时间：2022-06-09 02:25:26
1．在物理知识方面要求。
(1)掌握光的反射定律，会用光的反射定律解释有关的现象；
(2)掌握平面镜成像的原理和规律；
(3)应用平面镜成像的规律解决一些简单的物理问题。
2．通过演示实验，概括出平面镜成像的特点，应用光的反射定律推导出平面镜成像的特点。培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的学习，培养分析、推理能力。
3．通过简单的物理问题的解决使学生理解解决物理问题的基本原理和基本方法，如何建立已知与未知和所求之间的关系。从而加深物理方法的学习。
二、重点、难点分析
1．重点是使学生掌握平面镜成像的原理及推导过程。平面镜成像的特点是解决平面镜问题的关键。平面镜成像是虚像，学生作图时要注意用虚线；平面镜成像，其像和物关于平面镜对称的含义是像正立且与物等大。
2．教学难点之一是如何澄清学生头脑中“像”的概念。要突破这一点就要让学生清楚物理中像的准确定义，生活中像、影、相又指的是什么意思。严格区分教学中的相似与物理的“相似”有什么不同。
3．教学中的另一个难点是如何应用平面镜成像的特点解决实际问题。最关键的是要抓住最简单、最基本的方法。
三、教具
1．平面玻璃，蜡烛两只(完全相同)，火柴，大白纸一张(8开或更大一些)，直角三角板，铅笔。
2．教学用直角三角板、直尺。
四、主要教学过程
(一)引入新课
光的反射现象和平面镜在初中物理中已经学到一些知识，今天我们来进一步研究。光的反射现象处处可见，平面镜也是日常生活中常见的物品，它们有什么特性呢?
(二)教学过程设计
1．光线和光束。
光线是利用光的直线传播而从光束中抽象出来的概念。物体发出的光束，用一条带箭头的直线来表示光的传播方向——光线。光线是光束的抽象结果，实际是不存在的，而光束是客观存在的。在画光线时注意光的传播方式用直线表示，要用实线，而光的传播方向箭头一般标在直线段的中央部分。光束可分为平行光束、发散光束、会聚光束三种情况。
2．光线传播到两种介质的分界面所发生的现象：反射和折射现象可能同时发生，也可能
只发生反射现象，但有折射现象的同时一定有反射现象，只是反射现象有时极不明显而不考虑。通过作图介绍入射点、法线、入射光线、反射光线、入射角和反射角的概念。光在介质中传播时会有能量损失(被吸收)。光在两种介质界面上发生反射或折射时也要有能量损失。
3．光的反射定律。
(1)(三线共面)。反射光线在入射光线和法线所决定的平面内；(因果关系要注意)
(2)(法线居中)反射光线跟入射光线分别位于法线的两侧；
(3)(两角相等)反射角等于入射角。(因果关系)
4．镜面反射和漫反射。
(1)镜面反射：能成虚像的反射，入射光线是有规律的，反射光线仍遵从一定规律进行排序。
(2)漫反射：入射光线是有规律的，而反射光线是无序的，不能成虚像的反射，但每一条光线都遵从光的反射定律，漫反射是由于两介质的界面不光滑平整而造成的。
5．平面镜成像。
演示在白纸中央用直尺画一条直线，然后平放在水平桌面上，在直线的一侧点一个点A，将平面玻璃垂直于纸面且与纸上直线重合放置，将一支蜡烛点燃竖直放在A处，在A点这侧看点燃蜡烛的像。将另一支未点燃的蜡烛放在直线(平面玻璃)的另一侧，缓慢移动直至未点燃的蜡烛与点燃的蜡烛的像重合，好像未点燃蜡烛也燃烧起来一样。在纸上记下未点燃蜡烛的位置。在同学们都看清楚的前提下，将点燃的蜡烛熄灭。让同学讨论看到的现象，总结平面镜成像的特点。
(1)像：由物发出(或反射)的光线经光具作用为会聚的光线(或发散的光线)所形成的跟原物“相似”的图景。这里的“相似”一词与数学的相似含义不完全相同，数学中的相似是指对应处成相同的比例，而这里的“相似”有时不同对应处比例不同。例如哈哈镜中人的像与人相比相差很大，但仍认为是人的像。
(2)实像：是由实际光线会聚而形成。可用眼直接观察，可在光屏上显示，具有能量到达的地方。
(3)虚像：是实际光线的反向延长线会聚而形成，不可在光屏上显示，只能用眼睛直接观察。
关于像的概念让学生一定要很清楚，特别是要区分生活中的“像”的概念。
A．像片是物而不是“像”，画像和像片具有相同的含义。
B．照相，实质上是取得一个与人“相似”的一幅画片，只不过不是用笔画，而是通过成像的原理制作就是了。照“相”与长“相”具有相同的含义。
C．“看电影”也有人误认为是“看电像”，在初中就学过像的概念。但人们在电影院看电影是要看银幕上的图景，银幕上的图景对于底片(拷贝)来说是像的位置，像呈现在银幕上，作为物被眼晴看到，若真看“像”应眼睛向着放映机看，那是不可能的。
D．“成像是客观的，观像是有范围的”。若电影院银幕处末放银幕，放影机放影时，拷贝上的像仍呈在放银幕处。戴近视镜的同学看到的并不是真实的物，而是这些物正立缩小的虚像。
(4)平面镜成像。
A．平面镜对光的作用，只改变光的传播方向，不改变光束的性质。即平行光束经平面镜反射仍为平行光束。发散(会聚)光束经平面镜反射仍为发散(会聚)光束。
B．平面镜成像为虚像，作图时用虚线表示。
C．(将演示实验中的白纸呈现给学生，通过作图，测量得出)像点和物点关于平面镜呈面对称。
6．平面镜的应用。
(1)平面镜控制光路。
例1已知入射光线及平面镜的位置，控制反射光线。一束光线与水平成40°角射来，欲使光线沿水平方向传播，所放平面镜与水平面成____________角。答案：20°或70°。
解析：题目中只要求反射光线水平，一定要注意可能出现两种情况。一种是入射光线与反射光线之间的夹角是40°，一种是入射线与反射光线之间的夹角是140°。
例2证明：若入射光线的方向不变，将平面镜绕入射点转动θ角，则反射光线的方向转动2θ角。
证明：因为平面镜转动θ角，则法线转动θ角，当入射光线不变时，则入射角增加(或减少)θ角，由光的反射定律可知反射光线与法线的夹角也增加(或减少)θ角，则反射光线与入射光线之间的夹角增加(或减少)2θ角，即反射光线转动的角度为2θ角。
若上题改为若入射光线的方向不变，平面镜绕入射点以角速度ω匀速转动时，则反射光线转动的角速度ω′=2ω，。
(2)平面镜成像的观察。
例3一人站在湖边塔楼顶上观察空中的气球，已知楼顶离湖面高为H，人高不计。他看空中静止的气球时，仰角为30°。他看水中气球的虚像时，俯角是60°，问气球静止在湖面上方，离湖面多高?答案：2H．
解析：几何光学的突出特点是几何作图。此题作图的技巧是：先画一条水平线(在塔楼顶上)AB．A为塔楼顶端，过A点做AS直线且∠SAB＝30°。过A点作垂直于AS的直线(用虚线)AS′，且SS′直线(用虚线)要垂直于AB。SS′直线交AB于C点。找到SS′直线的中点O，过O点作SS′的垂线MN，MN交AS′于D点，用实线连接AD，DS，且标明AS、AD、DC的光线箭头。如图所示，注意箭头方向不要画反，A点为观察者。过A点作MN的垂线交MN于正点。AE即为塔楼高，S′为气球S的像。SO即为所求h。
由图可知：
代入数据得
。
解得：h=2H
例4图2中AB表示一直立的平面镜，是水平放置的米尺(有刻度的一面朝着平面镜)，MN是屏，三者相互平行，屏MN上的ab表示一条竖直的缝(即a、b之间是透光的)。某人眼睛紧贴米尺上的小孔S(其位置见图)，可通过平面镜看到米尺的一部分刻度。试在本题的图上用三角板作图求出可看到的部位，并依次写出作图的步骤。
解析：
图3作图步骤：
①作S点对AB的对称点S′，S′就是S的像点。
②连接S、a并延长，与AB交于C点。
③连接S′、C并延长，与交于一点，此点就是可看到部位的左端。
④连接S′、b并延长，与交于一点，此点就是可看到部位的右端。
上述顺序也可以是②①③④或①④②③。
图4作图步骤：
①分别作、Ma、bN对于AB的对称线、M′a′、b′N′，则就是对于平面镜AB的像，M′N′是MN对于平面镜AB的像。
②连接S、a并延长，与交于一点，并作该点对于AB的对称点，此对称点在上，是可看到部位的左端。
③连接S、b′并延长，与交于一点，作该点对于AB的对称点，此对称点也在上，是可看到部位的右端。
上述顺序也可以是①③②。
(3)平面镜与运动学的综合应用。
例题略。
(三)课堂小结
1．平面镜是一个非常重要的光学元件，在生活中应用也很广，这部分光学知识为将来的学习打下了基础。
2．几何光学的学习要突出几何作图，同学们应严格按照规范化的作图格式进行训练，紧紧抓住平面镜成像特点进行思考问题。
五、教学说明
1．将演示实验改为分组实验，效果会更好。但要掌握好教学时间。
【关键词】立体式教学 偏振光 设计性实验 自主式学习
【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682（2012）09-0089-02
一、前 言
