数码显微镜之“魔改” 论文.docx

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1、数码显微镜之“魔改”摘要：生物学作为一门以实验为基础的学科，显微镜是生物学实验中的常用仪 器，显微镜的使用也是历年中考生物学实验操作考试的必考内容。现在很多学校已 经配备了数码显微镜，但多为普及型，无液晶显示屏，本文旨在探讨通过以极低的 成本对数码显微镜进行升级并打造出一套生物学实验操作测评系统。关键词：数码显微镜，液晶显示，手机，USB-OTG, FTP服务器引言：在2021年安徽省滁州市八年级生物学实验操作考试中，市直两区和天长市率先 采用了全新考试模式，由原先的现场评分改为网络远程评分，考点的仪器设备进行 了全面升级，配置了数码显微镜，高清摄像头，平板等数码、网络硬件设备及软件 系统。考

2、试模式和实验仪器设备的改变必然带来实验教学方式、内容及评分方式的 改变，本市生物学实验操作考试中有两个试题是考查显微镜的使用，考试用显微镜 由原先的普通光学显微镜升级为数码显微镜，和普通光学显微镜相比，数码显微镜 由普通光学显微镜的单目镜升级为双目镜，由无自带光源升级为数字化可调光源， 当然最大的不同在于数码显微镜可以通过USB数据线与计算机或平板相连，在显示 器中输出图像，并且通过网络将信号传送至评分系统的计算机中。为迎接今年的生物学实验操作考试，我校配置了与考点同型号的数码显微镜， 该款为爱科学牌ASIoOO数码显微镜普及型（见图1）,无液晶显示屏，可通过USB 接口外接计算机或平板，随机

3、附送了显微观察软件（WindoWS版本），可在计算机 中通过该软件观察显微图像。咨询经销商后得知：普及型市场价6800元，而数码液 晶显示屏款（见图2）,市场价15500元，考点实验室的配置为普及型数码显微镜+高清摄像头+平板方案的整套设备及教学测评软件系统，一个标准实验室（28张 实验桌）装备整套软硬件系统需60多万元。面对如此高昂的价格，笔者思考能否通过以极低的成本对数码显微镜进行魔改 并山寨出一套生物学操作实验测评系统呢？一、替显微镜插上智能手机的翅膀笔者拿到这款数码显微镜后，考虑到数码显微镜输出影像的工作原理可能与摄 像头的工作原理相似，在未安装厂家提供的显微观察软件情况下，将数码显微

4、镜通 过USB数据线连接计算机，在联网并启用WindowsUpdate的情况下系统自动安装了 驱动，根据提示系统确实是将显微镜识另Ll为摄像头设备，在未启用WindowsUpdate 的情况下，也可以通过360驱动大师等驱动软件检测安装驱动，同样是被识别为摄 像头设备，而且通过摄像头软件也可以观察图像。如果实验室采用数码显微镜+计 算机或数码显微镜+平板方案，无疑会大幅增加升级成本。理论上如果能找到相 应的安卓版摄像头通用驱动，数码显微镜同样可以通过USB数据线连接安卓手机使 用，手机就可以替代计算机或平板作为显示屏。科任教师在实验课上指导学生时不 需要每次仍要通过显微镜的目镜来观察图像，提高

5、课堂效率，而且在真实考试时，评分员通过网络在计算机浏览器上看到的影像和平板是相同的，并以此为准来进行 评分。笔者用小米6X和红米K30两部手机进行测试，经过摸索，发现一款名为USB 摄像头的APP （见图3）,通过USB-OTG转接头（见图4）,市场价4元左右，将 数据线与数码显微镜相连后，两部手机均能够正常显示显微图像并可进行缩放、修 改分辨率等操作（见图5）,仅几元钱的转接头加淘汰的老旧手机即可将其升级为数 码触摸液晶显微镜。图3图4图5二、借助网络查看影像更随心在实验教学中，科任教师往往要经常对学生的操作进行指导并查看其观察的装 片图像是否合格，通常一名生物学教师要带67个班，而一个班有

6、五十多名学生， 一次实验集训下来往往感到疲惫不堪。能否通过某些技术手段为教师减负，并且能 提高课堂教学效率呢？以一个标准实验室为例，四组7排，编号分别为：A1A7、B1B7 C1C7、 D1D70将与数码显微镜相连的手机的IP地址设置为静态并和路由器的IP地址在同一网 段，比如路由器的IP地址设置为192.168.1.1,则按分组编号顺序，将手机的IP地址 依次设置为192.168.1.2192.168.1.29o以Al为例，打开USB摄像头APP玲点击屏 幕右下方红色按钮-点击IP摄像头服务器，可查看到该台数码显微镜的局域网IP 地址，也可点击分享查看，Al的IP地址显示为：http： /1

7、92.168.1.2： 8081o在教 师自用的手机上安装IP摄像头这款APP （见图6）,打开APP,点击右下角黄色+ 按钮-点击”添加IP摄像头3依次在标题中输入Al （可随意填写）、URL中输 入http： /192.168.1.2： 8081、用户名中输入admin、密码中输入admin （用户名 和密码根据与数码显微镜相连的手机中USB摄像头APP中的设置填写，可以不设用 户名和密码），返回IP摄像头APP主界面3点击A1，即可查看显微图像（见图7）。依次将每小组的数码显微镜IP地址等信息录入到教师手机后，教师就无需再逐 个到每张实验桌旁查看显微图像了，在手机上点击相应的标题即可查看

