Технические средства, применяемые в сфере образования

CRT-проектор — аналоговое устройство, в котором изображение создаётся на экране трёх электронно-лучевых трубок, затем проецируется на экран тремя объективами.

Проектор с модуляцией света на масляной пленке — разновидность «светоклапанных» пассивных систем. Аналоговое электронно-лучевое и оптическое устройство, рассчитанное на управление мощным световым потоком для создания изображения на экране большого размера. На основе серийно выпускавшейся системы «Эйдофор» был, в частности, реализован первый большой телевизионный экран (чёрно-белый) Центра управления космическими полётами СССР.[1]

Смартбук (англ. Smartbook) — небольшой ноутбук, построенный на аппаратной платформе того же класса, которая используется для смартфонов и интернет-планшетов.

Ключевая особенность — архитектура процессора. В нетбуках и ноутбуках применяются процессоры семейства x86 или его потомка x86-64, в смартбуках почти всегда процессоры семейства ARM, также встречаются машины на процессоре MIPS, в основном на рынке Китая. Для процессоров одинаковой производительности ARM оказывается значительно экономичнее в сравнении с x86.

Термин введён компанией Qualcomm. Следует отметить, что первоначально в термин «смартбук» вкладывался иной смысл. Предполагалось так назвать устройство для коммуникации аналогичное смартфону, но которое имело бы клавиатуру, пригодную для набора длинных текстов и писем, а не только СМС. Предполагаемая аудитория — пользователи, которым не требуется полная функциональность ПО для стационарных ПК (десктопов). В качестве ключевых особенностей компания Qualcomm рассматривала не только использование аппаратной платформы смартфонов, но и обязательное наличие ряда коммуникационного оборудования для работы в различных беспроводных сетях — GSM, 3G, Wi-Fi, Wi-Max, а также использование специальной ОС. При этом архитектура может быть любой, в том числе x86.

Таким образом, по мнению автора термина, смартбук — это смартфон, выполненный в большем форм-факторе[1].

Нетбук (англ. Netbook; net-сеть (Интернет), book-книга) — субноутбук с относительно невысокой производительностью, предназначенный в основном для выхода в Интернет. Обладает небольшой диагональю экрана в 7—12 дюймов, низким энергопотреблением, небольшим весом и относительно невысокой стоимостью.

По габаритам и функциональности нетбуки занимают промежуточное положение между мобильными интернет-устройствами (MID) и Handheld PC «снизу» и субноутбуками «сверху». От UMPC нетбуки отличаются компоновкой и, как правило, использованием обычных экранов, нечувствительных к касанию. Этот момент является спорным, некоторые производители и эксперты относят нетбуки и субноутбуки к классу UMPC.

Для большинства пользователей наиболее очевидными отличиями от «обычных» субноутбуков будут: меньшие габариты, отсутствие оптического привода (практически всегда) и наличие веб-камеры с микрофоном.

Планшетные ПК, Главная отличительная особенность данного семейства ПК — это аппаратная совместимость с IBM PC-компьютерами и установленные на них полноценные операционные системы, используемые на настольных компьютерах и ноутбуках

семейство Microsoft Windows NT (Windows XP Tablet PC Edition, Windows 7, Windows 8, Windows 10);

Apple Mac OS X;

Linux (полная настольная сборка одного из вариантов этой ОС).

Электронные книги (устройства), Современные устройства для чтения применяются также и в образовании. Уже около десяти лет многие зарубежные страны занимаются созданием электронного контента для школы. Например, в Австралии система обучения с использованием электронного устройства находится на стадии формирования, а в Южной Корее уже три года идет обучение учителей работе с электронными пособиями. Что касается России, то весной 2013 года в 75 школах был проведен эксперимент длительностью в 60 дней, на основании которого учителя смогли сделать вывод о положительной динамике использования электронных учебников в образовательном процессе. Однако было отмечено, что проект нуждается в доработке. До 2015 года было проведено еще несколько стадий тестирования, по результатам которых, согласно принятому закону, с 1 января 2015 года все российские школы обязаны перейти на те учебники, для которых будет выпущена электронная версия[7].

Преимущества использования электронных книг в образовании

управление учебным процессом за счет взаимодействия мобильных устройств учащихся и учителя

организация индивидуальной поддержки каждого ученика на основании информации о результатах его продвижения по учебному материалу

организация сетевого взаимодействия участников для формирования навыков учебного сотрудничества, коммуникативной компетентности

Недостатки использования электронных книг в образовании

устройства для чтения электронных учебников гораздо чувствительнее к физическому повреждению, чем бумажные учебники

устройства для чтения электронных учебников требуют периодической подзарядки встроенных аккумуляторов (батарей)

высокая начальная стоимость (по сравнению с бумажным носителем)

Персональные системы
Персональные системы обеспечивают возможность индивидуального видеообщения пользователя в режиме реального времени, не покидая своего рабочего места. Конструктивно индивидуальные системы обычно выполняются в виде настольных терминалов либо в виде программных решений.