大学物理教学中两种传统方式是课堂教学和实验教学。在课堂教学中一个教师给几十甚至上百个学生授课，师生之间、同学之间交流较少；实验教学中，学生要用3～4小时完成教师安排的实验题目，时间紧迫。这两种教学模式都是以学生接受、理解、记忆被动式学习为主，优点是教师对教学进程易于控制。
教育改革的形势提倡改变传统的以教师为中心的教学模式，注重以学生为主体、更多的激发学生自主学习和探索的热情，注重良好的沟通技能和团队合作精神的培养，关注学生成长和全面素质的提高。在物理实验中引入设计性实验，实验室也逐步开放，以鼓励学生的自主式学习与探索。
二、立体式教学
我们在大学物理课程的偏振光的教学中尝试了“立体式教学”，将理论教学、实验教学以及分析总结融合起来，并充分发挥学生的主观能动性，通过4个阶段来完成一个主题内容的教学。①启发式的课前预习提纲；②课堂讨论；③设计性实验；④提交课程论文。
通过课前预习培养学生针对一类问题的调查研究能力和分析能力；课堂讨论培养学生的表达能力；设计性实验培养学生的创新能力和动手能力；提交课程论文培养学生的分析总结能力。从预习、课堂讨论、实验小组的建立、实验方案的形成与实施、提交课程论文，整个过程是完全开放的，都以学生为中心自主完成的，教师只是指导者。教学中提高了学生学习兴趣，并取得了很好的教学效果。
三、偏振光的立体式教学设计与实践
1.偏振光的理论预习提纲
偏振光的理论预习提纲归纳如下：①常见光源的发光机理；②光的偏振性；③偏振片的起偏与检偏，马吕斯定律；④反射、折射时光的起偏与检偏，布儒斯特定律；⑤双折射现象。
2.设计性实验的参考题目
在只有常规的偏振光实验仪器的情况下（如光具座、偏振片、玻璃堆、钠光灯、1/4波片、1/2波片、He-Ne激光器、天平等），应做到以下几点：①区分普通玻璃片、偏振片、1/4波片、1/2波片；②确定偏振片通光方向或波片的光轴；③测量透明或不透明材质的折射率（材质自备）；④设计光路图，使透射光强为入射自然光强的1/n。收到了较好的教学效果。
3.预习报告
（1）常见光源是自然光，是大量原子的自发辐射跃迁形成的；激光为受激辐射形成的。
（2）光是电磁波、横波，具有偏振性质，其偏振方向为电场强度的振动方向。光束按偏振性质可分为自然光、线偏振光和部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
（3）偏振片的起偏机理为透明基片上的导电分子链将其平行方向上的光振动分量吸收，只剩与其垂直方向的光振动透射而起偏的。[1]对于自然光，理想的偏振片的透射光强为入射光强的1/2。
如果光振动方向与偏振片透光方向的夹角为 ，入射光强为I0，透射光强为I，则偏振片上的入射光强与投射光强符合马吕斯定律： 。
根据马吕斯定律，可以定量计算偏振片透射光与入射光的相对光强，利用偏振片的起偏原理也可以对一束光进行检偏。
（4）自然光遇介质界面时，反射光和折射光都成为部分偏振光，当反射光和折射光垂直时，只有垂直入射面的光振动能够被反射，折射光为平行于入射面的光振动为主的部分偏振光。
布儒斯特定律：当反射光和折射光垂直时，反射光为垂直入
射面的线偏振光。入射角称为布儒斯特角，满足 （n1
为入射媒质折射率，n2为折射媒质折射率）。
根据布儒斯特定律，可以测量折射物质的折射率；玻璃堆也可以像偏振片一样对一束光进行起偏或检偏，或者对透射光强进行控制。
（5）双折射现象。自然光遇晶体时分成两束线偏振光的现象叫做双折射现象。利用双折射晶体做成尼科尔棱镜，也可以对一束光进行起偏和检偏。利用双折射晶体做成的1/4波片可以获得椭圆偏振光或者圆偏振光；1/2波片可以方便地使偏振光的振动面偏转任意角度。
（6）区分自然光、线偏振光、部分偏振光的常见方法可以利用偏振片、玻璃堆或者尼科尔棱镜的任何一个置于光路中并以光路为轴旋转观察透射光强的变化来判断。
4.课堂教学
以学生在自学预习中形成的观点和遇到的问题为主进行讨论，教师适当讲解，锻炼学生的思维表达能力和倾听并寻找设计性实验的合作伙伴。
5.设计性实验的观察点
（1）区分普通玻璃片、偏振片、1/4波片、1/2波片。首先，确定与波片对应的光源，考察点为普通玻璃片对垂直入射光的偏振性无明显影响；偏振片在自然光中呈灰色；其次，偏振片改变入射线偏振光的透射光强和偏振方向；1/4波片对入射线偏振光的透射光强无影响，透射光可以仍是线偏振光（入射线偏振光振动方向平行或垂直波片光轴）或者椭圆偏振光、圆偏振光；1/2波片只是使入射线偏振光振动面旋转2倍的入射光振动面、波片光轴夹角。
（2）确定偏振片通光方向可利用已知布儒斯特角的玻璃堆起偏的偏振光。
（3）测量透明或不透明材质的折射率（材质自备）。考查点为反
射光偏振性的检测、布儒斯特定律 的计算及光路的设计。
（4）要使透射光强为入射自然光强的1/n，两偏振片通光方向夹角为 ；或者偏振片、玻璃堆和尼克尔棱镜中任意两个的组合，但光路要复杂一点。
实验小组活动的方式和时间可以协商选择。实验方案自由讨论，相互批评，相互补充，相互完善，从中加深对理论的理解，起到课堂教学起不到的作用。形成统一方案后交与指导教师，由教师形成建设性指导意见后反馈回小组，而不是简单的给出正确答案或解释。
6.课程论文
课程论文包括预习报告、实验目的、实验仪器、光路图、操作步骤、实验数据、实验现象、数据处理、偏振光应用的展望与综述等。
四、结束语
在整个教学过程中，偏振光的理论预习内容属于必修课内容，设计性实验是自愿参加的。对学生来讲，整个过程是自主的相互学习的过程，也是合作互动的过程，是交朋友和讨论物理问题的过程。物理知识是大家一起构建的，而不是被灌输的，轻松并总能获得帮助。在测量蔗糖的旋光系数时，组与组之间进行了合作，不同的光源、不同的实验方案配合节约了原材料，并对实验方法和结论进行了比较，体验合作的成果与课程相关的设计实验成为大学物理课程的延伸，是学生理论联系实际以及科研的初级演练。
【关键词】小初衔接 科学 认知基础 教学对策
【中图分类号】G633.98 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）08-0162-02
小学毕业升入初中，这是学生学习生涯中一个重要的里程碑。学生进入初中后面临着学习阶段上的飞跃：在小学阶段科学学习的知识内容浅，学习方法简单。进入中学后，学习内容拓宽、知识深化，方法复杂多样。但就内容和领域而言，初中的学习和小学的学习有着很大的相关性和延续性。很多初中教师跟级学生相处一两年之后相互比较熟悉，对于学生认知情况也更了解，而对初一学生则相对陌生，在不熟悉认知基础的情况下只能根据推测和教学经验来进行教学设计，因此在教学中经常出现对学生已掌握的知识花过量时间反复巩固，而对学生不熟悉的认知片段甚至是错误认知却没有加以很好的引导和重构，教学重难点的不合理判定造成了教学效果的不理想。
长期以来，对教师教学的要求强调领会教学大纲、驾驭教材较多，因此教师钻研教材多，研究教法多，而研究学生思维活动较少，因而选择适合学生认知过程的教法也少。有效了解学生的前认知，掌握学生的知识背景，并以此设计合理的教学方案可以提高教学时效，减轻学生的负担。可以说只有正确认识学生的前认知，以此设计的教学方案才是最适合他们的。然而，学生的前认知又可以通过什么方式来了解呢？我们不妨先理清下列问题：
（1）学生在进行新的学习前，是否已具备了所必须掌握的知识和技能？
（2）学生是否已经掌握或部分掌握了教学目标中要求学会的知识与技能？没有掌握的是哪些部分？有多少人掌握了？掌握的程度怎样？
（3）哪些知识学生能够自己学会？哪些需要教师的点拨和引导？
以上问题可以课前了解，也可以利用上课的特定环节进行了解。对于如何有效了解学生的前认知，笔者确定了以下几个策略：
策略一：通过导学案对学生开展前测，通过前测分析获得学生认知基础
我们可以通过编写导学案的预习部分对学生进行测试（前测）来实现对认知基础的检测，为更好地进行教学提供一些认知起点上的知识。关于前测试题的设置，问答的形式优于选择的形式。因为选项中句子的表达方式或多或少会由于教师已有的认知而带上一定的主观引导性，这种表达会给做题的学生带来心理暗示，而通过问答的形式能最大程度上避免教师的认知给学生施加的这种影响，从而得出最接近学生真实认知基础的结论。
例如：在七年级下册《光的反射》的教学中，笔者对一个班的学生前测了一次，以下是前测试题内容：
1.我们为什么可以看见发光的物体？
2.许多物体本身并不发光，我们为什么也可以看的见？
3.如何把室外的阳光引到室内？
4.手电筒发出的一束光照射在镜子上，你能画出光线经过的路径吗？
5.你是依据什么画出上图的？
6.你认为光照在粗糙的墙壁上会发生反射吗？为什么？
7.你知道生活中有哪些现象运用到了光的反射？
【前测分析】
通过对这个班学生的前测进行分析，可以发现学生对于光的反射这块内容已有一些认知上的片段，但在缺乏梳理引导的情况下还比较混乱和片面。下面罗列出了学生认知基础上的几个层次，并以此确定教学的重难点：
