时间：2023-03-17 17:58:52
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[关键词]经济文化类型；语文课程资源；文化背景知识
[中图分类号]G423
[文献标识码]A
[文章编号]2095-3712（2013）34-0052-06
[基金项目]广西教育科学“十一五”规划课题“广西民族地区学困生发展策略与语文德育的功能研究”（2008C21）。
[作者简介]韦美日（1964―），女，广西环江人，硕士，广西师范学院文学院副教授，研究方向：语文课程与教学论，广西民族地区语文德育。
在语文课程改革中，出现了一些自相矛盾的奇怪现象：一边是课改实验的“泛人文化”，表现为在公开课或是教学竞赛中，以培养学生的人文素养为主，进行漫无边际的拓展延伸，忽略了语文知识、技能的传授、训练；一边是学校的常规教学中的“去人文”，表现为课堂教学仍然以传授知识为主，扎扎实实进行应试能力训练，把人文精神的培育当成可有可无的内容，随意增减。
一、语文教学中遇到的问题
语文课堂教学中的矛盾现象背后是语文课程的价值取向指导下的语文课程资源开发的问题。功利化的价值取向使语文课堂教学僵化、老化，局限于狭小的语文课程，受制于语文教学的狭窄空间，不能进行真正的跨学科、跨领域、面向生活的语文综合性学习，不能全面提高学生的语文素养。
（一）语文教学实践的功利化取向
语文课程改革中，这种看似矛盾的现象，事实上有其内在联系，即语文课程实践中的功利性价值取向侵蚀了语文课程标准的理性价值取向，导致对语文课程理念的浅表理解，或者是误读。在教学行为上则表现为阳奉阴违：在展示语文教学改革成果的实验课上，尽可能多地增加人文性的内容，贴近语文课程标准的要求，会获得比较高的评价；在常规语文教学实践中，认认真真落实语文知识点，尽量吃透语文考试的内容，在各种语文考试中成绩优秀，会得到大家的承认。这种过于功利化的语文教学活动必然走向经验性和机械化，轻视排斥理论指导，惰于实践创新，消解语文课程改革的核心价值体系，在语文课程改革旗帜掩护下，走的是应试教学的老路。
（二）语文教学内容和语文教学研究的单一化
要摆脱语文教学的经验性和机械化的惯性倾向，语文教学就不能只顾在自己的领地上埋头耕耘，还需要具有宏观的、全局的战略眼光，超越眼前的功利性需要，为国家民族文化的传承和学生的未来谋划，在更广阔的天地中运筹帷幄。语文教学立足于语文素养的提高而不只是在实验课中表演人文性，语文知识和技能的获得也不只在语文课本和语文课堂教学活动中，其途径和方法是无限多样的，需要语文教师在语文教学实践中勇于探索，更需要综合运用相关学科的理论和研究方法指导语文教学实践，不同学科的理论可以为语文教学开辟新天地，提供不同的解决问题的思路和方法，有可能达到事半功倍的效果。
民族学的经济文化类型理论所关注的经济文化类型及其对经济文化类型的研究方法，为成功地利用本土的语文课程资源提供可参照的理论框架和方法论基础，引导语文课程实施走出“泛人文化”和“去人文”的泥潭。
二、经济文化类型理论及其发展
（一）经济文化类型理论的提出
人类学的经济文化类型理论是“苏联专家CH托尔斯托夫、MT列文、HH切博克萨罗夫等人在20世纪50年代共同提出的。”[1]“1956―1958年期间，时任苏联民族学研究所东亚和南亚室主任的切博克萨罗夫到我国中央民族学院进行讲学。期间，我国学者林耀华与他共同撰写了《中国经济文化类型》一文，全面地运用了经济文化类型理论来研究中国民族问题，踏出了此理论在中国进行本土化研究的第一步。但在之后2O多年的时间里，由于多方面的原因，国内关于这方面的研究没有取得任何进展，直到20世纪80年代中期，林耀华的学生张海洋开始继续此项研究，其硕士学位论文便是《中国经济文化类型研究》。”[2]苏联的经济文化类型是指“居住在相似的自然地理条件下，并有近似的社会发展水平的各民族在历史上形成的经济和文化特点的综合。”[1]林耀华先生认为经济文化类型是指“居住在相似的生态环境下，并操持相同生计方式的各民族在历史上形成的具有共同经济和文化特点的综合体。”[1]
（二）经济文化类型理论在中国的发展
罗吉华文章所说的“本土化研究”是指中国的人类学家用苏联专家的经济文化类型理论来认识中国的经济文化类型，在研究实践中修正完善这一理论，使之更贴近中国民族分布和经济文化发展的特点，为民族地区的经济文化发展服务，这一工作在20世纪80年代以后得到延续。50年代，林耀华先生在《中国经济文化类型》中结合东亚各个经济文化类型的情况，区分了三组经济文化类型：第一组，以狩猎、采集和捕鱼起着主导作用的类型；第二组，以锄掘（徒手耕）农业或动物饲养为主的类型；第三组，以犁耕（耕耘）农业为主的类型。[3]他还对每一种类型的特点及分布范围进行了具体的阐述，为建立和运用中国特色的经济文化类型理论奠定了扎实的基础和基本的研究框架。其优点是将研究置于东亚的大背景中进行比较分析，有一个中观的认识角度，选取了每一类型中的典型进行描述，加深了对某一类型的特点的理解和认识；其不足是未能深入到中国领土上的56个民族的生态环境内部，了解其具体的生计方式，区分其经济文化类型，其研究成果依然是一个大致的轮廓，没有构成一个细节完备的逻辑体系。
林耀华先生主编的1997年出版的《民族学通论》第四章《经济文化类型》在原来分析框架的基础上进行了充实和完善。首先，阐明了经济文化类型理论的含义及其作用，强调了经济文化类型理论的方法论意义，它在学科理论方面的价值和现实意义。方法论方面指出了它的一系列操作规范，为正确理解和实际运用这一概念指明了方向。其次，阐明了其在学科理论建设方面的重要贡献和民族地区的现代化建设方面的作用，使其方法论意义落实到具体的学科内容方面和现实生活领域，有效扩大了它的影响范围，强化其实践意义，把它从纯学科的认识论逐步发展为能为解决民族地区的经济文化事业发展提供理论依据的有中国特色的民族学理论。与在《中国经济文化类型》中所提出的内容框架相比，《民族学通论》区分了类型组里面的具体类型。第一组，采集渔猎经济文化类型，包含两个类型：以鄂伦春族为代表的山林狩猎型和以赫哲族为代表的河谷渔捞型；第二组，畜牧经济文化类型组分为四个类型：以部分鄂温克族为代表的苔原畜牧型，以蒙古族为代表的戈壁草原游牧型，以哈萨克族为典型的盆地草原游牧型，以藏族为典型的高山草场畜牧型。第三组，农耕经济文化类型组，区分出六个类型：山林刀耕火种型、山地牧耕型、山地耕猎型、丘陵稻作型、绿洲耕牧型、平原集约农耕型，最后一种类型还区分出两个亚型：北方亚型和南方亚型。[4]
《中国经济文化类型》和《民族学通论》第四章《经济文化类型》的内容相比较，有三点不同：第一点，类型组名称有变化；第二点，类型组中的典型变成了具体的类型；第三点，各类型的经济文化的地域性、历史性、综合性的特点更为突出。这三点变化把中国的经济文化类型从东亚的经济文化类型的背景中凸显出来，作为一个独立的研究对象来考察，因而从名称到特点都更符合中国民族地区的地理分布特点，历史以来形成的各民族的居住格局，以及在此基础上逐步形成的民族经济文化发展的特点。这个体系的优点是很明显的，它突出了中国地理环境和民族地区经济文化发展的特色，有利于正确认识民族地区的社会结构及其历史发展规律，能更好地指导民族地区的经济文化建设；其不足之处是由于顾及到经济文化类型的综合性特点，虽然提到了建立有层次的立体结构的四个内容，但在具体阐述内容时，没有对构成这种综合性的具体因素及其相互影响关系进行相应的描述，即其类型内部的基本结构仍然有待完善。
