光学原理范文第1篇

目前，空间激光通信技术研究基本上都是点对点形式的，然而从应用的角度看，如果实现多点间的空间激光通信，建立起信息传输网络，具有更大的实用价值。近年国际上已经开展相关研究，如美国计划在2016年实施“转型卫星通信系统(TSAT)”全球通信组网计划的构想，拟采用微波通信与激光通信相结合的方式;德国计划建立以GEO为中继，与LEO、地面站和高空探测器等之间的激光通信链路;日本提出激光与微波通信相结合的双层低轨道全球通信组网方案等，但国际上至今还未见激光通信组网的成功应用报道。国内对激光链路组网的研究还处于起步阶段，主要集中在总体设想及网络协议等方面，针对具体激光通信组网系统的深入研究也未见报道。

空间激光通信组网的主要难点是由于远距离、高速率、保密安全通信的要求，使得通信用光端机的发射束散角和接收视场角都很小，因此必须提出新的光学原理，才能实现多点间激光通信。本文鉴于当前国内外开展空间激光通信及组网研究的形势和未来发展趋势，对空间激光通信组网原理和方案进行探讨，希望能提供一种有价值的技术途径。

2 组网光学原理

2.1 光学天线与性能

为了实现多目标同时通信，需要尽量增大光学天线的可视范围，可采用抛物面、椭球面、双曲面或者其他形式的自由曲面作为光学天线。分析了多种曲面形式的光学性质之后，本文以旋转抛物面为例进行讨论。

如图1所示，假设抛物线方程为y2=4px，P(x0，y。）为抛物线上一点，则y0,=4pc。。过点P的切线为

 

直线PF(F为焦点）的方程为

抛物线的对称轴方程为y=0。

设切线L与直线PF的锐夹角为01，切线L与对称轴的锐夹角为62，计算可得

式中01，02均为锐角，所以01=02。由于L为切线并根据反射定律可知d[=01，因此d[=02。

根据上述证明可知：旋转抛物面具有入射光线通过焦点时，反射光线与旋转对称轴平行的光学性质。由此可以考虑，若把旋转抛物面（改造后）作为空间激光通信的一个终端光学天线，则可以实现一点对多点通信，进而实现激光通信链路组网。

2.2 光能利用率

若采用旋转抛物面作为光学天线，任何方向发来的通信光束（近似被看为平行光），都会有一条光束的方向通过抛物面的焦点，可以平行于对称轴反射并进入后续系统中。但其他光束，因不通过焦点而不具有这样的性质。于是就存在一个问题，若旋转抛物面不经过改造，则其通信光能利用率就太低了（因为只有少数光束能进入后续系统中）。

为了提高天线的光能利用率，提出把抛物面改造成为以旋转抛物面为基底的多镜片拼接结构，如图2所示。

假设入射到光学天线的通信光束口径为D，若与XOY面夹角为0，该光束在XOZ面上投影为S1，则近似有

如果改造后的旋转拋物面在通信中利用的镜片面积为S2，则通信光能利用率〃可表示为

   

如图2所示，设旋转拋物面的口径为4=200mm，上下两层镜片，每层每周镜片数为W，取N=9，则每两块镜片间夹角360。

现取上层结构进行计算。旋转抛物面上端周长L=2nR=628mm,考虑到每块镜片近似为梯形，取其腰的宽度为上端的0.85倍。再取抛物面的高度H=<4=200mm,去掉其底部通信盲区后，近似有H*=0.9H=180mm,则每层高度h=90mm,所以每块镜片面积为

而入射光全口径面积在取_D=《=200mm，0<30°的情况下，根据（6)式计算可知Si〜35000mm2，所以一块镜片的光能利用率为

在系统设计时，应考虑用主反射镜片的相邻镜片“协助，’的办法。假设有一块相邻镜片“协助”，则光能利用率可达到30%。其中“协助”镜片的工作原理如图3所示。

1) 假设入射光束方向不变，上图中①为主反射镜片，②为“协助”镜片，当光线入射面与①面垂直时，②应右转40°，使二镜片平行，以起到“协助”反射作用。

2) 当入射光束（某卫星飞行带动）以ra的方向与速度转动时，如果在水平方向上转角为仏则镜片①随着转(3角，镜片②向左回转(3角。

3) 当入射光束在垂直方向上转角为y，则镜片①和②在垂直方向上同向旋转y/2。如果入射光束在其他方向转动，则用矢量法合成即可计算镜片①和②的转角。

3方案

3.1系统总体方案

旋转抛物面的上述光学性质恰能破解空间激光通信组网中多点同时通信的难题，该结构的光学天

线可以同时接收不同轨道、不同方位空间光端机发射来的激光束，也可以同时发出适用于不同轨道、不同方位空间光端机接收的激光束。由于抛物面上总存在一点是由射向焦点的光线与抛物面相交形成的，且该点具有唯一性，只有该点的反射光线平行于对称轴出射，难以满足通信系统对接收光能量的要求。为此，对该抛物面结构进行了改造，将该点扩大成一个镜面，利用多个镜面片拼接出一个旋转抛物面形状，即设计了一种基于旋转抛物面的多反射镜拼接结构的多点激光通信天线。其通信光端机系统总体结构如下图4所示。

