textarchive.ru

Главная > Автореферат диссертации


Микроскоп цифровой

Цифровой микроскоп — разновидность традиционного опти­ческого микроскопа, который использует оптику и CCD-камеру2 для вывода цифрового изображения на монитор ПК, иногда с помо­щью программного обеспечения, установленного на компьютере. Программная поддержка позволяет не только рассматривать объ­екты на экране компьютера, но и делать фото- и видеосъемку из­учаемых объектов.

Цифровой микроскоп отличается от оптического микроско­па тем, что в нем отсутствует обычный для светового микроско­па окуляр. Поскольку оптическое изображение проецируется не­посредственно на CCD камеру, вся система рассчитана на изобра­жение на мониторе и оптика для человеческого глаза отсутствует. Кроме этого, есть отличие и в определении увеличения. В оптиче­ском микроскопе увеличение определяется умножением увеличе­ния объектива на увеличение окуляра. Так как цифровой микро­скоп не имеет окуляра, увеличение не может быть определено с помощью этого метода. Вместо этого увеличение для цифрового микроскопа определяется тем, во сколько раз исследуемый объ­ект будет увеличен на мониторе. Поэтому увеличение будет зави­сеть от размера монитора. Усредненная система цифрового ми­кроскопа на 15мониторе приведет в увеличении средней разни­

1 Подробнее о документ-камере см.: Документ-камера. Цифровой микроскоп. Инструктивно-методические материалы для педагога. — М.: Просвещение-регион, 2011.

2 CCD-м трица ( сокр. от англ. CCD, « Charge-Coupled Device ») или ПЗС-м трица ( сокр. от « прибор с зарядовой связью ») — специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию ПЗС — приборов с зарядовой связью.38

цы между оптическим и цифровым микроскопом около 60 %. Та­ким образом, увеличение оптического микроскопа, как правило, на 60 % больше, чем цифрового микроскопа.

Цифровой микроскоп — очень широкий термин, который вклю­чает в себя разные модели : цифровые приставки к световому ми­кроскопу, USB-микроскопы, Digital-микроскопы, Digital-микроскопы « все-в-одном ».

Цифровая приставка к световому микроскопу. Помещается на место окуляра обычного светового микроскопа. В этом случае микроскоп сочетает в себе световой микроскоп и цветную цифро­вую камеру, оптическая ось которой совпадает с оптической осью микроскопа. Так как цифровой микроскоп имеет изображение, проецируемое непосредственно цифровой камерой, с его помо­щью можно получить записанное изображение более высокого качества, чем с помощью оптического микроскопа.

USB-микроскоп. Это простой цифровой микроскоп, который подключается к компьютеру, как правило, через порт USB. В сущ­ности USB микроскоп — это веб-камера с небольшими линзами и датчиками, не имеющая нижней подсветки и полагающаяся толь­ко на падающий свет. USB микроскоп может быть использован для просмотра предметов, которые находятся не очень близко к объ­ективу. Он механически организован так, чтобы установить фокус на очень близком расстоянии.

Большинство недорогих микроскопов, которые соединяются через USB, не стоят или просто закрепляются на штативе, поэтому для контроля изображения необходима хорошая поддержка. Не­смотря на удобство, увеличительные способности этих устройств часто преувеличены ; обычно предлагают 200 кратное увеличе­ние, но это требование основано обычно на 25x-30х для факти­ческого увеличения, которое затем далее дополняется расшире­нием изображения на экране.

USB-микроскопы наиболее полезны при рассмотрении пло­ских объектов (таких как монеты, печатные платы) или докумен­тов (таких как банкноты). Их применение, как правило, аналогич­но применению стерео микроскопов. USB-микроскопы обладают 39

большим преимуществом перед последними тем, что они зани­мают гораздо меньше места, чем обычный стерео-микроскоп, по­этому могут быть использованы в пространстве рядом с портатив­ным компьютером.

Digital-микроскоп. Устройство, которое подключается к ком­пьютеру и требует установки специального программного обеспе­чения для работы. Как правило, имеет нижнюю подсветку, позволя­ющую рассматривать прозрачные объекты ( микропрепараты ). Кро­ме этого, в зависимости от модели, позволяет получить изображе­ния высокого качества. С типичной 2 мегапиксельной CCD-камерой генерируется изображение 1600 1200 пикселей. Разрешение изо­бражения зависит от поля зрения объектива, используемого с ка­мерой. Приближенное пиксельное разрешение может быть опре­делено путем деления горизонтального поля зрения ( FOV ) на 1600.