8、，省时省力。 当然，在计算机浏览器中输入与数码显微镜相连的手机的IP地址也可以查看，以Al 为例，在浏览器中输入http： /192.168.1.2： 8081,然后输入用户名和密码（可以不 设用户名和密码）即可查看显微图像（见图8）,并且通过投影仪在大屏幕上展示， 方便进行演示和实时指导。图6图7图8三、搭建FTP服务器山寨测评系统在实际生物学实验操作考试中，不但要考查最终的显微图像调节的是否清晰， 而且会考查装片的制作过程和显微镜使用的操作步骤是否规范，在一节课四十五分 钟的有限时间内，在仅有一名科任教师的情况下期望对每一位学生的实验操作都进行悉心指导显然并不现实，教师往往对此也感到力不从

9、心。此外，还有部分学生不 喜欢主动提问寻求帮助和指导，导致这部分学生的一些不规范操作可能到考前都未 被发现和纠正，最终在考试中失分。于是笔者思考能否将学生的实验操作过程进行 录像并保存，然后通过回放录像发现学生实验操作中的问题，甚至可以进行模拟考 试进行评分，并能在练习或模拟考试后有针对性地对学生实验操作进行点评，学生 也能够通过观看回放发现自身不规范的操作和扣分点并及时地予以纠正。笔者的设 计思路是通过搭建FTP服务器自动接收录像视频文件。首先，在计算机中搭建FTP服务器，以Windows? (32bit或64bit)系统为例， 查询并记录服务器网卡的IP地址或者将服务器网卡的IP地址也设置

10、成静态，如： 192.168.1.100o笔者测试了三款常用的FTP服务器软件，分别是：3CDaeMon Server-U FileZilla_Server,都可以正常运行。其中3CDaeMon绿色版属于傻瓜式的 FTP服务器软件，操作简便，适合临时搭建FTP服务器使用，另外两款软件设置稍微 复杂点。个人推荐3CDaeMon FileZilla_Server这两款软件，因为这两款软件的日志 详细，方便后续根据IP地址查找对应的视频文件(见图9)。C IlwRilmiIAltmmw W :MM.宿人认.i.m.m.mn.1m 人IlftMn9lnltmnst-iiMIsisis!siisi: i

11、s:s:s;s;eo:s;s:s:ims;s:一 三二 l.“:三三”“三 jXJX.1ml55n” lx、U: W xssxW XE ?: ” n9ekt 比： E ykuw miMoS*W FW: Lmm i “二AiMO .a3 UXXUI:=三第四 工 5? w*BM CW M an ,：一. . m rnMn tamuM 99 4 mr*M E IH M*gX BLMLLIg，/，*m v rr$.4. tw mj 1K4 MBMmjAFR-t- vnrcMij,jwj w m.o. Me gmr”一m rw? RMb sm 1 . (w rMe m.“4x*e t4方案一：每张实验

12、桌加配一部智能手机，即数码显微镜+两部手机方案。一部手机用于连接显微镜，以下简称手机A,另一部用于拍摄实验操作过程，以 下简称手机Bo将手机A、B的IP地址设置为静态并连号，如：192.168.1.1、 192.168.1.2,方便后面对号查找视频文件。手机A上安装USB摄像头APP,手机B 上安装IP摄像头APP。手机A中打开USB摄像头APP,点击主界面右上方三个点 号按钮玲设置fFTP设置，在服务器中输入代p： 192.168.1.100, 用户名中输入 admin, 密码中输入Illll （根据FTP服务器的设置填写），点击验证FTP服务 器，如果提示FTP服务器正常则代表连接正常，打

13、开上传手动录像和上传后删 除原文件按钮，返回APP主界面，点击右下方录像按钮即开始录制，实验结束时 点击录像按钮，手机将自动将视频文件上传FTP服务器，视频文件自动按日期时间 命名。同时在手机B中打开IP摄像头APP,点击主界面右上角设置按钮-FTP设 置，在服务器中输入ftp: 192.168.L100, 用户名中输入admin, 密码中输入 mil （根据FTP服务器中的设置填写），点击验证FTP服务器，如果提示FTP服 务器正常则代表连接正常，打开上传到FTP服务器按钮，返回设置，打开上传 后删除原文件按钮。返回APP主界面，点击下方打开IP摄像头服务器，点击右上 方运动检测按钮，在对话

14、框中点击运动检测后摄像头检测到运动后即自动开始录 制，实验结束时自动上传视频文件至FTP服务器。因为每次会同时上传两个视频文件，教师在观看视频回放时，可以通过QQ影音 播放器的多开功能同时观看，打开QQ影音，点击主菜单设置3播放器设置或者 直接按F5,然后勾选允许同时运行多个QQ影音即可。方案二：每张实验桌加配一个USB摄像头，即数码显微镜+手机+ USB摄像头 方案。首先，通过分线器或USBHUB+USB-OTG转接头将数码显微镜和USB摄像头同时 连接同一部手机。为保证连续供电，分线器和USBHUB最好为带充电接口款，Type-C 接口、两个USB+PD充电三合一款市场价三十元左右（见图1

15、0） o手机上安装USB 双摄像头APP （见图11）,设置方法和步骤同方案一中手机Ao数码显微镜和USB摄像头拍摄的视频文件将合二为一上传至FTP服务器。当然，如果点击USB双摄像 头APP主界面下方的IP摄像头服务器后，科任教师也可以通过自用手机上的IP摄 像头APP或计算机浏览器实时查看显微图像和操作过程，设置方法同前文所述（见 图 12） o来自Ml 6X的实时视频图10图11图12方案一的优点是无需增加升级成本，而且手机摄像头的像素明显高于市面上的 普通USB摄像头，图像更清晰。但是视频文件为两个，查看视频需同时打开两个QQ 影音播放器窗口，略显麻烦。方案二的优点是只需一部手机，两路同步录像且生成 单一文件，查看视频更方便。但是因为需另购置USB摄像头和分线器，USB摄像头 市场价在60IOo元左右，升级成本略有增加。通过以上方式，笔者希望