如图4所示，多点激光通信光端机由光学系统、发射接收与捕获、跟踪和对准（APT)系统构成。其中光学系统由收发光学天线、中继光学系统和分光系统组成；发射接收与APT系统由通信发射组件、通信接收组件和APT组件组成。

1.1 光学系统

1)收发光学天线：设计成为以抛物面为基底多个反射镜拼接的形式。每块反射镜的法线均垂直于抛物面的切线，根据多点通信的轨道位置及数量，对拼接反射镜的尺寸、外形、数量以及拼接方式进行优化设计。每块镜片通过控制可进行水平、俯仰方向上的运动，使得该天线同时具有一定的光线稳定及偏折功能。通过该收发光学天线能够实现同一时间、水平360°全周、俯仰方向大视场的针对不同方位目标的通信。

2) 中继光学系统：由于基于旋转抛物面多反射镜拼接的光学天线出射的光束口径较大，后续的分光元件工艺上难以实现该尺寸，因此需设计中继光学系统。拟采用反射式结构，可以有效地避免多个工作波段引起的色差。该中继系统采用卡塞格林结构，主镜为抛物面，次镜为双曲面，易于实现很高的光学质量，同时有效地减小体积。卡塞格林系统有中心遮拦，但是收发光学天线中心也有部分盲区，设计时需考虑匹配，减小能量损耗。

3) 分光系统：采用高效的分光片，将多个波长的收发组件整合到同一口径发射与接收，有利于装置的小型化和轻量化。

3.3 发射接收与APT系统

1) 通信发射组件：针对不同的通信波长，采用多个通信激光器，每个激光器经光纤耦合并准直后出射，出射端通过压电啕瓷（PZT)控制，在发射光学系统焦面位置进行移动，实现发射视场的选择。

2) 通信接收组件：采用多个探测器，对不同轨道的信号光分别进行接收。以接收两路、发射两路为例，如图4所示，不同轨道来的信号光，波长分别为A2和A4，经过以抛物面为基底多反射镜拼接的光学天线后，均以平行光出射，经过中继光学系统缩小了口径，然后经过分光系统被分成不同光路，分别探测接收，从而完成多点通信接收。

3) APT组件：即捕获、对准和跟踪分系统。在空间激光通信过程中，首先，借助于GPS、星历表等手段测量出光端机所在空间坐标；然后，利用信标光进行捕获、对准和跟踪；在稳定跟踪的情况下开始通信口。光学天线由多片反射镜拼接而成，APT组件在获得通信方相对位置后，优化选取和快速计算出所需反射镜的片数以及每片反射镜调整的角度，统一控制并完成反射镜的转动，以保证必须的跟踪精度和接收能量的最大化，为可靠通信奠定基础。

光学原理范文第2篇

关键词 荧光显微术 课程 教学 思考

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2017.05.074

“荧光显微术原理及应用”是一门非常重视实践性的技术基础课。“荧光显微术原理及应用”是基于北京农学院现有研究生课程的基础上拟向农业生产类、生物专业、动物专业以及园林专业的一年级硕士研究生开设的公共选修课，希望通过该课程的开设，为研究生开展学术研究奠定一定的实验技术基础。该课程对于研究生掌握科学研究中的细胞生物学观察方法，培养学生独立进行科学研究的素养和能力具有重要作用。作为新开研究生课程，基于北京农学院的实际情况对“荧光显微术原理及应用”的教学与实验进行了如下设置及思考。

1“荧光显微术原理及应用”课程开设的必要性

1.1研究手段和技术的发展的需要

物质吸收电磁辐射后进入激发态，而受到激发的原子或分子在去激发过程中再发射波长比激发光波长更长的光，这种再发射的光称为荧光。生物体内有些物质有自发荧光，如叶绿素或细胞壁的某些成分，受紫外线照射后发出荧光；生物体内大部分物质本身不能发出荧光，但如果用特异性的荧光染料标记后，经紫外线或其他波长的光照射后也可以发出荧光，这种荧光可以被荧光显微镜捕获，并进行定量分析。因此，荧光显微术就是基于荧光对这类物质进行研究的技术。荧光显微镜依据观察物体大小及原理又可以分为多种。常用的有体式荧光显微镜、荧光显微镜和激光共聚焦扫描显微镜等等。

