款為“愛科學(xué)”牌AS100數(shù)碼顯微鏡普及型圖1），無液晶顯示屏，可USB接口外接計算機(jī)或平板，隨機(jī)附送了顯微觀察windows版本），可在計算機(jī)中通該軟件觀察顯微圖像。咨詢經(jīng)銷商后得知：普及型市場價6800元，而數(shù)碼液晶顯示屏款（見圖2），市場價15500元，考點(diǎn)實驗室的配置為“普及型數(shù)碼顯微鏡＋高清攝像頭＋平板”方案的整套設(shè)備及教學(xué)測評軟件系統(tǒng)，一個標(biāo)28張實驗桌）裝整套軟硬件系統(tǒng)需60多萬元。面對如此高昂的價格，筆者思考能否通過以極低的成本對數(shù)碼顯微鏡進(jìn)行“魔改”并“山寨”出一套生物學(xué)操作實驗測評系統(tǒng)呢？圖1圖2一、替顯微鏡插上智能手機(jī)筆者拿到這款數(shù)碼顯微鏡后，考慮到數(shù)碼顯微鏡輸出影像的工作原理可能與攝像頭的工作原理相似，在未安裝廠家提供的顯微觀察軟件情況下，將數(shù)碼顯微鏡通過USB數(shù)據(jù)線連接計算機(jī)，在聯(lián)網(wǎng)并啟用WindowsUpdate的情況下系統(tǒng)自動安裝了驅(qū)動，根據(jù)提示系統(tǒng)確實是將顯微鏡識別為攝像頭設(shè)備，在未啟用WindowsUpdate的情況下，也可以通過360驅(qū)動大師等驅(qū)動軟件檢測安裝驅(qū)動，同樣是被識別為攝像頭設(shè)備，而且通過攝像頭軟件也可以觀察圖像。如果實驗室采用“數(shù)碼顯微鏡＋計算機(jī)”或“數(shù)碼顯微鏡＋平板”方案，無疑會大幅增加升級成本。理論上如果能找到相應(yīng)的安卓版攝像頭通用驅(qū)動，數(shù)碼顯微鏡同樣可以通過USB數(shù)據(jù)線連接安卓手機(jī)使用，手機(jī)就可以替代計算機(jī)或平板作為顯示屏。科任教師在實驗課上指導(dǎo)學(xué)生時不需要每次仍要通過顯微鏡的目鏡來觀察圖像，提高課堂效率，而且在真實考試時，評分員通過網(wǎng)絡(luò)在計算機(jī)瀏覽器上看到的影像和平板是相同的，并以此為準(zhǔn)來進(jìn)行評分。筆者用小米6X和紅米K30兩部手機(jī)進(jìn)行測試，經(jīng)過摸索，發(fā)現(xiàn)一款名“USB攝像頭”的APP（見圖3），通USB-O轉(zhuǎn)接頭（見4），市場4元左右，將據(jù)線與數(shù)碼顯微鏡相連后，兩部手機(jī)均能夠正常顯示顯微圖像并可進(jìn)行縮放、修改分辨率等操作（見圖5），僅幾元錢的轉(zhuǎn)接頭加淘汰的老舊手機(jī)即可將其升級為數(shù)碼觸摸液晶顯微鏡。2圖3圖4圖5二、借助網(wǎng)絡(luò)查看影像在實驗教學(xué)中，科任教師往往要經(jīng)常對學(xué)生的操作進(jìn)行指導(dǎo)并查看其觀察的裝片圖像是否合格，通常一名生物學(xué)教師要帶6～7個班，而一個班有五十多名學(xué)生，一次實驗集訓(xùn)下來往往感到疲憊不堪。能否通過某些技術(shù)手段為教師減負(fù)，并且能提高課堂教學(xué)效率呢？以一個標(biāo)準(zhǔn)實驗室為例，四組7排，編號分A1～A7、B1～B7、C1～C7、D1～D7。將與數(shù)碼顯微鏡相連的手機(jī)IP地址設(shè)置為靜態(tài)并和路由器IP地址在同一網(wǎng)段，路由器的IP地址設(shè)置為，則按分組編號順序，將手機(jī)的IP地址依次設(shè)置為～9。