A学生已有的认知基础：知道光的直线传播；知道光线遇到镜面会改变传播方向；绝大部分学生能够凭借经验绘制简易的反射光路图，但角度的确定和光线画法不规范；部分学生知道潜望镜、汽车反光镜等光的反射的应用。
B需要纠正的一些错误认知： 部分学生认为入射光线和反射光线必须垂直；大部分学生认为光线只有遇到光滑镜面才会发生反射，遇到墙面等粗糙表面不发生反射；画光路图只要视觉上合理就可以了，作图具有很大的随意性。
C学生没有的，教学需从起点建立的认知：入射光线、反射光线、法线、入射角、反射角的概念；光路图的绘制方法（小学虽然学过简易的光路图画法，但是不够规范，可在小学基础上加以改进）；光的反射定律。
D需要拓展的认知： 凸面镜和凹面镜对光的反射的运用；平面镜成像规律。
根据这次分析结果可以进行了有针对性的备课，在备课过程中这样的备课才有的放矢，事半功倍。
策略二：开展小组讨论，在自由表达的气氛中暴露学生的认知基础
在科学探究的过程中经常出现小组讨论的形式，合理设计小组讨论环节也能帮助教师获得学生的前认知。维果茨基曾说“教儿童不能学的东西和教他已经能独立地做的东西，对发展都同样徒劳无益。”讨论的话题需要精心设计：话题涉及的内容如果低于学生原有的认知水平，学生讨论的兴趣难以被激发；同时，如果探究活动的内容要求相对于于学生原有的认知水平显得过高，学生不知道如何开展探究活动，会降低学生自主探究的欲望和信心，从而制约学生的能力发展。
案例：《常见的动物》教学过程中的小组讨论部分
【背 景】
“脊椎动物”这块内容是《常见的动物》的第二课时。在小学阶段，学生们已经了解了脊椎动物有五大类群，但对每个类群特征的掌握程度不明。
【讨论流程】
本课通过展示图片，以简短的提问式引入快速带出脊椎动物的五大类群。在接下来的小组讨论环节中根据学生的意愿把学生分成五个小组，分别来研究和总结脊椎动物的一个类群中动物的特点和判别方法（其他小组可以进行补充）。
关键词：研究性学习 融入 课堂教学
当前，新课程改革倡导新的学习方式，积极引导学生主动学习，提高学生自主学习、合作交流以及分析和解决问题的能力；要求教师转化角色，建立新型的师生关系，要以学生为中心，突出学生的主体地位，教师扮演支持者、辅助者、合作者的角色；重视有意义的教学，强调以学习为中心，强调学生的核心地位，教师的教是为了促进学生的学习，教服务于学。为了更好地实施新课程改革，改变当前新课程实施的肤浅状态，促进新课程的实施由“边缘”到“核心”，我们必须加强对课堂的研究和探索，努力改变现行课堂存在的问题和不足，着力构建自主高效优质的课堂，实现课堂教学的“真正革命”。
在实践中，我紧紧把握物理教学与学生的自主学习、学生的实践活动研究紧密结合，初步探索形成了将研究性学习活动融入初中物理新授课、实验课和复习课的基本方式。
一、研究性学习活动融入物理新授课的实践
在上《光的反射》前，激发学生对光的反射现象的兴趣，提出观察生活中光的反射现象、自制研究光的反射规律的学具的建议，提出用学具研究光的反射定律时的一些思考题，引导学生围绕问题阅读课文和动手实验。课上让学生交流观察到的生活中“光的反射现象”，各组汇报交流研究反射定律的过程和结论，讨论用光的反射定律解释有关镜面反射、漫反射的现象并运用光的反射定律作图。在学生交流、讨论中，一面进行反馈，一面进行评价，这样就把原来教师的讲授和演示变成了教师的探索和研究，让每个学生都感受到了成功的喜悦。
在我们的教材中，如“蒸发”、“液化”、“光的反射”、“大气压”、“家庭电路”等新授课中，我采用的方法是：一般经过“提出问题——收集资料；探索发现——展示交流；分析讨论——归纳总结；反馈评价”的过程。“
二、研究性学习活动融入物理实验探究课的实践
在上“测定人体最大输出功率”一课时，先提出问题：现在给你磅秤、秒表、刻度尺，你怎样用学过的功率知识测量人体最大输出功率？同学们七嘴八舌讨论起来，前后共提出了6个方案，每提一个方案，就有同学对这个方案提出问题，进行论证。比如：同学甲提出可以测量重拳出击时的最大输出功率，但是也不知道有没有仪器测定最大的握拳出击力和瞬间接触时间；同学乙则说只要能测出我们扔铅球时的推力和沿推力方向手移动的距离及所用的时间，就可以测出同学扔铅球时的最大输出功率，但同学丙马上就说这几个物理量很难测出；同学丁说可以在家里的跑步机上测出人最快速度跑步时的功率，多功能跑步机上有人跑步的路程、时间和人的重力的记录显示，只要测出人跑步时脚离开地面时的高度就可以，但是大多数同学家里没有跑步机；还有的同学说测量引体向上时的最大功率等等。在十几分钟的讨论中，终于确定测爬楼梯的最佳方案。在充分讨论中，大家明确了测量方法，接着分组合作，实地在我校进行实地测量，很快测出了每个同学的爬楼功率。最后我又提出了几个拓展性的问题：（1）影响人体最大输出功率的因素是哪些？（2）为什么体重重的人的功率比体重轻的人不一定大？（3）一楼到二楼与二楼到三楼的功率是否相同？（4）明年再测一次的话，你的功率会变吗？变大了还是变小了？为什么？让同学们思考，就这样同学们在愉悦的气氛中体验到了功率的深刻含义。
三、研究性学习活动融入物理复习课的实践
按照常规学完一个单元后，总要上一节复习课，进行知识的梳理、例题的讲解。现在，一个单元结束后，教师引导学生进行实践研究，调查生活中有关的现象，并用所学知识加以分析、解释，引导学生自己去设计和知识有关的实验习题。在这些活动的基础上，再来上复习课，显然旧的复习模式已经不适用了。将研究性学习活动融入物理复习课，一般要经过“选择课题，自主复习——寻找实例（包括解释现象、设计实验、自编习题），自主研究——成果展示，相互交流——总结归纳，相互评价”的过程，即教师可列出提纲或若干小的课题让学生进行选择，然后学生自己总结知识结构，自己寻找知识应用实例，运用所学知识解释现象或自己编题，或自己设计能说明有关物理规律、现象的实验等。在复习课上，教师精心组织，让学生自我展示，达到了非常好的效果。
我认为，培养创新意识和实践能力，要以知识、技能为载体，教学改革中打破学科本位，不等于不以知识为载体。知识、技能、能力、方法、态度、情感、创新意识、实践能力对学生而言，是和谐的水融的不可分割的关系。因此，把研究性学习活动融入物理课堂教学中，组织教学时，要把多方面有机融合起来，不能在强调某方面的同时又忽视了其他方面。
参考文献
读一读做一做
1.角平分线。
利用平面镜可以改变光路的传播方向。要使一束与水平面成40°角的光线沿水平方向向右射出，则必须将平面镜与水平面成20°或160°角放置，即先作出∠AOB的平分线――法线ON，然后过入射点O作法线的垂线即为平面镜的位置(作法略)。
除利用平面镜改变光路方向外，利用凸面镜、凹面镜、凸透镜、凹透镜均可达到目的。若题中只要求作出光学器件的位置，则本题就成为开放性试题，可作出七种光路图。
2.垂直平分线。
从点光源S发出的经平面镜反射的两条光线A、B，要确定平面镜的位置，则应先将A、B两条光线反向延长，相交的点即为点光源S在平面镜中所成的像点S'，连结SS'，作SS'的垂直平分线，该位詈即为平面镜的位置(作图略)
3.两点确定一条直线。
要作出点光源S发出的光线经平面镜反射后通过A点，则应先作出S的像点S'，连结AS'，连线与平面镜相交的点即为入射点O，再连接SO，标出光路的方向，便完成光路图（作法略）。
4.三点一线。
1997年3月9日，在我国漠河地区出现了“日全食”，图3表示“日全食”时太阳、地球、月球位置的示意图，太阳、地球、月球三者在一条直线上，由于光的直线传播，太阳光被月球所挡住，漠河地区见不到太阳光而形成“日全食”，因而A处是月球，B处是地球。
5.平行线。
平行入射的光线射到平面镜上，其反射光线仍将平行射出，这种反射即为镜面反射。一束光线平行射到两块正对平行且跟水平面成45°角放置的平面镜上，经过两次反射后，仍将平行射出。潜望镜就是根据这一原理制成的。
通过凸透镜和凹面镜焦点的光线经凸透镜折射后和凹面镜反射后将平行射出。通过凸面镜和凹透镜焦点的光线经凸面镜反射和凹透镜折射后将平行射出。
一束光线斜射到两块垂直放置的平面镜上，经两块平面镜反射后的反射光线和原入射光线平行，方向相反。
一束光线斜射到两块互成α角放置的平面镜上，若入射光线与甲平面镜平行，最后的反射光线与乙平行，则两块平面镜的夹角为60°。
一束斜向右下方光线斜射到一玻璃杯中，在杯底形成一光斑，若不断向杯中倒水，则光斑向左移动，每一次的折射光线都保持平行。
物体AB放在凸透镜的主光轴且跟主光轴垂直并在凸透镜的焦点上，从A点发出的平行于主轴的光线和通过光心的光线，经凸透镜折射后将平行射出，不可以相交。因而放在凸透镜焦点上的物体经凸透镜折射后不成像。
要使一束平行光线经两凸透镜折射后仍将平行射出，则两凸透镜需共轴放置，且前一个凸透镜的右焦点和后一个凸透镜的左焦点重合。若L1的焦距大于L2的焦距，则光束变细；若L1的焦距等于L2的焦距，则光束不变；若L1的焦距小于L2的焦距，则光束变粗。
