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篇1

關(guān)鍵詞：工程光學(xué) 光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 教學(xué)方法 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（a）-0142-02

隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)光學(xué)儀器和光電儀器設(shè)計(jì)的要求也越來越高，這就要求設(shè)計(jì)者具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、較高的設(shè)計(jì)技巧和現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算能力。目前，社會(huì)上對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)的專業(yè)人才有著越發(fā)迫切的需求，為此，高校肩負(fù)著培養(yǎng)具有良好光學(xué)設(shè)計(jì)能力的工程型人才的重任。

為了幫助學(xué)生鞏固應(yīng)用光學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)的基本方法，提高學(xué)生對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用能力和設(shè)計(jì)能力，該校在光學(xué)工程學(xué)科研究生教學(xué)中開設(shè)了“光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程。該課程在本科工程光學(xué)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)、全面地講解光學(xué)工程的理論、應(yīng)用和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，幫助學(xué)生提高在工程應(yīng)用中解決實(shí)際問題的能力。

“光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程針對(duì)光學(xué)工程學(xué)科研究生開設(shè)，要求學(xué)生具有一定的光學(xué)工程基礎(chǔ)知識(shí)，教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)光學(xué)工程的高級(jí)應(yīng)用人才。授課內(nèi)容除注重于基本概念的講解和基本原理的分析外，擬通過大量豐富的光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例，培養(yǎng)和提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決工程問題的能力。

因此，該門課程在較短的課時(shí)內(nèi)，既要有對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的深入理解，又要結(jié)合工程生產(chǎn)實(shí)踐，以解決實(shí)際設(shè)計(jì)問題為目的，使學(xué)生在系統(tǒng)、全面地掌握光學(xué)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，能夠獨(dú)立完成大多數(shù)典型光學(xué)部件和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。因此，要達(dá)到較好的授課效果，對(duì)授課教師提出了較高的要求。

在“光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的授課中，如何將理論與實(shí)際相結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生逐步適應(yīng)從習(xí)慣于科學(xué)理論、理想假定的學(xué)習(xí)者到光學(xué)工程專業(yè)技術(shù)人員的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)和提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決工程問題的能力，是重點(diǎn)考慮的問題。該文將對(duì)教學(xué)中遇到的問題及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行做出總結(jié)。

1 “光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”教學(xué)中面臨的主要問題

在該課程的教學(xué)過程中，主要存在的問題有以下幾點(diǎn)。

1.1 學(xué)時(shí)少，相應(yīng)配套課程不完善，學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)水平不均衡

“光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程涵蓋光學(xué)成像理論、典型現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和光學(xué)特性、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法等等方面，涉及知識(shí)內(nèi)容非常廣泛。在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，要完成所有的教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到使學(xué)生系統(tǒng)、全面地掌握光學(xué)設(shè)計(jì)理論和方法，提高學(xué)生現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)的目的，對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)、綜合能力的要求都較高。而在實(shí)際教學(xué)中，由于學(xué)生可能來自于不同的本科專業(yè)，在光學(xué)工程類基礎(chǔ)課程方面的知識(shí)水平表現(xiàn)出很不均衡，相應(yīng)的配套課程也不夠完善。因此，如何在本課程的教學(xué)中，如何緩這些矛盾，彌補(bǔ)這些缺陷，達(dá)到好的授課效果，對(duì)教師提出了很大挑戰(zhàn)。

1.2 學(xué)生工程意識(shí)淡薄，動(dòng)手能力差，不能將理論與實(shí)際相結(jié)合

學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)仍舊缺乏認(rèn)識(shí)，對(duì)工程問題較為生疏，工程意識(shí)非常淡薄，因此造成了動(dòng)手能力差，不能將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合的問題。而本課程正是以培養(yǎng)具有良好光學(xué)設(shè)計(jì)能力的工程型人才為目標(biāo)，因此，如何理論結(jié)合實(shí)際，在對(duì)實(shí)際問題的分析與討論中，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展的能力和創(chuàng)造性解決工程問題的能力，是重點(diǎn)要解決的一個(gè)問題。

1.3 學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性問題

教育學(xué)認(rèn)為：興趣是學(xué)習(xí)最好的老師。學(xué)生對(duì)所學(xué)習(xí)的課程產(chǎn)生了興趣，才能更加認(rèn)真、更加投入地汲取課程的知識(shí)，更好地發(fā)揮思維和智力的潛能，做出創(chuàng)造和發(fā)明。正是由于本課程涉及內(nèi)容廣泛，學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)水平不均衡，如果不能夠采取合理措施，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，就更容易造成部分學(xué)生對(duì)課程喪失興趣，消極學(xué)習(xí)。因此，作為專業(yè)課程老師，怎樣培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不使學(xué)生感覺學(xué)習(xí)過程無聊、無用而索然無味，是授課教師必須認(rèn)真思考的問題。

2 教學(xué)改革實(shí)踐與探索

針對(duì)以上問題，我們?cè)诮虒W(xué)過程中，從教學(xué)體系、教材、課件、教學(xué)方法等多方面進(jìn)行改革探索，以完善教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法為出發(fā)點(diǎn)，從提高學(xué)生興趣，加強(qiáng)師生互動(dòng)，講解深入淺出，理論結(jié)合實(shí)際，融入科研內(nèi)容等多方面著手，改善教學(xué)效果，取得了較好的成效。主要采用了以下手段后。

2.1 精心規(guī)劃授課內(nèi)容，注意銜接，有的放矢

該課程許多內(nèi)容涉及到幾何光學(xué)、物理光學(xué)、激光原理等基礎(chǔ)課程知識(shí)，希望學(xué)生能夠具有一定的相關(guān)基礎(chǔ)，在授課時(shí)才能產(chǎn)生較好的效果。然而，如前所述，在教學(xué)中存在學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)水平不均衡，配套課程不夠完善的問題。為解決這一矛盾，在授課體系與授課內(nèi)容方面，進(jìn)行了精心的規(guī)劃，力求合理。

首先，在授課內(nèi)容方面，重視教材內(nèi)容的科學(xué)組織，在內(nèi)容的編排上注意知識(shí)本身的內(nèi)在規(guī)律性、系統(tǒng)性及相互聯(lián)系，增強(qiáng)課程各個(gè)部分之間的邏輯性，有的放矢，從而節(jié)省學(xué)時(shí)，解決課程容量大與學(xué)時(shí)有限的矛盾。其次，在講授必要內(nèi)容的基礎(chǔ)上，注意與前期課程的銜接，但并不完全依賴于前期課程知識(shí)的掌握，而是注重啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生自主的復(fù)習(xí)、掌握、擴(kuò)展原有知識(shí)，例如通過布置思考題目、提供參考文獻(xiàn)、課上討論等方式，幫助和鼓勵(lì)學(xué)生通過主動(dòng)學(xué)習(xí)，來解決基礎(chǔ)知識(shí)水平不均衡的問題。同時(shí)，在授課中并不簡(jiǎn)單的按照教材施教，而是及時(shí)結(jié)合科研項(xiàng)目，充分利用與課程有關(guān)的最新研究成果，補(bǔ)充本領(lǐng)域的前沿技術(shù)。

通過合理的規(guī)劃授課內(nèi)容，并在授課過程中，注意銜接，有的放矢，激勵(lì)學(xué)生課下主動(dòng)學(xué)習(xí)的方式，提高了教學(xué)質(zhì)量。

2.2 理論結(jié)合實(shí)際，重在能力培養(yǎng)

本課程除了具有知識(shí)的系統(tǒng)性、理論性強(qiáng)的特點(diǎn)外，更重要的特點(diǎn)是應(yīng)用性強(qiáng)。在工程設(shè)計(jì)中，需要靈活地運(yùn)用學(xué)過的理論知識(shí)，用理論指導(dǎo)實(shí)踐，才能使設(shè)計(jì)朝著成功的方向前進(jìn)。當(dāng)設(shè)計(jì)過程出現(xiàn)問題時(shí)，怎樣利用理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，來有效地進(jìn)行修正，最終得到滿足使用要求的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這種解決工程問題的能力的提高，是本課程最核心要解決的問題。

為此，我們?cè)诨A(chǔ)理論講授后，通過拋出一個(gè)或幾個(gè)實(shí)際工程設(shè)計(jì)問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考與討論，完成自主設(shè)計(jì)。例如在學(xué)習(xí)了像差理論及典型顯微光學(xué)系統(tǒng)后，要求學(xué)生設(shè)計(jì)一款高倍率顯微系統(tǒng)，針對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中發(fā)生的各種問題，包括怎樣從低倍率系統(tǒng)逐步過渡到高倍率系統(tǒng)，怎樣實(shí)現(xiàn)復(fù)消色差，以及工程實(shí)際中如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)裝調(diào)等等問題，一一進(jìn)行討論和分析，通過引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，鼓勵(lì)學(xué)生自主分析解決問題，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

這樣的理論與實(shí)際相結(jié)合的過程，深受學(xué)生好評(píng)，學(xué)生們一致認(rèn)為，通過這樣的練習(xí)，不但加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，更大大提高了他們發(fā)現(xiàn)和解決工程問題的能力。

2.3 創(chuàng)新授課方法，刺激學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)

由于授課內(nèi)容的更新以及理論與實(shí)際相結(jié)合的要求，教師在授課方法上也必須進(jìn)行相應(yīng)的創(chuàng)新，才能夠達(dá)到預(yù)期的效果。學(xué)生是課堂教學(xué)的主體，只有激發(fā)學(xué)生求知的動(dòng)力，課堂教學(xué)才有可能成功。除了傳統(tǒng)的講授方式外，在本課程的授課過程中，更加注重啟發(fā)式教學(xué)和討論式教學(xué)。啟發(fā)式教學(xué)方法，是指通過具有啟發(fā)式的提問，激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。討論式教學(xué)方法，是指通過討論問題，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

在具體做法上，除了采用布置思考題目，推薦參考文獻(xiàn)的方式外，還通過將學(xué)生分為合作小組，針對(duì)某一任務(wù)進(jìn)行組內(nèi)合作，然后組織各小組就各自研究成果在全班進(jìn)行交流，鼓勵(lì)學(xué)生之間就技術(shù)問題進(jìn)行討論、質(zhì)疑與辯論，加深理解。

通過啟發(fā)式與討論式教學(xué)方法的引入，增強(qiáng)了師生互動(dòng)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，刺激學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的欲望。

3 結(jié)語

在“光學(xué)工程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的教學(xué)中，針對(duì)存在的問題，從規(guī)劃授課內(nèi)容、理論結(jié)合實(shí)際以及創(chuàng)新授課方法等等方面進(jìn)行了教學(xué)改革的實(shí)踐與探索。通過合理地規(guī)劃授課內(nèi)容，理論與實(shí)際相結(jié)合，以及引入啟發(fā)式和討論式的教學(xué)方法，注重對(duì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決工程問題的能力的培養(yǎng)，刺激學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，提高了教學(xué)質(zhì)量，收到了良好的效果。

參考文獻(xiàn)

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篇2

【論文摘 要】《光學(xué)設(shè)計(jì)》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，是光學(xué)工程和光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的主修課。本文對(duì)《光學(xué)設(shè)計(jì)》課堂教學(xué)內(nèi)容的組織、教學(xué)方法的改進(jìn)以及考核方式的改革等進(jìn)行了探討，以期對(duì)該課程的教學(xué)改革提供方法與思路。