以A1為例，打開“USB攝像頭”APP→點(diǎn)擊屏幕右下方紅色按鈕→點(diǎn)擊“IP攝像頭服務(wù)器”，可查看到該臺數(shù)碼顯微鏡的局域網(wǎng)IP地址，也可點(diǎn)擊“分享”A1的IP地址顯示http：//192.：808。在教師自用的安裝“IP攝像頭”這款A(yù)PP（見圖6），打開APP→點(diǎn)擊右下角“＋”按鈕→點(diǎn)”添加IP攝像頭”→依次在“標(biāo)題”中輸入A1（可隨意填寫）、“URL”中輸入http：//192.1：808、“用戶名”中輸入admi、“密碼”中輸入admi（用戶名和碼根據(jù)與數(shù)碼顯微鏡相連“USB攝像頭”APP中的設(shè)置填寫，可以不和密碼），返“IP攝像頭”APP主界面→點(diǎn)擊“A1”，即可查看顯微圖像（圖7）。依次將每小組的數(shù)碼顯微鏡IP地址等信息錄入到教師手機(jī)后，教師就無需再逐個到每張實驗桌旁查看顯微圖像了，在手機(jī)上點(diǎn)擊相應(yīng)的標(biāo)題即可查看，省時省力。當(dāng)然，在計算機(jī)瀏覽器中輸入與數(shù)碼顯微鏡相連的手機(jī)的IP地址也可以查看，以A1為例，在瀏覽器中輸入http：//192.168.：8081，然后輸入用戶名和密碼（可以不設(shè)用戶名即可查看顯微圖像（見圖8），并且通過投影儀在大屏幕上展示，方便進(jìn)行演示和實時指導(dǎo)。圖6圖7圖82三、搭建FTP服務(wù)器“山寨”測評在實際生物學(xué)實驗操作考試中，不但要考查最終的顯微圖像調(diào)節(jié)的是否清晰，而且會考查裝片的制作過程和顯微鏡使用的操作步驟是否規(guī)范，在一節(jié)課四十五分鐘的有限時間內(nèi)，在僅有一名科任教師的情況下期望對每一位學(xué)生的實驗操作都進(jìn)行悉心指導(dǎo)顯然并不現(xiàn)實，教師往往對此也感到力不從心。此外，還有部分學(xué)生不喜歡主動提問尋求幫助和指導(dǎo)，導(dǎo)致這部分學(xué)生的一些不規(guī)范操作可能到考前都未被發(fā)現(xiàn)和糾正，最終在考試中失分。于是筆者思考能否將學(xué)生的實驗操作過程進(jìn)行錄像并保存，然后通過回放錄像發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗操作中的問題，甚至可以進(jìn)行模擬考試進(jìn)行評分，并能在練習(xí)或模擬考試后有針對性地對學(xué)生實驗操作進(jìn)行點(diǎn)評，學(xué)生也能夠通過觀看回放發(fā)現(xiàn)自身不規(guī)范的操作和扣分點(diǎn)并及時地予以糾正。筆者的設(shè)計思路是FTP服務(wù)器自動接收像視頻文件。首先，在計算機(jī)中搭建FTP服務(wù)器，以Windows7（32bit或64bit）系統(tǒng)為例，查詢并記錄服務(wù)器網(wǎng)卡的IP地址或者將服務(wù)器網(wǎng)卡的IP地址也設(shè)置成靜態(tài)，如：00。筆者測試了三款常用的FTP服務(wù)器軟件，分別是：3CDaeMon、Server-U、FileZilla_Se，都可以正常運(yùn)行。