CN101707012A - 显微实验互动教学*** - Google Patents

Abstract

一种显微实验互动教学***，它包括教师端设备和多套学生端设备、以及用于控制信息在教师端设备、多个学生端设备之间传输的控制设备，教师端设备包括教师端显微镜，学生端设备包括学生端显微镜。信息可以在教师端设备与学生端设备、以及多个学生端设备之间传输，学生不只能看到教师端显微镜的视频信息，还能够看到其他同学的学生端显微镜的视频信息。本发明具有结构简单、***构建成本低、和能够提供较好的课堂互动性的优点。

Description

显微实验互动教学***

技术领域

本发明涉及一种互动教学***，尤其是一种显微实验互动教学***。

背景技术

传统的使用显微镜的实验课缺乏同学之间以及师生之间的交流互动，具体的，每位学生或多为学生操作一***立的显微镜，孤立的进行观察与实验，彼此之间缺少交流；而教师既要进行实验课教学，又要对进行试验的学生进行个别指导或检查学生的实验结果，工作量繁重，并且，效率很低，课堂沟通也具有一定的局限性。

为解决上述缺点，工程人员研发了一种显微数码互动***。该***推行一种全新的教学理念，将传统的由教师个别地、手把手地教学生用显微镜进行观察或实验，变成师生互动的图像共享的、具有较高效率的教学体系。在这个思路的指引下，随后出现了标准版数码显微互动***和网络版数码显微互动***，二者的区别在于，标准版数码显微互动采用监控模式实现，学生端无需电脑，而网络版数码显微互动采用计算机网络技术实现，在学生端配备有电脑，二者而缺点在于：

如果在学生端配置电脑，则存在相应的***操作、维护、管理等方面的问题，例如，如果某个学生位置上的电脑损坏，该位置上的所有设备将处于孤立状态；另外，***通信基于TCP/IP网络传输协议，对于以视频形式传输的动态实验过程，其图像质量大打折扣，同时，网络的阻塞的发生以及***的稳定性也是该***不可回避的问题；再者，该***的构建成本很高，而电脑的利用率并不高，造成了一定程度上的资源浪费。

如果不在学生端配置电脑，则减低了显微视频的互动程度，学生如要查看他人的实验视频，只能通过投影仪；另外，其共享程度较低，尤其在教学资源有限的情况下，一台显微镜往往是几个学生一起使用，当一个人进行实验操作时，其他学生无法实时地共享观看操作者的实验过程；再者，由于对学生端显微视频的查看只能通过投影仪进行，如要清楚地查看指定学生的显微视频则还要对其视频进行单独地放大显示。

发明内容

本发明为解决现有技术所存在的缺乏教师与学生、学生与学生之间的互动、***构建成本较高、电脑利用率较低等的技术问题，提出了一种能够提供良好的课堂互动性、***构建成本较低的显微实验互动教学***。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种显微实验互动教学***，它包括教师端设备和多套学生端设备、以及用于控制信息在教师端设备、多个学生端设备之间传输的控制设备，教师端设备包括教师端显微镜，学生端设备包括学生端显微镜。信息可以在教师端设备与学生端设备、以及多个学生端设备之间传输，学生不只能看到教师端显微镜的视频信息，还能够看到其他同学的学生端显微镜的视频信息。

本发明的技术方案还可以进一步完善，作为优选，

作为优选，教师端设备还包括一个教师主控机和与教师主控机连接的多个***设备，教师主控机与教师端显微镜连接，教师端显微镜输出视频信息至教师主控机。

作为优选，教师主控机还接收来自学生端显微镜的视频信息。

作为优选，它还包括一个视频编码器，学生端显微镜输出的视频信息经视频编码器编码后输入教师主控机。在输入教师端主控机前，对学生端显微镜输出的视频信息进行编码，便于教师端主控机对输入的多路学生端视频信息的管理和区分。

作为优选，控制设备包括一个视频控制主机，接收学生端显微镜输出的视频信息以及教师主控机输出的视频信息，并将教师主控机或学生端显微镜的视频信息输出至学生端设备。视频控制主机接收的信息有教师端和各个学生端的视频信息，并将上述视频信息输出至学生端设备，这就实现了视频信息在课堂上的自由共享，更利于学生之间、学生与教师之间的相互交流，有助与提高教学质量，同时，也锻炼了学生自主学习的能力。

