提高偏光显微镜在教学实验中的效用

提高偏光显微镜在教学实验中的效用

靳化才　卜庭江

（中国地质大学材料与化学学院，湖北武汉430074）

摘　要：在显微镜教学中，通过将偏光显微镜、计算机成像和投影仪结合使用，学生不但学到了调节使用显微镜的方法，得到观察物像的结果，还通过图文并茂的形式，让学生了解到显微镜的结构、显微镜成像原理、测微尺的应用，读数和计算图形大小的方法等。因此，显微镜、计算机成像和投影仪的有机结合使用将大大提高偏光显微镜在教学中的应用效果，同时还对开阔学生的思维具有引导性作用。

关键词：显微镜　捕捉卡　摄像头　计算机成像　投影仪

1　引　言

1611年Kepler（克卜勒）发明了显微镜，从此不仅为人类打开了微小世界的大门，还使人们渐渐地认识到微生物对人类的帮助和危害，使人类在生命科学、医学、农业、材料科学等许多领域都取得了丰硕成果，大大地促进了社会文明的进程。1931年，恩斯特·鲁斯卡通过研制电子显微镜，使生物学发生了一场革命。1982年由美国人发明了世界上第一台扫描隧道显微镜，为人类探索微观世界的奥秘提供了有力的观察和研究工具。本文对如何利用好显微镜，将这观察和研究工具，提高在教学中的作用，为培养更多优秀人才而进行探索。

尽管大型显微镜如雨后春笋般地发展，比如透射电镜、扫描电镜、原子粒显微镜等应运而生，对于社会的科技发展发挥了很大的成效。但是对于培养大学生作本科教学实习工具来讲，上述的显微镜价格昂贵，造价是偏光显微镜的几十倍甚至几百倍，精密度高，易损坏。而让大学生了解这种先进仪器很有必要，可做观察实验。于是常规的偏光显微镜，在教学、科研中还是有很大的利用价值。虽然比不上高倍精密的显微镜，但原理相同，方法相似，切合实际，有实用性。

2　偏光显微镜的使用

目前多数偏光显微镜为了提高利用率和使用方便，配置了视频采集卡与电子计算机连通方便观察，也方便图像采集和保留，另外为了定量观察，为采集软件配置测微尺（目微尺、台微尺）从教学方面讲，直接与投影仪连接采集、观察过程可以用于动态教学。显微镜教学在高校学生实习课堂中，老师对学生传授：显微镜的构造、成像原理、使用方法、维护保养；对形貌的观察、物象的观察分析、和测量样品粒径及含有成分等。但在购置的显微镜中没有目镜微尺，因此学生在显微镜下观察到的物质无法得出粒径的结果。根据这一现实我们将学生实习用的显微镜都配置了目镜测微尺。并将如何使用测微尺的方法，读数方法，计算方法，及屏幕读数法纳入显微镜实习中。

3　测微尺读数法

3.1　目镜微尺读数法

目镜微尺是一块圆玻璃片，中心刻有一微型刻度尺，长10mm，分成100格。把微尺装在目镜盘的成像平面内，即构成一微尺目镜，当显微镜准焦时，在目镜视域中可同时看见薄片中的标本影像和目镜微尺，故可以来测量标本的粒度。观察时使用的物镜放大倍数不同，目镜微尺每一小格代表的真正长度也是不同的，目镜微尺每小格代表的实际长度要用物台微尺来标定。物台微尺嵌在一个玻璃片的圆圈中，一般长度为1mm，分成100格，每格实长0.01mm。

图1　目微尺与台微尺的对比

读数的方法，将目镜测微尺的起始刻度和在目镜内看到的台测微尺的起始刻度重合，然后再找出另一边的一个重合位，或者最接近重合的位置，数出两个尺的格数。此时可以计算在此倍数物镜下目镜测微尺每格所代表的实际长度：目镜测微尺每格刻度值（mm）＝台尺重合格数×0.01mm/目尺重叠的格数。在相同物镜倍数下，移走台测微尺，放上标本调焦至清晰，在目镜内找到需要测量的标本长度所对应的目镜测微尺格数，对应的格数乘以每格代表的长度就是标本实际长度。举例：在20倍物镜下台测微尺刻度的10格与10×目镜测微尺刻度的5格重合，那么在20倍物镜下，目镜测微尺每格代表的实际长度就是10×0.01mm/5＝0.02mm，即20μm。测试标本在目镜下的长度与目镜测微尺的10格刻度一样长，那么标本的实际长度为：10×20＝200μm（图1）。

3.2　用物台微尺标定目镜微尺的步骤计算

（1）装上某一放大倍数的物镜，将物台微尺置于物台上并准焦，这时视域中出现两个微尺，一个为目镜微尺，位于视域中央，为完整的100格，另一个为物台微尺。

（2）观察视域中目镜微尺刻度与物台微尺刻度重合处之间的格数，若目镜微尺的为G，物台微尺的为g，则用下式可算出目微尺每小格代表的真正长度L。

（3）L＝g×0.01/G

目镜微尺100格与物台微尺50格重合，故：L＝50×0.01/100＝0.005（mm）。

即目镜微尺每小格代表的实际长度为0.005mm。

4　屏幕读数法

将物台微尺准焦，在4×、10×、20×、40×、60×、100×的物镜下各拍成图像保存至计算机中。观察显微镜时，比如用的是20×的物镜，就将20×台微尺图像放至计算机桌面，可任意移动载物台上的载玻片去测量所需样品的粒度。用任何倍数的物镜时，依照对应的测微尺图像可直接读出所观察样品的尺寸（图2）。

图2　显微图像与测微尺的匹配

5　显微镜与投影仪连接使用

显微镜连接摄像头、计算机、视频分配器、接投影仪，显微镜观察到的物象，利用摄像头捕捉图像把它传递到计算机上，再用视频分配器或（双显卡）（图3）。

把它一分二插到显卡的VGA上然后用另两端来接显示器与投影仪；在显微镜下观察到的物象可显示到投影仪的屏幕上。而每个环节，每个步骤，整个过程均可以在投影仪屏幕上展现出来。使学生直观地得到老师指导的观点以及测量分析方法。此显微镜的优点是演示教学效果好、授面广；原来的老师用显微镜做只能指导一名学生，利用现在的教学方法，老师在显微镜下操作，学生们通过观看大屏幕同时收获。

图3　电子显微镜图像采集系统装置

6　结　论

通过显微镜使用方法的探索与实践，又经过做毕业设计的学生和指导教师的多次使用，受到了使用者的普遍欢迎。在显微镜观察的图像利用目镜微尺读数法、物台微尺读数法、显示屏幕读数法，很快读出图像中粒径尺寸的结果。用实验教学中，显微镜与摄像头、计算机、投影仪有机结合的使用，把静态的图像转为动态的画面再配上教师的讲解，将物体由抽象变得直观，给学生耳目一新的感觉。因而有助于对学生进行创新启发和塑造。

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