一种基于多种移动终端的智能数码互动实验教学设备的制作方法

本实用新型涉及互动教学，具体来说，是一种基于多种移动终端的智能数码互动实验教学设备。

背景技术：

采用显微镜数码互动教学系统，使老师在显微实验课堂上可以随时观察和控制所有学生的显微镜图像，并能进行各种数字示教，实现教师和学生有效生动的互动教学，已经被广泛应用，并取得了很好的效果。显微镜数码互动教学系统也随着技术的发展，历经了数代技术更新，从最初的模拟图像传输，到高分辨率的数字图像传输；从学生端没有计算机设备，到学生端配置台式计算机、笔记本电脑、平板电脑、到学生自带的移动终端如智能手机和便携式平板等。这些显微镜数码互动教学系统，已经形成了目前显微教学实验的主要手段。特别是现在的学生，都人手一台智能手机，随身携带，并且智能手机功能强大，性能能和一般平板电脑媲美，甚至更强，再将其内置的智能相机充分利用起来，观察如昆虫、植物、大体、标本等宏观图像，进行宏观生物互动实验，对显微镜数码互动教学系统降低成本，减少维护，提升性能，灵活教学等，会起到更好的效果。

专利文献200910308540.5公开了一种显微实验互动教学系统，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。

但在目前对学生自带的便携式移动终端如智能手机和平板作为互动教室学生端的应用，还存在比较大的局限性，这种局限性，主要体现在学生移动终端是私有的，比如学生自带的智能手机，包括学生的个人隐私和手机支付安全等，不能像常规互动系统固定配置的电脑一样通过软件进行完全控制。同时，学生智能手机由学生完全掌控，学生可自主加入互动系统，学生也可自主断开互动系统，因而对采用学生移动设备的互动系统的连接具有松散性质，无法强迫学生一直接入互动系统。因此，目前采用学生自带移动设备的互动系统一般都是简单信息静态传输方式，如接收作业要求、提交课堂作业、静态图像传输等简单互动方法。同时现在学生移动设备一般具有非常强的功能和配置，比如智能手机的内置相机的性能指标，如其像素大小和成像质量都随技术发展日新月异，如果在互动系统中将这些优势也充分发挥和利用，也是业界正在深度研究的一个课题。

技术实现要素：

本实用新型目的是旨在提供了一种解决采用学生自带的智能移动设备作为智能数码互动教学系统的学生端可能存在的人为连接和断开的随机性，以及保护学生智能手机隐私和手机安全，并充分发挥智能设备的配置功能的，而非现有的映射功能的基于多种移动终端的智能数码互动实验教学系统。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于多种移动终端的智能数码互动实验教学设备，包括一个或多个教学终端，和教学终端匹配的一个教学端显微镜，一个或多个路由器，多个分别与路由器连接的学生端显微镜，每个学生端显微镜分别匹配有一个对应的学生移动终端，所述学生端显微镜内置一个微观成像模块，一个图像编码模块，

所述微观成像模块用于生成镜下微观图像，

所述图像编码模块用于接收镜下微观图像，或接收外部从教学终端传输来的图像；

所述学生端显微镜还包括内置一个WIFI模块，

所述WIFI模块能将学生端显微镜的镜下微观图像的动态通过有线或无线网络传输到路由器，或通过路由器接收教学终端发来的图像；

所述学生端显微镜包括暗场物镜、落射明场照明组、落射暗场照明组、显微镜机架组、铰链头部、电器控制组，落射暗场照明组固定于显微镜机架组内部，落射明场照明组能拆卸式的设置于显微镜机架组，所述电器控制组内设置有显微镜数码模块，所述显微镜数码模块包括一个微观成像模块，一个图像编码模块，一个WIFI模块。

所述显微镜机架组包括载物台，所述载物台外层设有抗干扰层。

路径一，教学终端通过有线或无线连接到路由器，获取和监控每个学生端显微镜的微观图像和实验，

在教学终端广播屏幕进行教学示范时，教学图像通过路由器发送到每个学生端显微镜内置的图像编码模块，以替代从图像编码模块中获取的图像，学生仍通过访问数码显微镜的动态图像来得到老师广播的教学内容；