（三）经济文化类型理论在民族教育中的应用
在哈经雄、滕星先生主编的2001年出版的《民族教育学通论》第四章第二节《经济文化类型与民族教育》中，在林耀华先生所下定义和前人研究的基础上，根据“对世界民族分布和地理类型的概括分析，首先对世界民族及民族区域的经济文化类型进行一个粗线条的分类，然后对民族经济文化类型同民族教育的一般关系进行初步探讨。”[5]这里区分出四个经济文化类型组，第一组，采集渔猎经济文化类型组，包括两个亚型：北部寒带亚型和南部热带亚型；第二组，游牧经济文化类型组，包括两个亚型：北部寒带、温带亚型和南部热带亚型；第三组，农业经济文化类型，包括山地雨林混合农业和犁耕农业；第四组，现代化工农牧业类型组，包括三种类型：高度发达的商品化农牧业、商品化的种植园农业、城镇工农业综合经济文化类型。基于世界教育的多元文化背景和民族教育的视角，其内容的特点也很鲜明，第一点，从“世界民族分布和地理类型的概括分析”来区分的经济文化类型，与世界多元文化教育的背景相呼应，吸收了《中国经济文化类型》的中观视角并赋予时代特色；第二点从“民族经济文化类型同民族教育的一般关系”出发进行研究，重点不在于构建经济文化类型的理论，而在于探讨其特点对民族地区学校教育的影响。这一论题的优点是简洁明了，突出特定研究视界中的经济文化类型的核心内容，其不足在于宏观角度必然要牺牲许多具体的内容，而经济文化类型与民族教育的许多特点是要通过具体细节才能得到精确反映的。
经济文化类型理论从20世纪50年代由苏联专家提出到20世纪80年代以后在中国的实践与发展，在理论体系的建构上，从宏观、中观、微观三个层面进行了有成效的探索，在本土化的实践中，经济文化类型的区分更加能体现中国区域民族分布的特点，在方法论的意义上，强化了它在民族地区现代化进程中的价值和意义。
三、经济文化类型理论对语文课程资源开发的启示
经济文化类型理论不但在民族学的发展和民族学研究中有积极的意义，因为其对民族地区经济文化独特的研究视角和研究方法，对语文课程资源的开发利用也有重要的启示。
（一）语文课程资源开发立足于本地的物质文化基础
“经济文化类型理论充分地肯定了自然地理环境和社会生产力水平对于物质文化发展所带来的影响，从而为民族学对人类社会物质文化的起源和特征的研究提供了一条科学的认识途径。”[4]对语文课程资源的开发也要从认识本地的自然地理环境和社会生产力开始，进而认识其物质文化的特点，这一认识途径对民族地区的语文课程资源开发来说尤其有价值，因为它是自然的馈赠和历史的遗存，不须投资。广西民族地区大部分都属于“农耕经济文化类型组”中的“丘陵稻作型”，“水稻种植与干栏式建筑的结合是丘陵稻作型的基本文化丛结。”[4]这是与民族地区学生的生活有密切联系的物质文化，如水稻的起源和分类，水稻种植的知识，干栏式建筑的特点和地理环境的关系，也是最基本的语文课程资源，可以帮助学生理解自己和自然的关系，培养学生对自己民族物质文化的认同。不仅如此，本地物质文化资源进入语文课程还能激发学生的学习兴趣，活跃语文课堂气氛，激活学生的生活经验，使学生的学习更有成效。
（二）语文课程资源的开发面向不同的学科领域
对世界民族的分类有各种角度和方法，但各种方法都有其长处和短处，如语言谱系法，能准确标出各民族在历史上的亲缘关系及接近程度，但却不能标出各族群的地理环境，经济文化发展方向和生计方式的特征，这正是经济文化类型理论的长处。[4]就是说，经济文化类型理论综合运用了不同学科的研究方法和研究成果，建构自己的理论体系，解决了本学科的理论问题。语文课程的综合性、社会性、实践性的特点，决定了语文课程资源的无限广阔性，语文课程资源的开发如果局限于本学科领域，课堂教学中一味强调以语言文字为中心的“语文味”，只重视“语文”的课外读物，或者只圈定在“语文教学辅助材料”的范围里面，那么语文教学就很难逃脱没有“文化”、脱离现实生活的宿命。不同学科领域的知识及其获取知识的方法对语文课程资源的开发利用是有意义的，这是因为语文学科知识的综合性特征决定了它必须不断从各个学科领域中源源不断地获得新的知识和新的方法，再以“语文”为核心，对这些知识和方法进行整合，成为语文课程资源。
（三）语文课程资源的开发要重视背景知识的运用
经济文化类型理论重视对各种经济文化类型的纵向的历史考察和横向的地域差异比较，其经济文化类型组的排列就体现了不同地域的民族发展的历史进程及其经济文化特征。在基础教育课程改革中执行国家、地方、学校三级课程体系，也是考虑到不同地域经济文化发展的不平衡性，而经济文化类型的形成是一个长远的历史过程，因此要真正了解其类型特征并在此基础上建设和发展，就必须了解其形成的历史背景。民族地区学校教育的知识体系的构建，尤其是地方乡土知识体系的构建，民族地区经济文化类型的背景知识是其中必不可少的内容，否则三级课程体系的建构就失去了实质意义。语文课程是所有学科的基础，语言文字的正确应用不但是语言文字本身的事情，还有语言文字涉及的社会经济文化发展的背景，也只有关注了语言文字所蕴含的社会经济文化内涵，语文课程作为各门学科的基础才名副其实，才能在三级课程体系中发挥它的基础作用。“纯语文知识”的教学，其实只重视语言形式方面，而抛弃了文字的丰富内涵，是缺乏“文化”的语文课程，无法完全承担语文学科作为基础学科的任务。
（四）语文课程资源开发要重视经验的积累和理论的建构
“了解作为人类进化的遗传和变异背景的经济文化类型，必然能使体质人类学的认识途径得到丰富。”[4]了解民族地区的经济文化类型，也可以开阔语文课程资源开发的眼界。因此民族地区的学校教育也应该重视作为课程资源基础的民族地区的经济文化类型的认识和研究，重视在经济文化类型的基础上开发的语文课程资源的原始材料的积累。这些资料应该把已有的体质人类学、民族志的资料包含在其中，眼光不能只局限在语言文字的范围内，也应包含物质文化，如民居、生产工具等要素，要透过语言文字和物质形态去理解和传承语言文字和物质形态所承载的民族文化传统。语文教学的目的从来就不是语言文字本身，而是以它为工具掌握其中的文化内容，形成适应社会的基本能力。另外，为了使经验的积累具有明确的目的和意义，需要借助其他学科先进理论的指导，但即使是有亲缘关系的交叉学科，也有自己的研究对象和范围，其构建的理论体系首先必须能解释本学科的事实和现象，而不是解释相关学科的事实和现象。希望借助相关学科的理论解释本学科的事实和现象，摆脱不了模仿和借用的惯习，最终会使自己处于缺乏适切的解释框架的状态，无法建构一个能充分阐述学科特点的理论体系。语文课程资源开发目前就处于这种尴尬的状态。要有所作为，借鉴其他学科的理论也只是手段，目的还在于，在积累丰富的语文课程资源开发的经验的基础上建构语文课程资源开发的理论体系，只有这样，民族地区语文课程资源的开发才会走上有序发展的道路。