作为优选，教师主控机与视频控制主句之间通过RS232总线进行双向通信，教师主控机输出控制信号至视频控制主机。视频主控机受控于教师主控机输出的控制信号，这样，方便教师对全班视频信息的管理，学生的每一个控制命令均需要得到教师主控机的确认或授权允许，才能够在视频主控机上继续执行。

作为优选，学生端设备还包括一个学生控制终端和一个受控于学生控制终端的视频转换器。学生控制终端是学生端的通信控制中心，用于接收控制信号和发出控制信号。

作为优选，视频转换器的信号输入端接收来自视频控制主机的视频信号，并将转换后的视频信号输出至显示器进行显示。如果视频转换器接收的经由视频控制主机的视频信号为其他学生端显微镜的视频信号，为了使其能够在显示器上显示，需要将其转换成VGA格式。

作为优选，控制设备包括一个通信控制主机，分别与学生控制终端和教师控制终端通过RS232总线进行双向通信。通信控制主机在学生控制终端、教师控制终端之间进行信息流通信，例如，控制信息、语音信息、鼠标信息，本发明将信息流通信与视频流通信分别通过通信控制主机和视频控制主机两个进行控制，避免了由于采用同一通信协议而导致的设备成本提高的问题。

作为优选，学生端设备还包括与学生控制终端连接的鼠标，教师主控机通过通信控制主机向学生控制终端发送用于开启和关闭鼠标的控制信号，处于开启状态的鼠标通过通信控制主机与教师主控机通信。这是一项进一步提高课堂互动性的设置，比如在教师提问需要学生作答的情景下，学生在座位上即可通过鼠标操作教师主控机，向其他同学和教师进行示范和讲解。

由于上述技术方案的采用，本发明有益效果是具有结构简单、***构建成本低、和能够提供较好的课堂互动性的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

其中：1、教师端设备；11、教师主控机；12、***设备；13、教师端显微镜；2、学生端设备；21、学生控制终端；22、视频转换器；23、显示器；24、鼠标、25、学生端显微镜；3、视频控制主机；4、视频编码器；5、通信控制主机。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

如图1所示，本发明包括教师端设备1、多个学生端设备2、视频编码器4、用于控制信息在教师端设备1、多个学生端设备2之间传输的控制设备，控制设备包括视频控制主机3、通信控制主机5，其中：

教师端设备1包括教师主控机11、与教师主控机11连接的多个***设备12、与教师主控机11通过USB接口连接的教师端显微镜13、语音输出及输入设备，教师主控机11是一台PC机，教师端显微镜13输出视频信息至教师主控机11，并通过PC机的显示器显示教师端显微镜13的实验视频，教师可以根据自己教学的需要连接***设备，如投影仪、视频展示台、打印机等。

学生端设备2包括学生控制终端21、一个受控于学生控制终端21的视频转换器22、连接在视频转换器22的输出端的显示器23、学生显微镜25、通过USB接口接入学生控制终端22的鼠标24、以及与学生控制终端21连接的音频播放设备、音频输入设备、和控制信号输入设备。

视频编码器4是连接在学生端显微镜25至教师主控机11的输出信道上的多路视频编码器，用于对多路学生端显微镜25输出的视频信息进行编码，视频控制主机3通过视频编码器4实现对学生显微镜25的实时监控。

视频控制主机3是一台AV/VGA视频控制器，包括AV控制器和VGA控制器，所有学生端显微镜25的AV信号都统一输入到视频控制主机3的AV控制器，教师控制主机11的VGA信号输入到视频控制主机3的VGA控制器，这里，AV控制是一个一路输入多路输出的视频分配器。此外，教师主控机11的视频被视频控制主机3分流到各个学生端的视频转换器22，学生端设备2与学生端设备2之间的显微镜视频也可以通过视频控制主机3互相传输。视频控制主机3通过RS232总线与教师主控机11进行双向通信，教师主控机11输出控制信号至视频控制主机3，主要用于选择AV信号的输出通道来源、进行VGA信号源的开启和关闭、视频控制主机3的初始化和复位等。