Большинство высокотехнологичных цифровых микроскопов по­зволяют измерять объекты в 2D. Измерения проводятся на экране путем измерения расстояния от пикселя к пикселю. Это позволя­ет проводить измерения длины, ширины, диагонали и радиуса, а также многое другое. Некоторые системы способны даже прово­дить подсчет частиц.

Основные операции, которые может выполнять цифровой ми­кроскоп, включают в себя просмотр изображения с микроскопа и запись « снимков ». Более продвинутые функции, возможно даже с более простыми устройствами, включают в себя запись движу­щихся изображений, замедленную киносъемку, измерение, повы­шение качества изображения, аннотации и др. Многие из простых моделей, которые подключаются к компьютеру, используют стан­дартные возможности операционной системы и не требуют уста­новки специальных драйверов. Следствием является то, что мно­го различных программных пакетов микроскопа может быть ис­пользовано наравне с различными микроскопами, хотя такое про­граммное обеспечение не может поддерживать уникальные воз­можности для более продвинутых устройств. Основные операции возможны с программным обеспечением, которое входит в состав операционной системы компьютера в Windows XP. Изображение с микроскопов, которые не требуют специальных драйверов мо­40

жет быть просмотрено и записано с вкладки « Сканеры и камеры » на панели управления.

Более продвинутые образцы цифровых микроскопов имеют шта­тивы, которые держат микроскоп и позволяют ему двигаться вверх и вниз, как и в стандартных оптических микроскопах. Заданные дви­жения могут быть недоступны во всех трех измерениях. Разреше­ние, качество изображения и динамический диапазон зависят от цены. Системы с меньшим количеством мегапикселей имеют бо­лее высокую частоту кадров (30 кадров в секунду ) и более быструю обработку изображения. Более быструю обработку можно увидеть при использовании такой функции, как HDR ( High DynamicRange ).

Digital-микроскоп « всё-в-одном ». В дополнение к микроско­пам общего назначения производятся специализированные при­боры для конкретных применений. Эти устройства могут иметь ди­апазон увеличения до 0-7000x, обычно « всё-в-одном » ( не требу­ется компьютер ) и могут быть портативными. Они также отлича­ются от микроскопов USB не только качеством изображения, но и качеством производства, гарантирующим этим типам систем дли­тельный срок службы.

Педагогические преимущества использования цифрового ми­кроскопа

При использовании обычных световых микроскопов на лабора­торных работах у учителя возникает трудность в контроле за пра­вильностью настройки микроскопов у всех учащихся. Как правило, из-за нехватки времени, оказать помощь каждому обучающемся очень сложно. Цифровой микроскоп позволяет решить и эту труд­ность : изображение выводится на экран, и у учащихся появляет­ся возможность сравнить увиденное на своем микроскопе с изо­бражением на экране; в результате реальную помощь приходит­ся оказывать только некоторым учащимся.

С использованием цифрового микроскопа проведение прак­тических и лабораторных работ переходит на качественно новый уровень. Цифровой микроскоп дает возможность :

изучать исследуемый объект не одному ученику, а группе уча­щихся одновременно, так как информация выводится на мо­нитор компьютера ;41

использовать изображения объектов в качестве демонстраци­онных таблиц для объяснения темы или при опросе учащихся ;

изучать объект в динамике ;

создавать презентационные фото и видеоматериалы по изуча­емой теме ;

использовать изображения объектов на бумажных носителях.

При этом реализуются основные дидактические принципы об­учения, а особенно — принцип наглядности и принцип научности.

Использование цифрового микроскопа повышает уровень мо­тивации обучающихся к изучению учебного материала, систе­матизации и углублению знаний, уровень развития их способ­ностей к приобретению и усвоению знаний, приобретению и за­креплению навыков самостоятельной исследовательской рабо­ты учащихся.

Таким образом, в СССО цифровой микроскоп коммутируется с компьютером, предназначен для организации учебной, учебно- исследовательской и проектной деятельности, просмотра и за­писи увеличенного изображения микрообъектов, в том числе на экране монитора и ( или ) с визуализацией на масштабном экра­не. Он обеспечивает решение образовательных задач участника­ми образовательного процесса с применением информационно- коммуникационных технологий ( ИКТ ):

использование в образовательном процессе современных об­разовательных технологий деятельностного типа ;

проведение, фиксация и сохранение результатов наблюдений, экспериментов ;

обеспечение условий эффективной самостоятельной работы обучающихся.