Отраслевые системы
Отраслевые системы — это системы, которые применяются непосредственно в определенной отрасли. Например, в медицинской отрасли очень часто применяют системы для проведения операций (телемедицина), в судебной системе — для проведения дистанционных кассационных и надзорных судебных процессов, в нефтегазовой, энергетической, строительной области для оперативности представления информации.

Мобильные системы
Мобильные системы[13] — это компактные переносные системы видео-конференц-связи для использования в удалённых районах и экстремальных условиях. Мобильные системы позволяют за короткое время организовать сеанс видео-конференц-связи в нестандартных условиях. Данные системы обычно используются государственными органами, принимающими оперативные решения (военные, спасатели, врачи, службы экстренного реагирования). Типичный пример использования мобильных систем — организация ситуационного центра.

Программное решение
Программные решения (англ. Software solution) устанавливаются на персональный компьютер, ноутбук или мобильное устройство. В качестве периферии для захвата и воспроизведения видео и звука могут использоваться, как встроенные в устройство камера, микрофон или динамик, так и внешние устройства, такие как веб-камера, головная гарнитура или спикерфон.

Платные решения, в отличие от бесплатных, обычно обеспечивают более широкие функциональные возможности при проведении конференций (например, поддерживается большое число участников) и совместимость с аппаратными решениями видео-конференц-связи различных производителей (благодаря использованию открытых стандартов SIP и H.323).

Программные решения, как и аппаратные, имеют отдельные клиентскую часть (аналог аппаратного терминала) и серверную (аналог MCU). Серверная часть, как и клиентская, работает на ПК. Серверные части программных решений не осуществляют перекодирование видеопотоков, а только перенаправляют их на клиентские приложения, что значительно снижает системные требования к аппаратной части ПК, используемых в роли сервера и удешевляет решение в целом. Построение «картинки» из нескольких видеоокон во время групповых видеоконференций, а также кодирование и декодирование данных в программных решениях осуществляется только на клиентской стороне. Использование технологии SVC на серверной части программных решений позволяет в реальном времени изменять качество потоков для каждого из участников, не создавая вычислительную нагрузку на сервер.

Преимущества программных решений:

возможность обновлений без необходимости замены аппаратной части;
не требуют капитальных вложений в инфраструктуру;
нет необходимости в дополнительном оборудовании для реализации доп. возможностей (запись, совместная работа и т. п.);
приспособлены для работы на нестабильных каналах связи, таких как интернет;
поставляются в виде лицензий.
Общие ограничения программных решений:

предназначены в основном для индивидуального использования (практически невозможно применять для проведения групповых сеансов видео-конференц-связи, например, в переговорных комнатах);[источник не указан 1818 дней]
высокая нагрузка на центральный процессор ПК.

Видеоконференции стандартного качества
Видеоконференции стандартного качества (англ. Standard Definition) подразумевают поддержку четырёх стандартных видеоразрешений: SQCIF (128x96), QCIF (176x144), CIF (352х288) и 4CIF (704x576) на скоростях передачи данных от 64 Кбит/с до 768 Кбит/с.

Разрешения SQCIF и QCIF изначально были введены для медленных каналов связи (от 64 Кбит/с) и в настоящее время практически не используются. Разрешение CIF поддерживается на скоростях от 256 Кбит/с. Самое высокое стандартное разрешение 4CIF доступно на скоростях от 384 Кбит/с.

Минимальные значения скоростей передачи данных для того или иного разрешения могут варьироваться в зависимости от производителя оборудования.

Видеоконференции высокой чёткости
Класс высокой четкости (англ. High Definition или англ. HD) появился в связи с выпуском на рынок систем ВКС с более высоким разрешением, чем 4CIF, то есть разрешение HD (1280х720), которое требует в несколько раз больше пикселей для построения изображения по сравнению со стандартной видео-конференц-связью, и, соответственно, для её передачи необходима более высокая скорость.