路径二，学生移动终端通过无线连接到路由器，和教学终端一起形成一个智能数码互动教学系统；

学生移动终端通过无线连接到路由器，继而连接到每个学生端显微镜，并能接收这台学生端显微镜的镜下微观图像的动态图像；

学生移动终端内置的宏观成像设备，用于宏观图像的成像，宏观图像能传输到教学终端，使老师能获取和监控每个学生移动终端的宏观图像和实验。

采用上述技术方案的实用新型，包括一个或多个教学终端，学生端显微镜和教学终端匹配的一个教学端显微镜，一个或多个路由器，多个分别与路由器连接的学生端显微镜，每个学生端显微镜分别匹配有一个对应的学生移动终端，通过本实用新型公开的连接和通信方案措施，能够有效、灵活和安全地进行以学生智能移动设备作为学生移动终端的智能数码互动教学系统。

本技术方案使用一个或多个教学终端、一个教学端显微镜，一个或多个路由器，多个学生端显微镜，多个学生移动终端构成的显微镜系统作为老师和学生的图像数据传输的通讯节点，显微镜系统除在学生端显微镜内置一个微观成像模块，以获取显微镜下的图像外，还有一个WIFI模块，连接该显微镜的成像设备和通过网络连接教学终端和学生移动终端。

需要说明的是，本技术方案所涉及的通信方案，可以参考本公司的专利(申请号 200510043852.X)一种完全互动的显微镜教学系统，包括：多台自动控制的数码显微镜、多个分别与各数码显微镜连接的控制盒、多个分别与各控制盒连接的控制杆、一显微镜控制台以及将上述各数码显微镜连接成显微镜网络的显微镜总线。该显微镜控制台包括显微镜选择模块和动作选择模块,显微镜选择模块用于选择所要控制的数码显微镜,动作选择模块用于控制所选定数码显微镜的执行动作。同时,该显微镜网络中还可通过网络协议转换模块与计算机网络连接,通过计算机也可以控制任一台显微镜。本技术方案所述的学生端显微镜内置的 WIFI模块设计有简单的编程功能，能进行各种图像数据流传输方向和切换的控制。

进一步限定，所述镜下微观图像与宏观图像之间的画面切换是通过路由器实现的，其中，镜下微观图像是利用微观成像设备生成的，宏观图像是利用宏观成像设备生成的。

进一步限定，所述学生移动终端上安装有匹配的app，学生移动终端通过无线连接到路由器，并通过学生移动终端上的app，和教学终端一起形成一个智能数码互动教学系统；

学生移动终端通过无线连接到路由器，继而连接到每个学生端显微镜，并能接收这台学生端显微镜的镜下微观图像成像的动态图像。

进一步限定，所述学生移动终端内置的宏观成像设备，用于宏观图像的成像，宏观图像可通过app经路由器传输到教学终端，使老师能获取和监控每个学生移动终端的宏观图像和实验。

进一步限定，所述学生端显微镜，通过路由器连接指定的学生移动终端，并将所述学生端显微镜的微观成像设备生成的镜下微观图像的动态图像发送到学生移动终端。

进一步限定，所述学生端显微镜，通过路由器连接教学终端，接收来自教学终端经该显微镜数码模块传输的老师屏幕图像以实现老师示教；

进一步限定，所述学生端显微镜，将学生移动终端自带的内置宏观成像设备的宏观图像，或将所述学生端显微镜的微观成像设备生成的镜下微观图像的动态图像传输给老师，实现老师监控学生移动终端进行的宏观实验和教学。

进一步限定，所述学生移动终端包括平板电脑或手机。学生移动终端包括但不限于手机、平板电脑。

进一步限定，所述路由器采用无线路由器。

本实用新型相比现有技术，每个学生端显微镜通过网络分别与学生移动终端和教学终端连接，教学终端不和学生移动终端直接连接，也不直接和学生移动终端之间进行图像传输，所有从学生移动终端的图像都首先通过网络传送到该学生端显微镜的WIFI模块(即网络模块)，显微镜的WIFI模块再转发到教学终端。所有教学终端的图像也都首先通过网络首先发送到每个学生端显微镜的WIFI模块，该对应的学生端显微镜的WIFI模块再转发到该学生移动终端。