Цифровой микроскоп должен быть укомплектован традицион­ными средствами обучения ( микропрепараты, природные матери­алы и пр.), обеспечивающими корректную постановку наблюдений, опытов, экспериментов. Совместимость микроскопа цифрового с традиционными средствами обучения отражена в инструктивно- методических материалах, входящих в состав комплекта.3

3 Подробнее о цифровом микроскопе см. Документ-камера. Цифровой микроскоп. Инструктивно-методические материалы для учителя. — М.: Просвещение-регион, 2011.42

Модульная система экспериментов

Модульная система экспериментов PROLog является программно-аппаратным комплексом, обеспечивающим сбор и обработку данных эксперимента в области различных дисциплин естественнонаучного цикла в начальной, основной и средней шко­лы, а также первичных дисциплин учреждений начального, сред­него и высшего профессионального образования.

Система PROLogоснована на автономных цифровых измери­тельных модулях ( ЦИМ ), каждый из которых может быть рассмо­трен как самостоятельный регистратор данных, позволяющий за­писывать и хранить значения измеряемых величин независимо друг от друга. В состав системы могут входить устройства считы­вания информации :

персональный компьютер ;

модуль отображения информации графический (МОИ-Г);

модуль отображения информации числовой (МОИ-Ч).

У каждого ЦИМ есть микропроцессор, который измеряет и запи­сывает измеренные значения ( например, температуру, силу тока, напряжение ) в собственную память, независимо от других моду­лей и устройства считывания информации. Для работы системы в комплекте с ПК применяется программное обеспечение PROLog.

Цифровые измерительные модули системы PROLogимеют два USB-разъема, которые одновременно являются и входом и выходом. При подключении можно использовать любой из них. Эти разъемы позволяют соединять ЦИМ между собой последо­вательно ( по цепочке ) и подключать к ПК, МОИ-Г или МОИ-Ч в любой комбинации, в произвольном порядке и в произвольном количестве. Подключение ЦИМ к ПК, МОИ-Г или МОИ-Ч можно произвести с помощью USB-кабелей или радиомодулей — моду­лей беспроводной связи. Дальность связи между радиомодулями на открытом пространстве составляет до 30 метров.

Цифровые модули системы PROLogмогут работать в двух режимах :

Эксперимент в прямом режиме ( эксперимент при подклю­ченных модулях, on-line-эксперимент ), т.е. при подключении к ПК или МОИ-Г ;43

Эксперимент в автономном режиме ( автономный экспери­мент, off-line-эксперимент ).

В режиме « Эксперимент в прямом режиме » ПК или МОИ-Г управляют процессом проводимого эксперимента — когда, как и что измерять, с какой частотой, продолжительностью и т.д. В дан­ном режиме информация поступает на ПК или МОИ-Г для ее ото­бражения в режиме реального времени.

В режиме « Эксперимент в автономном режиме » ЦИМ с помо­щью ПК или МОИ-Г предварительно программируются в соответ­ствии с задачами эксперимента. Измерения начинаются нажатием кнопки « Пуск », которая находится на каждом модуле, или щелчком курсора компьютерной мыши по кнопке « Измерить » в дополни­тельной панели инструментов программы. При этом все подклю­ченные ЦИМ запускаются одновременно. Результаты измерений сохраняются во внутренней памяти каждого ЦИМ для последую­щего чтения и отображения через ПК или МОИ-Г.

У каждого ЦИМ есть индивидуальный идентификационный ( опо­знавательный ) номер ( ID ), который можно изменять с помощью про­граммного обеспечения ( ПО ) системы PROLog. Система опознает каждый ЦИМ, который подключен в цепь. Кроме того, система по­зволяет просматривать свойства самих модулей и настраивать их. Благодаря данной системе идентификации, к одной цепочке ЦИМ может быть подключено несколько модулей одного типа ( до девя­ти ) с разными ID. При этом если с помощью программы настроить ЦИМ на измерение различных параметров окружающей среды ( на­пример, при одновременном измерении температуры воздуха на улице, в помещении и в сосуде с кипящей водой ), то в результате можно получить более полную картину проводимого эксперимента.