体视荧光显微镜能对微小样品进行快速、清晰的显微观察，并实现完全无漂移的三维立体成像，配有较长的工作距离，不仅能够获得较大的景深和光学细节，还能保证样品的真实色彩；对样品能进行实体测量；具有良好的操控系统，可提供优良的重复性从而使实验过程简化。但是体式荧光显微镜有缺陷性。其放大倍率较低，适合于研究对象的整体观察和活体观察以及一些较大的器官和组织的观察，不适合观察小组织或细胞。

与体式荧光显微镜相比，荧光显微镜放大倍数较高，工作距离较短。可以观察更多的细节。能在组织、细胞和亚细胞的水平上研究细胞内物质的定位、营养成分的吸收、运输，以及化学物质的分布及定位等。可以进行活体或固定材料的观察。

激光扫描共聚焦显微镜是上个世纪80年展起来的一种非常精密的仪器设备。它以光学为基础，将机械、电子、计算机等融为一体。与体式荧光显微镜和荧光显微镜不同，激光共聚焦以激光为光源，可以把标本分成多个光学断层，逐层进行扫描并成像，因此是一种新显微层面的研究手段。此外，由于激光共聚焦显微镜对细胞和组织连续光学切片无损伤，而且能够对活体细胞进行实时的动态观察，使它在生物科学的研究中占有独特的地位。目前，人们已广泛应用该技术来观察和分析细胞内的微细结构和分子在细胞内的分布，例如细胞内游离钙、活性氧、转录因子、表面分子、细胞凋亡、细胞膜流动性、胞内分子的运动、细胞间的缝隙连接、蛋白问的相互作用等方面。

传统的荧光显微镜配备的是胶卷相机，胶卷的冲洗非常复杂、耗时耗力。随着科学技术的发展，数字成像系统也应用到荧光显微术上。其中电荷耦合元件（Charge-coupled Device，CCD）就是与荧光显微镜密切相关的数码摄像产品。它能够将荧光显微镜拍摄的显微摄影产品通过USB接口传输到电脑中，便于图像的采集研究。随着技术的进一步发展，分辨率也越来越高，因此通过CCD，可以拍摄到分辨率更高的图片。

1.2课程设置的需要

根据本校研究生现有课程以及科研工作的需要，特开设“荧光显微术原理及应用”。现有的课程“植物显微技术”注重石蜡切片，尤其是实验环节甚少涉及显微镜；而现有的“电子显微镜”课程主要讲述超薄切片和透射电镜以及扫描电镜的原理及使用。因而“荧光显微术原理及应用”课程的开设，填补了两者之间的空档，能够更好地为广大教师和研究生的科学研究工作服务。

1.3科学研究的需要

随着学校教师科研项目的增多、科学研究的深入，越来越需要使用相应的技术手段，例如研究特定基因功能，需要进行转基因验证，一般加入GFP，YFP等报告基因，此r需在激光扫描共聚焦显微镜下进行观察将基因表达的蛋白进行定位并分析。

1.4现有实验平台的支持

北京农学院农业应用新技术北京市重点实验室下设三个研究平台，其中显微平台具备体式荧光显微镜、倒置荧光显微镜、正置荧光显微镜和Leiea的激光扫描共聚焦扫描显微镜等大型仪器设备，为本课程的顺利开设提供了物质基础。

1.5教辅人员的配备

开设本课程的教师具有多年教学经验以及多年管理体式荧光显微镜、正置荧光显微镜、倒置荧光显微镜和激光扫描共聚焦显微镜等设备的经验，为本课程的顺利开设奠定了理论和实践基础。

2安排合理的教学和实验内容

2.1理论与实践相结合的教学理念

荧光显微术具有非常强的技术性和应用性，但理论知识的学习也是必不可少的。掌握了理论知识，能够促进实践应用。利用荧光进行显微观察的显微镜有许多种，根据本校的设备基础结合教师们的研究需求，重点选择体式荧光显微镜、荧光显微镜和激光扫描共聚焦显微镜等内容。首先，要进行相关的理论讲解，使研究生们掌握理论基础，在此基础上设计一些独立、完整的小实验，使学生能够掌握相应仪器的使用方法。例如利用体式荧光显微镜进行转基因材料的鉴定。体式荧光显微镜具有较大的景深，能够非常方便地观察转绿色荧光蛋白或红色荧光蛋白的转基因材料，如草莓、番茄、板栗、海棠、百合、玉米等。大大简化了原来在显微镜下观察的繁琐的前处理过程。

2.2选择合适的教学内容

根据研究生的研究需求结合学术发展的进展，选择合适的教学内容。理论课程内容主要分为五个部分。第一部分显微镜的发展简史。包括显微镜的发展，荧光的发现、发展、选择及使用、荧光蛋白的发现、发展和使用等等。第二部分为体式荧光显微镜，包括其理论及应用。第三部分为荧光显微镜，包括理论及应用。第四部分为激光扫描共聚焦显微镜的理论和应用。第五部分：其他荧光显微技术，如更为先进的双光子荧光显微镜、转盘激光扫描共聚焦显微镜等内容。