要使一束平行光线经凸透镜和凹透镜两次折射后仍将平行射出，则可前为凸透镜，后为凹透镜共轴放置，且凸透镜的右焦点和凹透镜的右焦点重合，光束一定变细；也可前为凹透镜，后为凸透镜共轴放置，且凹透镜的左焦点和凸透镜的左焦点重合，光束一定变粗。
6.轴对称。
要作出物体AB在平面镜中所成的像，可以镜面为轴，根据轴对称图形特点作出（作法略）
7.相似形。
在凸透镜成像实验中，将物体放在凸透镜的焦点以内经凸透镜折射后的两条光线不能相交，因而在光屏上不能成像。但这两条光线的反向延长线相交于一点，这一点即为A点的像A'，因它不是实际光线会聚而成，所以它是虚像。图中ABO和A'B'O'相似，A'B'>AB。即在光屏这一侧透过凸透镜可以观察到一个正立放大的虚像(如图5所示)。物体越靠近凸透镜的焦点，所成的虚像越大。
8.全等三角形。
从点光源S射出的光线经平面镜反射后的光路如图6所示，由图中可知，SAB和S'AB全等(ASA)，SA=S'A。即物体经平面镜后成正立的等大的虚像，像和物的连线与镜面垂直，像和物到镜面的距离相等。
9.不等式。
当光由空气斜射到水或玻璃中时，折射角小于入射角；当光由水或玻璃斜射到空气中时，折射角大于入射角。根据光的折射规律可作出折射光线的大致情况。
一物体放在离凸透镜30cm处，在透镜的另一侧距离透镜20cm处，成一倒立的实像，因物距大于像距，因而像是缩小的，故物体放在二倍焦距以外的地方，像成在一倍焦距到二倍焦距之间，即u>2f，30cm>2f，f
10.直角三角形中，30度角对的直角边等于斜边的一半
在某平静的湖面上空，有一监测空气质量状况的气球(处于静止状态)一个置于距湖面20m高处的仪器测得气球的仰角为30°，测得气球在水中的虚像的俯角为60°，根据题意可作出图7。在RtACB中，∠ABC=30°，因而AC=AB/2，即AB=2AC。在RtABD中，∠ADB=30°，因而AB=AD／2，即AD=2AB=4AC，所以AE=2AC，即AC=CE=20cm，则气球距湖面的高席为40m。
想一想练一练
一、选择
1、如图8所示，两块相距10m的平面镜相互平行，当人从A点移动到B点时，人在两块平面镜中所成的像的距离变化是()
A．0m B．5m
C．10m D.无法判断
2、如图9，是小孔成像原理的示意图，根据图中所标注的尺寸，这支蜡烛在暗盒中所成像CD的长是()
A．1／6cmB．1／3cmC．1／2cmD．1cm(浙江金华)
3、如图10，CD是平面镜，光线从A点出发经CD上点E反射到B点，若入射角为α(入射角等于反射角)，ACCD，BDCD，垂足分别为C、D，且AC=3,BD=6,CD=11，则tanα的值为()
A．11／3B．3／11C．9／11D．11／9(重庆)
4、如图11，小丽用一个两锐角为30°和60°的三角尺测量一棵树的高度，已知她与树之间的距离为9．0m,眼睛与地面的距离为1．6m，那么这棵树的高度大约是()
A．5．2mB．6．8mC．9．4mD．17．2m(江苏淮安)
5、一平面镜以与水平成45°角固定在水平桌面上，如图12所示，一个球以1米／秒的速度沿桌面向平面镜匀速滚去，由小球在平面镜里所成的像( )
A．以1米／秒的速度，做竖直向上运动。
B．以1米／秒的速度，做竖直向下运动。
C．以2米／秒的速度，做竖直向上运动。
D．以2米／秒的速度，做竖直向下运动。(山东临济)
6、如图13所示，这是圆桌正上方的灯泡(看作一个发光点)发出的光线照射桌面后，在地面上形成阴影(圆形)的示意图。己知桌面的直径为1．2m，桌面距离地面lm，若灯泡距离地面3m,则地面上阴影部分的面积为()
A．0．36πm2B．0．81πm2C．2πm2D．3．24πm2(河北)
二、填空
1、雨后初晴，一学生在运动场上玩耍从他前面20m远一块小积水处，他看到了旗杆顶端的倒影。如果旗杆顶端到积水处的距离为40m，该生的眼部高度为1．5m，那么旗杆的高度是米。(重庆)
2、张明同学想利用树影测校园内的树高，他在某一时刻测得小树高为1．5m，其影长为1．2m，当他测量教学楼旁的一棵大树影长时，因大树靠近教学楼，有一部分影子在墙上，经测量，地面部分影长为6．4m，墙上影长为1．4m，那么这棵大树高约米。(河南)
3、如图14，平面镜A与B之间的夹角是110°，光线经平镜面A反射到平面镜B上，再反射出去，若∠1=∠2，则∠1的度数为
。(江苏连云港)
4、光线以图15所示的角度α照射到平面镜ⅠⅡ上之间来回反射，已知∠α=60°，∠β=50°，则∠γ= 度。（江苏常州）
5、如图16所示，小明想测量电线杆AB的高度，发现电线杆的影子恰好落在土坡的坡面CD和地面BC上，量得CD=4米，BC=10米，CD与地面成30°角，且此时测量1米杆的影子为2米，则电线杆的高度约为米。（结果保留两位有效数字）（陕西）
三、解答
1、居民楼的采光是人们购买楼房时关心的一个重要问题，冬至是一年中太阳光相对地球北半球位置最低的时刻，只要此时楼房的最低层能采到阳光，一年四季整座楼均能受到阳光的照射，宁夏地区冬至时阳光与地面所成的角约为30°，如图所示，现有A、B、C、D四种设计方案提供的居民楼的高H（米）与楼间距L（米）的数据如下表所示，仅就图中居民楼乙的采光问题，你认为哪种方案设计较为合理，并说明理由。（宁夏）
2、为了测量一棵大树的高度，准备了如下测量工具①镜子；②皮尺；③2米的标杆；④高为1．5米的测角仪(能测量仰角计的测量方案，回答下列问题：
(1)在你设计的方案中，选用的测量工具是
(工具序号填写)
(2)在图18中画出你的测量方案示意图；
(3)你需要测量示意图中哪些数据，并用a、b、c、α等字母表示测得的数据;
(4)写出求树高的算式：AB= 米。（2003年新疆）
对一对比一比
一、选择1、A2、D3、D4、B5、B6、B
二、填空1、32、9.43、35°4、40°5、8.7
三、解答题1、C方案设计较为合理。
2、提供两种方案，仅供参考
方案（一）（1）①、②（2）测量方案如图（a）（3）EA（镜子离树的距离）=a，CE(人离镜子的距离)=b，
DC（高）=c（4）ac/b（米）
关键词：分光计 折射率 平行光法 改进
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）007-172-02
在用分光计测定三棱镜折射率的实验中，我们有感最小偏向角的测定十分不精确，这对实验结果造成较大误差。本文对原实验进行一定改进，从而可以准确确定最小偏向角，可用作对棱镜折射率的精确测定。
1 分光计测定三棱镜折射率的简要介绍
1.1 分光计测定棱镜折射率实验原理及步骤
准备工作（调节望远镜焦距、调节望远镜光轴与仪器转轴垂直及调节平行光管）结束后，开始实验。
先测定三棱镜折射顶角，本实验利用反射法测定顶角，其光路图如图1所示。入射光经三棱镜两反射面发生反射，转动望远镜镜筒，可观察到光线Ⅰ和Ⅱ，测出两束光Ⅰ和Ⅱ之间夹角 ，即可求出三棱镜的顶角A= /2。
接下来测定偏向角，实验光路图如图2，IE为入射光，FR为出射光，两光线的夹角即为光线在棱镜主截面内的偏向角。利用几何关系和折射定律，可以推导出偏向角的表达式。当i1=i2， 1= 2时，偏向角达到最小值0，此时有。利用折射定律，得到棱镜材料的折射率为
图1 反射法测顶角 图2 偏向角的测定
在测定最小偏向角时，当看到折射的FR光线（实验中选择绿色谱线），慢慢转动载物台，改变入射角，使绿色谱线往偏向角减小方向转动，同时转动望远镜跟踪谱线，到载物台继续沿原方向转动时，绿色谱线不再向前移反而向相反方向移动（偏向角反而增大）为止，此时可确定最小偏向角0。
1.2 误差分析
计算得出三棱镜顶角值与标定值A=60咒的祁很小n小乞角的测定却显得不那么痉v仅靠目测来确定最小值有较大的随辉b量误差始终难以镶里个几组乞角测量瘦g保浚梢钥吹阶畲笾岛妥钚≈导负跸嗖俊
表1 分光计测定最小偏向角
在实验时，可以看到，最小偏向角处在一个拐点上，当入射角经过0对应的i0，偏向角先减小后增大，下面对这一过程定量分析，以找出误差的原因。
由几何光学知识可知，对于图2所示光路图，入射角i1与偏向角有如下关系：
其中n为三棱镜的折射率，A为棱镜顶角，本实验取A=，用MATLAB绘制得到的-i1局部图像如图3所示。
图3 入射角与偏向角曲线示意图
尽管分光计作为一种精密测量仪器，可记录极小角度的变化，从图形中可以直观地看到当入射角到达i0附近，值变化不是太显著。由于实验人员的判断原因，往往测得的最小偏向角在准确值附近波动。因此该实验需一个定量的标准以确定最小偏向角，而不仅仅是依靠个人的判断。
2 改进的偏向角测量法（平行光法）
2.1 改进方案的测量原理
图4 改进的偏向角测量法示意图
经过三棱镜折射后的光线若被一与三棱镜底边BC平行的平面镜反射，注意到反射光线Ⅱ与入射光线Ⅰ平行，分析如下。利用偏向角达到最小值时的关系式，可知