（五）语文课程资源开发要体现语文学科的特点
经济文化类型理论“不仅本身就注意环境、地域和经济、文化的综合因素，而且还有一个历史民族区或历史文化区的概念与之相辅相成。”[4]因为经济文化类型理论的这种独特视角和研究路线，使其区别于民族学的其他理论，对中国民族经济文化具有更强的解释力，也有更广泛的适用范围，为其他学科领域的借鉴和应用提供了可能性。把它运用于民族地区的语文课程资源开发领域，就要注意民族地区语文学科教育的特点与经济文化类型的契合度。语文课程标准所阐述的语文学科的特点，即人文性、实践性、具有汉语言文字的特点，适用于国家课程体系，而民族地区语文学科教育除了具有上述特点之外，还有适用于地方、学校课程体系的特点，其中之一就是母语思维和汉语思维的转换、兼容问题，这个问题的背后其实就是历史以来民族地区的经济基础和文化传统的变迁问题，这是语文课程资源开发与经济文化类型之间的结合点。
（六）语文课程资源开发要服务于本地区的经济文化发展
经济文化类型理论的发展指向民族地区“因地制宜地开发和利用、保护生态环境与资源”“通过自己的努力来实现本民族本地区的经济发展”“减轻文化变迁中不可避免的心理压力及其他方面的消极影响”“保持其应有的文化特点”。[4]应该说，这不仅是民族学及其经济文化类型理论努力的方向，也是民族地区学校教育努力的方向，当然也是语文课程资源开发的目标。在语文课程资源的选择和鉴别过程中，经济文化类型理论提供了有实用价值的标准，这一标准包含三个内容：第一，作为语文课程资源它是否具有本地区生态环境的特点；第二，作为语文课程资源它能否促进本地区的经济文化发展；第三，作为语文课程资源它能否反映本地区经济文化变迁的特点。按照这一标准，并非所有的民族地区的乡土知识都适合作为语文课程资源，在这个意义上说，语文课程资源的开发其实就是一个价值选择、文化选择的过程，而语文课程资源开发的标准的确定就是一个关乎教育哲学的问题，是民族学和教育学共同关注的基本问题，而服务于本地区的经济文化发展则是各学科当前都必须面对的基本问题。
综上所述，从经济文化类型理论在民族学研究和发展中所发挥的作用出发，对作为同样关注民族地区经济文化的建设和发展的语文课程资源开发而言，它所受到的启发是多方面的。把服务于本地的经济文化发展作为立足点，关注本地特有的文化背景知识，从语文学科的需要出发，有效整合多学科的知识与经验进行语文课程资源开发，就有可能有效解决当前语文课程实施中的经验性和机械化倾向，走上促进民族地区经济文化发展的道路。
参考文献：
[1]邓红，李天雪对前苏联“经济文化类型理论”的再研究[J]广西民族研究，2006（3）：80
[2]罗吉华经济文化类型理论与民族地区地方性校本课程的建构[J].中南民族大学学报，2009（2）：12
[3]林耀华民族学研究[M].北京：中国社会科学出版社，1985：104-142
关键词：翻转课堂 激光原理与技术课程 教学模式 教学设计
中图分类号：G642.0
文献标识码：C
DOI： 1（）.3969/j.issn.1672-8181.2015.03.005
1 我校《激光原理与技术》专业课存在问题
我省许多理工类院校的光信息、光电类和大部分应用物理专业都开设《激光原理与技术》课程。作为重要专业基础或方向课，此课程：第一，具有较强的理论性、实践性、前沿性和探讨性；理论抽象，公式众多，有相当学术和技术含量的课程，教学中经常发现学生对概念缺乏准确理解或概念和实际应用“两张皮”的现象。第二，课程教学内容多，课程容量大。第三，由于激光技术、光电技术的发展日新月异，器件层出不穷，与新现象、新理论、新器件、新应用有关的课程教学内容也必须不断地做出更新调整，
另外，《激光原理与技术》课程涵盖知识点包括激光原理、激光技术两部分，知识点明确，可以用一个实验、一个概念来组织教学内容。课程具备开展翻转课堂的实施要求。
2 翻转课堂在《激光原理与技术》课程中的实施方案
结合我校《激光原理与技术》课程特点，在现有的翻转课堂模型基础上，我们设计了翻转课堂的教学路线图f如图1）。主要由线上学习、课堂学习和课后学习三部分组成。LMS作为教学实施的基础性管理学习平台，可提供教学资源、学习过程记录和互动场所。
线上学习
课堂学习
课后学习
2.1 设计知识单元的策略
将课程按“知识块”分成8个教学单元，即：激光的基本机理，激光谐振腔理论以及激光振荡理论，连续和脉冲激光器的工作特性，选模技术，放大技术，稳频技术和激光短脉冲技术。每个教学单元可以由一次或多次课程完成，以便教师开发课程视频。
2.2 设计课程微课
第一，根据本专业课程教学内容（突出难点、重点），设计微课。第二，每个教学单元可分成若干个模块，以模块为单位设计微课。第三，微课内容包括微视频、课间练习和每周作业。通过微视频中的导读内容、课间练习和作业，向学生提出问题，引导学习者自主思考。
2.3 翻转课堂教学设计
2.3.1 线上学习
第一，通过慕课学习。让学生假期在慕课平台查找与激光器件有关的知识，提前使学生进入到课程中来，在头脑中初步形成激光器件的结构框架，对激光器件的主要应用等有简单的了解，简单的知识点通过慕课学习。第二，通过微课学习。设置每周微课时间和作业提交截止时间。课间练习和每周作业可采用填空或选择形式，每道题在截止日期之前允许学生提交3次，否则当次作业记为0分。另外，在学生看完微课之后，对微课中的收获和疑问可以在讨论区发帖。由教师团队或学生讨论互动给出解答，完成课题组布置的线上学习任务。
2.3.2 课堂学习
第一，分析每个教学单元的目标、知识类型、学生线上学习情况和存在的问题，确定教学策略，如“讲授”、“自学”、“讨论”、“实验”、“探究”等。第二，学生的独立探索和协作学习。具体分为五个环节：①明确问题：根据课程内容和学生观看微课时提出的疑问，总结出-些有探究价值的问题；②独立探究：从开始时选择性指导逐渐转至为学生的独立探究学习方面，让学生在独立学习中构建自己的知识体系，注重和培养学生的独立学习能力；③协同学习：通过“探究式案例”、“探究式实验”鼓励学生以小组协作形式，采用对话、商讨、争论等形式进行讨论并实施；④交流展示：成果交流采用如：举行展览会、报告会、辩论会、小型比赛等；⑤考核评定：建立线上学习、课堂和课后学习各环节的考核评价。考核成绩构成为“课间练习20分+每周作业15分+课后研究报告和小论文5分+讨论区及课堂活跃度10分+期末考试50分”。
2.3.3 课后学习
由课后的复习，学生定期的答疑，学生完成的项目任务和课程论文构成。
3 翻转课堂教学实施案例――以光学谐振腔（FP腔）为例
3.1 线上学习
首先利用微课介绍实验现象，给出FP腔的输出装置，给出了连续波入射时单模光纤FP腔输出光谱。提出问题：如何解释上述实验现象呢？接下来在微课上介绍描述上述激光现象的基本概念与相关规律。根据多光束干涉原理，可得垂直入射时，光学FP腔的输出与输入光强之比为：
将光纤长度，折射率（n=1.48）代人，可得其自由谱宽为50CHz，利用变换式，可得自由谱宽为0.4nm，理论计算与实验现象一致。通过微课学习，学生完成知识的内化。课间提问，采用填空题：C02激光器波长为10.6um，当腔长L=lm时，自由谱宽为（），如果该激光器的光谱线宽度AVF=108Hz，则输出为单模还是多模（）。要求学生在规定时间完成课间作业的提交。