《光學(xué)設(shè)計(jì)》是許多工科院校的“光信息科學(xué)與技術(shù)”、“光學(xué)工程”等專業(yè)的主修課程，北京信息科技大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在應(yīng)用光學(xué)、物理光學(xué)等必修課基礎(chǔ)上也開設(shè)了這門重要的專業(yè)選修課。《光學(xué)設(shè)計(jì)》是一門將幾何光學(xué)與物理光學(xué)知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)科，通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以系統(tǒng)的了解光學(xué)設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，了解一些最常用的光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，以及了解光學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。該課程的特點(diǎn)是應(yīng)用性較強(qiáng)，涉及的內(nèi)容較多，如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，通過該課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生熟練設(shè)計(jì)各種光學(xué)系統(tǒng)的能力，提高學(xué)生的分析能力和實(shí)踐能力，這對(duì)授課教師提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。該課程一般通過理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)完成教學(xué)內(nèi)容，本文將幾年來的課堂教學(xué)工作所積累下來的心得與體會(huì)加以總結(jié)，主要涉及到教學(xué)內(nèi)容的組織，教學(xué)方法的改進(jìn)與考核方式的變革等。

一、精心組織授課內(nèi)容，理清主線，突出重點(diǎn)。

光學(xué)設(shè)計(jì)課程囊括的知識(shí)點(diǎn)比較多，面向不同的教學(xué)對(duì)象，因?yàn)槠浔旧碇R(shí)積累就不同，而不同的教材組織方式，調(diào)強(qiáng)的知識(shí)重點(diǎn)也不盡相同，因此需要教師因人而異、不斷調(diào)整授課內(nèi)容的組織方式。北京信息科技大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)將該課程核定為32學(xué)時(shí)，在這么短的課時(shí)內(nèi)，如何選擇講授的知識(shí)點(diǎn)來保證教學(xué)活動(dòng)的完成，根據(jù)本專業(yè)的特點(diǎn)，我們精心組織了教學(xué)內(nèi)容，主要為了理清思路，并突出重點(diǎn)。光學(xué)設(shè)計(jì)涉及到的內(nèi)容可分為：高斯光學(xué)、像差理論、典型光學(xué)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)優(yōu)化方法、光學(xué)系統(tǒng)公差分析及光學(xué)元件制圖等。高斯光學(xué)是光學(xué)系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)，光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)計(jì)算就是基于高斯光學(xué)理論的；像差理論是光學(xué)設(shè)計(jì)的重中之重，只有深刻了解了像差理論，才能夠自主、靈活的設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)；典型光學(xué)系統(tǒng)包括放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等系統(tǒng)，是了解實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的鑰匙，也是光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)計(jì)算的理論基礎(chǔ)；而計(jì)算機(jī)自動(dòng)優(yōu)化方法、光學(xué)系統(tǒng)公差分析及光學(xué)元件制圖等是實(shí)踐性很強(qiáng)的內(nèi)容，也是把上述理論知識(shí)與實(shí)際設(shè)計(jì)過程聯(lián)系的紐帶。只有理清了這些內(nèi)容的知識(shí)體系，才能有的放矢，條理清楚的講授。我們經(jīng)過探索，發(fā)現(xiàn)在授課時(shí)選擇一個(gè)實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)（如開普勒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)），從它的基本結(jié)構(gòu)講起，引出物鏡和目鏡的各自特點(diǎn)，用高斯光學(xué)知識(shí)分析其放大率、視場(chǎng)角等參數(shù)，再引申到實(shí)際系統(tǒng)像差對(duì)像質(zhì)的影響，最后講授怎樣設(shè)計(jì)這樣一個(gè)系統(tǒng)以及設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題。這樣就能把所有要講授的內(nèi)容串聯(lián)起來，學(xué)生就能更好地理清思路，知道哪部分內(nèi)容的作用以及怎樣學(xué)習(xí)效率更高。另外，講解時(shí)不能一概而論，必須突出重點(diǎn)，每個(gè)知識(shí)模塊的學(xué)時(shí)要分配得當(dāng)。比如像差理論是本課程的重點(diǎn)，需要占用較多的學(xué)時(shí)講解；而且像差理論這一部分應(yīng)該把重點(diǎn)放在各種系統(tǒng)參數(shù)（比如，光闌大小、位置，材料折射率、相對(duì)色散等）對(duì)初級(jí)像差的影響上，因?yàn)檫@是一個(gè)優(yōu)秀光學(xué)設(shè)計(jì)工程師必須練好的最重要的基本功。最后，處理好知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)之間的關(guān)系。比如要提醒學(xué)生每一部分知識(shí)點(diǎn)都要結(jié)合與實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括加工、檢測(cè)）的關(guān)系來學(xué)習(xí)，做到有的放矢、思路清晰。

二、教學(xué)方法的改進(jìn)

1．課堂教學(xué)與課外科技創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合

學(xué)習(xí)基本原理知識(shí)的目的是為了更好地應(yīng)用到實(shí)際生活中。我們積極鼓勵(lì)學(xué)生參加各種科技創(chuàng)新活動(dòng)，堅(jiān)持課堂教學(xué)與課外創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合，強(qiáng)化實(shí)踐能力培養(yǎng)，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)與綜合分析能力。比如，在學(xué)習(xí)了照相系統(tǒng)基本知識(shí)以后，我們鼓勵(lì)學(xué)生調(diào)研如今市場(chǎng)上的各種照相機(jī)（包括數(shù)碼相機(jī)、傳統(tǒng)相機(jī)、攝像機(jī)等），讓學(xué)生考察照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)以及重要技術(shù)參數(shù)，并讓學(xué)生嘗試自己設(shè)計(jì)一臺(tái)照相機(jī)系統(tǒng)。這樣，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到大大提高，他們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中遇到很多問題，再重新回過頭在課堂找答案，被動(dòng)接收變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效率大大提高。

2．現(xiàn)代多媒體教學(xué)技術(shù)的使用

多媒體教學(xué)是以計(jì)算機(jī)為核心的教學(xué)手段，能交互的綜合處理文本、圖形、圖像、動(dòng)畫、音頻及視頻等多種媒體信息，更豐富、更復(fù)雜的信息多媒體教學(xué)對(duì)全面提高教學(xué)質(zhì)量，增進(jìn)教學(xué)效果起著不可替代的推進(jìn)作用。基于多媒體的光學(xué)設(shè)計(jì)課程教學(xué)優(yōu)勢(shì)包括：第一，圖文并茂，簡(jiǎn)潔直觀，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。比如在講授望遠(yuǎn)系統(tǒng)時(shí)，我們把目前世界上的各種望遠(yuǎn)系統(tǒng)圖片投影到黑板上，并列舉各系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，使學(xué)生頓時(shí)產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣。第二，把教師從繁重的板書中解放出來，更有利于教師語言、人格魅力的發(fā)揮，學(xué)生可以在相同的時(shí)間內(nèi)獲取更多的知識(shí)，提高課堂教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。比如，在講授各種目鏡結(jié)構(gòu)時(shí)，由于目鏡的種類很多，有惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、凱涅爾目鏡、對(duì)稱式目鏡以及廣角目鏡等，一一板書這些目鏡結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)非常花時(shí)間，而且作用不大。使用多媒體就可以很快的展示各種目鏡結(jié)構(gòu)以及特點(diǎn)，從而把更多時(shí)間放到講授目鏡選型以及設(shè)計(jì)中去。第三，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，二者相互有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的良性互動(dòng)。比如，在學(xué)習(xí)球差與系統(tǒng)相對(duì)孔徑以及光闌的關(guān)系這部分內(nèi)容時(shí)，我們讓學(xué)生自己提出各種參數(shù)，然后現(xiàn)場(chǎng)用多媒體計(jì)算光線軌跡并畫出光路圖、像差圖等，學(xué)生再根據(jù)像差圖提出新的修正結(jié)構(gòu)，直到得出滿意的球差。在這個(gè)過程中，教師與學(xué)生不再是填鴨式的灌輸與接受知識(shí)，而是很好的互動(dòng)，并激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

3．光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用

在光學(xué)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，為了演示光線追跡結(jié)果及光學(xué)系統(tǒng)在各種不同情況下、不同輸入光場(chǎng)時(shí)的輸出光場(chǎng)情況等，需要編制相應(yīng)的模塊軟件。但由于編制這樣的模塊軟件工作量大、難度較高，往住使任課老師放棄在教學(xué)過程中演示復(fù)雜的光學(xué)現(xiàn)象，即使有人花大量時(shí)間和精力編制出一些，也因?yàn)楣δ懿粡?qiáng)、效果不佳而影響教學(xué)效果。我們將諸如ZEMAX、OSLO、CODE－V等功能強(qiáng)大的商業(yè)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件引入光學(xué)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)過程，可以減小設(shè)計(jì)工作量，并且使課程課件的深度得到加強(qiáng)，從而擴(kuò)大學(xué)生的感性認(rèn)知和視野，增強(qiáng)教學(xué)效果。

現(xiàn)有的成像光學(xué)分析與設(shè)計(jì)軟件主要有三種，分別為：美國(guó)Optical Research Association 公司的CODE－V軟件；Lambda Research Corporation公司的OSLO軟件；Focus Software Inc開發(fā)的ZEMAX軟件。其中ZEMAX軟件由于界面友好，容易上手，目前占據(jù)市場(chǎng)最大份額；我們?cè)谡n堂教學(xué)中采用的也是ZEMAX軟件。該軟件可做光學(xué)組件設(shè)計(jì)與照明系統(tǒng)的照度分析，也可建立反射、折射、繞射等光學(xué)模型，并結(jié)合優(yōu)化、公差等分析功能，是將實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念、優(yōu)化、分析、公差以及報(bào)表集成在一起的一套綜合性的光學(xué)設(shè)計(jì)仿真軟件。課堂利用ZEMAX的計(jì)算與模擬功能，鼓勵(lì)學(xué)生通過自主探索，在掌握理論知識(shí)的前提下，讓學(xué)生建立相應(yīng)的物理模型和數(shù)學(xué)模型，通過自己輸入?yún)?shù)去完成對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的形象化和具體化，并對(duì)光學(xué)系統(tǒng)像差進(jìn)行詳細(xì)了解，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。例如，如果要給學(xué)生講授cook三片式透鏡組（入瞳10mm，全視場(chǎng)角40°）的結(jié)構(gòu)以及性能，通過ZEMAX可以很形象地顯示。圖1所示，cook透鏡組的二維和三維結(jié)構(gòu)圖都可以畫出，而且所選三個(gè)視場(chǎng)（0視場(chǎng)、10°視場(chǎng)、20°視場(chǎng)）的光線軌跡也可以準(zhǔn)確畫出，這樣就使得學(xué)生有更形象、直觀的認(rèn)識(shí)。如果要了解該透鏡組性能，就可以利用ZEMAX光線追跡程序快速計(jì)算出每一條光線的軌跡，并算出各種像差值。該cook透鏡組的幾種像差圖見圖2所示，這里只顯示了四種像差圖：點(diǎn)列圖、波像差圖、調(diào)制傳遞函數(shù)圖和場(chǎng)曲、像散及畸變圖。根據(jù)這些像差圖，學(xué)生可以對(duì)該系統(tǒng)的像差有個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，可以更進(jìn)一步改進(jìn)并優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)。而計(jì)算實(shí)際像差利用傳統(tǒng)的手工計(jì)算花費(fèi)時(shí)間是巨大的。 　總之，利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，可以使光學(xué)設(shè)計(jì)課程授課效率更高，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣更濃，學(xué)習(xí)效果更好。