2.3设置合理的实验内容

教学中想尽办法引导学生把理论知识和其自身的科学研究有机结合，提高学生的兴趣和对知识的掌握能力。基于本校农业应用新技术北京市重点实验室显微平台的仪器设备配置情况，结合研究生研究课题的需求，设置相应的较为系统性的小实验。

体式荧光显微镜因其景深较大，可以观察较大的实验材料。例如可以观察本校不同研究团队的转基因材料以及较大的组织块等。前期已经成功观察到了根的转基因荧光。

荧光显微镜观察花粉管内囊泡运输。首先需要选择合适的花粉。不同物种的花粉其萌发时间及生长速度差异巨大，要选择生长速度合适的花粉。首先要培养花粉管，其次用荧光染料FM 4-64标记囊泡，在此过程中需要学生分组合作，配置所需试剂，随后在显微镜下观察花粉萌发及花粉管生长情况。接着选择合适的花粉管，用荧光染料FM 4-64标记囊泡，随后在荧光显微镜下观察囊泡运输情况并采集图像，利用软件对荧光进行定量分析，得出相应结论，撰写实验报告。

利用激光共聚焦显微镜采集花粉管内游离钙离子信号。植物细胞因具细胞壁，钙离子标记较楦丛樱时间较长，能够锻炼研究生的动手能力。花粉管培养完毕后用Fluo 4 AM标记钙离子，用xyt的模式观察钙离子的动态变化，利用软件进行荧光定量分析，得出相应结论，撰写实验报告。

3考核方式的探索

根据本门课程注重实验的特点，以及出于对学生基本实验技能、创新意识、创造性思维、科学思想、科学态度等进行全面评价，总成绩评定由三部分组成：（1）上课及参加实验的考勤（占30%）；（2）自己制作并进行显微观察的图片质量（占40%）；（3）实验报告写作及其对实验中出现问题的分析情况（占30%）。课程论文内附有学生自己拍摄的自己制作的切片的显微照片，以及对照片出现的问题分析。

光学原理范文第3篇

    2013年第6期化学工程与装备2013年6月ChemicalEngineering&Equipment161论专述综FI-CL是将流动注射技术和化学发光分析法相结合而建立起来的一种新型的高灵敏度微量和痕量分析技术。两种技术结合在一起,克服了化学发光法选择性差、重现性低、稳定性差等缺点,将两者的优点有机结合,使得FI-CL被广泛的应用于分析化学中的药物分析、环境监测和生命科学等各个领域。

    2FL-CL在环境监测上的应用

    随着对FI-CL研究的深入,其适用范围已经越来越广,现在对其在环境监测中的应用研究也越来越多并日趋成熟。该方法已经广泛地应用于环境监测的各个方面,在对大气、水、土壤的监测中发挥着重要的作用,本文就将近几年来对其在这几个方面的应用作简单的综述。