3.2 课堂学习
首先，提出问题：腔端面反射率对输出特性的有什么影响？让学生在独立学习中构建自己的知识体系。然后，进行协作学习，以4人为以小组，利用计算机对（1）式所描述的规律进行数值计算，将结果可视化，计算结果与实验结果一致。从图上还可发现原本静止的图“动”了起来。给学生很大的想象空间，这一环节是理论分析的重要补充，再次完成知识内化。将科学计算引入课堂，提升学生解决问题的能力与效率，引导学生进行研究性、探索性学习。通过可视化，学生对复杂的激光现象具有了感性认识，促进学生对晦涩理论的理解。最后，介绍新实验现象的探索。前面我们详细学习了连续波入射情形下，光学FP腔的输出特性，自然会想到脉冲激光入射情形，那么脉冲激光入射到光学FP腔，其输出具有什么特点呢？通过教师的引导和学生的协作学习和探索，得到当脉冲激光入射到单模光纤FP腔时，其输出波形具有衰荡特征，从而完成创新能力的培养。
3.3 课后学习
以小论文形式，让学生完成一份研究报告，题目为光学FP腔的激光器件中的应用。鼓励学生利用网络资源，查阅光学FP腔在各个领域的应用。例如FP在输出模式选择，光束质量改善等方面的应用，让学生自行选题，自行设计实验方案，在学院的激光实验室独立完成实验，完成小论文撰写和提交。
4 结束语
翻转课堂教学模式起源于美国，在我国真正去推行翻转课堂教学模式还有很多问题有待解决，还需要更多的实际教学工作要做。
参考文献：
【1】张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究【J】.远程教育杂志，2012，（4）：46-51.
关键词 激光原理 教学改革 课程建设
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2012）24-0004-02
激光是二十世纪人类的重大科技发明之一，被誉为继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”，它对人类社会生活产生了广泛而深刻的影响。作为高技术的研究成果，它不仅广泛应用于科学技术研究的各个前沿领域，而且已经在人类生产和生活的许多方面得到了大量的应用，与激光相关的产业已在全球形成了超过千亿美元的年产值。由于各行各业都应用激光进行技术改造和新技术的开发研究，除了文科的几乎所有理工农医的高等院校都开设了激光原理和应用的课程。
《激光原理》是光信息科学与技术和应用物理学专业重要的专业基础课，通过本课程的学习使学生对激光的基本概念、基本技术和基本器件有比较全面、系统的认识，培养学生分析和解决工程技术问题的能力，为进一步学习相关专业课打下基础。然而，《激光原理》又是一门理论性很强的专业基础课，该课程物理概念抽象和理论性强，基础知识面广，学生往往因缺乏感性认识，不易理解，感到难学，这对老师的教学水平和教学方法提出了考验。笔者结合自己的教学实践，从以下几个方面对《激光原理》课程教学改革进行了探索。
一、教学内容的改革
《激光原理》课程主要介绍激光的产生条件、激光器的工作原理和激光器的输出特性，这部分内容理论性强，需要应用原子物理、量子力学、热力学统计物理、光学和高等数学等课程的结论和基础，公式繁多、推导复杂、理论抽象，具有相当的难度和深度。在《激光原理》的教学过程中，我们还增加了部分激光技术的内容，比如激光器输出的选模技术、激光器的稳频、激光束的光束变换，以及激光的调制、偏转、调Q和锁模技术等，这部分内容是从事光信息科学与技术人员必须掌握的基本知识，通过对这些知识的学习能够加深学生对激光器原理的理解和掌握。为了进一步加深印象，我们对典型的激光器进行了介绍，比如红宝石激光器、汝玻璃激光器、Nd：YAG激光器等固体激光器，He-Ne激光器、CO2激光器、Ar+激光器等气体激光器，以及燃料激光器和半导体激光器等都做了简要的介绍。
在教材方面，我们选择了上海理工大学陈家璧教授编写的《激光原理及应用》（电子工业出版社）作为教材。这本教材的内容章节安排合理，知识点覆盖面广，理论体系较为完整，同时这本教材是在大学的普通物理学的基础上编写的，从激光的物理学基础出发，着重阐明物理概念以及激光输出特性与激光器的参数之间的关系，尽量避免过多的理论计算，以掌握激光器的选择和使用为主要目的。因此这本教材的内容对学生来讲不难理解，所讲授的内容比较容易掌握。我们还增加了一本国际公认的经典教材作为参考书：Christopher C. Davis编写的《Lasers and Electro-Optics：Fundamentals and Engineering》， Cambridge University Press。
二、教学手段的改革
在教学过程中建立师生平等的民主教学氛围。改变“教师为主，学生从属”的教学模式，本着师生平等的原则，以参与者的身份在教学活动中创造一种愉快轻松的氛围，挖掘和调动学生的潜力，培养学生的创新能力。
教学方式以课堂授课为主，同时考虑到激光中有很丰富生动的现象，注重和提倡采用多种手段进行多种形式的教学，充分体现光学这门课丰富多彩、形象生动的特性，辅助的教学手段主要是利用计算机的多媒体功能。比如为了增强激光原理教学中关于激光器的光场分布的直观性，采用快速傅立叶变换法求解傍轴近似波动方程，计算模拟激光器的光场分布，可以直观地给出三维稳态分布图，融合计算机的灵活性、新颖性和光学现象的直观性及趣味性。通过演示实验，让同学们观察到各种激光现象，展现了“百闻不如一见”的效果，使学生进一步加深了对课程内容的理解，激发学生的求知欲和好奇心，刺激同学们的思考。
另外，在教学过程中开展启发式和讨论式教学。从人才培养的角度来说，学生与老师应该具有互动性。开展启发式和讨论式教学，甚至适当运用跳跃式的教学方法来组织教学内容。给学生留出钻研的空间。这不仅有利于提高教师教学研究的积极性，更能挖掘学生的开放性思维和独立、大胆地学习和思考问题的能力，从而达到培养学生全面的科学素质和教学相长的目的。
三、考核方式的改革
考核方式已成为课程改革的一部分，与课程的实施方法相辅相成。传统理工科院校的考核主要以闭卷笔试加平时成绩的形式进行。在实际的考核过程中，我们逐渐加大平时成绩的比例，减少闭卷笔试成绩的比例。平时成绩的考核形式可以多种多样。比如，在授课过程中，对课程中某几个重要的知识能力点，设立几个小课题。让学生们查找资料，撰写论文，通过让他们深入实践，促进对知识点的掌握，强化学生自己思考的过程，达到培养学生自学意识、独立科研意识和能力，达到素质型人才培养之目的。
如何提高《激光原理》课程的教学质量，如何优化和深化理论教学是一个长期的课题。针对教学内容、教学手段和考核方式等方面进行改革，调动学生的学习主动性和积极性，培养他们的创新思维、从事科学研究和撰写学术论文的能力，提高他们的综合素质和竞争力。
参考文献：
[1]陈家璧，彭润玲主编.激光原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2008.