至此得到了判定最小偏向角的准确条件：入射光Ⅰ与最后的反射光Ⅱ平行。
2.2 新方法测量方案
2.2.1 实验步骤
我们给出了准确判定偏向角为最小偏向角的条件，可是该如何判定两条光线是否平行？
原先实验采用汞光灯作为光源，由于在实验中仅选取汞光的几条谱线作为观察对象，并且光线必须经过载物台的圆心，才有可能被观察到，而新设计方案显然不再满足这样的条件。我们采用亮度高的氦氖激光，并对原实验步骤做一定调整。
图5 平行光法测定最小偏向角示意图
实验仪器：FGY型分光计、三棱镜（标定顶角值为60 ）、氦氖激光器、平面镜、光具座、毛玻璃屏。
实验步骤与原方法类似，首先仍是调节分光计，使达到符合的实验条件。调节激光使光线路径经过载物台圆心，由于激光较强且没有经过平行光管调节亮度，尽量不要用眼睛直视激光。激光被望远镜前镜反射，可在激光器的出射口附近看到光点，调节激光器的高低俯仰，当光点恰好落入激光出射口，此时，激光与目镜在一条直线上。由于加上棱镜，激光将折射，为了比较入射光Ⅰ与最后的反射光Ⅱ的位置关系，需要将入射光的路径记录下来，读出角度值。此外，将用另外一种方式记录激光路径。
在距载物台2～3m处实验台放置一光具座，毛玻璃屏装在光具座上，可自由滑动。滑动毛玻璃屏，使激光打在屏上。微调毛玻璃屏，使激光能够同时经过玻璃屏两侧，此时可以看到毛玻璃屏两侧都有稀疏的一条红线。固定螺丝，使玻璃屏不再转动。利用毛玻璃屏，可将激光轨迹记录下来。
将待测三棱镜放在载物台上，平面反射镜紧贴已知顶角对边，注意要能使折射光线反射。激光经折射和反射后打在墙壁上。转动三棱镜（平面反射镜始终紧贴三棱镜），可看到墙上的光点也随之转动。待反射光线Ⅱ靠近毛玻璃屏，缓慢改变入射角，并且毛玻璃屏稍向里移动（如图5所示），屏仍保持与初始位置平行。
此时操作动作要轻微，转动一下三棱镜，毛玻璃屏也要随之移动，使一侧屏上的红线由短变长，逐渐均匀。改变入射光角度与毛玻璃屏位置，最终使玻璃屏两侧都出现一条稀疏的红线，此时我们可以精确确定0。
保持三棱镜静止，撤去平面反射镜，用目镜确定折射光的角度。由于红激光亮度过强，不宜用眼睛直接观察，并且透过目镜只能看到一片红色。可以用像屏直接承接红激光。可以看到随着准确位置的逼近，像屏上由原先一团红色逐渐出现清楚的像，图6即反映在准确位置附近像的变化情况。
图6 像在准确位置附近变化情况
2.2.2 数据处理
给出测得的一组实验数据，如表2所示。
表2 平行光法测定折射率
从而求得三棱镜对氦氖激光的折射率：
由于棱镜的折射率未知，且对不同波长的光，其折射率n也不相同。但由于最小偏向角标准偏差明显地减小，即提高了对最小偏向角测量精度，因此可认为该方案减小了实验误差。
3 实验小结
本文提出测定三棱镜最小偏向角的一种改进方案，通过增加反射镜等少量仪器，便可提高实验测量精度，减小误差。但由于两种方案选用不同色光，实验结果没有可比性。为验证新设计方案的确能够提高实验精度，可改用氦氖激光对原方案进行实验，并进行数据拟合来求得最小偏向角，与新方案结果对比，证明平行光法的确可行。
1．1精挑细选实验
光的折射现象在生活当中的事例、小实验很多，如:“筷子弯折”，“钢笔错位”，“渔夫叉鱼”，“水中浅、岸上高”等，但我觉得能真正达到情境新颖，引起学生最大兴趣，激发学生思维冲突，新旧知识间发生联系，效果最好的是“螺帽重现”．该实验是让学生从某个角度观看一个摆在桌面上的不透明碗，由于光在空气中沿直线传播，碗底的螺帽刚好被碗壁挡住，因而看不到，随后向碗里加水，从螺帽出发的光经水和空气的界面折射后改变方向进入人的眼睛，学生就可以看到碗底的“螺帽”了．
1．2解决实验的可视性问题
课室内坐着的学生与讲台高度相近，平视观察不了实验，即使学生站起来观看，课室的空间较大，坐后面的同学也难以观察，还有部分同学未加水就看到碗里有螺帽，不能激起他们最大的认知冲突．考虑到这个实验观看角度不变，笔者想到了利用多媒体实物投影代替学生的眼睛，从某一高度斜向下拍摄放在桌子上的碗，调整直至刚好在屏幕上看不到螺帽，用一本书盖在碗上不让学生看到，并固定好碗和投影仪的位置不动．
1．3完善实验操作细节
螺帽较轻，倒水时容易受水流推动改变位置，对实验产生影响，故将螺帽用香口胶把它粘在碗底;为了充分说明光在一种介质中传播和光在两种介质中传播的不同，增加了一个对比性操作，用大注射器将水从碗里抽出，让学生再次观看碗里的情况，使学生感受到光在两种介质中传播方向可能改变。
1．4增加实验的趣味性，以小魔术的形式呈现给学生
开始碗倒扣在讲台上，我将碗底朝下拿起并拍打几下，指出碗里没有东西;把碗翻过来(注意不要露馅)，放在预定位置，打开投影，向学生说明投影就相当于你们的眼睛;然后向学生说出要在碗中变一个东西出来，学生的注意力高度集中，向碗里倒水(不要太快)，螺帽逐渐呈现出来，学生的表情是多么惊奇;接着告诉学生我还能将它变走，并拿出大注射器将水从碗里抽走，看到逐渐消失的螺帽，学生显得非常兴奋;最后，我将碗举起来正对学生，学生终于看清碗里原来就有螺帽，情绪一下子高涨起来，互相讨论着刚才看到的现象背后的原因，大大激发了学生的求知欲．
1．5注意实验过程的设问
在创设了情境和激发了思维冲突后，要不失时机地进行有效提问，我设置了以下问题．
(1)为什么要把螺帽粘在碗底(预设两个答案)大多数学生能回答将碗倒过来时螺帽不会掉出来，产生碗里没有东西的错觉，来进行魔术．如果学生答不出另一个原因，老师做出启发，如果老师很快将水倒进去会发生什么情况．通过提示，会有部分学生回答因为螺帽太轻，倒水时容易受水流推动改变位置，对实验产生影响．
(2)碗里没有水时，为什么看不见螺帽?(复习巩固所学知识)大多数学生的回答是根据光在同一种均匀介质中沿直线传播，从硬币出发的光线被碗壁挡住了，看不到．
(3)碗里有水时，为什么能看见螺帽?(引入到新课所学的内容)大多数学生的回答是水起到关键性作用，老师做出提示，加水后，从螺帽出发的光线经过哪些介质才被眼睛接收，经过提示，不少学生可以答出经过了水和空气两种介质，老师及时向学生明确这节课的课题和学习目标．
2优化分组实验，培养学生创新型教学科学探究能力
2．1根据学生特点，合理组建实验探究小组
小组长一般由有一定管理、协调能力、责任心强同学担任，小组长确定后，根据组内男女学生搭配，学习基础好、中、差学生搭配，能力不同者搭配，不同特长者搭配的原则，尽量使组内成员间优势互补，组间均衡．小组设定后，明确组内成员的职责，一次合作中角色要固定，多次合作中角色可轮换，使学生在多方面的能力都有所提升．
2．2分组实验器材的改进
不足一:用手拿着激光笔，纸板上的光线会出现抖动;改进如下:利用两块相同的铁板取代纸板，且右边铁板可沿竖轴向后转动，激光笔的集束器可磁吸在铁板上，铁板上的光线完全不动．不足二:每次都要用量角器量出入射角和反射角，比较麻烦;
2．3根据学情分析，精心设计实验探究学案
实验探究学案的设计要充分考虑学生的认知水平，动手操作能力及文字表达能力，由于光的反射实验是光学中第一个学生探究实验，为了让学生明确探究目的，故将探究过程细化，并做出一定提示，使学生在学案的指导下一步一步完成探究过程，学会探究方法．
2．4分组实验教学过程
(1)学生刚学完入射光线、反射光线、法线、入射角、反射角的概念，通过启发学生思考，引导学生提出光的反射规律包含了两个方面，一个是三条线之间的关系，另一个是两个角度之间的关系．
(2)学生分组设计实验，收集和分析实验数据，得到初步结论，老师要进行巡视指导，并做相应记录，为“评”提供依据．在巡视中发现不少学生存在以下问题．①没有设计垂直入射情况;②角度没有按照大小关系排列;③设计的角度都大于45°;
(3)利用多媒体实物投影，让有代表性的小组出来展示实验成果，老师及时进行点评，激发学生的学习动力，达到知识和能力的提升．同时将存在问题让全班同学讨论，不失时机强调实验细节，实验规范．
3改进实验方案，培养学生创新型教学思维能力
完成了分组实验后，笔者会补充实验方案改进课，通过对原有实验方案进行分析，发现其中不足，利用其它的实验器材，寻找解决问题的办法，通过不断改进，优中选优，既可以复习多个知识点，又能提高学生的分析、解决问题的能力，还能培养学生的创新意识，下面以探究凸透镜成像规律的实验改进为例进行分析．，将调节好高度的点燃的蜡烛、凸透镜、光屏依次排开，固定凸透镜的位置，按设定的物距把蜡烛移到相应位置，调节光屏到透镜距离，使光屏成清晰像时记下像距．
目的1:帮助学生复习以蜡烛为光源的实验操作过程，让学生明确实验细节、实验规范．
目的2:引导学生发现方案一的不足，容易将蜡烛或光屏所在位置的刻度读作物距或像距．
目的3:启发学生要想直接读出物距、像距，应怎样改变刻度尺，寻找解决办法．方案二如图5所示，为了直接读出物距、像距，将刻度尺的0刻度改在光具座中间，凸透镜固定在0刻度的位置，蜡烛所在位置的刻度值就是物距大小，光屏所在位置的刻度值就是像距大小．