    2.1在水质监测中的应用

    对流动注射化学发光法在水质监测中的应用是研究的最深入和最多的,在无机物和有机物方面的应用均很广泛。无机金属污染物的测定FI-CL技术在水质金属污染物监测分析方面发展快速,目前已有的文献报道主要集中在钴、铬、锰、铜、铁、汞、锑、锡等等。范顺利[4]等在碱性条件下,利用流动注射耦合化学发光法建立了水样中痕量锑的分析测定方法,线性范围为0.1~100μg/L,检出限达到了0.03μg/L,在对1.0μg/L的锑(Ⅲ)标准溶液连续11次测定的相对标准偏差为2.0%。其后,范顺利[5]等又成功地利用FI-CL技术,在HCl介质中,采用KMnO4-甲醛-Sn(Ⅱ)为强化学发光体系建立了锡的测定分析方法,线性范围为0.1~30μg/L,检出限为0.04μg/L,对1.0μg/L的Sn(Ⅱ)标准溶液连续11次测定的相对标准偏差为2.1%,这两种方法均适用于环境水样中痕量金属污染物的测定。庞雪华[6]等利用Co(II)对H2O2-鲁米诺发光体系具有强催化作用,建立了流动注射化学发光法测定Co(II)的新方法。方法用于水样中钴的分析,结果令人满意。胡涌刚[7]等基于Cu2+与铁氰化钾及鲁米诺在碱性条件下产生化学发光的原理,利用铁氰化钾代替KCN,建立了一种新的测定痕量铜的方法,该法不仅灵敏度高,且不使用剧毒药品,不会造成二次环境污染。FI-CL不仅可以测定单一金属污染物,而且还可以同时测定多个元素,李立华[8]等就建立了FI-CL测定硬度的新方法,为连续自动检测水中硬度提供了可能。无机非金属污染物的测定近年来FI-CL技术在无机非金属污染物监测方面发展迅猛,研究主要集中在无机氮、无机磷、无机硫、砷等等。龚正君[8,9]等采用H2O2-鲁米诺化学发光体系对亚硝酸盐和硝酸盐进行在线分析,建立了同时测定亚硝酸盐和硝酸盐的新方法。此法已用于环境水样中亚硝酸盐和硝酸盐同时监测,且结果表明,最大相对标准偏差不超过4%。杜建修[10]等基于硫离子对H2O2-鲁米诺化学发光反应的增敏作用,建立了测定痕量硫的FI-CL的新方法,方法简单、快速、灵敏,已用于环境水样中痕量硫的测定。刘杨[11]等基于酸性条件下高锰酸钾氧化As(Ⅲ)产生化学发光,六偏磷酸钠与甲醛对该体系有显着的增强作用这一原理,据此建立了FI-CL测定水中砷的新方法,将本法应用于水样中砷的测定,相对标准偏差为2.1%。有机污染物的测定FI-CL技术对水体环境中有机污染物的测定已经很成熟,对酚类、苯胺类、甲醛等一些主要的有机污染物研究较多。李丽清[12]等研究了高锰酸钾-过氧化氢-苯酚的化学发光行为,对各种影响化学发光强度的因素进行了试验,改进了实验条件,建立了FI-CL测定苯酚的方法。方法可用于废水中苯酚含量的测定,结果与国标的分光光度法测得值一致。王术皓[13]的研究发现,在碱性介质中,高碘酸钾氧化鲁米诺产生化学发光,对苯二酚对此反应具有极强的增敏作用,并据此建立了测定对苯二酚的方法。方法检出限为8.5×10-9mol.L-1,用于河水中对苯二酚的测定并测得其回收率在93.4%~104.4%之间,并且探讨了对苯二酚的增敏机理。杜凌云[14]等在碱性介质中,铁氰化钾直接氧化邻苯三酚产生化学发光信号,结合流动注射技术建立了测定邻苯三酚的新方法。应用于湖水中的邻苯三酚的测定,结果较好。李莉[15]等的研究找到了测定苯胺的分析方法,发现以多聚磷酸作为介质时效果最为理想。而有一些研究[16,17]发现FI-CL技术不仅可以用于测定单一的有机污染物,还可以用于测定衡量有机物污染综合指数--COD。

    2.2在大气监测中的应用

    FI-CL技术也同样可用于大气环境监测,鲁米诺化学发光体系可用于测定空气中的CO2、CO、NO,而FI-CL技术在测定空气中的甲醛、二氧化硫都有不错的表现。邵晓东[18]等基于甲醛对Luminol-H2O2化学发光体系的增敏作用,建立了流动注射-化学发光测定快速测定甲醛的新方法;谢成根[19]等则利用反相流动注射化学发光法建立了新的空气中痕量甲醛分析方法。李世凤[20]等研究了利用Na2CO3作为吸收液测定空气中的二氧化硫含量的新方法,并且对影响该反应的化学发光因素进行了分析和探讨。

    2.3在土壤监测中的应用

    目前对FI-CL技术在土壤监测中的应用研究还主要集中在对土壤中微量金属元素方面。高向阳[21]等首次利用FI-CL对土壤中的铬进行了分析测定,成功地建立了相应的分析方法;吉爱军[22]等利用锑(Ⅲ)对鲁米诺-双氧水化学发光体系的催化作用,建立了一种直接测定土壤中锑(Ⅲ)的新方法。将该法应用于土壤样品中锑(Ⅲ)的检测,加标回收率为90%~105%;方卢秋[23]的研究发现在碱性条件下,NBS氧化腐殖酸可以产生强烈的化学发光信号,结合流动注射技术,建立了测定土壤中腐殖酸含量的流动注射化学发光分析法。

光学原理范文第4篇

关键词：光纤通信原理；研讨式教学；分组讨论

作者简介：龙青云（1982-），女，苗族，湖南绥宁人，广东石油化工学院信息学院，讲师；肖明（1968-），男，四川南部人，广东石油化工学院信息学院，高级实验师。（广东 茂名 525000）

中图分类号：G642.41  文献标识码：A  文章编号：1007-0079（2011）36-0186-02

一、“光纤通信原理”课引入研讨式教学法的必要性

“光纤通信原理”不仅是高等院校通信专业的核心课程，而且已经成为电子信息类专业的必修课或重要选修课。“光纤通信原理”涉及的知识面很宽，不仅基于通信原理，而且与半导体光电子学、激光原理等紧密联系，其教学内容主要包括光纤通信基本原理、系统网络和新技术几大部分。课程教学过程中数学推导比较多，内容较为抽象，不易理解，它涉及到多方面的知识，尤其在光的传输原理中涉及到了较多的电磁场理论知识，致使学生感到该课程难学，学习积极性不高。而且，目前“光纤通信原理”教学受传统教学模式影响较大，教学常常是教师“独白式”的讲授，学生只是被动的接受。学生对这种过于单调的传统课堂教学的形式感到不满意。除此以外，课程考核方式普遍采用期末闭卷考试。考试内容以理论知识为主，客观题型的比例较大，导致学生的学习方法呆板，习惯死记硬背，表现出综合应用知识能力欠缺，学生作弊容易得手等弊端。抽象的理论内容，呆板的“一言堂”授课方式，单调的课程考核方式，与学生所追求的生动有趣、深刻全面的教学效果，存在着巨大的差距。因此，如何运用更加贴近实际、贴近学生的教学方式来开展“光纤通信原理”的教学改革就成为当务之急。