其中，学生移动终端有一个互动教学系统app，进行相应互动教学功能的运行和图像传输。该学生移动终端通过无线WIFI网络连接到该学生的学生端显微镜的系统，能观看该学生端显微镜下图像编码模块传送的镜下微观图像，进行微观教学实验。该学生移动终端也能通过连接的对应的学生端显微镜的WIFI模块，观看来自教学终端屏幕的示教图像，以进行老师的教学讲解。该学生移动终端还能利用自身智能摄像头，观看宏观图像，进行宏观教学实验，并能将宏观图像或屏幕通过连接的对应的学生端显微镜的WIFI模块传送给老师，使老师也能监控学生正在进行的宏观图像实验。对连接和断开互动网络，传输学生移动终端的宏观图像或屏幕图像以进行宏观实验互动，完全由学生自己控制，在需要时学生可开启该功能和老师互动，以充分保护学生的隐私和智能手机的安全。

教学终端通过网络连接到每个学生的学生端显微镜的系统，在老师的监控模式下，教学终端通过每个学生端显微镜的系统中的WIFI模块，接收发来的图像，如果学生正在进行微观实验，则是接收每个学生端显微镜中的微观成像模块的镜下微观图像，观察监控学生的微观图像实验过程。如果学生正在进行宏观实验，学生也开启了宏观图像传输模式，则是接收通过学生端显微镜中的WIFI模块转发来的学生移动终端的摄像头图像或学生移动终端屏幕图像，观察监控学生的宏观图像实验过程。在老师的示教模式下，老师端的屏幕图像将广播到每个学生的学生端显微镜的WIFI模块，该WIFI模块接受到老师端的广播图像，替代从微观成像模块的镜下微观图像，传输给每个学生移动终端，使每个学生观看到的图像是老师屏幕图像，起到老师示教讲解的作用。

最后强调一下，例如图1，虽然现有技术利用了无线局域网环境，但是还是搭载了显示器，手机端虽然可以显示，但是只是投影，无法通过手机实现师生互动。本技术方案通过教学终端(即老师端)–学生端显微镜(同理，还包括教学端显微镜)–学生移动终端(即学生端)的双向传输互动模式，也完成师生信息数据的交流互动，现有的互动教学系统，老师下发作业，和屏幕广播示教一样，通过学生端显微镜的WIFI模块传送给学生移动终端。学生提交作业，也和老师观察学生宏观实验一样，学生移动终端的作业通过对应的学生端显微镜的WIFI模块传送给老师。教学终端和学生移动终端的其他互动交流，如图片交流、语音交流、文字交流、短信交流等，也通过相同通信模式和通信渠道实现。

附图说明

本实用新型可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本实用新型基于多种移动终端的智能数码互动实验教学系统的整体图；

图2为本实用新型教学终端、学生移动终端、学生端显微镜的连接拓扑结构；

图3为本实用新型学生微观实验图像传输；

图4为本实用新型学生宏观实验图像传输；

图5为本实用新型教师广播示教图像传输；

图6为本实用新型学生端显微镜内置模块的模块化分布图；

图7为本实用新型学生端显微镜示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进一步说明。

如图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7所示，本实用新型包括一个教学终端，和教学终端匹配的一个教学端显微镜，一个路由器，多个分别与路由器连接的学生端显微镜，每个学生端显微镜分别匹配有一个对应的学生移动终端，学生端显微镜内置一个微观成像模块，一个图像编码模块，学生端显微镜还包括内置一个WIFI模块。

如图1所示，学生端显微镜的微观成像模块由数码摄像头组成，用于学生端显微镜的镜下微观图像的成像，其动态图像通过WIFI模块以有线或无线的方式发送出去。学生移动终端总是通过无线WIFI连接到路由器，教学终端和学生端显微镜通过有线LAN或无线WIFI连接到路由器，从而形成学生移动终端、学生端显微镜、教学终端的网络连接。WIFI模块在微观实验的状态下将学生端显微镜的镜下微观图像分别发送给学生移动终端观察和教学终端监控；在宏观实验的状态下屏蔽学生端显微镜微观图像的接收和发送，而将接收从学生移动终端发送来的屏幕或宏观图像并转发给老师端监控；在老师示教的状态下屏蔽学生端显微镜的镜下微观图像的接收和发送，而将接收从教学终端发送来的屏幕图像并转发给学生移动终端进行教学示范活动。

