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[關鍵詞]經濟文化類型；語文課程資源；文化背景知識
[中圖分類號]G423
[文獻標識碼]A
[文章編號]2095-3712（2013）34-0052-06
[基金項目]廣西教育科學“十一五”規劃課題“廣西民族地區學困生發展策略與語文德育的功能研究”（2008C21）。
[作者簡介]韋美日（1964―），女，廣西環江人，碩士，廣西師范學院文學院副教授，研究方向：語文課程與教學論，廣西民族地區語文德育。
在語文課程改革中，出現了一些自相矛盾的奇怪現象：一邊是課改實驗的“泛人文化”，表現為在公開課或是教學競賽中，以培養學生的人文素養為主，進行漫無邊際的拓展延伸，忽略了語文知識、技能的傳授、訓練；一邊是學校的常規教學中的“去人文”，表現為課堂教學仍然以傳授知識為主，扎扎實實進行應試能力訓練，把人文精神的培育當成可有可無的內容，隨意增減。
一、語文教學中遇到的問題
語文課堂教學中的矛盾現象背后是語文課程的價值取向指導下的語文課程資源開發的問題。功利化的價值取向使語文課堂教學僵化、老化，局限于狹小的語文課程，受制于語文教學的狹窄空間，不能進行真正的跨學科、跨領域、面向生活的語文綜合性學習，不能全面提高學生的語文素養。
（一）語文教學實踐的功利化取向
語文課程改革中，這種看似矛盾的現象，事實上有其內在聯系，即語文課程實踐中的功利性價值取向侵蝕了語文課程標準的理性價值取向，導致對語文課程理念的淺表理解，或者是誤讀。在教學行為上則表現為陽奉陰違：在展示語文教學改革成果的實驗課上，盡可能多地增加人文性的內容，貼近語文課程標準的要求，會獲得比較高的評價；在常規語文教學實踐中，認認真真落實語文知識點，盡量吃透語文考試的內容，在各種語文考試中成績優秀，會得到大家的承認。這種過于功利化的語文教學活動必然走向經驗性和機械化，輕視排斥理論指導，惰于實踐創新，消解語文課程改革的核心價值體系，在語文課程改革旗幟掩護下，走的是應試教學的老路。
（二）語文教學內容和語文教學研究的單一化
要擺脫語文教學的經驗性和機械化的慣性傾向，語文教學就不能只顧在自己的領地上埋頭耕耘，還需要具有宏觀的、全局的戰略眼光，超越眼前的功利性需要，為國家民族文化的傳承和學生的未來謀劃，在更廣闊的天地中運籌帷幄。語文教學立足于語文素養的提高而不只是在實驗課中表演人文性，語文知識和技能的獲得也不只在語文課本和語文課堂教學活動中，其途徑和方法是無限多樣的，需要語文教師在語文教學實踐中勇于探索，更需要綜合運用相關學科的理論和研究方法指導語文教學實踐，不同學科的理論可以為語文教學開辟新天地，提供不同的解決問題的思路和方法，有可能達到事半功倍的效果。
民族學的經濟文化類型理論所關注的經濟文化類型及其對經濟文化類型的研究方法，為成功地利用本土的語文課程資源提供可參照的理論框架和方法論基礎，引導語文課程實施走出“泛人文化”和“去人文”的泥潭。
二、經濟文化類型理論及其發展
（一）經濟文化類型理論的提出
人類學的經濟文化類型理論是“蘇聯專家CH托爾斯托夫、MT列文、HH切博克薩羅夫等人在20世紀50年代共同提出的。”[1]“1956―1958年期間，時任蘇聯民族學研究所東亞和南亞室主任的切博克薩羅夫到我國中央民族學院進行講學。期間，我國學者林耀華與他共同撰寫了《中國經濟文化類型》一文，全面地運用了經濟文化類型理論來研究中國民族問題，踏出了此理論在中國進行本土化研究的第一步。但在之后2O多年的時間里，由于多方面的原因，國內關于這方面的研究沒有取得任何進展，直到20世紀80年代中期，林耀華的學生張海洋開始繼續此項研究，其碩士學位論文便是《中國經濟文化類型研究》。”[2]蘇聯的經濟文化類型是指“居住在相似的自然地理條件下，并有近似的社會發展水平的各民族在歷史上形成的經濟和文化特點的綜合。”[1]林耀華先生認為經濟文化類型是指“居住在相似的生態環境下，并操持相同生計方式的各民族在歷史上形成的具有共同經濟和文化特點的綜合體。”[1]