Появлению видеоконференции высокой чёткости способствовало несколько факторов:

в западных странах начался массовый переход на цифровое телевидение, в результате которого мониторы, фотоаппараты, камеры стали поддерживать технологии высокой четкости;
в дополнение к H.323 был ратифицирован стандарт сжатия видео H.264, обеспечивающий более эффективный алгоритм сжатия громоздких файлов для передачи видео по сети, в том числе беспроводной;
одновременно с этим на рынок было выпущено новое поколение высокопроизводительных специализированных процессоров для обработки видео.
Термин «High Definition» никаким стандартом не определяется. Он появился как маркетинговое понятие, подразумевающее передачу видеоизображения с разрешением выше 4CIF и его сопровождение более качественным звуком. Качество изображения уровня HD может быть получено при ширине канала от 512 Кбит/с[14][15] и выше. При отсутствии необходимой полосы пропускания системы видео-конференц-связи, работающие с разрешением HD, обычно адаптируются под существующий канал связи, уменьшая, соответственно, качество видеоизображения. То есть, если полосы пропускания недостаточно для поддержки качества HD, то система видео-конференц-связи не откажется работать, а автоматически снизит разрешение изображения. Такая функция уже реализована на базе видеодвижков компаний: Skype, Google, Microsoft, Mind,TrueConf и других.

Телеприсутствие
Телеприсутствие (англ. TelePresence) — технология проведения сеансов видео-конференц-связи с использованием нескольких кодеков (аппаратных вычислительных блоков терминала видеоконферецсвязи), обеспечивающая максимально возможный эффект присутствия за счёт специальным образом установленных экранов, мебели, отделки помещения и т. п.

Отличия от оборудования видео-конференц-связи высокой чёткости:

эффект общения собеседников в одной комнате;
позиция и размер собеседников;
линия взгляда — «глаза в глаза»;
инструменты для совместной работы;
естественное акустическое окружение;
освещение;
отделка помещения.

подтема

Ближнепольный оптический микроскоп

оптическая микроскопия, обеспечивающая разрешение лучшее, чем у обычного оптического микроскопа. Повышение разрешения БОМа достигается детектированием рассеяния света от изучаемого объекта на расстояниях меньших, чем длина волны света.[1][2] В случае, если зонд (детектор) микроскопа ближнего поля снабжен устройством пространственного сканирования, то такой прибор называют сканирующим оптическим микроскопом ближнего поля. Такой микроскоп позволяет получать растровые изображения поверхностей и объектов с разрешением ниже дифракционного предела.

Конфокальный микроскоп

Конфокальный микроскоп — оптический микроскоп, обладающий значительным контрастом по сравнению с обычным микроскопом, что достигается использованием апертуры, размещённой в плоскости изображения и ограничивающей поток фонового рассеянного света.[1].

Эта методика завоевала популярность в научных исследованиях в биологии, физике полупроводников и спинтронике (в частности, в изучении свойств NV-центров).

Двухфотонный лазерный микроскоп

Двухфотонный лазерный микроскоп основан на физическом принципе, описанном Марией Гёпперт-Майер в её докторской диссертации[3] в 1931 г.

Процесс двухфотонного возбуждения происходит следующим образом: два фотона, обладающие низкой энергией, возбуждают флюорофор (способную к флюоресценции молекулу или часть молекулы) в течение одного квантового события. Результатом этого возбуждения является последующее испускание возбужденными молекулами флюоресцентного фотона. Энергия флуоресцентного фотона больше энергии возбуждающих фотонов.

Вероятность того, что оба фотона возбуждения будут поглощены одной молекулой, очень мала. Поэтому необходим большой поток возбуждающих фотонов, который можно получить при помощи лазера, испускающего фотоны с большой частотой следования импульсов (80 МГц). Наиболее часто используемые флюорофоры имеют спектр возбуждения в промежутке 400—500 нм, в то время как длина волны возбуждающего лазера находится в промежутке 700—1000 нм (область инфракрасных волн). Если флюорофор поглотит одновременно два фотона, то он получит достаточно энергии, чтобы перейти в возбужденное состояние. Далее возбужденный флюорофор испустит один фотон (в видимой части спектра), длина волны которого зависит от типа флюорофора.

Поскольку для того, чтобы флюорофор перешёл в возбуждённое состояние, необходимо поглощение двух фотонов, вероятность испускания флюорофором вторичного фотона пропорциональна квадрату интенсивности возбуждения. Поэтому флуоресценция будет сильнее в случае, когда луч лазера четко сфокусирован, а не рассеян. Максимальная флуоресценция наблюдается в фокальном объёме (объёме, где сфокусирован луч лазера) и демонстрирует резкое уменьшение в области вне фокуса.

Просвечивающий электронный микроскоп

Просвечивающий (трансмиссионный) электронный микроскоп (ПЭМ, англ, TEM - Transmission electron microscopy) — устройство для получения изображения ультратонкого образца путём пропускания через него пучка электронов. Ультратонким считается образец толщиной порядка 0.1 мкм. Прошедший через образец и провзаимодействовавший с ним пучок электронов увеличивается магнитными линзами (объективом) и регистрируется на флуоресцентном экране, фотоплёнке или сенсорном приборе с зарядовой связью (на ПЗС-матрице).

