中学教学用生物硬度计一般是作为教师和学生个体观察如生物切片等需要显微放大的仪器.因为是个体观察,所以教师与学生之间,学生与学生之间很难将感受到的内容进行交流.一方面,在课堂教学演示中,教师无法在讲台上将所观察到的画面呈现给学生;另一方面,学生分组操作硬度计时,教师很难对二十几组(目前有的学校已增致五十几组)的学生分别指导.因此对作为中学生物实验中的主要仪器——生物硬度计的优化问题就摆在了我们面前.而对生物硬度计的"电化",又是实现优化的隹选择.由此而引发的实验范围的拓宽,更叫人欣喜.

一．电化的过程

1．了解微型摄像头的技术指标 目前市场上所能购到的微型摄像头有CCD系列和MOC系列,就综合性能而言,CCD微型摄像头比较适宜.其主要理由是CCD头具有以下特征:
<1> 高灵敏度 CCD的像感灵敏度较高,除了对可见光灵敏外, 对红外光(波长范围0.4－1.1微米)也灵敏.经适当措施后的CCD可直接用于X射线的探测. 在可见光低照度(0.1勒克斯)的情况下也能摄像.
<2> 抗辐射性 X射线对硅器件的辐射不会产生象高能粒子和γ射线那样破坏其晶格而难于恢复的损伤.即使在辐射能量较大时(约为5－20KeV)也仅表现为暗电流的增加, 且可以通过紫外线照射或简单加热退火后恢复正常. 因此在X射线下工作的CCD具有抗辐射和寿命长的优点.
<3> 体积小 市售成品CCD头的体积很小.笔者采用的CCD头重为40克、 长44宽55高23(毫米).还有比这更小更轻的成品.
<4> 中国制式 输出视频制式为PAL的中国制式. 适合接驳能看国内电视节目的所有电视机

2. 制作要点 将微型摄像头与普通生物硬度计经适当连接,是进行'电化'的关键.具体制作的方法如下:
<1>. 将学生硬度计目镜筒,以逆时针的方向小心旋下;
<2>. 用内径与目镜的外径相当的塑料圈填入物镜筒内,塑料圈的外径的大小应适宜,并钻有与CCD头相固定的螺丝孔.
<3>. 在塑料圈外端安装CCD头时,应细心调整,使镜筒轴线与CCD头广角镜的轴线相重合.

二．电化的目标 所谓"电化",就是把普通硬度计改造成与现有电教设备终端(如电视机等)有机结合的图像信号源,即通过把电子原器件嫁接到普通生物硬度计上,实现把普通生物硬度计所能观察到的内容,转换成电视机或投影电视机的画面呈现给学生的过程.目前在电子市场上流行的用于电子监控的各类微型摄像头,就是我们用来嫁接的原料 ,而已普及于普通教室的电视机和多媒体教室的投影机就是微型摄像头呈现画面的现存终端.

三．'电化'后的收获 经过上述'电化'后的普通生物硬度计,不仅保留原有的各种放大率,而且又增加了CCD头所特有的对可见光和非可见光以及X光均能灵敏感像的特性.因此,它不仅为生物显微实验的创新带来了新思路,,而且为拓展物理实验的空间、实现仪器跨学科的综合应用开辟了广阔的前景.
<1> 生物实验的优化 对于涉及生物显微演示实验,'电化'后的硬度计所产生的效果是显而易见的.原先在讲台上教师难以从硬度计中拿出的切片内容,现在可以通过电视机或投影机变成放大了的清晰画面呈现给全体同学,实现了既方便操作调节又能师生共享画面的目标.对于一向令教师心烦的硬度计分组学生实验,当在讲台上摆上一台'电化'后的硬度计,教师可以通过对它各个构件的操作配合电视画面的变化来指导每一组学生的实验.这样的'边讲边实验',使学生较快地掌握硬度计操作的要领,也避免了因误操作而损坏装片的现象发生.事实已经表明硬度计的'电化',对生物实验教学的促进提高是功不可抹.
<2> 物理实验的拓宽 从整个中学物理实验的仪器配备来看,仅在'布朗运动'演示实验中用到生物硬度计.但由于'电化'前的生物硬度计只能个体观察,不能师生共享装片内容,因此绝大多数教师弃之不用,以摸拟的布朗运动实验器来取代.作为生物实验专门配置的硬度计,很难在物理实验中发挥作用.然而经'电化'而成的生物硬度计,却成了物理实验的新秀.它不仅把'布朗运动实验'从不得意而为之的'摸拟演示'拉回到由大屏幕显示的'真实演示',师生可以在电视画面中领略到真真的'布朗运动';利用它对红外光灵敏的像感特征而设计的'红外泊松亮斑'演示实验装置,把实验间距从弧光的7公里、氦氖激光的6--8米缩短到红外光的1.2米,从而不仅实现了可以在讲台上演示的目标,也避免了弧光或激光可能给学生带来的伤害;通过红外发射管的点亮与遥控器的动作在'电化'后的硬度计终端显像状态的比较,又可以用来演示说明红外遥控器的工作原理;如果把周围远处被观察物的光线通过一根可弯曲的光导纤维的引导进入硬度计摄光口,那么演示医用胃镜的光纤应用实验装置,就十分简洁地展示在学生面前;利用CCD头在低照度下对X线激发的屏光图简接摄像的原理,只要在硬度计镜头处做一个带有萤光屏的暗盒,入射光源改成X射线,我们以可以解决X射线实验中的安全和可见度的两大难题.……可见电化后的生物硬度计已不仅仅是生物实验中的主角,也成拓宽物理实验的'功臣'.

关键词:生物硬度计,电化