（二）經濟文化類型理論在中國的發展
羅吉華文章所說的“本土化研究”是指中國的人類學家用蘇聯專家的經濟文化類型理論來認識中國的經濟文化類型，在研究實踐中修正完善這一理論，使之更貼近中國民族分布和經濟文化發展的特點，為民族地區的經濟文化發展服務，這一工作在20世紀80年代以后得到延續。50年代，林耀華先生在《中國經濟文化類型》中結合東亞各個經濟文化類型的情況，區分了三組經濟文化類型：第一組，以狩獵、采集和捕魚起著主導作用的類型；第二組，以鋤掘（徒手耕）農業或動物飼養為主的類型；第三組，以犁耕（耕耘）農業為主的類型。[3]他還對每一種類型的特點及分布范圍進行了具體的闡述，為建立和運用中國特色的經濟文化類型理論奠定了扎實的基礎和基本的研究框架。其優點是將研究置于東亞的大背景中進行比較分析，有一個中觀的認識角度，選取了每一類型中的典型進行描述，加深了對某一類型的特點的理解和認識；其不足是未能深入到中國領土上的56個民族的生態環境內部，了解其具體的生計方式，區分其經濟文化類型，其研究成果依然是一個大致的輪廓，沒有構成一個細節完備的邏輯體系。
林耀華先生主編的1997年出版的《民族學通論》第四章《經濟文化類型》在原來分析框架的基礎上進行了充實和完善。首先，闡明了經濟文化類型理論的含義及其作用，強調了經濟文化類型理論的方法論意義，它在學科理論方面的價值和現實意義。方法論方面指出了它的一系列操作規范，為正確理解和實際運用這一概念指明了方向。其次，闡明了其在學科理論建設方面的重要貢獻和民族地區的現代化建設方面的作用，使其方法論意義落實到具體的學科內容方面和現實生活領域，有效擴大了它的影響范圍，強化其實踐意義，把它從純學科的認識論逐步發展為能為解決民族地區的經濟文化事業發展提供理論依據的有中國特色的民族學理論。與在《中國經濟文化類型》中所提出的內容框架相比，《民族學通論》區分了類型組里面的具體類型。第一組，采集漁獵經濟文化類型，包含兩個類型：以鄂倫春族為代表的山林狩獵型和以赫哲族為代表的河谷漁撈型；第二組，畜牧經濟文化類型組分為四個類型：以部分鄂溫克族為代表的苔原畜牧型，以蒙古族為代表的戈壁草原游牧型，以哈薩克族為典型的盆地草原游牧型，以藏族為典型的高山草場畜牧型。第三組，農耕經濟文化類型組，區分出六個類型：山林刀耕火種型、山地牧耕型、山地耕獵型、丘陵稻作型、綠洲耕牧型、平原集約農耕型，最后一種類型還區分出兩個亞型：北方亞型和南方亞型。[4]
《中國經濟文化類型》和《民族學通論》第四章《經濟文化類型》的內容相比較，有三點不同：第一點，類型組名稱有變化；第二點，類型組中的典型變成了具體的類型；第三點，各類型的經濟文化的地域性、歷史性、綜合性的特點更為突出。這三點變化把中國的經濟文化類型從東亞的經濟文化類型的背景中凸顯出來，作為一個獨立的研究對象來考察，因而從名稱到特點都更符合中國民族地區的地理分布特點，歷史以來形成的各民族的居住格局，以及在此基礎上逐步形成的民族經濟文化發展的特點。這個體系的優點是很明顯的，它突出了中國地理環境和民族地區經濟文化發展的特色，有利于正確認識民族地區的社會結構及其歷史發展規律，能更好地指導民族地區的經濟文化建設；其不足之處是由于顧及到經濟文化類型的綜合性特點，雖然提到了建立有層次的立體結構的四個內容，但在具體闡述內容時，沒有對構成這種綜合性的具體因素及其相互影響關系進行相應的描述，即其類型內部的基本結構仍然有待完善。
（三）經濟文化類型理論在民族教育中的應用