三、課程考核方法的改革

考試已成為課程改革的一部分，與課程的實(shí)施方法相輔相成，從而更客觀地反映教與學(xué)的效果，達(dá)到拓展學(xué)生的個(gè)性，激發(fā)其學(xué)習(xí)能力和興趣的目的。傳統(tǒng)理工科課程通常以閉卷筆試加平時(shí)成績(jī)相結(jié)合的方式進(jìn)行考核。針對(duì)《光學(xué)設(shè)計(jì)》的課程特點(diǎn)，我們采用了以考核綜合知識(shí)和能力為主導(dǎo)的考試方法。具體包括：①建立小課題，指導(dǎo)學(xué)生撰寫小論文。比如讓學(xué)生們調(diào)研目前流行的單反相機(jī)的原理并進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，學(xué)生通過查資料，深入調(diào)研，強(qiáng)化學(xué)生自己思考的過程，同時(shí)也能考察一個(gè)學(xué)生的綜合素質(zhì)。②開展課堂討論，給予總結(jié)評(píng)價(jià)。這部分的考核主要是通過討論來考察學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用和具體解決問題的能力。③試卷考核。該部分主要考概念題和思考題，加深學(xué)生對(duì)理論基本知識(shí)的理解和掌握。

通過這三種方式來全面綜合地考察、評(píng)定學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)掌握和理解程度，從而更好地反饋和指導(dǎo)教學(xué)。這樣的考核方法覆蓋指標(biāo)更全面，考核的結(jié)果就會(huì)更客觀合理，能夠真實(shí)全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況與能力水平，有利于對(duì)學(xué)生的知識(shí)和能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

四、教師自身能力提高

教師是課程改革最直接、最關(guān)鍵的群體，因此教師的自身成長(zhǎng)與課程的建設(shè)發(fā)展密切相關(guān)。教師的專業(yè)成長(zhǎng)不僅僅是教學(xué)經(jīng)歷和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的累積與豐富，更是教師由被動(dòng)到主動(dòng)參與課程決策、課程運(yùn)作和課程評(píng)價(jià)，促進(jìn)課程、教師和學(xué)生共同發(fā)展的過程。在不斷變革的社會(huì)大環(huán)境下，教師應(yīng)樹立終身教育和終身學(xué)習(xí)的觀念，即“教育既是為了促進(jìn)個(gè)人的終身全面發(fā)展，又是為了促進(jìn)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展和全面進(jìn)步。”只有具備這樣的觀念，才能不斷解決教育中出現(xiàn)的各種問題，才能建構(gòu)新課程條件下的目標(biāo)、教學(xué)、評(píng)價(jià)體系。另外，很多人對(duì)于光學(xué)設(shè)計(jì)存在錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為只要學(xué)好幾種光學(xué)設(shè)計(jì)軟件就可以進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)。其實(shí)，光學(xué)設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性的工作，它需要經(jīng)驗(yàn)也需要設(shè)計(jì)人員有正確的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)理念，而軟件只是工具而已。光學(xué)設(shè)計(jì)總要從像差補(bǔ)償開始，如果沒有對(duì)基礎(chǔ)像差理論的深入、正確理解，只是按照已有參數(shù)按步就班地操作，光學(xué)設(shè)計(jì)則成了完全的技術(shù)工作，毫無思想性可言。對(duì)于這部分理論內(nèi)容要有“板凳要坐十年冷”的準(zhǔn)備，從復(fù)雜、枯燥的公式中理解設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，打好光學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。光學(xué)設(shè)計(jì)是一門需要慢慢磨的手藝，作為教師的我們就更要負(fù)起責(zé)任，不斷提高自身水平，不浮躁、不圖快，踏踏實(shí)實(shí)的不斷學(xué)習(xí)，積極地參與科研，積累更多的光學(xué)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，這樣才能更好地講授好這門課。

五、結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)系統(tǒng)的作用越來越被重視，迫切需要光學(xué)設(shè)計(jì)的專業(yè)人才，為此高校肩負(fù)著培養(yǎng)具有良好光學(xué)設(shè)計(jì)人才的重任。本文對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容與課程設(shè)置的安排、教學(xué)方式的優(yōu)化改革以及考核方式多樣化等問題進(jìn)行了研究與討論，為學(xué)生更好地掌握光學(xué)設(shè)計(jì)知識(shí)、將來更好地服務(wù)于社會(huì)打下良好的基礎(chǔ)。

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篇3

關(guān)鍵詞：拉曼光譜；airPLS；小波變換；主成分分析

1 引言

紡織品中纖維成分含量直接影響消費(fèi)者使用的舒適性，是消費(fèi)者購買紡織品時(shí)主要考慮的指標(biāo)[1]。而有些企業(yè)為降低成本，未對(duì)采購原料送檢就投消費(fèi)者所好，標(biāo)識(shí)上標(biāo)注的纖維成分為100%棉。國(guó)家質(zhì)檢總局于2003年至2012年期間，組織開展了6次針對(duì)床上用品的監(jiān)督抽查工作，抽查發(fā)現(xiàn)，纖維成分含量不合格的情況主要表現(xiàn)為標(biāo)稱纖維成分與實(shí)際不符，比如：標(biāo)注為全棉，實(shí)際為棉滌產(chǎn)品。標(biāo)注為全棉，實(shí)際為純滌產(chǎn)品。目前，紡織品纖維檢驗(yàn)一般使用傳統(tǒng)的方法如燃燒法、化學(xué)溶解法、熔點(diǎn)試驗(yàn)法等等，這些方法極易污染環(huán)境、危害檢測(cè)人員健康[2-3]。拉曼光譜是一種快速無損的分子光譜檢測(cè)方法，其拉曼位移和強(qiáng)度可以提供測(cè)定物質(zhì)含量的相關(guān)信息，其中拉曼位移是表征分子振―轉(zhuǎn)能級(jí)的特征物理量，是定性與結(jié)構(gòu)分析的依據(jù)[4-6]。

測(cè)量得到的拉曼光譜不僅包含測(cè)定物質(zhì)的信息，同時(shí)也包含了噪聲、各種干擾因素，如熒光背景、基線漂移、雜散光等[7]。因此要想通過拉曼光譜來鑒別纖維成分，就應(yīng)該先進(jìn)行光譜預(yù)處理，以便降噪、扣除背景及基線漂移，減少各種干擾的影響，簡(jiǎn)化后續(xù)建模過程，提高分析準(zhǔn)確度[8-10]。

本文通過對(duì)棉滌紡織品的光譜鑒別具體問題，探索研究其合適的預(yù)處理方法。

2 試驗(yàn)與方法

2.1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)樣品全部由廣州市纖維產(chǎn)品檢測(cè)院提供。樣品總數(shù)為150，其中純棉樣品50份。純聚酯纖維樣品50份，棉滌混紡樣品50份。所有樣品的纖維含量按GB/T 2910標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定。

2.2 光譜采集

儀器：i-Raman EX拉曼光譜儀（必達(dá)泰克，美國(guó)），激發(fā)波長(zhǎng)1064nm，積分時(shí)間50秒，光譜范圍175cm-1～2500cm-1，光譜分辨率為9.5cm-1。所得光譜如圖1所示。

2.3 光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理方法

拉曼光譜儀所測(cè)光譜除包含被測(cè)樣本信息外還存在噪音，同時(shí)部分樣品由于存在雜質(zhì)或有熒光吸收的物質(zhì)，使得光譜數(shù)據(jù)還存在熒光影響有效信息的問題，化學(xué)計(jì)量學(xué)的引入為我們更好地進(jìn)一步利用光譜數(shù)據(jù)提供了有效的方法。本文主要研究自適應(yīng)迭代重加權(quán)懲罰最小二乘算法（airPLS）[11-12]及小波變換方法[13-15]對(duì)光譜的預(yù)處理。

2.3.1 自適應(yīng)迭代重加權(quán)懲罰最小二乘算法（airPLS）

在紡織品的拉曼光譜中，由于染料的影響常有較為明顯的熒光背景出現(xiàn)。自適應(yīng)迭代重加權(quán)懲罰最小二乘法無需用戶中途干預(yù)且對(duì)于信噪比較低的情況可以保持有效信號(hào)不變的條件下將背景扣除。它通過迭代重加權(quán)懲罰最小二乘算法，逐步逼近背景，引入?yún)?shù)來調(diào)節(jié)曲線的平滑程度，將原始信號(hào)減去擬合出的背景，可得到扣除背景后的光譜信號(hào)。

2.3.2 小波變換

小波變換是繼傅里葉變換之后最受關(guān)注的信號(hào)處理方法，它繼承發(fā)展了短時(shí)傅里葉變換局部化的思想，選定一定的小波函數(shù)，可以把原始光譜信號(hào)變換，在小波域進(jìn)行過濾和壓縮處理，這個(gè)過程可以去除干擾和噪聲信號(hào)的影響，提高光譜的信噪比。

2.4 定性方法的建立

傳統(tǒng)上拉曼光譜用于定性分析主要是根據(jù)不同物質(zhì)具有不同的特征光譜，可通過光譜實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)的定性分析，在相同測(cè)定條件下，繪制樣品與對(duì)照品的拉曼光譜，進(jìn)行比對(duì)，若光譜相同，則為同一化合物。這樣的方法對(duì)單一組分的樣本是有效的，但是對(duì)帶有干擾的多組分樣本則難以實(shí)現(xiàn)。為了解決這一問題，我們采用了基于多元統(tǒng)計(jì)分析的主成分分析方法。我們運(yùn)用主成分分析方法處理光譜，其本質(zhì)是通過一種最優(yōu)化方法去濃縮及綜合光譜數(shù)據(jù)中的信息，從而簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)、降低維數(shù)，進(jìn)而揭示出光譜數(shù)據(jù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征[16-17]。具體看來，主成分分析通過將原來光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到若干由原始光譜數(shù)據(jù)線性組成的新變量，新變量盡可能多地表征原光譜信息的數(shù)據(jù)特征而不丟失信息。經(jīng)轉(zhuǎn)換得到的新變量是相互正交的，即新變量間互不相關(guān)，以消除眾多信息共存中相互重疊的信息部分。

3 結(jié)果與討論

3.1 背景扣除

為了消除不同顏色的染料所引起的拉曼光譜背景，我們首先采用airPLS方法對(duì)光譜進(jìn)行了處理。在本方法中，懲罰參數(shù)λ需要結(jié)合光譜數(shù)據(jù)確定。λ值越大，其擬合出的背景越平滑，在本研究中，結(jié)合紡織品拉曼光譜的實(shí)際情況，我們選定λ為20，并以此對(duì)原始光譜進(jìn)行處理。處理前后的光譜可見圖2，從圖中可以看出，經(jīng)過處理后，熒光背景基本已被扣除，可以更加有效對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