[2]马再如.关于提高激光原理与激光技术课教学质量的探讨[J].高等教育研究，2012，（1）.
[3]袁杰，王飞，赵洪常，杨开勇，罗晖，张斌，许光明.浅谈在本科生基础课程《激光原理》教学中的几点体会[J].中国教育导刊，2009，（34）.
关键词：三维激光扫描 点云 数据处理 三维建模
中图分类号：P258 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）01-0085-02
1 概述
三维激光扫描技术又称作高清晰测量（High Definition Surveying，简称HDS），它是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面点的三维坐标信息、反射率、纹理等信息，将被测实体和场景的三维数据完整地采集到电脑中，进而快速复建出被测目标三维模型及线、面、体等图件数据。
项目位于内蒙古敖仑花铜钼矿露天采场，面积约1平方公里，扫描区域如图1。作业要求：全野外三维点云数据采集、填挖方量计算、1：2000地形图、建立三维模型、生成三维视频。
2 三维激光扫描系统的原理
脉冲式三维激光扫描仪工作原理是激光器发射出单点的激光，通过记录激光的回波信号，计算激光的飞行时间，来计算目标点与扫描仪之间的距离。这样连续地对空间以一定的取样密度进行扫描测量，就能得到被测物体的密集的三维彩色散点数据，称作点云。三维激光扫描仪通过脉冲测距法获得测距观测值S，精密时钟编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值θ。三维激光扫描一般使用仪器内部坐标系统，X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直，由此可得点云坐标（XS，YS，ZS）的计算公式，如图2、3所示。
3 仪器介绍
本项目点云采集三维激光扫描仪，图4。
此仪器是当今最先进的三维激光扫描系统之一，它是一种高速脉冲式扫描仪，特点如下：
（1）完全的视场角：扫描视场角为水平360°，垂直270°，可获取顶部，垂直方向、水平方向和水平方向以下区域的数据；（2）测量级精度的双轴补偿器：可架设在已知点上进行导线测量、可输入点坐标来放样、精度1”，补偿范围+/-5’；（3）基于标准反射率表面工作距离：300m-90%反射率；134m-18%反射率；（4）高速扫描：扫描速度可达50000点/秒；发射的光斑大小为50m处恒定3mm，大大提高了扫描的速度和精度。（5）测量级精度如表1。
4 Scanstation2外业三维数据扫描
三维点云数据采集，关键步骤如下：
4.1 外业踏勘
首先，要进行现场踏勘、制作扫描规划草图，规划的内容包括：外业操作人员、扫描区域和时间、站点设置、标靶位置等。其次，科学设站，在保证仪器发挥最大功效的同时，应避免重复扫描，另外，后期如进行标靶拼接，一定要设计好下一站标靶的位置以确保两站标靶通视，如进行点云拼接，设站要尽量采集到较多的特征点。最后，标靶设置要规范，标靶摆设要稳固，尽量不要共线，同时标靶的位置最好设置在两站公共空间的最大距离处，以保证拼接精度。
4.2 外业扫描
外业点云数据扫描，主要步骤如下：（1）连接扫描仪和电脑，设置IP地址；（2）添加数据库，确定数据存储位置；（3）添加扫描仪，设置扫描仪参数，主要包括：照片曝光率、扫描范围、点云间隔密度等；（4）选择扫描数据存储的位置并连接扫描仪；（5）三维点云数据及标靶扫描。
5 点云数据处理
在Cyclone系统软件内进行，步骤如下：
5.1 剔除噪音点
在扫描过程中，由于受扫描系统本身的系统误差，如数据采集时激光雷达旋转引起的抖动、在扫描过程中杂散光和被测物体表面粗糙程度、波纹、表面材质等因素及外界环境影响，会产生不属于扫描实体本身的冗余数据，称为噪音点，如图5，6，为了保证数据计算及模型的精度，在数据拼接之前需进行噪音点剔除。
5.2 点云拼接
每站扫描的数据都是独立的自由坐标系统，坐标系原点为扫描仪镜头，其X方向为扫描仪开机时的镜头朝向。因此为了统一坐标系，需将各站数据进行拼接处理。拼接的思路是先将每天各测站的数据拼接成一个整体，然后将各天的数据进行拼接。
（1）点云拼接原理：外业扫描时用全站仪测得标靶的真实三维坐标，各测站扫描时均两两包含三个以上不共线同名标靶，利用各测站间的同名点将各测站数据拼接在一起。
（2）点云拼接方法：共有四种方法：在已知点上设测站扫描（即坐标拼接）、使用标靶将数据转换到统一坐标系中（即标靶拼接）、用点云匹配的方法将点云转换到统一坐标系中（即特征点云拼接）、综合使用上述三种方法。
第一种方法属于直接法地理坐标转换。与传统的测量方法一样，首先进行控制测量，获得控制点坐标，扫描时在已知点上设站，扫描相当于碎部测量。第二和第三种方法属于间接法的地理坐标转换。首先用至少三个公共点来将相邻测站的点云进行拼接，公共点可以是专用标靶或特征点（如窗户的边角、房角等）。
5.3 点云建模
建模的过程是在Cyclone软件下利用海量点云进行精确计算、拟合几何物体的形状，精确表现扫描物体。矿区扫描点云数据如图7。
点云经过剔除噪音点、拼接、构建TIN三角网，生成Mesh三维模型。如图8所示。
5.4 成果输出
（1）地形图制作：在Cyclone下利用Mesh三维模型自动生成等高线如图9，将点云与等高线导出，在CAD中制作1：2000地形图。
（2）填挖方量计算：项目采用了两种计算方法，一是利用点云数据构建三角网，用方格网法计算；二是在Mesh模型中选定参考面，设置取样间隔，计算土方量，如图10所示。
在Cyclone系统里，应用Mesh三维模型计算时，取样间隔的数值可以设置成0.01至1米之间，均可保证土方量计算又快又准，但如采用传统的方格网法计算，取样间隔即使设置到1米，也是相当费时费力的。
6 结语
本项目采用世界先进的三维激光扫描系统采集三维点云数据，在Cyclone系统里进行数据处理、模型制作，采用两种方法计算土方量，通过与传统测量方法相比，得出以下结论：
（1）数据采集速度快，ScanStation2的扫描速度是50000点/秒，短时间就可完成大区域面积内三维点云数据的采集，既节约成本又提高了工作效率；（2）激光三维扫描，不需要接触被测物体，且是根据物体的反射率和材质来采集数据信息，可进行全天候扫描；（3）点云数据完整精确，在软件下可进行多视角、三维可视化漫游浏览，方便、直观；（4）三维激光扫描仪获取的点云数据信息量丰富，既包含被测物体X，Y，Z坐标信息，还包括RGB颜色及反射率信息，后期对矢量数据可进行深挖掘及研究应用，一举多得；（5）应用三维点云数据可以提取任何线性特征，可以出任意比例的二维图，也可以在图上量取任何想要得到的信息，在保证高精度的同时还大大提高了生产效率，这是目前现有的方法中所不能比拟的。
参考文献
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[2]李清泉.三维空间数据的实时获取、建模与可视化[M].武汉大学出版社，2003年.