通信控制主机5是一个通信控制设备，通过RS232总线分别与学生控制终端21和教师控制终端11进行双向通信。通信控制主机5接收来自学生控制终端21的控制信息、通过教师控制主机11与视频控制主机3通信、发送控制信息和显示信息给学生控制终端21。通信控制主机5内设有电源模块，用来给学生控制终端21和鼠标24供电，解决长距离传输时，鼠标供电不足的问题。

在上述学生端设备2中，学生控制终端21是一个连接有显示器23和控制按键(控制信号输入设备)的智能通信控制终端，控制按键包括视频点播控制按键、语音控制按键、拍照按键、考试按键等，具体的，包括“本地”、“教师”、“-”(上一通道)、“+”(下一通道)、以及“10+”、“20+”、“30+”、“40+”等整数值按键，***对每组学生端设备2进行编号。学生控制终端21用来发送按键信息给通信控制主机5、接收通信控制主机5的信息，并把信息转发给视频转换器以决定选择视频控制主机3输出的何种来源，即AV视频信号源还是VGA信号源。

此外，在上述学生端设备2中，视频转换器22是一个AV/VGA视频转换器选择器，负责接收来自视频控制主机3的AV和VGA两种信号源和完成AV到VGA信号的转换，输出VGA信号至显示器23进行显示；音频播放设备是指音响和耳麦二者中至少一种，音频输入设备是指用于输入学生的语音信号的话筒，以方便教师与学生课上交流。

再者，在上述学生端设备2中，鼠标24为光电鼠标，教师主控机11通过通信控制主机5向学生控制终端21发送用于开启和关闭鼠标24的控制信号，处于开启状态的鼠标24通过通信控制主机5与教师主控机11通信。

如图1所示的整个***在教师主控机11的控制下运行，教师可实时地监视学生端显微镜25的视频，并可通过视频控制主机3广播指定的显微视频(教师端显微镜13的视频或学生端显微镜25的视频)或通过通信控制主机5广播课件等教学内容到所有学生或指定学生，同时，学生间、学生与教师间还可以在教师主控机11开启点播授权的情况下，实现交叉视频点播；教师和学生之间通过语音设备实现互动，保证了即便是在很大的空间内授课，教师与学生间也能够进行无障碍的沟通，此外，学生还可以在教师主控机11开启相应线路的鼠标通信的情况下，通过设置在学生端的鼠标24操作教师主控机11，辅助进行师范教学讲解，实现与教师的双向互动。

下面结合附图，对本发明所实现的功能做进一步说明。

教师根据不同的教学要求选择不同的视频点播模式，包括：

本地模式，在该模式下，学生端的显示器23上显示与该显示器23共同连接在一台学生端控制终端21上的学生显微镜25的视频图像，在多个学生共用一个学生位的情况下(即共用一套学生端设备2)的情况下，实现了一台显微镜的多人分享；

教师广播模式，在该模式下，所有学生端的显示器23上显示的是同一的视频源。教师可以选择与教师主控机11连接的教师显微镜13的视频作为视频源，也可以选择某一学生显微镜25的视频作为视频源，通过视频控制主机3进行广播教学，还可以选择课件等教学内容通过通信控制主机5进行广播教学；

学生点播模式，在教师主控机11开启点播授权的情况下，通过整数值按键，如“10+”、“20+”等和加减按键(“+”“-”)，学生可以点播其他任意一个与教师控制主机11连接的学生端设备2的学生端显微镜25的视频，还可以通过“教师”按键点播教师主控机的视频，通过“本地”按键切换回自己的学生端显微镜25的视频；举例来说，在教师开启视频点播功能的前提下，1号学生按下与学生控制终端21连接的控制按键上“30+”，然后再按两下“+”(下一通道)，表示要点播32号学生的学生显微镜视频，学生控制终端21将这一点播控制信息发送给通信控制主机5，通信控制主机5再通过教师主控机11把这些命令发送给视频控制主机3，视频控制主机3在接到命令后将其1号输出通道的信号来源快速切换到32号学生通道，这样1号输出通道上输出的是来自学生32的视频，1号输出通道视频信号输出到学生1的视频转换器22完成AV到VGA的转换，并输出到学生1的显示器23；通过该模式，学生可以进行对比学习，大大提高了教学的效率。