3.2 小波處理

背景扣除之后，為了進(jìn)一步去除干擾信息，提高光譜的信噪比。我們采用“db2”小波函數(shù)對(duì)光譜進(jìn)行了處理。結(jié)合拉曼光譜數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，采用2尺度分解，處理后光譜見圖3所示。經(jīng)過此步驟處理后，變量由449減少為112個(gè)，有效地壓縮了數(shù)據(jù)，保留了有效信息。

3.3 主成分分析

為了驗(yàn)證光譜預(yù)處理方法的有效性，首先采用原始光譜進(jìn)行主成分分析，從圖4中我們可以看出，100%棉樣本聚成一類，但是100%滌綸以及棉滌混合的樣本則混雜在一起，難以有效地進(jìn)行區(qū)分。而經(jīng)過airPLS方法扣除背景，并經(jīng)小波變換壓縮處理之后的主成分得分圖見圖5。從圖中可以看出，100%棉樣本以及100%滌綸樣本各自聚成一類，而棉滌混合樣本則居于兩類之間，基本符合我們對(duì)樣本的認(rèn)識(shí)。這樣的結(jié)果也說明，拉曼光譜結(jié)合合適的預(yù)處理方法及主成分分析，可以有效地對(duì)不同成分的纖維紡織品進(jìn)行分類鑒別。

4 結(jié)論與展望

本文研究了利用airPLS及小波變換方法對(duì)拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)處理后的光譜數(shù)據(jù)應(yīng)用主成分分析進(jìn)行了鑒別，試驗(yàn)結(jié)果表明，利用拉曼光譜對(duì)棉滌床上用品纖維成分現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)鑒別是可行的。該方法可以現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)鑒定床上用品纖維成分，對(duì)質(zhì)量監(jiān)督抽查部門現(xiàn)場(chǎng)“打假”起到重要的支撐作用。

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篇4

關(guān)鍵詞：LED路燈;自由曲面透鏡;二次光學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN31;O43

      文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1005-3824（2014）05-0013-05

0 引 言

發(fā)光二極管（light emitting diode）作為新一代的綠色光源，具有壽命長(zhǎng)、體積小、電光效率高、環(huán)保節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于景觀裝飾照明、汽車尾燈、顯示屏等領(lǐng)域^[1]。不同于傳統(tǒng)光源，LED不含汞、鉛等有害金屬;其出射光中沒有紫外和紅外光;其壽命是熒光燈的10倍，白熾燈的100倍，LED也因此成為21世紀(jì)最有價(jià)值的第4代新型光源^[2-3]。

LED路燈大部分采用的是白光LED光源，光源的輻射角分布為11001200的朗伯分布，表現(xiàn)為中心照射區(qū)域的光斑亮度很高，但隨著照明區(qū)域的半徑增大亮度衰減得很快^[4]。如果不經(jīng)過配光，LED路燈將會(huì)在照明路面上形成一個(gè)不均勻的圓形光斑，約50%的光將會(huì)散落到馬路之外，造成光浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)遠(yuǎn)處的行人和車輛造成眩光，達(dá)不到照明要求^[5]。所以，對(duì)LED路燈進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計(jì)，使其照明區(qū)域的光照均勻度、形狀等滿足道路照明要求，是LED路燈設(shè)計(jì)過程中不可或缺的環(huán)節(jié)。二次光學(xué)設(shè)計(jì)屬于非成像光學(xué)領(lǐng)域，利用非成像光學(xué)理論設(shè)計(jì)自由曲面透鏡對(duì)LED路燈進(jìn)行配光^[5]，以達(dá)到均勻照明的目的，是目前LED路燈二次配光設(shè)計(jì)常用方法。而對(duì)于自由曲面透鏡的設(shè)計(jì)，目前常用的主要有試錯(cuò)法、裁剪法、數(shù)值優(yōu)化法、偏微分方程法、網(wǎng)格法以及SMS法^[6]，前5種方法主要針對(duì)點(diǎn)光源，最后的SMS法則多用于擴(kuò)展光源。

1 LED路燈配光特點(diǎn)及要求

LED的光強(qiáng)輻射一般以蝙蝠翼型、朗伯型、聚光型以及側(cè)射型等類型分布，其中大部分都為近似朗伯分布，即光分布是以垂直于發(fā)光面的軸線為零度角的余弦分布，其光強(qiáng)變化規(guī)律為

I（）=I0×cos（）（1）

其中：I0為主軸上的光強(qiáng);為光線與LED主光軸的夾角。

沒有經(jīng)過配光的LED光源一般產(chǎn)生的為圓形光斑，這樣的光源容易產(chǎn)生斑馬效應(yīng)，而且會(huì)造成路面以外的光浪費(fèi)，因此，需要通過對(duì)LED進(jìn)行二次配光，使得LED路燈發(fā)出的光在路面上形成一個(gè)矩形光斑，同時(shí)兼顧眩光控制與照度均勻度，達(dá)到道路照明要求。

在城市道路照明設(shè)計(jì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)道路照明的不同場(chǎng)合，把道路分為主干道、次干道、快速道和支路等。不同的道路有不同的照明要求，具體設(shè)計(jì)要求如表1。

2 基于非成像光學(xué)的LED路燈配光技術(shù)

2.1 非成像光學(xué)簡(jiǎn)介

與傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)不同，LED路燈的配光設(shè)計(jì)，不需要在路面上形成清晰的像，而是要求把圓形光斑變成矩形光斑，盡可能使光線都分布在路面上，即二次光學(xué)設(shè)計(jì)。二次光學(xué)設(shè)計(jì)主要考慮怎樣把LED發(fā)出的光線集中到期望的照明區(qū)域上，進(jìn)而讓整個(gè)系統(tǒng)發(fā)出的光能滿足照明要求。二次光學(xué)設(shè)計(jì)屬于非成像光學(xué)的研究范疇。不同于傳統(tǒng)成像光學(xué)系統(tǒng)，非成像光學(xué)不再以獲得最好的物象為目的，所以不需要在目標(biāo)照明面上形成清晰的像，而是追求光能利用率的最大化，另一個(gè)不同于成像光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)在于，不再使用像差理論和成像質(zhì)量來評(píng)判系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，在非成像光學(xué)系統(tǒng)中，光能利用率被用來作為系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目前，為了滿足道路均勻照明要求，對(duì)LED路燈進(jìn)行二次配光的一種行之有效的方法是利用非成像光學(xué)理論構(gòu)建自由曲面透鏡。

表1 機(jī)動(dòng)車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)^[7]

2.2 自由曲面透鏡常用設(shè)計(jì)方法

為了讓配光過程中的能量損失較少，普遍采用光學(xué)面數(shù)量較少、對(duì)光線的反射折射較少的透鏡來對(duì)LED進(jìn)行二次配光，透鏡的配光能力決定于其光學(xué)面的面型。要達(dá)到均勻照明的配光效果，這種光學(xué)面的面型需要有足夠的自由度，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的光強(qiáng)分配和照明空間角的改變，稱之為自由曲面。自由曲面透鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配光效果好，是目前為止LED均勻照明最理想的配光光學(xué)元件。

目前，常用的自由曲面設(shè)計(jì)方法主要分為兩大類，一類是針對(duì)點(diǎn)光源的，包括試錯(cuò)法、裁剪法、數(shù)值優(yōu)化法、偏微分方程法和網(wǎng)格法，另一個(gè)類是針對(duì)面光源的SMS法（多重表面同步設(shè)計(jì)法）。其中，試錯(cuò)法的可變參數(shù)多，沒有固定的優(yōu)化模式，大多依賴于設(shè)計(jì)員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，主要通過三維建模軟件solidworks、PROE或UG等繪制出光學(xué)元器件結(jié)構(gòu)，再在非成像光學(xué)分析軟件中，通過非序列光線追跡來判斷照明面的照度及整個(gè)光強(qiáng)的分布^[8];裁剪法通過對(duì)光學(xué)透鏡的面形進(jìn)行裁剪來控制波前走向，以此獲得均勻的照度或能量分布;數(shù)值優(yōu)化法結(jié)合幾何近似方法與變分積分方法，對(duì)非線性二階Monte-Amphere方程進(jìn)行求解，此方法最先由J.Bortz、N.Shatz等人應(yīng)用于LED配光透鏡設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用于只有一個(gè)光學(xué)面的給定照度分布問題;SMS方法^[9]是針對(duì)擴(kuò)展光源設(shè)計(jì)而言的，對(duì)一個(gè)配光光學(xué)透鏡，可以同時(shí)設(shè)計(jì)出透鏡的2個(gè)或多個(gè)表面的面型，通過多個(gè)光學(xué)面，控制擴(kuò)展光源2端發(fā)出的2個(gè)波面，變換成給定的2個(gè)輸出波面;而對(duì)于點(diǎn)光源而言，常采用偏微分方程法和網(wǎng)格法，下面本文將對(duì)這2種方法做詳細(xì)介紹與比較。

2.3 自由曲面透鏡常用設(shè)計(jì)方法

偏微分方程法，系統(tǒng)效率高于82%。

圖1 自由曲面透鏡與配光效果圖

通過偏微分方程法來求解自由曲面面型，本質(zhì)上是建立入射、出射和自由曲面法向矢量3者之間的矢量關(guān)系方程組，同時(shí)添加限制條件，限制條件根據(jù)光 源的發(fā)光特性以及所需照明來設(shè)定，這樣，使得方程有唯一解或者有限個(gè)解。自由曲面是一空間曲面，求解自由曲面面型數(shù)據(jù)時(shí)，首先在空間中建立三維坐標(biāo)系，設(shè)LED光源位于空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)，自由曲面上的任意一點(diǎn)坐標(biāo)為qθ，φ，ρθ，φ，目標(biāo)照明面上的點(diǎn)為wx，y，z，入射光線、出射光線以及q點(diǎn)處的法向矢量分布用In、Out和N表示，根據(jù)Snell定律可以建立起自由曲面上點(diǎn)q和目標(biāo)照明面上點(diǎn)w的關(guān)系表達(dá)式，再由能量守恒定律求得自由曲面上點(diǎn)q的分量與光線出射角之間的關(guān)系表達(dá)式，由此得到qθ，φ，ρθ，φ在θ，φ的一階偏微分方程，最后運(yùn)用數(shù)值方法求解出自由曲面面型數(shù)據(jù)。

2.4 網(wǎng)格法

網(wǎng)格法的設(shè)計(jì)思想具有直觀的物理意義。在忽略能量損失的情況下，由能量守恒原理可知，光源發(fā)出的能量等于目標(biāo)照明面上獲得的能量，采用相同的規(guī)則對(duì)光源和目標(biāo)照明面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)所對(duì)應(yīng)的能量相等，根據(jù)這個(gè)映射關(guān)系，建立能量分配的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過計(jì)算機(jī)迭代求解出自由曲面表面離散數(shù)據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)，以及所對(duì)應(yīng)的法矢量，從而確定了自由曲面的表面。

同樣，跟偏微分方程法一樣，LED視為點(diǎn)光源，位于原點(diǎn)處，建立如圖2所示的空間坐標(biāo)系。其中，θ為光線與Y軸所組成的平面和Z軸的夾角，φ為光線與Y軸的夾角。由光源的余弦分布可知，沿著光線i→的光強(qiáng)為I0cosθsinφ^[12]，其中I0為中心光強(qiáng)。