Растровый электронный микроскоп

Растровый электронный микроскоп (РЭМ, англ. Scanning Electron Microscope, SEM) — прибор класса электронный микроскоп, предназначенный для получения изображения поверхности объекта с высоким (до 0,4 нанометра) пространственным разрешением, также информации о составе, строении и некоторых других свойствах приповерхностных слоёв. Основан на принципе взаимодействия электронного пучка с исследуемым объектом.

Современный РЭМ позволяет работать в широком диапазоне увеличений приблизительно от 10 крат (то есть эквивалентно увеличению сильной ручной линзы) до 1 000 000 крат, что приблизительно в 500 раз превышает предел увеличения лучших оптических микроскопов.

Сегодня возможности растровой электронной микроскопии используются практически во всех областях науки и промышленности, от биологии до наук о материалах. Существует огромное число выпускаемых рядом фирм разнообразных конструкций и типов РЭМ, оснащенных детекторами различных типов.

Сканирующий атомно-силовой микроскоп

Атомно-силовой микроскоп (АСМ, англ. AFM — atomic-force microscope) — сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения. Используется для определения рельефа поверхности с разрешением от десятков ангстрем вплоть до атомарного.
В отличие от сканирующего туннельного микроскопа, с помощью атомно-силового микроскопа можно исследовать как проводящие, так и непроводящие поверхности. Ввиду способности не только сканировать, но и манипулировать атомами, назван силовым.

Сканирующий туннельный микроскоп

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ, англ. STM — scanning tunneling microscope) — вариант сканирующего зондового микроскопа, предназначенный для измерения рельефа проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением.

Рентгеновские микроскопы отражательные

Рентгеновские микроскопы проекционныеема

Лазерный рентгеновский микроскоп (XFEL)

Ла́зерная рентге́новская микроскопи́я (flash diffractive imaging, Femtosecond diffractive imaging) — разновидность рентгеноструктурного анализа, основанного на дифракции рентгеновских лучей на исследуемом объекте. В отличие от традиционного рентгеноструктурного анализа, исследуется одиночные молекулы и их сочетания.

Дифференциальная интерференционно-контрастная микроскопия (Интерференционно-контрастная микроскопия или микроскопия Номарского (англ.)русск.) — световая оптическая микроскопия, используемая для создания контраста в неокрашенных прозрачных образцах. ДИК микроскоп позволяет определить оптическую плотность исследуемого объекта на основе принципа интерференции и таким образом увидеть недоступные глазу детали. Относительно сложная оптическая система позволяет создать чёрно-белую картину образца на сером фоне. Это изображение подобно тому, которое можно получить с помощью фазово-контрастного микроскопа, но в нём отсутствует дифракционное гало.

В ДИК микроскопе поляризованный луч из источника света разделяется на два луча, которые проходят через образец разными оптическими путями. Длина этих оптических путей (т. е. произведение показателя преломления и геометрической длины пути) различна. Впоследствии эти лучи интерферируют при слиянии. Это позволяет создать объемное рельефное изображение, соответствующее изменению оптической плотности образца, акцентируя линии и границы. Эта картина не является точной топографической картиной.

Микроцентрифуги (обработка пробирок типа eppendorf, 1,5-2,0 мл каждая),

общелабораторные центрифуги (суммарный объём образца около 0,5 л),

специализированные центрифуги повышенного объема (обычно до 6 л). Примером специализированных центрифуг служат центрифуги для обработки крови. Устройство такой центрифуги узко специализировано под одну задачу — вращение полиэтиленовых контейнеров с кровью. У такой центрифуги мотор повышенной мощности, однако скорость вращения ротора значительно ниже чем у аналогичной по энергопотреблению центрифуги.

Микроцентрифуги (обработка пробирок eppendorf, обычно не требует высоких скоростей) — скорость до 13 400 об/мин,

общелабораторные центрифуги — обладают значительной универсальностью могут работать и с пробирками типа eppendorf и другими емкостями скорость вращения ротора от 200 об/мин до 15 000 об/мин,

центрифуги с высокой производительностью они же скоростные — решают все возможные лабораторные задачи (кроме ультрацентрифугирования); скорость вращения ротора от 1000 об/мин до 30 000 об/мин.

Последняя скоростная категория — ультрацентрифуги скорость вращения ротора от 2000 об/мин до 150 000 об/мин.

Электромагнитная технология (активная);