目的1:提高收集数据的准确性，缩短了实验时间．
目的2:引导学生发现方案二的不足，以蜡烛为光源很容易受到气流干扰，所成的像会晃动，另外立体的烛焰成平面的像，会影响对像特点的判断．
目的3:启发学生从众多可选光源的图片中寻找最优方案解决问题．利用多个LED灯排列成F字样的面光源代替烛焰的立体光源，解决了像的稳定性，对成像特点更容易判断．
目的1:普及光源知识，提高学生的节能环保意识．
目的2:引导学生发现方案三的不足，当物距从大于2f过渡到小于2f时，像的变化不是很明显，尤其很难比较等大的情况．
目的3:启发学生回忆平面镜成像特点实验中简易测距离的方法，寻求解决办法．方案四如图7所示，将相同的方格纸分别贴在LED灯板和光屏上，利用数方格数就可以知道所成像的大小，甚至能以此准确测量未知透镜的焦距．
目的1:学生复习凸透镜成像规律．
目的2:引导学生发现方案四的不足，物和像实质是关于中心的相似对称图形，上下对称容易看出，但左右和斜方向的对称不容易看出．
目的3:启发学生如果LED灯的面板可以在竖直平面转动来解决问题．
4指导学生研发实验教具，培养学生的创新能力
教具研发主要是为了突破教学难点，在教具研发过程中，不应只是老师独行，应与学生同行，充分调动学生的创造积极性，尤其是物理兴趣小组．老师应为学生创造条件，挖掘潜力，使其思维活跃，善于动脑筋，能亲自动手搞小发明、小创作，把学生被点燃的创新的意识转化为创新的动力．下面以观察光在不均匀介质中沿曲线传播的演示教具的研发加以说明．海市蜃楼是光折射的一种现象，我会通过图9所示对其原因进行分析，即便如此，还是有不少学生提出质疑，看到学生疑惑的表情，只能将我的物理老师提过的一种方法搬出来，并让学生回家动手实验，其方法如图10所示，在暗室桌面放一个长方体鱼缸，装入大半缸水，在向鱼缸里均匀撒盐，不搅拌静置2个小时，使盐水成为不均匀介质，用激光笔沿内侧缸壁斜向下射出激光，将会看到水面下方的光路是弯曲的．据一些做过该实验的学生反映效果很不明显，于是动员了物理兴趣小组的同学在原思路的基础上研究解决方案．经同学们的讨论，归纳出以下几点:
(1)海市蜃楼是地球表面大气的一种光折射现象，底面应做成弧面．
(2)根据光线在不均匀空气中传播，保留用盐水代替空气，光线应只在盐水中传播．
(3)光线呈现的距离应尽量远，其弯曲程度才可以用眼睛明显看到．
(4)盐水分层要均匀．
(5)用功率大的绿色激光笔比红色激光效果好．
(6)演示时室内关闭其它光源，周围环境越暗越好．下面是在老师指导下学生的分组合作制作过程:
(1)进行水箱的设计;
(2)完成辅助材料的购买;
(3)对水箱材料进行加工;
(4)对水箱进行成型，密闭性的测试．由物理兴趣小组的学生向班内同学展示研究成果，活跃了课堂气氛，使其它未参与的同学跃跃欲试，不断地加入到动手做实验搞研究的行列，从中开拓了视野，掌握科学研究的基本方法，提高了创新能力．该作品最终获得2012学年广州市中学生物理学科技能大赛一等奖．
下面，以苏教版小学数学四年级上册《角》单元为例，谈谈线段、射线和直线的概念及关系的教学.
片段一
出示“汽车灯光”场景图.
师：图上有什么？
生：一束光.
师：这束光还能继续延长吗？
生：能.
师：请你闭上眼睛想象一下，它有可能延长到哪儿？（学生闭眼想象）像这样类似灯射出的光线所形成的图形，在数学上，我们叫做射线. 你能自己画出一条射线吗？试一试吧.
学生画射线，集体反馈，形成了以下几种答案：
1. 学生理由：光照得越远就越大.
2. 这是大多数学生的答案，但当老师问“能不能向右无限画下去”时，部分学生给出了否定答案，理由是“光线不可能无限照下去，总会消失在夜空中”. 还有学生说，当光线“撞”上墙时就“断”了.
片段二
出示：
师：你能把这条线段改成射线和直线吗？来试试！
学生上前，将一个端点擦掉，“这样就变成了射线”，将两个端点擦掉，“这样就变成了直线”.
师：比较一下线段、射线和直线，他们之间有什么联系呢？
生：射线、直线都是线段的一部分.
教师很诧异：为什么？
生：因为线段去掉端点后，就变成射线和直线，所以射线、直线都是线段的一部分.
分 析
在我们的印象中，线段、射线和直线的知识很简单，应该很好教，为什么上述两个片断却产生这么多的“意外”呢？我们帮助学生建立和形成表象时要注意些什么？
片段一：要“生活味”，更要“数学味”
由“光线”导入到射线的教学，这几乎是此课所有经典案例的共同做法，出于对权威的敬畏，我们不敢对这一导入方式产生怀疑. 但事实上，是不是所有数学概念、事理的呈现都需要从生活情境中揭示？建立表象一定要借助生活原型吗？课改十年，我们在反思中形成共识，数学教学不能片面强调“数学的生活化”，更不能以“生活味”去取代数学课所应具有的“数学味”.
在欧几里德几何学中，射线是指直线上的一点和它一旁的部分所组成的图形. 严格地讲，数学意义的射线是有别于生活中的光线的，两者只是表面上“像”而已. 当由“光线”导入到射线的教学时，学生头脑中首先呈现了“光线”的表象，并建立了“光线=射线”的逻辑关系. 由此，会有部分学生认为射线不可能无限延伸，因为“它会消失在宇宙中”、“撞”上墙时就“断”了，甚至还有学生把射线画成角，其实这些都是学生从个体经验和儿童视角出发，将数学意义的射线和生活中的光线混淆，从而产生的“错误”. 类似的例子还有，学生误将生活中的“桌角”、“墙角”等当作数学上的角.
片段二：关注表象，更要关注表象的形成过程
表象的形成有赖于感知. 感知材料的准确性、感知程序的科学性以及感知方法的多样性往往会对表象的形成产生影响. 如果感知的是静态的“三线”，学生头脑中留下的是静态表象，那么学生仅能发现“三线”之间端点个数的区别以及是否无限长. 要探寻“三线”之间的联系，就必须通过演示等活动，让学生头脑中留下相应的变化过程，即动态表象. 上述中，学生认为“射线、直线都是线段的一部分”，是因为头脑中留下了错误的动态表象：将线段的一个端点擦掉，“这样就变成了射线”，将两个端点擦掉，“这样就变成了直线”，可见射线和直线都是线段中的“一段”. “擦端点”说明学生还是没有认识到“射线、直线无限延长”的本质特征，而是以静态的存在形式去比较“三线”. 教师的教学过程必须让学生对知识的前因后果和来龙去脉引起深刻的思考，在进一步展开的抽象思维中更好地把握过程与结论的关系.
基于以上分析，笔者认为，应把握教学的内容特点和学生的学习起点，帮助学生建立反映事物本质属性的表象，对于“三线”的教学，可以如下设计：
出示：
师：同学们，认识它吗？它是由哪些部分组成的？ （唤醒学生的已有经验）
任意画一条线段，量一量有多长.
师：现在，有一条线，它叫射线，它可以向一端无限延伸，（出示： ），你知道它是向哪端无限延伸吗？如果是向左端无限延伸，你能画出这条射线吗？试试看.
反馈学生作业，问：还可以继续延长吗？指名演示.
师：如果这张纸足够大，那么这条射线还可以再画下去吗？闭眼想象一下射线无限延伸的情景. （建立鲜明表象）
师：你觉得生活中，哪种事物类似射线？（光线）（获得概念的本质属性后，再演绎到生活中）
师：如果把线段向两端无限延伸，就可以得到直线，你能试着画一画？
（反馈）你能量出它有多长吗？为什么不能？
比较整理：比较一下线段、射线和直线，你能发现它们有什么相同和不同的地方吗？
(二)教学目的：
(1)使学生认识折射现象，掌握折射规律.
(2)使学生能作简单的折射光路图.
应达到的目标：①能说明什么是折射现象;②掌握折射时的规律;③能作出简单的折射光路图;④知道光发生折射的条件(斜射入两种媒质的界面上，从一种媒质进入另一种媒质).
(三)课型：规律课.
重点：光的折射规律.
教具：演示仪器：烧杯，水，筷子，方形玻璃水槽，白色刻度盘，光源.
(注意：本课中的实验需要在暗室进行.)
(四)教学过程：
1.复习提问：
(1)光在反射中有什么规律?
(2)什么叫做光路的可逆性?
2.引入新课：
(1)演示：①将一支筷子斜插入烧杯的水中，看到：筷子好像在水面处折了向上弯.
②再透过玻璃砖看一支粉笔时看到什么现象：一部分同学看到粉笔的位置好像错位了，由于位置关系，还有部分同学看到没错位.
③教师：筷子并没折，粉笔也没有错位，为什么会有这样的错觉呢?为了更好的解决这一问题，我们先来研究光的折射情况.引出课题——光的折射规律.
3.授新课：
(1)演示：在玻璃水槽内固定白色刻度盘，使水槽内的水面位于刻度盘的一半处，让一束光线沿着刻度盘面斜射入盘中心O处的水面上.(为清楚看到刻度盘上的刻度及光线，可在水中滴几滴红墨水.)
(2)问：哪位同学来指明哪一束光线是反射光线?其特点是什么?(提示：其特点是在O处又被反射回到空气中).
问：进入水中的那束光线与入射光线是否在同一条直线上?在什么地方开始偏折?
学生回答后引出板书：
1.光的折射：光从一种媒质斜射入另一种媒质时，在两种媒质的界面处发生偏折的现象叫光的折射.