圖2 LED光源空間坐標(biāo)

2.4.1 劃分網(wǎng)格

設(shè)目標(biāo)照明面如圖3所示，是一個(gè)長(zhǎng)為a，寬為b的矩形區(qū)域，LED光源的總光通量為，目標(biāo)照明面的平均照度為Ev，中心光強(qiáng)為I0=/π。在X軸方向已步長(zhǎng)k等分為m份，Y軸方向上也以同樣的步長(zhǎng)k等分為n份，這樣就得到了xm和ym的數(shù)組，對(duì)應(yīng)于光源立體角來說，則在θ角上等分成m份，角等分成n份。

圖3 目標(biāo)照明面網(wǎng)格圖

2.4.2 迭代計(jì)算

經(jīng)過網(wǎng)格劃分后，在X軸方向有m條矩形區(qū)域，通過能量守恒定律，可以建立起光源出光方向與目標(biāo)照明面上點(diǎn)的一條縱向?qū)?yīng)關(guān)系，以此求得步長(zhǎng)Δθ1～Δθm，Δφ1～Δφn。其具體步驟如下：

首先計(jì)算X軸方向上每條矩形區(qū)域所對(duì)應(yīng)的能量：

EΔx=Ev·k·b（2）

每一份θ角內(nèi)，以LED光源發(fā)出的能量作為研究對(duì)象，根據(jù)能量守恒定律可得：

∫θ1θ0∫π0I0cosθ·sin2φdθdφ=EΔx（3） 

則：

Δθ1=EΔxI0cosθ∫π0sin2φdφ（4）

由θ1=θ0+Δθ1，x1=x0+Δx可以得到一條光線與目標(biāo)照明面上的一個(gè)點(diǎn)的能量對(duì)應(yīng)關(guān)系：θ1，φ1→x1，y0。按照這樣的步驟依次迭代可計(jì)算出Δθ2，…，Δθm，并可得到光源光線與目標(biāo)照明面上的點(diǎn)的縱向?qū)?yīng)關(guān)系θφ0=fxy0，即

θ1，φ1→x1，y0

θ2，φ1→x2，y0

θ3，φ1→x3，y0

……

θm，φ1→xm，y0

按照以上建立縱向?qū)?yīng)關(guān)系的方法，建立能量橫向?qū)?yīng)關(guān)系，以此得到步長(zhǎng)Δφ1～Δφn。

在目標(biāo)照明面的Δx，Δy范圍內(nèi)，由能量守恒可得：

∫θ1θ0∫φ1φ0I0cosθ·sin2φdθdφ=Ev·k2（5）

則：

Δφ1=EΔx，ΔyI0∫θ1θ0cosθsin2φ0（6）

由φ1=φ0+Δφ1，y1=y0+Δy可以得到一條光線與目標(biāo)照明面上的一個(gè)點(diǎn)的能量對(duì)應(yīng)關(guān)系：θ0，φ1→x0，y1。按照這樣的步驟依次迭代可計(jì)算出Δφ2，…，Δφm，并可得到光源光線與目標(biāo)照明面上的點(diǎn)的縱向?qū)?yīng)關(guān)系φθ0=gyx0，即：

θ0，φ1→x0，y1

θ0，φ2→x0，y2

θ0，φ3→x0，y3

……

θ0，φn→x0，yn

這樣，可以依次迭代求出光源光線在整個(gè)空間坐標(biāo)系中與目標(biāo)照明面上點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：即θm，φn→xm，yn。

迭代計(jì)算時(shí)，首先確定透鏡的一個(gè)初始計(jì)算點(diǎn)，應(yīng)用反射定律求得自由曲面初始點(diǎn)的法向量，從而確定該點(diǎn)的切平面，再由該切平面與第二點(diǎn)的入射光線相交確定第二點(diǎn)。總體思想是，通過前一個(gè)點(diǎn)的切平面與下一條光線相交求得下一點(diǎn)，通過計(jì)算機(jī)迭代計(jì)算出自由曲面所有點(diǎn)的坐標(biāo)，由此得到自由曲面的面型。

3 LED路燈自由曲面透鏡設(shè)計(jì)方法的比較  

無論采用哪種自由曲面透鏡設(shè)計(jì)方法，最終的目的都是要讓LED路燈的配光達(dá)到道路照明要求。上述的自由曲面透鏡設(shè)計(jì)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，如表2所示。

其中，偏微分方程法求解自由曲面，目的性強(qiáng)，計(jì)算速度很快，可以很快得到面型的數(shù)據(jù)，而且沒有試錯(cuò)法中反復(fù)優(yōu)化的過程，但是，由于偏微分方程組復(fù)雜，求解過程麻煩，這類方程的可解性也很低，要求設(shè)計(jì)人員有扎實(shí)的數(shù)學(xué)功底和編程能力，并且偏微分方程法多適合點(diǎn)光源，對(duì)于擴(kuò)展光源，多用SMS法。

網(wǎng)格法比較直觀，根據(jù)能量守恒，建立光源與目標(biāo)照明面的映射關(guān)系來求解面型數(shù)據(jù)，并且可以通過對(duì)網(wǎng)格的細(xì)化，可以得到更加精確的結(jié)果。網(wǎng)格法可以解決復(fù)雜照度分布的問題，求解上比偏微分方程法簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)效率高，不用進(jìn)行誤差校驗(yàn)，是一種行之有效的自由曲面透鏡設(shè)計(jì)方法，具有良好的研究前景。

4 結(jié) 論

近年來，LED路燈的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)LED路燈二次光學(xué)設(shè)計(jì)的要求也越來越高，二次光學(xué)設(shè)計(jì)也逐漸成為非成像光學(xué)中的一個(gè)重要研究方向。本文簡(jiǎn)要介紹了LED路燈自由曲面透鏡的設(shè)計(jì)方法，并就現(xiàn)在最常用的2種設(shè)計(jì)方法做了詳細(xì)介紹與對(duì)比，認(rèn)為網(wǎng)格法具有良好的發(fā)展前景。目前，對(duì)于點(diǎn)光源的二次配光設(shè)計(jì)問題，已經(jīng)有相當(dāng)成熟的解決辦法，但是對(duì)于擴(kuò)展光源來說，還需要進(jìn)一步提出比較成熟的解決方案，加快LED路燈應(yīng)用于更加廣闊的領(lǐng)域。

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篇5

關(guān)鍵詞：物理光學(xué)；應(yīng)用光學(xué)；教學(xué)實(shí)踐；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）21-0077-02

“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”是信息光學(xué)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課。物理光學(xué)從光的電磁理論出發(fā)講述了光在各向同性介質(zhì)、各向異性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，光的干涉、衍射、偏振特性。應(yīng)用光學(xué)不涉及光的波動(dòng)本性，以光的直線、獨(dú)立傳播、折射、反射等實(shí)驗(yàn)定律為基礎(chǔ)，研究受限光束的成像，特殊光電傳播過程的規(guī)律；在光學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行光路追跡，研究光學(xué)系統(tǒng)成像特性、應(yīng)用及初步設(shè)計(jì)。通過“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程的學(xué)習(xí)不僅使學(xué)生建立起有關(guān)光的電磁理論的完整體系，能夠運(yùn)用光的電磁理論分析光的波動(dòng)性、光在不同介質(zhì)（包括物理光學(xué)元件和幾何光學(xué)元件）中的傳播和控制問題，能夠解決光電工程中的基本光學(xué)技術(shù)問題；同時(shí)還能使學(xué)生了解現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展和前沿，以及在光電技術(shù)中的應(yīng)用；為“光電子技術(shù)”“激光原理”“光纖通信”等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。因此，“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程是“現(xiàn)代光電子”“光學(xué)信息處理”“光纖通信”“光電傳感技術(shù)”等課程的重要基礎(chǔ)理論課程，也是光通信、光電子、光信息、光學(xué)工程類專業(yè)的考研課程。

一、“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程的內(nèi)容及特點(diǎn)

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)從2006級(jí)學(xué)生開始開設(shè)“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課，其內(nèi)容包括：光在各向同性介質(zhì)、各向異性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，光的干涉、光的衍射，幾何光學(xué)基礎(chǔ)，理想光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)的象差基礎(chǔ)，光學(xué)儀器等。從教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程時(shí)感到很吃力，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)主要因?yàn)橐韵聨讉€(gè)方面：一是由于中學(xué)的光學(xué)知識(shí)少而簡(jiǎn)單，與大學(xué)“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”知識(shí)跨度很大；二是物理光學(xué)部分涉及到的理論用到的數(shù)學(xué)知識(shí)太難；三是應(yīng)用光學(xué)部分概念、公式多且抽象難記；四是本課程數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)繁雜使學(xué)生望而生畏，難以提起興趣；五是內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)的“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程純理論，無相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)；六是教材和課堂教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用、當(dāng)今光學(xué)領(lǐng)域的前沿技術(shù)脫節(jié)，學(xué)生對(duì)光學(xué)的運(yùn)用和前景感到迷茫。因此，加強(qiáng)對(duì)“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”基礎(chǔ)課的教學(xué)研究、適應(yīng)教學(xué)要求和學(xué)生學(xué)習(xí)要求，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量十分必要。

二、教學(xué)內(nèi)容及方法的改進(jìn)

考慮到“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程的重要性，根據(jù)該課程理論性較強(qiáng)、概念較抽象的特點(diǎn)，為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程的積極性，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)課件、加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行了調(diào)整。

第一，從教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行調(diào)整。自2007級(jí)學(xué)生開始，增加了ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的介紹。ZEMAX是一套綜合性的光學(xué)設(shè)計(jì)仿真軟件，可做光學(xué)組件設(shè)計(jì)與照明系統(tǒng)的照度分析，也可建立反射、折射等光學(xué)模型，并結(jié)合優(yōu)化、公差等分析功能。通過該部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠初步設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的單鏡頭及雙單鏡頭，增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，可以適當(dāng)輔助對(duì)概念的理解。

第二，在教學(xué)方法上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在物理光學(xué)部分適當(dāng)減少繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，注重物理思想的講解；物理光學(xué)部分?jǐn)?shù)學(xué)推導(dǎo)往往是繁雜、冗長(zhǎng)和枯燥的，要耗費(fèi)大量的課堂教學(xué)時(shí)間，而且容易使學(xué)生望而生畏。簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)推導(dǎo)，以光學(xué)中的光學(xué)定律和物理問題為線索，讓學(xué)生了解光學(xué)定律的適用范圍可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。比如光的電磁理論部分菲涅耳公式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)比較繁瑣，而且公式難記，為此在教學(xué)中不要求學(xué)生掌握推導(dǎo)公式，而要求學(xué)生會(huì)用公式分析反射系數(shù)、透射系數(shù)及反射率、透射率與入射角和界面兩邊折射率的關(guān)系即可。在教學(xué)過程中注重對(duì)比，如在講解邁克爾遜干涉儀、馬赫澤德干涉儀及法布里干涉儀時(shí)，對(duì)三種干涉儀的工作原理及應(yīng)用進(jìn)行比較，學(xué)生掌握起來更容易；在講解衍射問題時(shí)將單峰衍射、圓孔衍射、矩孔衍射及多縫衍射的實(shí)驗(yàn)裝置，衍射圖樣的特點(diǎn)及亮暗條紋的位置，條紋寬度等對(duì)比講解，學(xué)生在對(duì)比基礎(chǔ)上理解記憶的效果更好。在幾何光學(xué)的成像問題中，將單球面折射、球面反射及透鏡的成像進(jìn)行對(duì)比，包括成像公式、焦距的表達(dá)式及放大率的公式進(jìn)行對(duì)比，在光學(xué)儀器部分將放大鏡、顯微鏡及望遠(yuǎn)鏡的放大率進(jìn)行對(duì)比，這樣更有利于學(xué)生對(duì)公式的理解記憶及應(yīng)用。