[3]田庆.地面激光雷达数据的分割与轮廓线提取[C].北京建工大学硕士论文，2008年.
【关键词】激光三角法 可控型水龙头 光电转换
微电子技术和传感器已经成为二十一世纪信息社会的重要标志。随着激光传感器的广泛应用及新型光电扫描与光电探测技术的不断提高，工业、农业、家庭、军事、医学等应用领域的传统方法得到了改善。激光传感可控型水龙头将激光位移传感器与电子信号处理技术结合，应用在了水资源节约领域。市场上的传统插卡式热水龙头在使用时难以估定水瓶内的水位，存在着极大的安全隐患和水资源浪费问题。该项日利用激光位移传感技术检测并定位水的高度，经过数字信号处理器将信号反馈到电子电路，自动切断电源。和传统插卡式热水龙头相比，基于激光位移传感器的可控节约型水龙头具有测量精度高、可靠性好、非接触、自动化、安全等突出优点，有极重要的现实和环保意义。在前期的推广中，这项技术先应用于学校水房保温瓶水位的测试。随着后期技术的成熟和市场的开发，可推广向工厂水箱水位测定等更广的领域，发挥更大的经济和应用价值。
一、激光位移传感器的研究现状
现今光电技术的发展、微机的控制、数据的处理及PSD、CCD、四象限位移探测器的改善，使传统的三角测量法有了广泛的应用。具体包括质量的检测、设备的维护、机械和生产自动化、流程和设备的监控等各个领域。
目前在国内，激光位移传感的主要应用包括：对灵敏度和精确度的分析，如何提高其使用范围以及位移、角度、同轴度的非接触测量和校准领域。不过，我国对激光位移传感器的研究仍处于实验阶段。国外很多专家对其做了大量的研究并取得成果。西班牙的研究者在三角激光位移传感器的系统中，发现周围的杂光对测量的精度有影响，并给出了相应的消除方法。目前，国内外有很多这样的产品，广泛地应用在军事技术、航空航天、检测技术等诸多领域。美国研制出红外测温传感器，使其在恶劣的环境下仍能测量出飞行器各部分的温度；城市的交通管理也运用红外光电传感器进行路段事故检测和故障排除的指挥。总体来说，国外传感器的测量范围大，线性度好，分辨率高，稳定性好。国内对激光位移传感器的研究虽不及一些欧美国家，但是却在研究的种类上屡创新奇。
二、激光三角测量技术的原理
激光三角测量法是指从光源发射一束光线到被测物体表面，在另一方向通过成像观察反射光点的位置，成像位移和实际位移存在一定的换算关系，通过这个关系式可以计算出被测物体表面的实际位移。由于入射光和反射光构成一个三角形光路，因此被称为三角测量法。按照入射光线与被测物表面法线的关系，可分为直射式和斜射式。本项研究采用的是直射式激光三角测量法。
如图l所示，激光发射器发射出一束光线到热水瓶水面形成光斑，光线在表面发生反射后，从另一个方向通过成像透镜，光斑成像在CCD位置传感器上。随着热水瓶水面高度的变化，反射光的角度在发生变化，光斑成像也随之发生位移。设光斑在CCD成像面上相对位移为X’，被测表面（即水面高度）的实际位移为X，则两者关系如下式：
在传感器的选择上，本项研究选用的是CCD激光位移传感器。目前应用于激光三角法测距的光接收元件包括：CCD（Charge-c.oupled Device，光电耦合器件）和PSD（Position Sensitive Detector，位置敏感元件）。PSD是基于横向光电效应来实现光能、位置的转换，CCD是一种新型光电转化元件，主要由光敏单元、信号输入单元和信号输出单元组成。CCD以电荷作为信号，实现电荷的存储、转移和检测。与PSD相比，CCD具有轻便、体积小、耗能小、精度高、稳定性好、时效性高等特点。基于上述考虑，最终选定了CCD激光位移传感器。
三、基于激光位移传感器的可控型水龙头系统结构
本项目研究的激光位移传感器硬件系统包括：激光电源、半导体激光器、线阵CCD驱动电路、输出信号的处理系统、单片机测量系统和水龙头阀门控制系统。如图2所示为激光位移传感器的可控型水龙头系统的总框图。
3.1 光源的选择
激光器有很多种：气体激光器、固体激光器、半导体激光器等，气体激光器单色性和方向性好，但体积和重量大，需要外部高压电源，不易安装在小型光学测头上。半导体激光器具有超小型、高效率、电压低、电能转换率高、便于安装等优点。激光光束在传播中存在散射，当测量目标越远，光能量分布不均匀，从而导致误差出现，半导体激光位移传感器可以进行体积小的短距离测量。
3.2 线阵CCD驱动电路
目前，应用于激光三角测距系统的光接受元件主要有两种：CCD――光电耦合器件和PSD――位置敏感元件。本测距系统设计中采用精度高、稳定性好的光电耦合器件CCD作为光电探测器，根据被测物体的移动距离，间接进行测量。
3.3 输出信号的处理系统
图像采集后，CCD输出的信号叠加了较大的干扰噪声，所以要先经过预处理电路后在进行二值化处理。预处理即是将CCD输出进行前置放大后进行滤波处理，放大电路将微弱的信号放大同时干扰的噪声信号也得到了放大。
所以经过低通滤波器将放大电路处理后信号中的高频成分滤除，常用低通滤波器包括：三角滤波法、高斯低通滤波器、中值滤波器等不。最后将输出的信号送入电压比较器进行二值化处理得到稳定的数字信号。最后将数字信号送到单片机系统进行脉冲计数就能得到像点位置信息。系统将计算后的结果显示在显示器界面上。
3.4 水龙头阀门控制系统
在理想条件下，热水瓶的高度为H，由上述系统测出水面高度为X，当x的值接近L时，系统通过反馈电路来控制水龙头的阀门。
四、结束语
激光三角法采用非接触测量，以其实时性强、精度高、对被测物体表面没有特殊要求等优点得以广泛应用，本论文利用直射式激光三角法，对系统的结构参数和所选器件做出了合理的设计和选择。论文的主要工作包括以下几个方面：
（1）通过对激光测距系统在国内外的发展现状研究，并结合本系统情况，确定了本系统的测量原理。
（2）数据采集：令热水瓶的高度是定值H，从光源发射一束激光到被测物体（上升水面）表面，在另一方向通过成像观察反射光点的位置。通过线阵CCD对光电信号进行采集，从而计算出水面到瓶口的距离X。
（3）信号处理将采集到的数据经过滤波放大电路处理，然后将输出的结果由模拟信号转化为数字信号，最后将信号送人单片机系统。
（4）数据结果输出：通过单片机的计算被测物体的位移量，当X-H趋近于零时，将其距离显示在显示器界面上，通过电路控制水龙头阀门的关闭。
后期工作展望：
你的天方夜谭，我来成全
23年前，34岁的谭立英在北京图书馆查阅资料，准备她的硕士毕业论文。查阅了上千篇资料后，有关卫星激光通信的数据让她眼前一亮――卫星与卫星间、卫星与地面间用“光”连接起来，可以形成空间的信息高速公路。要是能在浩瀚空间建立一个无线光网络，实时进行高速信息传输，这将是一件多么了不起的事情啊！