强调定义中“斜”、“入”、“另一种媒质”及“界面”几字的函意.
(3)①让学生画出实验图形，并指定一位同学将图形画在黑板上.
②教师介绍图中各部分名称，其中进入水中的光线叫折射光线，折射光线与法线的夹角叫折射角.由实验可知反射现象和折射现象可同时发生.反射定律中说明了反射现象中的规律，那么折射现象中有什么规律呢?下边我们来做实验，观察发现其中的规律.
(4)演示：
①入射光线斜射入中心O处的水面上但射线不沿盘面进行.观察：折射光线在哪儿.
②再将入射光线沿盘面斜射到盘中心O处的水面上，并改变入射角的大小.观察：折射光线相对于入射光线和法线所在的位置，及折射角的大小变化.
学生讨论，教师总结归纳得出：(板书)
2.①折射光线在入射光线和法线所确定的平面内，折射光线和入射光线分居在法线两侧，折射角小于入射角.
(5)教师：在实验中可以看到：当入射角改变时，折射角也随之改变，但总是小于入射角，那么，能否得出结论：折射角总是小于入射角呢?
问：(对照板图)若改CO为入射光线时，它在空气中的折射光线会在哪儿呢?(根据光路的可逆性可知：其折射光线会沿着原来入射光线的路径射出，即：OA.
问：此时，折射角还小于入射角吗?(否)(如有条件在此可演示光从水斜射入空气时的实验，以证实：折射角不是总小于入射角.)
问：在什么情况下折射角才小于入射角呢?(只有在空气斜射入水或其它媒质中时，折射角才小于入射角).(完善板书)
②光从真空(或空气)斜射入水或其它媒质时，折射光线靠近法线，折射角小于入射角.
教师：综合以上两条即为折射规律.
(6)问：为什么要斜射入水或其它媒质中呢?(强调“斜”字)看以下实验.
演示;让入射光线垂直(沿法线)射入水中.
问：入射角等于多少?(0°)，反射角等于多少?(0°)，折射角等于多少?(0°).反射光线在哪?(按原路返回)，折射光线在哪?(传播方向不变)说明这是反射和折射中的一种特殊情况.(板书)
注意：当入射光线垂直射入另一种媒质中时，其传播方向不改变.
教师：到现在，我们就不难理解在看玻璃砖后面的粉笔时，为什么会有两种不同的结论了，而这两种结论都是正确的，只是观察这一现象时所在的位置不同.当粉笔把反射出的光垂直射入玻璃砖里时，在玻璃砖内仍按原来的传播方向射至玻璃与空气的界面上，因还是垂直入射的，所以其传播方向仍不改变，如图.若观察者恰在这一光束的路径上，逆着其传播方向看去，则不会感觉到粉笔错位了.那么如何解释“错位”的感觉呢?请同学们课下讨论研究.
4.课堂学习：(1)p19练习一，1、2题并订正答案
(2)就书中的“想一想”，让全班学生画出光路图，并令一学生画在黑板上.全班订正.
5.总结新课：
学生自己总结，教师订正，同时强调：折射现象与反射现象中的区别;可以把折射规律中的第二条内容缩写成“光疏密，折近法”说明其函意.
6.布置作业;
(1)阅读课文.
关键词：光纤气体传感器；吸收气室；单光路气室；多光路气室
中图分类号：TP21文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）11-0018-02
光纤气体传感器是20世纪80年代后期出现的一种新型气体传感器。由于光纤气体传感器具有传输功率损耗小，传输信息量大，抗电磁干扰能力强，耐高温、高压、腐蚀，绝缘，阻燃防爆等优点，在环境监测、过程控制，尤其是在恶劣环境下的在线、连续监测方面发挥着重要作用，有着传统传感器不可比拟的优势。
基于光谱吸收原理的光纤气体传感器具有测量灵敏度高、气体鉴别能力强、响应快等特点，对温度、湿度等环境干扰的抵抗能力强，是目前最有前途的一种光纤气体传感器。光纤气体传感器的传感部件为吸收气室，其设计直接关系到整个光纤气体传感器的体积和检测灵敏度。
应用于吸收型光纤气体传感器的气室根据光束在气室中的传播路径大致可以分为两类：一类是单光路气室，一类是多光路气室。
一、吸收气室工作原理
如果光源光谱覆盖一个或多个气体的吸收线，则光通过待测气体时就会发生衰减，输入光强Ii，输出光强I0和气体的浓度C之间满足比尔-朗伯定理，即：
传感器的灵敏度的一个重要因素，传感长度越长灵敏度越高，因此在设计中应尽量增加传感长度，同时考虑减小体积。
二、常规吸收气室
（一）单光路吸收气室
单光路吸收气室也称透射型吸收气室。在单光路气室中，经过准直的光束只在气室中经过一次。因此，传感长度即为气室中容纳气体的长度，这种常规的透射型气室一般为圆柱体，结构如图1所示。它由一组输入透镜1、气室腔和一组输出透镜2组成，从输入光纤出射的光，经输入透镜1准直，变为平行光，穿过气室，再由透镜2耦合到输出光纤中。气室的长度可从几厘米到几米，视需求而定。这种气室结构简单，但尺寸较大。
常规的透射式吸收气室由于存在光纤和分立光学元件的耦合问题，准直复杂，温度稳定性和抗震性能差。利用自聚焦透镜代替传统的透镜组将会较好解决上述问题。图2所示为带尾纤的自聚焦透镜构成的透射型气室，来自输入光纤的光从左边的自聚焦透镜左端面输入时，经过透镜准直变为平行光线，平行光经过气室从右边的自聚焦透镜左端面输入，经过透镜后光线汇聚在其右端面上，并耦合进入输出光纤。这样，发散的反射光不能够返回原光路，消除了部分相干噪声，提高了测试灵敏度。
（二）多光路吸收气室
多光路气室又称反射式气室，一般由两块或多块平面或凹面反射镜组成，利用反射镜使光路在气室中经过多次反射，从而达到增加有效传感长度的目的。
如图3是一种常规的反射型吸收气室，其原理与常规的透射型吸收气室原理相似，不同的是吸收气室由一个聚焦透镜和一个平面反射镜组成，平行光被平面反射镜反射经聚焦透镜返回输入光纤，利用光纤定向耦合器从输入光纤中提取部分反射的信号光，用于测量气体的浓度。对于同样的吸收气室长度，光经过吸收气室两次，光与气体的有效作用长度增加一倍，灵敏度有所增加。但利用光纤定向耦合器将光信号分开，光功率最多只能利用到输入光功率的四分之一，因此这种设计方案很少在实际中应用。
在实际中应用较为广泛的多光路吸收气室是White气室和Herriott气室。多路吸收气室能够在较小的气室体积内实现光路的多次反射，从而获得更长的传感长度。
White气室采用三个曲率半径相同的球面凹面反射镜，如图4所示。光束分别从不同的开口输入和输出，光束在三个凹面反射镜之间来回反射以增加光与气体的作用长度，即传感长度。图中为7次反射的情形，通过改变入射光束角度可以得到不同的反射次数，从而得到不同的传感长度。
传统的Herriott气室采用两个相同的球面凹面反射镜，两个球面镜的距离为 （f为球面镜的焦距），入射光束和出射光束共用一个开口，如图5所示。还可以采用两个曲率半径不同的球面镜，起到纠正散光的作用。Herriott气室一般设计为两球面凹面镜之间的距离为f，光束在气室中反射5次，即为图5的情况：
三、新型多光路吸收气室
如图6 是一种新型多光路气室示意图。该气室有两个端口，其中一个端口用来输入光束，另一个则用来输出光束。准直后的光束进入气室后在圆柱腔内经过多次反射后由输出，圆柱内的每一个反射点处都是一个小平面。这种设计方案能大大减小气室的体积。
如图7是采用仿Ring-down腔的气室结构。Ring-down腔是指光反复通过被测物质以增加碰撞次数来增加和被测物质有效作用长度的一个装置，其工作原理为两个高反射率（99.8%以上）的平面镜构成一个谐振腔，腔本身的损耗很小，该腔可以直接当做一气室，当待测气体注入腔内，光在腔内的损耗就反映了气体吸收的强弱。图中在小型渐变折射率透镜的焦平面中垂线上气室内壁放置一高反射率透镜，使发散光返回原光路，增加了气体与光的有效作用长度，从而提高了测试的灵敏度。
图8是一种以积分球作为气室的新型多路吸收气室。该积分球内侧涂有一层高反射膜材料，光线能够在积分球里经过无数次反射。该积分球有四个端口，两个用于输入和输出光辐射，两个用来输入和输出气体。该气室通过计算得出光与气体的等效作用长度，即传感长度。改变端口比例、积分球内表面的反射率、积分球内部气体的衰减，均可改变光线在气室中的光路。以积分球作为气室的设计可以采用普通的发光二极管作为光源，并且不需要准直。这种气室能够以较小的体积获得较长的传感长度，提高了探测灵敏度，并且不需强激光光源和准直系统，大大降低了成本，是一种较为先进的设计方案。
四、结论
吸收气室作为光纤气体传感器的传感部件，它的设计直接影响到传感器的灵敏度、体积等重要参数。文章介绍了目前实用化的吸收气室设计方案，包括单光路吸收气室和多光路吸收气室。单光路吸收气室以透射型为主。多光路吸收气室中应用最为广泛的是Herriott气室和White气室，以及二者的各种变体。随着新工艺和新技术的出现，各种新型吸收气室的设计方案不断出现，主要解决气体传感长度和体积之间的矛盾关系，即在有限的体积内尽量使传感长度更长，并且可靠性更高。
参考文献
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一、提高实验的可见度
所谓提高可见度就是指在实验时，能让全班学生清楚地看到实验装置、组成结构、操作过程，以及实验中所发生的现象，并读出有关数据等.要做到这一点，教师应把演示架或演示台加高，观察小物体时可以采用幻灯、光路、行程放大等方法.对一些难以观察的现象用较明显的实验加以演示.