第三，在課件制作上加入phy3D演示。如，講解凸凹透鏡的成像、球面鏡的反射成像、玻璃球的成像在推導(dǎo)完成像公式時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)部分的光路圖的phy3D演示，這些演示可以任意改變物距、像距或焦距，學(xué)生能夠直觀地觀察到這些系統(tǒng)在成像過程中物距、像距和焦距之間的關(guān)系，彌補(bǔ)了枯燥的單純理論計(jì)算的缺點(diǎn)。再如，在講述邁克爾遜干涉儀時(shí)通過3D演示，學(xué)生可以清楚地看到光的傳播過程，通過調(diào)整兩鏡的距離及位置看到干涉圖樣的變化，有助于加強(qiáng)理解。光的衍射問題向來是學(xué)生理解的難點(diǎn)，通過phy3D的演示學(xué)生能夠清楚地看到障礙物尺寸變化時(shí)衍射圖樣的變化。

第四，加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。為了培養(yǎng)復(fù)合型的實(shí)用人才，要求學(xué)生必須具有一定的實(shí)際工作技能，以便走上工作崗位后能很快地適應(yīng)工作環(huán)境。因此，為鍛煉培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力，增強(qiáng)學(xué)生畢業(yè)后的工作適應(yīng)性，教學(xué)中必須高度重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，而畢業(yè)設(shè)計(jì)正好能增強(qiáng)學(xué)生的光學(xué)設(shè)計(jì)水平，從而培養(yǎng)出既有理論又有實(shí)踐水平的高級(jí)專門人才。自引入ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件以來，物理系三屆畢業(yè)生中已有七名學(xué)生用ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，且設(shè)計(jì)效果良好。

第五，改革考試內(nèi)容和考試方法，命題從以知識(shí)立意為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅芰α⒁鉃橹鳎訌?qiáng)了概念題、應(yīng)用題以及與圖形結(jié)合的判斷題，適當(dāng)出一些開放題、討論題；改變一卷定總評(píng)的情況，采取措施多元化測(cè)試學(xué)生的能力，比如將學(xué)生論文、平時(shí)作業(yè)成績(jī)、期中考試成績(jī)、期末考試的分?jǐn)?shù)折算計(jì)入總評(píng)等，每次考試后都堅(jiān)持進(jìn)行分析評(píng)估，找出教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)。

三、教學(xué)中還存在的問題及今后的計(jì)劃

第一，“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”是內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，目前沒有設(shè)置相應(yīng)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)，理論和實(shí)踐有所脫節(jié)，加大了學(xué)生對(duì)理論理解的難度。

第二，沒有將光學(xué)的最新發(fā)展融入教學(xué)。針對(duì)以上問題，一是應(yīng)盡快引入演示實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器設(shè)備進(jìn)行演示；通過實(shí)驗(yàn)?zāi)苁箤W(xué)生接觸并使用一些典型的光學(xué)系統(tǒng)為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和今后的工作中利用或組合這些光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)造性工作打下基礎(chǔ)。二是增加現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容，將光學(xué)的最新發(fā)展和研究成果融入講授內(nèi)容，使學(xué)生能緊跟科技發(fā)展步伐，這樣不但可以擴(kuò)展學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，還可以開闊學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)可以使學(xué)生了解學(xué)科前沿的概況及其發(fā)展動(dòng)態(tài)，進(jìn)一步拓寬學(xué)生的知識(shí)面，使他們的知識(shí)結(jié)構(gòu)更趨合理。三是教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)應(yīng)通過課前預(yù)留預(yù)習(xí)作業(yè)與課后作業(yè)的方式分解消化；上課時(shí)應(yīng)針對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)問題采用討論式等多種教學(xué)手段，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和自主學(xué)習(xí)的能力。四是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，將傳統(tǒng)教學(xué)手段和輔助教學(xué)方式相結(jié)合，提高教學(xué)效果。針對(duì)課堂教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，利用CAI課件、錄像、網(wǎng)絡(luò)資源等增加學(xué)生對(duì)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生掌握教學(xué)內(nèi)容。五是在完成基本教學(xué)任務(wù)的前提下，針對(duì)不同層次學(xué)生的需求，適當(dāng)擴(kuò)充一些知識(shí)，這樣既可以鞏固所學(xué)知識(shí)，還可以提高學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力，為將來的就業(yè)打下一定的基礎(chǔ)；對(duì)有志向考研的學(xué)生，可以提前給他們提供一些重點(diǎn)院校的考試真題，讓他們有所準(zhǔn)備，并能夠根據(jù)自己的能力選擇合適的院校，以免到了大四盲目選擇考研院校。

以上是筆者從事“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”教學(xué)的一些體會(huì)、所做的改進(jìn)與嘗試以及下一步努力的方向，希望通過改革使“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程的教學(xué)質(zhì)量有所提高。

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篇6

關(guān)鍵詞: 《光纖通信》教學(xué)方法教學(xué)工具考核方式

通信產(chǎn)業(yè)已成長(zhǎng)為國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè),而光纖通信技術(shù)已深入到社會(huì)生活的各個(gè)層面,成為現(xiàn)代社會(huì)重要的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。因此《光纖通信》課程近年來一直作為國(guó)內(nèi)外高校通信、電子學(xué)科的重點(diǎn)專業(yè)課程。該課程對(duì)于學(xué)生理解各種通信技術(shù)至關(guān)重要,其目標(biāo)是掌握光纖通信系統(tǒng)的基本原理、組成部分、基本應(yīng)用技能等。學(xué)生畢業(yè)后應(yīng)能夠從事光纖數(shù)字通信設(shè)備的操作、維護(hù)、故障排查,以及簡(jiǎn)單的工程設(shè)計(jì)、施工等工作[1]。因此提高此課程的教學(xué)質(zhì)量對(duì)提高電子信息類專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)具有重要意義。我在講授《光纖通信》課程時(shí),在教學(xué)引入方式的改進(jìn)、多種教學(xué)方法的采用、現(xiàn)代化教學(xué)工具的使用、良好師生關(guān)系的建立、考核方式的改革等方面進(jìn)行了探索和總結(jié),取得了較好的教學(xué)效果。

1.改進(jìn)教學(xué)引入方式,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

《光纖通信》需要《大學(xué)物理》、《電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《通信原理》等課程作為學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。了解到學(xué)生在初學(xué)這門課程的時(shí)候存在入門難,進(jìn)入狀態(tài)慢,容易知難而退等現(xiàn)狀,教師應(yīng)適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)學(xué)生回顧一下課上要用的以前所學(xué)的知識(shí)點(diǎn),幫助學(xué)生突破難點(diǎn)內(nèi)容,有利于學(xué)生的進(jìn)一步學(xué)習(xí)。例如講到《光纖通信》第三章通信用光器件時(shí),半導(dǎo)體激光器和光電二極管的工作原理是本章的重點(diǎn),也是學(xué)生理解的難點(diǎn)。學(xué)生理解的難點(diǎn)主要與模電知識(shí)有關(guān),所以在講授之前,我首先簡(jiǎn)單回顧一下模電中所學(xué)的半導(dǎo)體的相關(guān)知識(shí),在有了上述基礎(chǔ)知識(shí)后,再講解半導(dǎo)體激光器和光電二極管的工作原理。我經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)以此種方式講解后會(huì)使學(xué)生更容易接受一些。

此外,在講述該課程的緒論時(shí),教師要注意激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,講清楚學(xué)習(xí)這門課的目的。授課之前,教師應(yīng)讓學(xué)生明白:(1)本課程要研究的問題是什么;(2)本課程的任務(wù)和地位;(3)為什么要學(xué)習(xí)該課程。其次在講述各章之前教師首先讓學(xué)生明白本章與前后章節(jié)的關(guān)系,本章的主要內(nèi)容和重點(diǎn)內(nèi)容,本章用什么樣的方法來解決什么樣的問題,有什么優(yōu)點(diǎn),然后逐一講述具體內(nèi)容。最后在授課結(jié)束后,教師應(yīng)以系統(tǒng)的方法對(duì)課程內(nèi)容

進(jìn)行復(fù)習(xí),使學(xué)生加深對(duì)本課程的理解和掌握。

2.采用多種教學(xué)方法,調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

心理學(xué)告訴我們:“興趣是人們對(duì)事物的選擇性態(tài)度,是積極認(rèn)識(shí)某種事物或參加某種活動(dòng)的心理傾向,它是學(xué)生積極獲取知識(shí)形成技能的重要?jiǎng)恿Α！盵2]如何才能使學(xué)生對(duì)《光纖通信》這門學(xué)科產(chǎn)生興趣呢?教師首先要對(duì)自己的教學(xué)一往情深,語言神態(tài)要充滿濃厚的情趣。課上傳授知識(shí)的時(shí)候,教師要做到動(dòng)靜結(jié)合,投入且有激情,善于用眼神和學(xué)生交流,善于從學(xué)生的面部表情中讀出他們對(duì)問題的理解程度。語言要有輕有重,抑揚(yáng)頓挫,必要的時(shí)候,教師應(yīng)停頓一下給學(xué)生思考、接受的時(shí)間。在講授的過程中教師還可采用提問的方式來吸引學(xué)生的注意力,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考的能力,使學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí),將被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

其次,教師要按不同的教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化教學(xué)方法,精心安排,設(shè)置情景,使學(xué)生產(chǎn)生高昂情緒和精神振奮的心理狀態(tài),情不自禁地進(jìn)入到教學(xué)之中。如:在第三章通信用光器件的“光源”章節(jié),光纖通信系統(tǒng)中使用的光源主要是半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管,關(guān)于這兩種光源的基本原理、特性和技術(shù)指標(biāo)在教材中敘述已非常經(jīng)典,我就結(jié)合多媒體課件從復(fù)習(xí)舊的物理光學(xué)知識(shí)入手,結(jié)合光纖通信系統(tǒng)對(duì)光源的要求導(dǎo)入新課。學(xué)生在我和多媒體的富有激情的講解中同樣接受了“光源”知識(shí)。而在第四章光端機(jī)的“光接收機(jī)”章節(jié),考慮教材對(duì)光接收機(jī)介紹的重點(diǎn)放在前置放大器、主放大器、均衡器、時(shí)鐘提取和判決電路的電路構(gòu)成、電路工作原理的描述上,而實(shí)際現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)中很多電路都已經(jīng)模塊化了,我利用教材將分離元件電路作為原理電路進(jìn)行講解,然后把“教”為中心變?yōu)椤皩W(xué)”為中心,鼓勵(lì)學(xué)生上網(wǎng)、上圖書館、聯(lián)系生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位對(duì)光接收機(jī)進(jìn)行了解。學(xué)生的主體作用得到充分發(fā)揮,他們通過這種學(xué)習(xí)了解了光接收機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)廠家、型號(hào)、命名格式與發(fā)展前景等,思維被激活,獲取了比課堂上豐富得多的知識(shí)。