总理曾经指出，“要把学生作为教育的中心，使学生在学习的整个过程中保持着主动性，主动去提出问题，主动去思考问题，主动去探索问题。”而研讨式教学法是一种基于互动教学理论，注重发挥学生的主体精神，教师引导学生主动学习、分析和讨论，进行知识建构的教学模式。这种教学模式不仅符合现代教育教学规律，而且符合大学生主动获取知识、注重掌握方法和提高职业能力的心理倾向，具有很强的科学性和实践性。目前该教学模式在许多课程中得以广泛运用，并取得了良好的效果。鉴于此，笔者首次在“光纤通信原理”课程中引入研讨式教学法，以期突破该课程的教学难题，提高教学效果。

二、“光纤通信原理”研讨式教学模式的构建

1.制定计划，前期准备

制订计划前，教师先与学生交流，充分了解学生对光学、信号与系统、通信原理等知识的掌握情况，然后，再根据课程的教学目标和教学进度，制定一个包括研讨选题、研讨方式、阅读书目、时间分配等内容的教学计划。为了保证教学计划的有序进行，教师首先要上好第一节绪论课，激发学生对本门课程的学习热情，使学生深刻了解光纤通信的作用和就业前景而增加学习兴趣，为后面的研讨式学习打下良好的基础。然后，教师再讲授光纤通信传输原理及特性、光纤通信器件、光纤通信系统、网络等部分知识。在讲授过程中与平常教学不同，即不再是给学生“灌输”课程的所有知识，而是为学生能够进行“研讨”创造必要的基础理论背景和分析能力。

2.分成小组，设置选题

将全班学生按学号或宿舍6～7人的规模组合成课题小组。每个小组推选组长负责该课题组的组织、分工、协调等工作。教师设置若干个参考选题。选题是研讨式教学的关键要素，其难易程度、质量高低直接影响到研讨式教学的效果。选题设置应遵循如下原则：一是题目必须明确具体；二是题目要有新意、有吸引力，能够激发学生研讨的兴趣；三是题目要难易适度，有机动效应。就选题类型而言，可以分为三个层次：基础的知识性问题、具有分析和启发精神的思考性问题、体现学科前沿的研究性问题，以适应学生的能力层次要求。例如，笔者给广东石油化工学院电子信息工程专业2007级学生设置了如下选题：（1）光纤通信在石化企业中的应用。这个选题既凸显了我校的石油化工特色，又联系了该专业学生到石化企业就业的实际，很受学生的欢迎。（2）光纤通信厂商对业内人才的需求调查。这个选题主要是从通信行业的人才需求出发，关注本专业学生的就业前景，让学生主动了解通信行业所要求的专业素质和能力。（3）宽带光接入网的最新应用、“三网合一”与光纤通信的关系。这两个选题是专业的热点问题，可以让学生了解学科的前沿实际应用，激发学生的探索兴趣。（4）拉曼光纤放大器的最新发展，这个选题是笔者从事的科研项目，促进了科研与教学的有机融合。（5）智能光网络的核心技术及其新发展、MSTP的关键技术。这两个选题是教材的网络部分内容，主要是让学生熟悉教材，锻炼学生的归纳和表达能力，满足部分能力较差的学生的需要。每个课题小组选择自己感兴趣的相关题目，也可以在与教师讨论后对选题进行适当的调整。

3.独立探索，小组讨论

学生选定题目后，教师示范讲解小组研究、讨论的基本方法，传授资料的收集、整理分析以及研究报告撰写的方法。学生根据教师布置的内容和传授的方法进入自主学习状态。小组各成员间进行合理分工，独立探索。为了充分调动各成员的积极性，体现团队意识，考核成绩将以课题小组为单位。各小组成员在组内对独立探索的知识和心得展开讨论，将大家共同认可和补充的内容进行汇总，撰写本课题的论文或者调查报告，并制作成多媒体课件。小组研讨结束后，推荐1~2名同学汇总研究成果，并代表本组在全班进行交流。除此之外，如果学生能够带着选题走向社会进行实习调研，比如到电信、移动公司、网络中心去收集第一手的数据和资料，则锻炼价值更大。