案例一：发声的物体在振动.如图1所示，用橡皮筋把光滑塑料薄膜（A）牢固地固定在纸筒（B）的一端；把纸卷成一个锥形（C），用胶带粘住；用胶带将锥形的小头和纸筒的重叠处粘牢，就成了耳朵的模型；用橡皮泥把卡片（D）固定在桌子上，用手电筒（E）照射薄膜，使光点出现在卡片上；对着锥形管大声唱歌或大声说话，光点就会快速抖动.这类实验器材的原理与卡文迪许扭秤一样，通过光的反射使反射光的光斑落在较远处，当反射面有微小转动（或振动）时，入射角与反射角的变化虽不大，但反射光斑有明显的移动.对着圆筒讲话，塑料薄膜的振动虽然看不出来，但反射光斑的移动却非常明显，由此说明发声的物体在振动.同类实验还有桌子的微小形变等，也利用光放大作用.
二、增强实验的可信度
在学习中有许多规律由于当时的条件所限，没有通过实验验证；有些现象虽不可见，但又确实存在.如果我们想办法对一些难以察觉的现象用较明显的实验加以演示说明，则效果会很好.
案例二：空气的质量.大家知道空气也是有质量的.怎样证明空气也有质量呢？实验材料：一架天平、两只一样重的气球、打气筒.具体操作：第一，把两只气球分别放在天平的两端，天平保持平衡；第二，拿起另一只气球，给气球打气并将气球口系紧；第三，将打了气的气球放到天平的一端，没打气的气球放到天平的另一端，观察天平的变化.两只气球在打气前，质量相等，因此天平保持平衡.打气后的气球增加了气球内空气的质量，因此，天平偏向打气后的气球一端.如果是带有指针刻度的天平，就能测出空气的质量.
案例三：千人震.如图2所示，实验室中的变压器红色线圈接1600匝，串联上开关和干电池构成闭合回路，然后两根导线分别接1600匝线圈的两个接线柱，被“串联”起来的两边人手握着导线的金属部分.当开关接通时，人没有感觉，可当开关断开瞬间，他们突然受到电击，迅速收回双手.让学生体会自感电动势的产生.
三、扩大实验的同类量
说明同一个问题，往往有许多种实验方法.为了加深学生的印象，可以尽可能增加同类实验的次数，创造较多的意境，使学生在大量事实面前相信实验是必然而非偶然的结果.例如在做超重和失重实验时，同学们用以下几种不同的方法都能达到实验目的.
案例四：变化的水球.装置结构如图3所示，用一矿泉水瓶（A），在其底部开一个直径2cm的小孔（B作通气和注水用），把一块适当薄的橡皮膜（C）用橡皮筋扎在瓶口上，瓶内注入适量的水（加两滴红墨水以便于观察）.实验时，通过观察水球大小的变化来研究水的超重、失重现象.通过瓶底的小孔向瓶内注入适量水，使扎在瓶口处的橡皮膜尚未形成水球，并让学生观察水球的大小（几乎无水球），手提瓶子加速上升，可看到橡皮膜突然增大成水球，加速度大的话，橡皮膜将会破裂，这说明瓶内的水对橡皮膜的作用力增大了，水在这种状态时，就是超重状态.向瓶内注入更多水，使扎在瓶口处的橡皮膜形成一个较大的水球，让学生观察水球的大小，然后，让瓶从高处自由下落，可观察到水球消失，这说明瓶内的水在自由下落过程中对橡皮膜没有压力的作用，水在这种状态时，就是失重状态.
案例五：亮灭的电珠.将手电筒竖直向上放置，打开开关，拧松后盖，使小电珠恰能发光，如图4所示.手持手电筒，保持竖直，突然向上运动，结果小电珠变暗；使手电筒的后盖再稍微旋松一点，直至小电珠刚好熄灭；手持电筒突然向下运动，结果小电珠变亮.
案例六：消失的压力.在一个平底吊盘上放一个重物m，把一张薄纸条A的一端压在重物m和吊盘之间，如图5所示，纸条尽量窄且不很结实.当抽动一端时，纸条轻易地被拉断.实验时，一只手把纸条的另一端固定，另一只手提着盘的吊线B（也可以请学生上讲台来帮助教师完成此实验）.先用手提着盘和重物慢慢下降，则纸条先被拉紧，接着就断裂了.第二次换一张同样的纸条，把纸条的一端压在重物和盘之间，另一端固定，但是提吊线B的手突然放开，使盘和重物同时自由下落，可以看到纸条不但没有被拉断而且完好如初.这是因为自由下落过程中重物完全失重，不受盘的支持力，其反作用力——重物对盘的压力也就消失了，使静摩擦力不复存在.因此，可以从容地拉出纸条.
四、增强实验的趣味性
托尔斯泰曾经说过：“成功的教学，所需的不是强制，而是激发学生学习的兴趣.”努力激发学生学习兴趣，让学生享受学习的乐趣，是物理教学的任务之一，也是减轻学生课业负担、提高课堂教学质量的有效途径.物理教师实现教学目标的重要手段之一就是结合学科的特点，运用实验展示物理的魅力，增强实验的趣味性，以培养学生的学习兴趣，使学生积极主动地学习物理，学好物理.
案例七：覆杯实验.
1. 掉不下去的塑料垫板.如图6a所示，盛水的杯子上覆盖塑料垫板，杯口朝下时，垫板会掉下来吗？操作：在玻璃杯里装满有色水，用塑料垫板盖好杯口，一只手扶杯子，另一只手按住垫板，将杯口翻转过来，使杯口朝下.扶着垫板的手轻轻放开，垫板不会掉下来.若这时让杯子倾斜，垫板仍然不会掉落.如果杯子里的水不满或没有水，塑料垫板会怎样？实验中塑料垫板会掉落.
2. 纸片能托住满杯水吗？在图6a中把垫板换成一张纸片进行实验，纸片能托住水，如图6b所示.
3. 有孔的纸能拖住水吗？在空杯内盛满有色水，用大头针在白纸上扎许多孔，把有孔纸片盖住杯口，用手压住纸片，将杯倒转，使瓶口朝下，将手轻轻移开，纸片纹丝不动地盖住杯口，而且水也未从孔中流出来.为什么？液体的表面张力作用.
1.LihgToools软件光学设计平台对光电信息科学与工程专业
大学生职业能力的作用社会发展而日新月异,劳动者的素质及能力也必将随之提高。教高[2006]16文件进一步明确培养“高素质技能型专门人才”的目标。高素质技能型专门人才不仅是能够将所学专业知识、技能应用于所从事岗位的专门人才,更应是职业能力和素质都高的专门人才。因此职业能力是人们从事某种职业的多种能力的综合,是胜任某种职业岗位的必要条件。而LightTools专业光学软件的教学既是光电信息专业的教学特色,也是培养学生职业能力的有效途径之一。LightTools是一个全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系,提供最现代化的手段直接描述光学系统中的光源、透镜、反射镜、分束器、衍射光学元件、棱镜、扫描转鼓、机械结构以及光路设置。由于LightTools把光学和机械元件集合在统一的体系下处理,并配有“放置”光源、发射光线的非顺序面光线追迹的强大功能,使它在系统初步设计、复杂系统设计规划、光机一体设计、杂光分析、照明系统设计分析、单位各部门间学术交流和数据交换、课题论证或产品推广等各环节中均可发挥重要的作用,已是人们进行产品光学性能分析的必备工具之一。
2.使用LightTools专业软件进行案例教学方法的尝试
光电信息科学与工程专业大学生职业能力的全面培养与训练,涉及该专业培养目标的定位、专业课程设置、教学方法的选择等诸方面因素。然而,在软件教学中,通常是以介绍软件各种命令和操作步骤为主要课堂内容,一方面,易使学生因为枯燥的命令而失去学习兴趣和学习主动性。另一方面,也容易最后使学生学会了理论知识,但无法应用于实践,在培养学生的创新能力和创造性思维方面也有不足。因此,在多年的计算机辅助设计软件教学过程中,我们根据光电信息类工作岗位所需的职业能力要求,以服务为宗旨,就业为导向,以“必需、够用”为度,本着学以致用的原则,选取教学内容,发现采用案例教学法能够很好地解决了上述问题。在LightTools软件教学中,其教学计划分主要为两部分,第一部分是非成像光学理论知识的介绍,要求学生掌握非成像光学系统的设计思路、注意事项,评价标准等,以使学生在后续使用LightTools软件进行光学设计时能够在宏观上把握设计要领。这部分主要占总学时的5%。第二部分是案例设计,占总学时的95%。主要从最基本的案例(如导光管、手电筒设计)开始,逐渐过渡到较复杂光学系统的设计(如液晶显示器背光源系统、车灯系统、投影仪系统设计等)。由简到难,由浅入深的教学思路,能够使学生接受知识比较容易,同时学习情绪高涨,能够极大的调动学生的学习热情。另外案例的选择在LightTools教学中也是至关重要的。我们选取的案例通常是光学设计公司的培训案例,以及他们公司简单的一些设计实例。
3.结束语
使用LightTools软件进行光学设计的过程是大学生自主学习、积极研究、探索的过程,是学生综合运用所学知识、解决相关光学设计问题、提高专业技能的过程,更是学生适应光学设计类就业岗位需求、不断提升职业能力的过程。整个光学系统的设计包含大量的专业及非专业知识,如光源的选择,光学系统结构的设计,设计结果能否满足需求,及其设计系统的合理性,可加工性等等都是需要考虑的内容,最终学生设计的光学系统既反馈了LightTools软件课程的教学效果、教改的内容,反映了学生光学软件知识和软件基本技能掌握的程度,同时也能够较全面的反映学生知识、技能运用于实际的能力,以及创新能力。