3.使用現(xiàn)代化的教學(xué)工具,優(yōu)化教學(xué)效果

現(xiàn)代教學(xué)正運(yùn)用多種教學(xué)媒體及與其配套的軟件資料,在教師精心設(shè)計(jì)指導(dǎo)下,進(jìn)行優(yōu)化組合,使教學(xué)發(fā)揮多種媒體的優(yōu)勢(shì),讓學(xué)生接受直觀、形象、生動(dòng)、活潑的文字、圖形、視頻和音頻等媒體信息,調(diào)動(dòng)學(xué)生視覺和聽覺功能同時(shí)發(fā)揮作用[3]。教師應(yīng)將課程中的一些難理解的工作原理應(yīng)用多媒體技術(shù)使學(xué)生從直觀性、趣味性、形象性、深刻性和藝術(shù)性幾個(gè)優(yōu)勢(shì)中取得突出的結(jié)果。現(xiàn)代多媒體教學(xué)容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,這對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果將是一個(gè)很大的推動(dòng)。如:在教學(xué)“光源”時(shí),本來這節(jié)課的內(nèi)容是相當(dāng)枯燥的,為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和欲望,我采用Flash設(shè)計(jì)了可見光源、穩(wěn)定光源和寬譜線光源的工作原理及特點(diǎn)比較圖,特別用動(dòng)畫形式把穩(wěn)定光源的光功率和電流關(guān)系、發(fā)光功率和溫度的關(guān)系、輻射功率的方向性、光譜特性等描繪出來[4],這樣原來教材中的一些圖片由靜態(tài)變動(dòng)態(tài),知識(shí)形成的全過程淋漓盡致的呈現(xiàn)在學(xué)生眼前,把枯燥的知識(shí)和生動(dòng)的情景有機(jī)的結(jié)合起來。這樣不僅形象地展示了光纖通信系統(tǒng)所用光源的基本原理,而且激發(fā)了學(xué)生做進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究的興趣,從而更深刻地掌握了這部分內(nèi)容,并有助于學(xué)生擺脫應(yīng)試教育,提高學(xué)生探索未知領(lǐng)域的興趣和實(shí)踐能力。

4.建立良好師生關(guān)系,創(chuàng)造實(shí)現(xiàn)教育目的的條件

良好的師生關(guān)系,是學(xué)校教育目的得以實(shí)現(xiàn)的重要條件,是教育工作者努力的目標(biāo),同時(shí)也是反映教育質(zhì)量的指標(biāo)之一。大學(xué)老師除教書育人之外,還要承擔(dān)科學(xué)研究、社會(huì)服務(wù)、政策咨詢等多種任務(wù)。這就決定了大學(xué)教師即使是班主任,也不可能每天和學(xué)生呆在一起,他們與學(xué)生的心理距離因此沒有中學(xué)教師與學(xué)生的心理距離那么近。而《光纖通信》等課程是通信專業(yè)的專業(yè)選修課,多數(shù)學(xué)生本身具有一定的興趣,并且多數(shù)授課教師素質(zhì)和水平都比較高,學(xué)生普遍地欽佩專業(yè)課老師。教師在上課時(shí),首先將自己的聯(lián)系方式包括電子郵箱告訴學(xué)生,希望學(xué)生在碰到問題時(shí)找自己,這樣可加強(qiáng)教師和學(xué)生的交流。教師了解了學(xué)生的學(xué)習(xí)和思想狀況,可對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)業(yè)和人生的指導(dǎo),幫學(xué)生解決學(xué)習(xí)、生活等方面的困惑;學(xué)生在交流中也能體會(huì)到老師的學(xué)識(shí)、智慧、思維風(fēng)格和對(duì)生活的洞察力等,自然而然對(duì)教師發(fā)自內(nèi)心地產(chǎn)生欽佩和欣賞的情感。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中,一開始興趣濃厚,接著遇到難題,加之一定的惰性,難免會(huì)有一時(shí)的松懈,在這個(gè)時(shí)候,教師的監(jiān)督提醒顯得尤為重要。現(xiàn)在一般是大班上課,作為主講老師,讓每一個(gè)學(xué)生感覺到老師的關(guān)心有一定的困難,但此事一定要花精力去做,否則會(huì)影響到后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)。教師可以在上課的時(shí)候走下講臺(tái),在學(xué)生中間邊走邊講,關(guān)注學(xué)生的筆記情況;為了加深學(xué)生對(duì)課上所講重要知識(shí)點(diǎn)的理解,課堂的富余時(shí)間可以做一個(gè)小測(cè)驗(yàn),看學(xué)生的聽課情況。如果時(shí)間、精力允許,教師最好是關(guān)心到每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)。

在《光纖通信》教學(xué)中,良好的師生關(guān)系能吸引學(xué)生,讓學(xué)生有被重視的感覺,使學(xué)生容易得到啟迪、激勵(lì)和指導(dǎo),從而使其勇于探索自己感興趣的東西,提高專業(yè)興趣,實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的。

5.改革考核方式,實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)

學(xué)生的創(chuàng)造性往往是在探索學(xué)習(xí)的過程中閃現(xiàn)出來的,而傳統(tǒng)意義上的教學(xué)測(cè)量和評(píng)價(jià),只注重結(jié)果的“對(duì)或錯(cuò)”,忽視了學(xué)生的學(xué)習(xí)過程及對(duì)過程的評(píng)價(jià)。這就需要教師在教學(xué)評(píng)價(jià)上做出相應(yīng)的調(diào)整,及時(shí)發(fā)現(xiàn)每位學(xué)生的閃光點(diǎn),給予鼓勵(lì)和引導(dǎo),促使學(xué)生不斷樹立信心。同時(shí),教師還應(yīng)注意對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的反饋,使學(xué)生獲得成就感,并不斷對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)行深入探究。

《光纖通信》是為通信專業(yè)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)課程。以往課程考試主要以理論考試為主(占70%),平時(shí)成績(jī)?yōu)檩o(占30%)的形式進(jìn)行。但是我們發(fā)現(xiàn)除必要的光纖通信理論知識(shí)學(xué)習(xí)之外,實(shí)踐性環(huán)節(jié)的教學(xué)非常重要,是培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣和操作技能的必要環(huán)節(jié)。所以在《光纖通信》課程的考核方面我做了如下改進(jìn):(1)考核方式上,加大平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)的比重。具體為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)(平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)+操作技能考試成績(jī))占50%,平時(shí)成績(jī)(包括考勤、作業(yè)、讀書心得)占10%,期末理論考試成績(jī)占40%。(2)考核內(nèi)容上,考試把傳統(tǒng)的注重計(jì)算轉(zhuǎn)移到注重分析和綜合上。在強(qiáng)調(diào)考核基本概念和基本定理的同時(shí),加大綜合題的比重,比較客觀地考查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。這樣,教師在報(bào)告學(xué)生成績(jī)時(shí),就不會(huì)以一次測(cè)驗(yàn)分?jǐn)?shù)定終身,而是綜合考慮各方面因素,從不同的角度反映學(xué)生的水平。學(xué)生對(duì)這種考核方式很感興趣,與教師一道共同努力,促進(jìn)了教學(xué)目標(biāo)的全面實(shí)現(xiàn)。

以上是我在《光纖通信》課程的教學(xué)實(shí)踐中形成的幾點(diǎn)心得體會(huì),由于教學(xué)經(jīng)驗(yàn)有限,因此,如何在教學(xué)過程中進(jìn)一步發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性,提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力,優(yōu)化本課程的教學(xué)效果,為通信行業(yè)培養(yǎng)更多、更好的人才有待進(jìn)一步的研究和實(shí)踐。

參考文獻(xiàn):

[1]劉增基.光纖通信[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2001.

[2]教育部人事司.高等教育心理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1998.

篇7

關(guān)鍵詞 初中物理；多媒體技術(shù)；實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）09-0093-02

1 前言

伴隨當(dāng)今多媒體技術(shù)的日益發(fā)展與完善，將多媒體技術(shù)直接應(yīng)用于教學(xué)，能夠?qū)⒔虒W(xué)內(nèi)容化隱為明、化靜為動(dòng)、化難為易，可直接揭示事物的內(nèi)在聯(lián)系及本質(zhì)內(nèi)容，已然在學(xué)校課堂教學(xué)中引起廣泛熱潮[1]。并且多媒體技術(shù)憑借其動(dòng)靜皆宜、聲像俱佳及圖文并茂的內(nèi)容表現(xiàn)方式與形式，將原本枯燥、乏味的物理課堂帶入多彩而又全新的境界。結(jié)合多年的初中物理教學(xué)實(shí)踐，筆者談?wù)剳?yīng)用多媒體技術(shù)設(shè)計(jì)課堂的幾點(diǎn)體會(huì)。

2 運(yùn)用多媒體技術(shù)開展情境教學(xué)

在物理課堂教學(xué)中，運(yùn)用多媒體技術(shù)可以創(chuàng)設(shè)符合各節(jié)教材內(nèi)容的教學(xué)情境，通過氛圍的渲染，教師可將學(xué)生引入形象、直觀、虛擬化的場(chǎng)景之中，讓學(xué)生有種身臨其境之感，學(xué)習(xí)物理的熱情與情緒會(huì)因此而倍增，學(xué)習(xí)態(tài)度也會(huì)從以往的被動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為積極主動(dòng)。

如在“溫度”教學(xué)過程中，教師可以首先運(yùn)用多媒體分別展示幾幅相同季節(jié)具有強(qiáng)烈溫差對(duì)比的圖片，如吐魯番盆地的“早晨穿皮襖、中午穿紗，晚上抱火爐吃西瓜”的圖片，北國(guó)萬里雪飄、千里冰封的圖片等。通過展示這些圖片，能夠使學(xué)生享受美的熏陶，聯(lián)想冷熱感覺，進(jìn)而加深與強(qiáng)化對(duì)溫度這一相對(duì)抽象概念的理解與感知。

又如在對(duì)“重力”內(nèi)容講解過程中，當(dāng)講到重力伴隨地理位置的變化而改變時(shí)，教師可在課堂中運(yùn)用多媒體技術(shù)播放航天員景海鵬、陳冬在天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室工作生活的場(chǎng)景片段。這樣不僅能夠增加學(xué)生的知識(shí)量，開闊其視野，而且可以體會(huì)失重的感覺，感受遨游太空的情境，在不知不覺中便會(huì)加深對(duì)重力的理解與認(rèn)識(shí)。

3 利用多媒體突破傳統(tǒng)媒體教學(xué)的重難點(diǎn)問題

多媒體課件具有教學(xué)信息媒體交互性、集成化及多維化等特點(diǎn)，能夠極大豐富與提升事物表現(xiàn)力，不僅對(duì)信息加工具有較好的輔助作用，而且可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)性與思維創(chuàng)造力，易于對(duì)物理學(xué)中重難點(diǎn)問題的有效突破。從事初中物理教學(xué)工作的教師都知道，初中物理知識(shí)架構(gòu)中，折射定律與光的反射乃是其重難點(diǎn)，如果采用傳統(tǒng)形式的教學(xué)媒體就光的折射與反射等難點(diǎn)進(jìn)行揭示，往往難以收到理想的效果。學(xué)生在對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行理解時(shí)，通常會(huì)感覺比較抽象與難懂。