Модули отображения информации : графический и чис­ловой. Эти модули применяются для проведения экспериментов без использования ПК. Они наиболее полезны в случаях, когда нет доступа к компьютеру одновременно всем студентам в группе и для работы на открытом пространстве. МОИ-Г показывает изме­рения модулей в графическом виде, а МОИ-Ч показывает изме­рения модулей только в числовом виде. МОИ-Г также применя­44

ется для программирования настроек параметров модулей в рам­ках эксперимента. МОИ-Г или МОИ-Ч позволяют проводить кон­троль подключения модулей в соответствии с программой экспе­римента, а также показывать данные, измеряемые ЦИМ. МОИ-Г имеет цветной сенсорный LCD-экран. МОИ-Ч имеет не цветной, а жидкокристаллический экран.

Модуль сопряжения. Модуль сопряжения ������������������USB���������������позволяет под­ключать измерительный модуль к ПК при проведении экспери­мента в прямом режиме, а также при настройке ЦИМ и при за­грузке данных с ЦИМ после проведения эксперимента в автоном­ном режиме.

Модуль питания. Позволяет проводить эксперимент в авто­номном режиме в полевых условиях, работает от батареек.

Модуль беспроводной связи. Позволяет передавать изме­ренные данные непосредственно с ЦИМ по беспроводному кана­лу связи на модуль отображения информации (числовой или гра­фический ) или на компьютер.

Новизна и эксклюзивность PROLog

В отличие от других датчиковых систем, модульная система экс­периментов ���������������������������������������������PROLog���������������������������������������обладает следующими эксклюзивными пре­имуществами :

применены принципиально новые технические решения в кон­струкции измерительных модулей, являющихся одновременно и сенсорным датчиком, и цифровым преобразователем сигнала ;

каждый измерительный модуль может работать в трех режи­мах : автономно, с графическим и / или числовым модулем ото­бражения информации, с ПК ;

все ЦИМ предварительно откалиброваны ( нет необходимости их повторной калибровки );

наличие числового модуля отображения информации, который может отображать результаты измерений всех подключенных ЦИМ ( по очереди );

наличие графического модуля отображения информации, кото­рый может отображать результаты измерений всех подключенных ЦИМ и программировать ЦИМ для самостоятельной работы ;45

ЦИМ способны работать в автономном режиме ( без подклю­чения к ПК при наличии батареи );

результаты нескольких экспериментов ( до 5 ) после их прове­дения и отключения от цепи питания сохраняются в памяти мо­дуля длительное время ( до 30 дней );

измеренные данные, непосредственно с ЦИМ, могут переда­ваться по беспроводному каналу связи на модуль отображения ( цифрой или графический ) или на компьютер ;

система позволяет организовать одновременную работу груп­пы учащихся ( до 9 чел.) на базе одного ПК, что особенно акту­ально в школах, ограниченных количеством компьютеров ;

к одному входу USB можно подключить одновременно до 50 ЦИМ, при этом каждый ЦИМ может быть настроен на свой экс­перимент, со своими свойствами ( режим и частота измерения, продолжительность эксперимента ).

Все это обеспечивает повышенные технические возможности для проведения учебных экспериментов и реализации учебных проектов. Таким образом, в СССО модульная система экспери­ментов коммутируется с компьютером или комплектуется моду­лем, обеспечивающим полноценное функционирование систе­мы в бескомпьютерном режиме.

Она предназначена для организации учебной, учебно- исследовательской и проектной деятельности, формирования у обучающихся навыков цифрового измерения результатов про­веденных натурных экспериментов. Обеспечивает решение об­разовательных задач участниками учебного процесса с приме­нением информационно-коммуникационных технологий ( ИКТ ):

использование в учебном процессе современных образова­тельных технологий деятельностного типа ;

проведение экспериментов с использованием учебного лабо­раторного оборудования на базе цифрового ( электронного ) из­мерений ;

обеспечение условий эффективной самостоятельной работы обучающихся;

внедрение современных педагогических технологий ;46

формирование индивидуальных образовательных траекторий обучающихся.