在哈經雄、滕星先生主編的2001年出版的《民族教育學通論》第四章第二節《經濟文化類型與民族教育》中，在林耀華先生所下定義和前人研究的基礎上，根據“對世界民族分布和地理類型的概括分析，首先對世界民族及民族區域的經濟文化類型進行一個粗線條的分類，然后對民族經濟文化類型同民族教育的一般關系進行初步探討。”[5]這里區分出四個經濟文化類型組，第一組，采集漁獵經濟文化類型組，包括兩個亞型：北部寒帶亞型和南部熱帶亞型；第二組，游牧經濟文化類型組，包括兩個亞型：北部寒帶、溫帶亞型和南部熱帶亞型；第三組，農業經濟文化類型，包括山地雨林混合農業和犁耕農業；第四組，現代化工農牧業類型組，包括三種類型：高度發達的商品化農牧業、商品化的種植園農業、城鎮工農業綜合經濟文化類型。基于世界教育的多元文化背景和民族教育的視角，其內容的特點也很鮮明，第一點，從“世界民族分布和地理類型的概括分析”來區分的經濟文化類型，與世界多元文化教育的背景相呼應，吸收了《中國經濟文化類型》的中觀視角并賦予時代特色；第二點從“民族經濟文化類型同民族教育的一般關系”出發進行研究，重點不在于構建經濟文化類型的理論，而在于探討其特點對民族地區學校教育的影響。這一論題的優點是簡潔明了，突出特定研究視界中的經濟文化類型的核心內容，其不足在于宏觀角度必然要犧牲許多具體的內容，而經濟文化類型與民族教育的許多特點是要通過具體細節才能得到精確反映的。
經濟文化類型理論從20世紀50年代由蘇聯專家提出到20世紀80年代以后在中國的實踐與發展，在理論體系的建構上，從宏觀、中觀、微觀三個層面進行了有成效的探索，在本土化的實踐中，經濟文化類型的區分更加能體現中國區域民族分布的特點，在方法論的意義上，強化了它在民族地區現代化進程中的價值和意義。
三、經濟文化類型理論對語文課程資源開發的啟示
經濟文化類型理論不但在民族學的發展和民族學研究中有積極的意義，因為其對民族地區經濟文化獨特的研究視角和研究方法，對語文課程資源的開發利用也有重要的啟示。
（一）語文課程資源開發立足于本地的物質文化基礎
“經濟文化類型理論充分地肯定了自然地理環境和社會生產力水平對于物質文化發展所帶來的影響，從而為民族學對人類社會物質文化的起源和特征的研究提供了一條科學的認識途徑。”[4]對語文課程資源的開發也要從認識本地的自然地理環境和社會生產力開始，進而認識其物質文化的特點，這一認識途徑對民族地區的語文課程資源開發來說尤其有價值，因為它是自然的饋贈和歷史的遺存，不須投資。廣西民族地區大部分都屬于“農耕經濟文化類型組”中的“丘陵稻作型”，“水稻種植與干欄式建筑的結合是丘陵稻作型的基本文化叢結。”[4]這是與民族地區學生的生活有密切聯系的物質文化，如水稻的起源和分類，水稻種植的知識，干欄式建筑的特點和地理環境的關系，也是最基本的語文課程資源，可以幫助學生理解自己和自然的關系，培養學生對自己民族物質文化的認同。不僅如此，本地物質文化資源進入語文課程還能激發學生的學習興趣，活躍語文課堂氣氛，激活學生的生活經驗，使學生的學習更有成效。
（二）語文課程資源的開發面向不同的學科領域
對世界民族的分類有各種角度和方法，但各種方法都有其長處和短處，如語言譜系法，能準確標出各民族在歷史上的親緣關系及接近程度，但卻不能標出各族群的地理環境，經濟文化發展方向和生計方式的特征，這正是經濟文化類型理論的長處。[4]就是說，經濟文化類型理論綜合運用了不同學科的研究方法和研究成果，建構自己的理論體系，解決了本學科的理論問題。語文課程的綜合性、社會性、實踐性的特點，決定了語文課程資源的無限廣闊性，語文課程資源的開發如果局限于本學科領域，課堂教學中一味強調以語言文字為中心的“語文味”，只重視“語文”的課外讀物，或者只圈定在“語文教學輔助材料”的范圍里面，那么語文教學就很難逃脫沒有“文化”、脫離現實生活的宿命。不同學科領域的知識及其獲取知識的方法對語文課程資源的開發利用是有意義的，這是因為語文學科知識的綜合性特征決定了它必須不斷從各個學科領域中源源不斷地獲得新的知識和新的方法，再以“語文”為核心，對這些知識和方法進行整合，成為語文課程資源。