4.全班交流，总结点评

各个小组推荐的发言代表上讲台做10～15分钟的交流发言，阐述本小组的研究情况，同组成员可以补充发言，以便于充分阐述本组的研究成果。汇报结束后，由考核委员会（考核委员会由任课教师和部分学生组成），根据每一小组的论文质量和其代表的汇报情况给出相应的加权分数，这一分数将作为该小组成员的课程考核成绩之一。研讨结束，教师进行总结点评，并让学生反馈体会和建议。

三、“光纤通信原理”研讨式教学效果分析

“光纤通信原理”课引入研讨式教学模式后，学生在学习过程中获得了学习的乐趣，学习积极性明显提高，教学质量也相应地有了很大的提高，该课程3年来的课堂教学效果评分都在92分以上，课程的研讨选题也成为学生毕业设计的“抢选”题目。按照课题小组评定成绩，论文与汇报相结合，学生参与考核委员会，这些都创新了课程的考核方式。尽管本课程是笔者所在学校电子信息工程和电子信息科学与技术专业的选修课，但是学生到课率很高，上课认真，讨论积极，学生对这种人人都参与、大家都动脑、团队合作的学习方式非常喜欢，积极与任课教师交流、讨论，并对改进这种教学方法提出了许多建议。比如有学生建议：考核前应该设置好考核标准，考核委员会应该在答辩过程提问等，这为进一步完善研讨式教学实践提供了十分有益的参考。之所以能够取得以上良好的教学效果，笔者分析，主要是因为“光纤通信原理”课研讨式教学体现了现代教学理念的三个基本精神。

1.科学定位师生角色，注重发挥学生的主体精神

研讨式教学法打破了“教师只管讲―学生只管听”的传统授课方式，代之以学生自学为主，教师指导、小组交流、大班讲评相结合的教学新方式。整个教学过程是以问题的提出与解决为中心，以探讨、交流与对话为形式，来激发学生强烈的求知欲和高涨的学习热情。在教学过程中，教师和学生的角色有了科学的定位，即教师是教学过程的组织者和学生学习引导者，学生是教学过程的积极参与者和自主学习者。教师以学生的主体需要为基础，合理利用各种教学资源，以达到发挥学生主体作用，培养学生创新能力的目的。学生积极参与教学过程各个环节，加强与老师、同学的交流与探讨，实现自我探索、自我教育。

2.转变教学主客体关系，促进师生对话、教学相长

研讨式教学是以师生对话、同学交流为基础的一种团队学习、合作研究的教学模式。在这种教学模式中，教师不再是对学生进行知识“灌输”，而是以对话的方式与学生一起交流和探讨问题。作为主体的学生，是在教师的帮助和指导下自主探索、合作研讨、相互沟通来解决问题。在课堂上学生不再是被动的倾听者，而是成为课堂发言、讨论的主体。学生上台讲课，老师台下听课，师生共同评课，使得师生可以互换角色，这样就创造了民主的新型师生关系，从而有利于增进师生的相互理解。而且，在研讨式教学过程中，教师还可以从学生那里发现问题，获得学术灵感，从而提高自身的教学、科研能力，促进教学相长。

3.突出学习能力培养，提高学生的综合素质

提高学生的综合素质是实行研讨式教学的基本出发点和主要归宿，也是实行这种教学改革最突出的亮点。传统教学模式注重教师教给学生多少知识，而不太关心学生是否具有转化知识、迁移知识、运用知识等方面的能力。而研讨式教学提倡教会学生自主学习的能力，即“授人以鱼”不如“授人以渔”。在教学过程中，学生要像教师一样上台讲课，因而学习目标较高，有很大的刺激性和挑战性，这对于提高学生课件制作和语言表达能力都有很好的作用。以课题组自主探索的学习方式，有利于培养他们的团队合作精神。课题论文或研究报告的撰写和汇报课件的制作都需要学生把材料和数据加以整理和取舍，归纳和提炼自己的观点，使之条理清楚、观点突出，这将有利于培养他们的学术科研素质，为他们的毕业设计和将来的工作奠定良好的基础。

四、结论

研讨式教学的提出和实施，不仅仅是教学手段、方法的改革与创新，更为重要的是它体现了现代教学理念的基本精神。将研讨式教学法应用于“光纤通信原理”教学，可以使学生处于教学主体地位，提高其综合素质和能力，充分发挥其进行研究与实践的能动性，同时能够促使任课教师不断加强自身修养，提高教学与科研水平，促进教学相长，有效地克服了“光纤通信原理”教学面临的主要难题，有力地提高了该课程的教学效果。

参考文献：

[1]在接见第五届高等教育部级教学成果奖获奖代表时的讲话[J].中华人民共和国教育部公报,2005,(12):3-4.

[2]黄世虎.研讨式教学的基本理念与实践模式[J].黑龙江教育学院学报,2010,(1):72-74.