Для эффективной работы модульная система экспериментов должна быть укомплектована традиционным лабораторным обо­рудованием, приборами и инструментами, обеспечивающими корректную постановку экспериментов. Совместимость модуль­ной системы экспериментов с традиционными средствами обу­чения отражена в инструктивно-методических материалах, вхо­дящих в состав комплекта.4

Система контроля и мониторинга качества знаний

Система контроля и мониторинга качества знаний PROClass — это инструмент для проведения текущего, урочного и итогового контроля знаний и мониторинга образовательных дости­жений обучающихся. Представлен программно-аппаратным ком­плексом, включающим в себя программное обеспечение, устанав­ливаемое на персональный компьютер, и комплектом оборудова­ния, состоящим из приемника сигналов и беспроводных пультов для ответа на вопросы педагога.

PROClass���������������������������������������������������может быть успешно использован в начальной, основ­ной и старшей общеобразовательной школе, в учреждениях на­чального, среднего и высшего профессионального образования. В аудитории, где проводятся занятия, необходимо наличие одно­го компьютера ( для учителя ) и проектора. К компьютеру подклю­чается приемник сигналов, мультимедийный проектор и устанав­ливается программное обеспечение. Учащимся раздаются беспро­водные пульты для ответа на вопросы педагога. В ходе занятия пе­дагог задает вопросы, которые отображаются на экране при помо­щи мультимедийного проектора, и учащиеся отвечают на них про­стым нажатием на кнопки пульта. Результаты опроса сохраняются и отображаются в режиме реального времени.

4 Подробнее о модульной системе экспериментов см.: Модульная система эксперимен­тов PROLog. Инструктивно-методические материалы для педагога. — М.: Просвещение- регион, 2011.

Педагогические преимущества PROClass

Система контроля и мониторинга качества знаний позволяет анализировать уровень восприятия и понимания изучаемого ма­териала обучающимися при индивидуальной и групповой рабо­те, проводить промежуточные и итоговые контрольные работы. После каждого блока изложенного учебного материала обучаю­щихся, отвечая на вопросы при помощи пультов, могут продемон­стрировать свои знания и умения. По окончании занятия можно экспортировать результаты опроса в любое приложение для рабо­ты с таблицами (например, в Excel), провести анализ результатов. Программное обеспечение, поставляемое с системой контроля и мониторинга качества знаний, содержит наборы готовых тестов, позволяет педагогу создавать собственные тесты.

Программное обеспечение PROClass «Система контроля и мо­ниторинга качества знаний» – современное средство оценки зна­ний обучающихся. Система позволяет быстро и эффективно про­вести текущий, урочный и итоговый контроль знаний, не нарушая целостности образовательного процесса. Программное обеспе­чение позволяет в удобной форме осуществлять контроль присут­ствия обучающихся. База данных сохраняется в памяти компью­тера, наполняет портфолио учебных достижений ученика, позво­ляет проводить мониторинг качества знаний обучающегося в те­чение всего периода обучения.48



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Современные образовательные технологии в модульно-

    Сборник статей
    ... образовательных учреждений медицинского профиля к максимальной эффективности образовательного процесса через реализацию современныхобразовательныхтехнологий ... уверенное владение педагогом современнымиобразовательнымитехнологиями, грамотное и ...
  2. Современные образовательные технологии в модульно-

    Сборник статей
    ... образовательных учреждений медицинского профиля к максимальной эффективности образовательного процесса через реализацию современныхобразовательныхтехнологий ... уверенное владение педагогом современнымиобразовательнымитехнологиями, грамотное и ...
  3. Современные образовательные технологии

    Документ
    ... друг друга. Представим концептуальное осмысление современныхобразовательныхтехнологий. Современныеобразовательныетехнологии Направлены на <цель> Повышение качества ...
  4. Современные образовательные технологии как средство формирования ключевых компетенций учащихся развитие критического мышления учащихся на уроках экологии в 6 классе раздел iii тепло в жизни растений урок №8 – приспособление растений к высоким

    Урок
    ... урок экологии в 6 классе на тему: Современныеобразовательныетехнологии как средство формирования ключевых компетенций ... учебной информации средствами критического мышления 2).Образовательная - Организовать изучение и обеспечить понимание учащимися ...
  5. Современные педагогические технологии

    Документ
    ... « ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ » КЛАССИФИКАЦИЯ « ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ»СОВРЕМЕННЫЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕТЕХНОЛОГИИ А) РАЗНОУРОВНЕВОЕ ОБУЧЕНИЕ 7 Б) МЕТОД ПРОЕКТОВ 1. ЦЕЛИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА Современные условия ...

Другие похожие документы..