图2清楚标识了教学终端、学生移动终端、学生端显微镜的连接的拓扑结构和物理连接关系，无论是老师和学生在微观实验观看显微镜图像，或是老师在宏观实验获得学生移动终端的屏幕或移动设备内置摄像头的动态宏观图像，还是老师在教学示范传送给学生移动终端的老师屏幕ppt或教学图像，都是通过学生端显微镜的WIFI模块(即网络模块)进行，教学终端和学生移动终端没有直接的连接。采用这种连接设计，主要是考虑到学生移动终端是学生的自带移动设备，比如手机。学生微观实验观看学生端显微镜的镜下微观图像，或学生宏观实验需要传送宏观图像给老师，或观看老师的教学示范，都是学生自主进行，这和常规网络互动教学系统有非常大的区别。常规网络互动教学系统由老师占绝对控制，控制学生是否观看镜下图像，控制是否监控学生屏幕，决定是否学生屏幕强制显示老师的示教内容等。在以智能手机为学生端设备的情况下，作为智能手机的持有者-学生具有对自己手机的完全控制权，这一点是无法强制更改的。因此本设计针对学生自持移动设备的特点，不再是老师完全控制学生移动终端，而是采用学生端显微镜的WIFI模块作为中间载体，传输老师的示教屏幕图像和在学生需要的时候传送学生自己宏观实验的图像内容，即自己智能手机屏幕内容或智能手机内置摄像头的图像内容。本设计也能保证如果学生可以在任何时候连接进互动网络或断开互动网络而不影响互动网络的稳定和正常工作。例如，如果学生需要展示自己的宏观实验图像，学生只需点击宏观实验，则宏观图像将会转送到学生端显微镜的WIFI模块，在网络传输一级替换镜下图像的传输，这是老师就会看到学生的宏观实验，如果学生断开了互动网络连接，显微镜网络模块会自动恢复镜下图像的传输端，使老师无需操作就恢复常规的学生镜下图像监控。再如，老师在示范教学的时候，学生移动端看到的是老师端广播的屏幕图像，如果学生此时断开互动网络，因老师是传送给学生端显微镜的WIFI模块转发，而不是直接和学生连接，因此不会受到任何影响，如果学生再连接进互动软件，因为学生端显微镜的WIFI模块发送的是老师端广播图像，学生移动终端和学生端显微镜直接连接，因此收到和显示也是相同内容，自动恢复到老师示教教学模式。

图3、图4、和图5，分别图示了学生微观实验图像传输、学生宏观实验图像传输、和教师广播示教图像传输、学生端显微镜内置模块的模块化分布图。

如图3所示，在学生微观实验模式，学生端显微镜下的镜下微观图像，通过学生端显微镜的WIFI模块分成两路，一路通过无线WIFI传输学生移动终端，使学生能观察和完成微观实验课；一路通过有线或无线传输到教学终端，是老师能观察、了解、和有必要控制调节镜下图像，帮助学生完成微观实验课。

如图4所示，在学生宏观实验模式，学生移动终端的屏幕或移动设备内嵌的高清摄像头，将会单向转送到学生端显微镜的WIFI模块，WIFI模块将相同的图像也单向发送给教学终端，使老师能了解和指导学生完成宏观实验。

如图5所示，在教师广播示教模式，老师屏幕示教图像将会单向传送到学生端显微镜的 WIFI模块，WIFI模块也将相同的图像也单向发送给学生移动终端，实现老师示教教学。

如图6所示，学生端显微镜内置模块的模块由三部分组成，分别是一个微观成像模块，一个图像编码模块，一个WIFI模块。

另外，需要说明的是，本技术方案的app有宏观实验、微观图像、信息交流、系统设置，点击微观图像，进入微观实验的状态，WIFI模块在微观实验的状态下会将每个同学对应的学生端显微镜的镜下微观图像分别发送给学生移动终端观察和教学终端监控。本次实施例中，共选用了32位同学，系统在2～3S内连接成功，并传输完图像，同时，需要指出的是，整个系统的镜下微观图像能在50～100um下保持不失真。

如图7所示，所述学生端显微镜包括暗场物镜1、落射明场照明组2、落射暗场照明组3、显微镜机架组4、铰链头部5、电器控制组6，落射暗场照明组2固定于显微镜机架组4内部，落射明场照明2组能拆卸式的设置于显微镜机架组4，所述电器控制组6内设置有显微镜数码模块7，所述显微镜数码模块7包括一个微观成像模块，一个图像编码模块，一个WIFI模块。

所述显微镜机架组4包括载物台8，所述载物台8外层设有抗干扰层。

上述说明示出并描述了本实用新型的优选实施例，如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。