这个想法令谭立英兴奋不已，可当她着手去做这件事情时，难度大于想象。彼时，她是哈尔滨工业大学物理系的教师，一个5岁孩子的妈妈，每天一边上课，一边做硕士论文，还要照顾孩子。丈夫加同事马晶远在日内瓦深造。在当时那个年代，卫星微波通信还不成熟，更不要说是卫星激光通信，几乎所有的人都认为谭立英的想法是天方夜谭，包括谭立英当时的导师。
导师劝她：“方向虽好，但难度太大了，难以毕业。你要坚持做这个，硕士论文所需的研究费用还要你自己解决。”谭立英点点头，说：“会想到办法的。”其实，她一点办法都没有，她只是怕丝毫犹豫都会让心中燃烧的激情之火熄灭。她34岁了，不想在这个能有所成就的年纪里，提前老气横秋。
谭立英没有想到，为了她的项目，丈夫提前回国。他把家里所有存款取出来，一共不到2万元，对她说：“没经费，我们就用家里的钱，我陪着你一起干。”
久别重逢，夫妻俩的卿卿我我就是通宵地讨论那片科学的空白之地。5岁的女儿听得厌烦了，嫉妒地对爸爸说：“你都有一年多没看到我了，我还是没有你们的课题重要，我真想变成天上的卫星，让你们天天研究研究我。”女儿的话，把夫妻俩逗笑了。谭立英亲亲女儿，牵牵丈夫的手，看看窗外的夜空，想想自己即将要做的连结天与地的事情，她的幸福神圣而隐秘。
连接天地的幸福，神圣隐秘
创业之初的日子无比艰难。他们的实验室设在一间地下室里，潮气重，所有的纸质材料因浸入了潮气而变得绵软，难以翻阅。马晶放了一个除湿机，每天都能抽出三箱水来。
家里的积蓄和微薄的工资是全部科研经费，谭立英不得不算计着花。为了节省费用，谭立英出门能步行绝不坐公交，坐火车也只买硬座，餐桌上长年是白菜土豆。女儿三番两次抗议后，每周的土豆炖白菜里可以出现几片肥瘦相间的肉，算是改善了伙食。以至于女儿说：“在咱们家，实验是亲生的，我是马路上捡来的。”
尽管如此，困难依然接踵而至。建立理论模型需要实验测试验证，没有经费就没有最基本的实验设备，初步的原理验证无法进行。一天，马晶略带得意地安慰妻子：“咱们的仪器有了。”他卖起关子说，这是个秘密。
两天后，马晶神秘地把妻子带到实验室。拉开实验室门的一刹那，谭立英惊呆了――地上摆了一堆破烂。马晶如数家珍：“这是教学实验室报废的仪器，有些修一修兴许能用。”谭立英半信半疑。之后的几天，夫妻俩在实验室忙活开了。他们首先将这些破烂整理归类，凑成了几件“整尸”，然后“解剖”“移植”“再造”“重组”，它们重新变成了实验设备。七天之后，实验设备开始集体工作，半个月后，他们完成了测试验证。谭立英获得了有效的发射测试数据，完成了她的毕业论文。
论文写下最后一个句号时，谭立英不得不为当天的晚餐发愁――研究已经花光了家中全部的积蓄，晚餐在哪里都成了问题。为了安慰女儿，马晶对女儿说：“妈妈的论文完成了，这是个非常值得祝贺的日子，按照行规，今天得吃白水煮面，意味着万事顺顺利利。”一家三口用开水干杯，以白水煮面条充饥。
当晚，女儿睡后，马晶对谭立英说：“研究卫星激光通信是一个从无到有的工作，以后还会有更多的困难，你要做好思想准备。你只要记住一条，我一直在你身边，你不是一个人。”
谭立英看看熟睡的女儿，满心愧疚。马晶拍拍她的肩膀，说：“她会理解的，你应该想到这个过程本身对她就是一种富养。”
有种浪漫，身心相伴
1995年，“弹尽粮绝”的秋天，谭立英带着硕士论文和几十袋方便面住进了北京阜成路8号航天部招待所。倔强的她要给这个研究项目跑出一笔经费来。
跑经费的日子也是谭立英哭得最多的日子。碰壁是常有的事情，冷言冷语也是常听的，很多时候谭立英转身出门时，泪水就滴在了衣襟上。作为一个知识分子，她的自尊不允许她在别人面前以眼泪获得支持。每一次，当眼泪于人前夺眶而出时，她都借口去卫生间，哭够了，再回来继续陈述她的研究。
没有任何门路的谭立英完全是用研究热情打动了航天部的工作人员。几乎每一个看了她论文的人都会惊奇地问：“是谁支持你做卫星激光通信研究的？”“我丈夫。我们没有项目经费支持，是拿自己家里钱做的。”
陈芳允院士――中国卫星测量、控制技术的奠基人之一，“两弹一星功勋奖章”获得者，863计划的倡导者之一，读了谭立英的毕业论文，了解了他们所做的工作之后，激动地说：“你们做得非常好！国家需要卫星激光通信，也一定会支持你们的研究工作。希望你们能继续做下去，不要有任何顾虑。”此后，马晶和谭立英陆续获得了来自哈尔滨工业大学和航天五院的科研基金，建立了团队，研究工作也逐步进入正轨。
试验进入收尾阶段时，由于估计不足，科研经费又一次出现了短缺。大家自带行李，挤进了租来的简易房。马晶、谭立英把家里的电视机、窗帘、大米、土豆等一股脑地搬进了这个“新家”。所有研究人员每天中午只吃6元的盒饭。到了晚上，谭立英又变身为厨师，她拿出科研精神钻研厨艺，每天不重样地为大家做上一顿像样的饭菜。
2011年10月25日，让谭立英夫妇铭记一生的日子，那是中国首次星地激光链路双向捕获跟踪试验成功的日子。试验现场的大屏幕上，“海洋二号”卫星以时速2万余千米的速度疾驰而来，它经过试验区域的时间只有几分钟。卫星光信号与地面光信号准确对准，实现了快速双向捕获、链接并跟踪。
11秒！地面终端就成功捕获到星上终端发出的光信号。这一刻，谭立英期盼了太久。马晶说，20年，比他想象的时间还要短些，他甚至做好了打30年或者50年持久战的准备。
这次试验的成功是中国卫星通信技术发展史上的一个里程碑。它标志着中国在空间高速信息传输这一航天高技术尖端领域走在了世界发展前列。这也是世界上首次星地直接探测高速激光通信链路新技术试验取得圆满成功。这为在空中搭建无线光网做好了准备。
论文关键词：“透镜对光的作用”实验的改进
“透镜对光的作用”实验是人教版八年级物理上册第三章第一节的一个重要的演示实验，它是学好本章的基础，所以做好这个实验尤为关键。
对原实验的分析：
现在课本上主要采用两种演示方法：一种是用当下流行的激光笔来做（图1），光路比较清晰，效果明显，但展现给学生的只是一个平面的光路，缺乏立体感。另外一种演示方法是利用太阳光（图2），这种方法操作简单、喜闻乐见，但它不能清晰地将光的传播路径展现出来，尤其是当太阳光穿过凹透镜时，纸面上的光斑非常微弱，不便观察，实验效果比较差。
对原实验的改进：
实验器材：大小薄壁烧杯各一个、禅香、铁丝支架、火机、凸透镜、凹透镜（凸透镜和凹透镜的直径比小烧杯的直径略小）、手电筒
实验原理：巧设烟雾，利用烟尘微粒对光的漫反射来显示光通过的路径。