為了能夠更好地解決此類問題，促使學(xué)生對(duì)這些重難點(diǎn)知識(shí)更好地理解與掌握，筆者在課堂教學(xué)中運(yùn)用Flash及Powerpoint等課件，通過創(chuàng)設(shè)逼真情境，營(yíng)造情境，渲染氣氛，對(duì)光的傳播以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作與多媒體結(jié)合方式進(jìn)行演示，演示光從不同方向射向界面所產(chǎn)生的折射與反射現(xiàn)象，使學(xué)生通過細(xì)致觀察演示過程，總結(jié)其中所內(nèi)藏的規(guī)律。最終反饋結(jié)果可知，運(yùn)用多媒體課件輔助教學(xué)，大部分學(xué)生均能掌握光的折射定律、反射定律以及光路圖的繪制難點(diǎn)等，還能綜合化運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，對(duì)一些與光的折射與反射相關(guān)的問題進(jìn)行解釋[2]。

在教師講解電路斷開之后，電路中有電壓而無電流時(shí)，許多學(xué)生對(duì)此表示難以理解，而運(yùn)用計(jì)算機(jī)所具有的“虛擬現(xiàn)實(shí)”的特點(diǎn)，對(duì)此進(jìn)行模擬，將這些原本抽象、繁雜的物理現(xiàn)象，以一種形象、生動(dòng)的方式逼真地展示在學(xué)生面前，促使學(xué)生從中認(rèn)識(shí)到斷開電路時(shí)，導(dǎo)體當(dāng)中依然存在電力，只不過是未發(fā)生定向移動(dòng)，所以無電流，這樣在無形中便將物理教學(xué)中的難點(diǎn)問題成功突破。

運(yùn)用多媒體為教學(xué)提供輔助，能夠?qū)⑽锢憩F(xiàn)象當(dāng)中許多不可見因素及其內(nèi)在規(guī)律，以一種切合實(shí)際而又逼真的方式展現(xiàn)在學(xué)生面前，發(fā)揮出其化抽象為形象及化無形為有形的作用。另外，還可起到降低思維難度及轉(zhuǎn)換思維模式的作用，最終獲取傳統(tǒng)教學(xué)方式無法比擬的教學(xué)效果。

4 運(yùn)用多媒體技術(shù)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬

實(shí)驗(yàn)與觀察乃是物理學(xué)基本而又核心的方法，諸多定律、定理均基于實(shí)驗(yàn)與觀察經(jīng)總結(jié)與歸納而得到。將物理實(shí)驗(yàn)做好，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑢?shí)現(xiàn)學(xué)生物理興趣的提升，具有十分重要的作用與現(xiàn)實(shí)意義。生動(dòng)有趣、豐富多彩的物理實(shí)驗(yàn)是物理課程重要的內(nèi)容構(gòu)成。因各種客觀因素限制，許多物理實(shí)驗(yàn)難以分析與判斷其過程。利用多媒體技術(shù)，能夠?qū)?shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，并控制實(shí)驗(yàn)的速度，對(duì)教與學(xué)的進(jìn)度實(shí)施調(diào)整，在計(jì)算機(jī)與教師的協(xié)同配合下，能夠達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ哪康摹４送猓瑢?duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，能夠幫助學(xué)生抓住對(duì)象的變化過程及主要特征，就對(duì)象變化的現(xiàn)象與條件進(jìn)行細(xì)致觀察，有助于培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)真度[3]。

如“凸透鏡的成像規(guī)律”實(shí)驗(yàn)，此實(shí)驗(yàn)是整個(gè)初中物理教學(xué)中的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，過程較復(fù)雜。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)之前，教師可運(yùn)用多媒體，以圖文并茂的方式將操作要求與步驟展示出來，然后要求學(xué)生依據(jù)步驟與要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而對(duì)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的切實(shí)理解，乃是光學(xué)中的知識(shí)難點(diǎn)。至此，在對(duì)這節(jié)課進(jìn)行總結(jié)時(shí)，教師可運(yùn)用多媒體技術(shù)再現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程，找出兩個(gè)凸透鏡成像的重要D折點(diǎn)，即二倍焦距處于焦點(diǎn)，物體移動(dòng)至焦點(diǎn)，則像越來越大，像距也隨之越來越大。這樣便可幫助學(xué)生更為詳細(xì)地理解此規(guī)律。

又如在“通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的作用”教學(xué)過程中，整個(gè)教學(xué)內(nèi)容略顯單調(diào)，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)較難理解。在演示實(shí)驗(yàn)過程中，磁感線的方向與分布不會(huì)體現(xiàn)出來，學(xué)生對(duì)此往往無計(jì)可施，因此，教學(xué)效果就不太理想。教師如若運(yùn)用課件進(jìn)行演示，先將少許鐵屑放置于馬蹄形及條形磁鐵上方位置處的玻璃板上，然后對(duì)玻璃板輕輕敲擊，此時(shí)畫面便會(huì)呈現(xiàn)出有規(guī)律的磁感應(yīng)線圖形；運(yùn)用電子投影儀將其放大，這樣便更加形象與直觀，學(xué)生對(duì)此也會(huì)一目了然。教師基于實(shí)驗(yàn)，對(duì)磁感線進(jìn)行繪制，便可幫助并引導(dǎo)學(xué)生較好掌握“左手定則”的規(guī)律。如此生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生視野的開闊，而且可以陶冶學(xué)生的情操，豐富學(xué)生的知識(shí)。

5 巧設(shè)懸念，促進(jìn)探究

懸念乃是由學(xué)生不滿足于解決的問題而形成的一種思維方式。在初中物理教學(xué)中，適時(shí)、適當(dāng)?shù)貏?chuàng)設(shè)懸念，能夠讓整個(gè)教學(xué)過程形成一種學(xué)生對(duì)新知渴望的探索，激發(fā)學(xué)生追求知識(shí)的內(nèi)在需求[4]。創(chuàng)設(shè)懸念能夠促使整個(gè)課堂充滿活力與生機(jī)，產(chǎn)生凝聚力與吸引力。教師在課堂中恰當(dāng)、巧妙地提出內(nèi)涵豐富而又耐人尋味的物理問題，能夠喚醒學(xué)生對(duì)物理知識(shí)探究的興趣與熱情，進(jìn)而發(fā)揮出學(xué)生的能動(dòng)性與主體作用，增強(qiáng)其發(fā)現(xiàn)欲與好奇心。利用多媒體技術(shù)創(chuàng)設(shè)懸念，營(yíng)造氛圍，能夠把教材知識(shí)以聲音、動(dòng)畫及圖像的方式向?qū)W生展示，學(xué)生在此種虛幻般的學(xué)習(xí)環(huán)境中對(duì)物理知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，會(huì)更有興趣。

教師依據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)中對(duì)某些知識(shí)的理解與掌握存在的不深入、片面的狀況，故意讓學(xué)生在本以為正確答案的回答中暴露出存在的問題，然后以推理或?qū)嶒?yàn)的方式使W生恍然大悟，悟出其中的真理與規(guī)律，使學(xué)生對(duì)此能夠有一個(gè)更加深刻的印象，進(jìn)而推動(dòng)教學(xué)的深入開展，讓整個(gè)物理課堂更生動(dòng)、多彩。比如在“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”教學(xué)過程中，當(dāng)將參照物概念引入時(shí)，教師可運(yùn)用課件，展示某廣場(chǎng)在建一棟高度達(dá)396.4米的大樓，工人們正在緊鑼密鼓地忙碌著。突然天空中飄來一片彩云，正好位于此高樓的上方，位于廣場(chǎng)不遠(yuǎn)處的許多人高聲喊道“大樓要倒了”，引起在大樓附近的許多人都驚慌失措，紛紛狂奔而去。工程人員通過細(xì)致查證之后，指出此大樓一切正常，無倒塌跡象。

看到這里，學(xué)生在下面開始小聲議論：“大家為什么都認(rèn)為這棟大樓要塌了呢？”教師以這一現(xiàn)象為開題，引入?yún)⒄瘴锔拍睿?dāng)給出出乎意料的答案之后，學(xué)生都為之一怔；然后是再深入啟發(fā)學(xué)生，使其對(duì)參照物的意義進(jìn)行理解，這樣學(xué)生對(duì)此概念的認(rèn)識(shí)便會(huì)進(jìn)一步加深，進(jìn)而為新課教學(xué)的開展奠定基礎(chǔ)，激發(fā)積極探索、自主學(xué)習(xí)思維，達(dá)到“未成曲調(diào)先有情”的教學(xué)境界。

6 在課堂教學(xué)中應(yīng)用多媒體技術(shù)需要注意的問題

在課堂教學(xué)中，不能只注重知識(shí)的灌輸，也不可讓學(xué)生脫離教師，一味地與機(jī)器進(jìn)行交互學(xué)習(xí)。多媒體教學(xué)需將學(xué)生在學(xué)習(xí)當(dāng)中的主體作用及教師教學(xué)的主導(dǎo)性充分體現(xiàn)出來，這樣方能更好地體現(xiàn)出多媒體輔助教學(xué)的積極意義。總之，在課堂教學(xué)中應(yīng)用多媒體技術(shù)，需要注意下面兩個(gè)問題。

不能代替物理實(shí)驗(yàn) 物理是一門實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富的學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)不僅是得出物理理論的基礎(chǔ)與前提，而且是支撐生產(chǎn)實(shí)踐的核心要素，物理實(shí)驗(yàn)并不能因多媒體技術(shù)的運(yùn)用而被取代。物理實(shí)驗(yàn)需要讓學(xué)生親自觀察與操作，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中獲取一手資料。當(dāng)然，針對(duì)一些受到客觀條件限制而不能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，可以運(yùn)用多媒體技術(shù)對(duì)其進(jìn)行模擬輔助，加深學(xué)生的認(rèn)識(shí)。

酌情使用多媒體教學(xué) 多媒體的輔助教學(xué)作用，需以教學(xué)質(zhì)量提升為前提與基礎(chǔ)，需與教師教學(xué)緊密配合。多媒體教學(xué)需將傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)秀部分發(fā)揮出來，不能使用多媒體后，便忽視了傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)部分，不可顧此失彼、擺花架子。由于各種教學(xué)手段有其專屬的特點(diǎn)與功能，在教學(xué)過程中需取長(zhǎng)補(bǔ)短、相互補(bǔ)充。

在初中物理教學(xué)中，運(yùn)用多媒體技術(shù)為其提供輔助，能夠讓整個(gè)課堂教學(xué)變得更為生動(dòng)、有趣，還能夠有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，使學(xué)生從物理學(xué)習(xí)中感受隱藏的快樂，通過挖掘探究，體會(huì)成功的。物理實(shí)驗(yàn)需要多為學(xué)生營(yíng)造優(yōu)質(zhì)、和諧的探究氛圍，釋放學(xué)生的個(gè)性與創(chuàng)造性，提升物理課堂教學(xué)的適度開發(fā)性與活躍度，從而取得更理想的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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