学生控制终端21通过接收来自通信控制主机5的控制命令来选择内置继电器开关的方向，从而达到开启和关闭学生端鼠标24的目的，举例来说，教师发出开启学生1的鼠标24的命令，通信控制主机5接到该命令后，发送相应的命令到学生1的学生控制终端21，学生1的学生控制终端21接到命令后，控制内置的继电器产生相应的动作，鼠标24的驱动信息通过学生1的学生控制终端21和通信控制主机4上鼠标驱动模块完成与教师主控机11的连接，这样学生1的鼠标24就被开启，此时教师主控机11的界面上显示两个鼠标光标，一个是教师的鼠标，一个学生1的鼠标，相互之间互不干扰.教师通过复位操作，可以快速地关闭学生端的鼠标24.该项功能可以应用在学生师范教学、教师提问、学生应答等教学情况中.

Claims (10)

1.一种显微实验互动教学***，其特征在于：它包括教师端设备(1)和多套学生端设备(2)、以及用于控制信息在所述的教师端设备(1)、多个所述的学生端设备(2)之间传输的控制设备，所述的教师端设备(1)包括教师端显微镜(13)，所述的学生端设备(2)包括学生端显微镜(25)。

2.根据权利要求1所述的显微实验互动教学***，其特征在于：所述的教师端设备(1)还包括一个教师主控机(11)和与所述的教师主控机(11)连接的多个***设备(12)，所述的教师主控机(11)与所述的教师端显微镜(13)连接，所述的教师端显微镜(13)输出视频信息至所述的教师主控机(11)。

3.根据权利要求2所述的显微实验互动教学***，其特征在于：所述的教师主控机(11)还接收来自所述的学生端显微镜(25)的视频信息。

4.根据权利要求3所述的显微实验互动教学***，其特征在于：它还包括一个视频编码器(4)，所述的学生端显微镜(25)输出的视频信息经所述的视频编码器(4)编码后输入所述的教师主控机(11)。

5.根据权利要求1至4中任意一条所述的显微实验互动教学***，其特征在于：所述的控制设备包括一个视频控制主机(3)，接收所述的学生端显微镜(25)输出的视频信息以及所述的教师主控机(1)输出的视频信息，并将所述的教师主控机(11)或所述的学生端显微镜(25)的视频信息输出至所述的学生端设备(2)。

6.根据权利要求5所述的显微实验互动教学***，其特征在于：所述的教师主控机(11)与所述的视频控制主句(6)之间通过RS232总线进行双向通信，所述的教师主控机(11)输出控制信号至所述的视频控制主机(3)。

7.根据权利要求1至4中任意一条或权利要求6所述的显微实验互动教学***，其特征在于：所述的学生端设备(2)还包括一个学生控制终端(21)和一个受控于所述的学生控制终端(21)的视频转换器(22)。

8.根据权利要求7所述的显微实验互动教学***，其特征在于：所述的视频转换器(22)的信号输入端接收来自所述的视频控制主机(3)的视频信号，并将转换后的所述的视频信号输出至显示器(23)进行显示。

9.根据权利要求7所述的显微实验互动教学***，其特征在于：所述的控制设备包括一个通信控制主机(5)，分别与所述的学生控制终端(21)和所述的教师控制终端(11)通过RS232总线进行双向通信。

10.根据权利要求7所述的显微实验互动教学***，其特征在于：所述的学生端设备(2)还包括与所述的学生控制终端(21)连接的鼠标(24)，所述的教师主控机(11)通过所述的通信控制主机(5)向所述的学生控制终端(21)发送用于开启和关闭所述的鼠标(24)的控制信号，处于开启状态的所述的鼠标(24)经由所述的通信控制主机(5)与所述的教师主控机(11)通信。

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