其中3CDaeMon綠色版屬于傻瓜式的FTP服務(wù)器軟件，操作簡便，適合臨時搭FTP服務(wù)器使用，另外兩款軟件設(shè)置稍微復(fù)雜點(diǎn)薦3CDaeMon、FileZilla_Server這兩款軟件，因為這兩款軟件的日志詳細(xì)，方便后續(xù)根據(jù)IP地址查找對應(yīng)的視頻文件（見9）。圖9方案一：每張實驗桌加配一部智能手機(jī)，即“數(shù)碼顯微鏡＋兩部手機(jī)”方案。一部手機(jī)用于連接顯微鏡，以下簡稱手機(jī)A，另一部用于拍攝實驗操作過程，以下簡稱手機(jī)B。將手機(jī)A、B的IP地址設(shè)置為靜態(tài)并連號，如：、，方便后面對號查找視頻文件A上安裝“USB攝像頭”APP，手機(jī)B上安裝“IP攝像頭”APP。手機(jī)A中打開“USB攝像頭”APP，點(diǎn)擊“主界面右上方三個點(diǎn)號→設(shè)置→FTP設(shè)置”，在“服務(wù)器”中輸入ftp：//192.168.1.，“用戶名”中輸入admin，“密碼”中輸入11111（根據(jù)FTP服務(wù)器的設(shè)置填寫），點(diǎn)“驗證FTP服務(wù)器”，如果提示“FTP服務(wù)器正?！眲t代表連接正常，打開“上傳手動錄像”和“上傳后刪除原文件”按鈕，返回APP主界面，點(diǎn)擊右下方“錄像”按鈕即開始錄制，實驗結(jié)束時點(diǎn)擊“錄像”按鈕，手機(jī)將自動將視頻文件上傳FTP服務(wù)器，視頻文件自動按日期時間命名。同時在手機(jī)B中打開“IP攝像頭”APP，點(diǎn)擊“主界面右上角設(shè)置按鈕→FTP設(shè)置”，在“服務(wù)器”中輸入ftp：//00，“用戶名”中輸入admin，“密碼”中輸入11111（根據(jù)FTP服務(wù)器中的設(shè)置填寫），點(diǎn)擊“驗證FTP服務(wù)器”，如果提“FTP服務(wù)器正”則代表連接正常，“上傳到FTP服務(wù)器”按鈕，返回“設(shè)置”，打開“上傳后刪除原”按鈕。返回APP主界面，點(diǎn)擊“打開IP攝像頭服務(wù)器”，點(diǎn)擊右上方“運(yùn)動檢測”按鈕，在對話框中點(diǎn)擊“運(yùn)動檢測”后攝像頭檢測到運(yùn)動后即自動開始錄制，實驗結(jié)束時自動上傳視頻文件至FTP服務(wù)器。因為每次會同時上傳兩個視頻文件，教師QQ影音播放器的多開功能同時觀看，打開QQ影音，點(diǎn)擊主菜單“設(shè)置”→“播放器設(shè)置”或者直接按F5，然后勾選“允許同時運(yùn)行多個QQ影音”即可。方案二：每張實驗桌加配一個USB攝像頭，即“數(shù)碼顯微鏡＋手機(jī)＋USB攝像頭”方案。首先，通過分線器或USBHUB+USB-OTG轉(zhuǎn)接頭將數(shù)碼顯微鏡和USB攝像頭同時連接同一部手機(jī)。為保證連續(xù)供電，分線USBHUB最好為帶充電接口款Type-C接口、兩USB+P充電三合一款市場價三十元左10）。手機(jī)上安“USB雙攝像頭”APP（見圖11），設(shè)置方法和步驟同方案一中A。數(shù)碼顯微鏡和USB攝像頭拍攝的視頻文件將合二為一上傳至FTP服務(wù)器。當(dāng)然，如果點(diǎn)擊“USB雙攝像頭”APP主界面下方“IP攝像頭服務(wù)”后，科任教師也可以通過自用手“IP攝像頭”APP或計算機(jī)瀏覽器實時查看顯微圖像和操作過程12）。圖10圖11圖12方案一的優(yōu)點(diǎn)是無需增加升級成本，而且手機(jī)攝像頭的像素明顯高于市面上的普通USB攝像頭，