光学原理范文第5篇

关键词：主体性；学生；光合作用

中图分类号：G633.91文献标识码：A文章编号：1992-7711(2014)06-0104

新课标强调学生应成为学习活动的主体，倡导学生主动参与教学。然而，学生的主体地位是在教师的主导下进行的，能不能实施主体性教学，归根到底教师起着决定性的作用。那么，教师如何主导教学才有利于学生主体性的体现呢？下面，结合 “光合作用原理的应用”一课，笔者谈谈自己的一些看法和做法：

一、夯实功底，充分备课，用广博学识带动课堂

课堂教学中学生主体性，如大胆质疑，扩展思维的体现，要求教师首先得精心设计教学并有扎实的知识功底，避免一问一答地 “走教案”，及时应对对师生互动交流过程中出现一些意外的问题或答案。因此，教师进行教学设计时，应当考虑多层面的因素，运用广博的知识和充足的准备应对各种“突发事件”。

例如，在“光合作用原理的应用”一课中的引言部分，观看“采访袁隆平”的视频时，笔者提出问题“袁隆平为什么认为杂交水稻的产量还能增加”？通过提问的方式将学生们可能想到与这段视频的很多相关联系集中到了本节内容上，学生边观看边思考，很自然的切入了这节课的课题，即引发了学生的兴趣，又不必专为课题的引出华而不实的绕太多的弯路。再如，在探讨“如何增加温室空气中二氧化碳供应”这一开放性讨论题时，笔者在教学设计中做了充分的准备，查找了大量资料，分析出了七种方法及其优缺点以应对学生可能的答案，结果在课上学生只提出四五种，而且都在笔者的掌控之中，通过启发调动，在学生积极发散思维、主动参与教学的同时，笔者能游刃有余的旁敲侧击、补充扩展，做到了既保持了学生的自主性又没有自由放任，使学生的主体性成为在教师宏观调控下的自主。

二、更新观念，活用教法，用多感观激发主体参与热情

现代教育技术，特别是多媒体计算机技术以及近年兴起的云技术，能轻松实现对学生的多感观刺激。在提高学生学习的热情和兴趣方面比传统教育媒体有着无可比拟的优势。因此，教师应从教具使用上转变教育观念和教学方法，合理增加现代教育技术的使用，使学生能以更多的形式参与教学，提高学习效率，体现主体地位。

尽管现代多媒体教学优势很多，但如果把鲜活的课堂束缚到流线型的课件框架中，学生自主学习的优势则无法体现。本节课的课件中笔者主要集中了视频、图片、习题等多媒体题材，而知识要点则是根据师生互动的情况板书到了黑板上，通过优化整合各种教学资源，达到主体性教学的目的。

三、尊重差异，学会倾听，用鼓励创设和谐氛围

学生大多数愿意在课上表达自己的思想，并希望得到教师的肯定。因此，教师主导教学时不能“只叫举手的学生，只训练会做的孩子”。要针对学生的差异“分层教学”，也提问学生也并不意味着一定要他回答准确，即使答错了，教师也应认真倾听，不要嫌他们“耽误时间”，不要怨他们答不出期待的答案。应当尽量找出一些值得肯定的闪光点给予正面评价并耐心启发诱导，使每一位参与讨论的学生既能最大程度地感受到自尊又被其他成员所接纳，从而激发学生学习的自觉性、能动性和创造性，这种和谐的氛围是培养与发展学生主体性的原动力。

例如，在“光合作用原理的应用”一课中，讨论CO2与光合作用强度的关系时，笔者出示了二者坐标曲线关系，由易到难设置了四个问题，给学生一定时间思考讨论后，分别有针对性的让基础不同的几个学生表述出他们的观点，每位学生回答完后，用轻松幽默的方式点评不足，并适时的鼓励诱导，即营造出宽松和谐的教学氛围，又创设出积极高效的教学环境，使不同层次的学生均能主动有效地参与教学。这里有必要说明的是，和谐的师生氛围不是一促而就的，它要求教师深入了解学生的个性特征，平时注重与学生交往交流，将主体性教学完全渗入到一贯的教学工作中。

四、把握核心、注重实效，用精心设疑深化主体思维

一节课只有40分钟，教师如果为了突出学生的主体性，而“面面俱问，事事讨论”的话，就从传统教学中教师滔滔不绝的“满堂灌”走到了“满堂问”的极端。其实不在点子上的或简单的是非提问完全可以舍去，这样既避免了问题泛滥冲淡诱导学生思考的提问目的，又使课上时间能合理分配、充分利用。笔者认为问题的讨论应主要集中在一节课的核心上，不仅要具有“一石激起千层浪”的效应，而且要有一定的挑战性，难度控制在学生通过努力能够摘到“桃子”。这样的问题，才会使学生有新奇感，能在思维活动中享受到乐趣，才能真正地把学生的主体性体现在较高水平上的思维活动中。