实验过程：
1.取干净的薄壁烧杯大小各一个，倒扣叠放在一起，分别用支架将点燃的禅香放入大小烧杯中各三根初中物理论文，如果烟雾产生太慢，还可以再加几根，等烧杯中充满烟雾时，将两烧杯中的禅香取出论文的格式。
2.用手电筒通过杯底自上向下照射，调节手电筒的聚光圈，使通过烟雾的光成粗细均匀的柱形光束（图3）。
3.抬起小烧杯，在大烧杯的底部放上凸透镜，用手电筒通过杯底自上向下照射，这是可以清晰的观察到小烧杯里的光束没有发生改变，而大烧杯中的光路却向中间发生了偏折，证明凸透镜对光线具有会聚作用（图4）。
4.用同样的方法，可以看到当大烧杯的底部换成凹透镜时，大烧杯中的光路向两侧发生了偏折，证明凹透镜对光线具有发散作用（图5）。
实验改进后的优点：
1.烧杯和烟雾的设置将光的传播路径清晰地展现出来，使整个实验变得更加合理、完整。
[关键词]轴子；量子色动力学；光子静质量效应
[中图分类号]E933.43 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）05-0009-01
1轴子、光子相关理论简介
本文首先简述了关于轴子和光子的理论，以方便研究轴子和光子的相关理论，进行相关实验。
1.1量子场论
量子场论是以量子力学原理等为基础，一种解释了微观物理学的理论。量子动力学具有悠久的历史，也比较成熟。他研究的内容主要是电磁场和带电粒子的相互影响的情况以及这种相互影响的量子性质、带电粒子相关活动等。它还对相关高精度实验进行了分析。
我们所生存的世界中存在着许多量子场系统。粒子的生成或消失取决于量子场的情况。所渭真空就是指量子场中的能量处于一种最低状态。与其他激发态相比较，这种最低态指的是不存在任何粒子的状态，可是，真空中存在着许多量子场，并时时刻刻运动，即物理学中所谓的真空零点振动，该点对应的能量则称为真空零点能。在这种情况下，若能够使量子场不再扩散到更大的空间中去，而它所在的较小的空间的大小出现改变时，此量子场产生的零点振动能也会出现较小的改变，即得出了著名的卡西米尔效应。
1.2对称性和守恒律
对称性和守恒律在物理学中有着非常重要的地位。物质的情况及其运动特点在对称变换时所展现出的固有性质就是对称n生。如果物体的运动及其能量最低态具有对称性特点，则其相应的物理量均守恒。物质在运动过程中都满足守恒定律。
1.3规范场和规范玻色子质量
规范场是一类物质场，它与相关规律的固定性联系很大，规范玻色子指的是一种场量子。电磁场也是常见的规范场。其不变性对周总耦合形式的形成有很大的影响。规范场的量子就是规范玻色子，也使其相互影响。因为规范对称性的规定，规范场的相关量中没有规范场的质量项，它会影响规范对称性。当相应的规范玻色子质量为零时，这说明其对应的作用是长程力。
2强场激光偏振法探测轴子实验简述
二十世纪末，世界著名大学罗切斯特大学的一位博士和一些学术专家在美国国立实验室做了该实验。他们通过变更激光射向强磁场偏振方向的方式，来探测轴子。下面着重研究光子非静止质量的相关情况。
强场激光偏振法探测轴子实验，指的是研究轴子与光子的电磁耦合作用。有相关效应可知，当一束线偏振光出现于强磁场时，而与磁场正交的分量则与磁场相互作用生成新的轴子，所以，此分量的幅值就会降低，进而造成其偏振方向会与原偏振方向有一定的角度。二十世纪末，有一些博士和专家就在这一理论的基础上来探测肘子。
该实验体系由三部分组成，一是强磁场；二是光学系统；三是椭圆偏振检测系统。强磁场主要是生成新的轴子，磁场是通过超导偶极磁体形成的。还有其他物体如起偏器等，其光轴方向与磁场方向须有一定的夹角，如此方能满足实验的要求。
实验时，首先在某一横向磁场中引入一束线偏振光，激光先经过隔离器到达起偏器，其光轴方向与磁场方向会有一定的夹角，而后会产生一定角度的线偏振光，接着射进光学反射腔，最后又到达检测区，反射腔位于磁场区中，一旦磁场中形成新的轴子，则反射腔发出光线，其偏振状态会有一定的改变。实验对变化的激光偏振方向夹角进行分析，以达到探测轴子的目的。
光首先进入反射腔，射出后又进入法拉第盒，并得到其一定的调制，如此有利于避免不必要的非线性项，随后射到检偏器上，需要说明的是，它和起偏器一样也是偏振晶体，二者的光轴方向是正交的，结果发出的光电信号传到光电二极管，并在此处被检测出。我们要想了解该偏振光的椭圆率，可以把一定规格的波片放在法拉第盒的前边，这样就可以通过测量偏振方向的变化来得出该椭圆率。
3光子静止质量为零时的实验分析
由相关效应知，当线偏振光经过较强磁场时，与磁场正交的分量在与磁场相互作用的过程中形成轴子。有量子动力学理论可知，光子主要来源于激光束，并在强磁场的影响下，形成了轴子。磁场中的场强张量存在于一定区域的总电磁场中，它包括两部分，一是外部产生的强磁场；二是由激光束产生的电磁场场强。
因为Primakoff效应中的光为外磁场平行的部分时才能形成轴子，但和外磁场正交的部分却未出现任何改变。二十世纪末期，有一些专家教授根据相关理论和原理，并采用相应的方法来探测轴子。当激光经过一个非纵向的磁场区时，其偏振方向则会与磁场形成一定的角度，约为45度。发出的激光的偏振方向与原方向也会形成相应的角度。
4光子静止质量不为零时的实验分析
从一些图书资料中可以查知，爱因斯坦在狭义相对论中提出了两个基本假设，即所谓的光速不变和相对性原理，它对现代物理学的发展起了巨大的推动作用。光子静止质量上述假设中的观点。物理学是建立在实验的基础上的，因此，只有进行科学的实验才能得出正确的理论。我们可以从电动力学中得出光子静止质量为零时的电磁场的密度等参数。由此密度推导出电磁场的运动方程。当光子静止质量为非零时，玛克斯韦尔电磁场必须把其静止质量项考虑在内。然后才能对其进行独立地光子静止质量研究。实验中测得的角度与磁场区域长度呈线h生关系，为方便探测，在实验中安装了反射镜，使激光循环反射，从而增强了相应的测量效应。
结束语
轴子是一种假定的粒子，它是为了说明量子色动力学中的强CP问题，人们很青睐这种冷暗物质粒子。轴子一旦被发现，其意义非凡，否则，就不可能存在轴子模型，我们也就找不到解决强CP问题的具体方法，这要求我们另寻其他方式方法。本篇论文简要介绍了其相关理论和一些模型，还有现在探测轴子的一系列实验。此外，我们经过一番理论分析后，得出了轴子和光子的相关参数及关系式，从而推导出并得出轴子质量限。
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