（三）語文課程資源的開發要重視背景知識的運用
經濟文化類型理論重視對各種經濟文化類型的縱向的歷史考察和橫向的地域差異比較，其經濟文化類型組的排列就體現了不同地域的民族發展的歷史進程及其經濟文化特征。在基礎教育課程改革中執行國家、地方、學校三級課程體系，也是考慮到不同地域經濟文化發展的不平衡性，而經濟文化類型的形成是一個長遠的歷史過程，因此要真正了解其類型特征并在此基礎上建設和發展，就必須了解其形成的歷史背景。民族地區學校教育的知識體系的構建，尤其是地方鄉土知識體系的構建，民族地區經濟文化類型的背景知識是其中必不可少的內容，否則三級課程體系的建構就失去了實質意義。語文課程是所有學科的基礎，語言文字的正確應用不但是語言文字本身的事情，還有語言文字涉及的社會經濟文化發展的背景，也只有關注了語言文字所蘊含的社會經濟文化內涵，語文課程作為各門學科的基礎才名副其實，才能在三級課程體系中發揮它的基礎作用。“純語文知識”的教學，其實只重視語言形式方面，而拋棄了文字的豐富內涵，是缺乏“文化”的語文課程，無法完全承擔語文學科作為基礎學科的任務。
（四）語文課程資源開發要重視經驗的積累和理論的建構
“了解作為人類進化的遺傳和變異背景的經濟文化類型，必然能使體質人類學的認識途徑得到豐富。”[4]了解民族地區的經濟文化類型，也可以開闊語文課程資源開發的眼界。因此民族地區的學校教育也應該重視作為課程資源基礎的民族地區的經濟文化類型的認識和研究，重視在經濟文化類型的基礎上開發的語文課程資源的原始材料的積累。這些資料應該把已有的體質人類學、民族志的資料包含在其中，眼光不能只局限在語言文字的范圍內，也應包含物質文化，如民居、生產工具等要素，要透過語言文字和物質形態去理解和傳承語言文字和物質形態所承載的民族文化傳統。語文教學的目的從來就不是語言文字本身，而是以它為工具掌握其中的文化內容，形成適應社會的基本能力。另外，為了使經驗的積累具有明確的目的和意義，需要借助其他學科先進理論的指導，但即使是有親緣關系的交叉學科，也有自己的研究對象和范圍，其構建的理論體系首先必須能解釋本學科的事實和現象，而不是解釋相關學科的事實和現象。希望借助相關學科的理論解釋本學科的事實和現象，擺脫不了模仿和借用的慣習，最終會使自己處于缺乏適切的解釋框架的狀態，無法建構一個能充分闡述學科特點的理論體系。語文課程資源開發目前就處于這種尷尬的狀態。要有所作為，借鑒其他學科的理論也只是手段，目的還在于，在積累豐富的語文課程資源開發的經驗的基礎上建構語文課程資源開發的理論體系，只有這樣，民族地區語文課程資源的開發才會走上有序發展的道路。
（五）語文課程資源開發要體現語文學科的特點
經濟文化類型理論“不僅本身就注意環境、地域和經濟、文化的綜合因素，而且還有一個歷史民族區或歷史文化區的概念與之相輔相成。”[4]因為經濟文化類型理論的這種獨特視角和研究路線，使其區別于民族學的其他理論，對中國民族經濟文化具有更強的解釋力，也有更廣泛的適用范圍，為其他學科領域的借鑒和應用提供了可能性。把它運用于民族地區的語文課程資源開發領域，就要注意民族地區語文學科教育的特點與經濟文化類型的契合度。語文課程標準所闡述的語文學科的特點，即人文性、實踐性、具有漢語言文字的特點，適用于國家課程體系，而民族地區語文學科教育除了具有上述特點之外，還有適用于地方、學校課程體系的特點，其中之一就是母語思維和漢語思維的轉換、兼容問題，這個問題的背后其實就是歷史以來民族地區的經濟基礎和文化傳統的變遷問題，這是語文課程資源開發與經濟文化類型之間的結合點。
（六）語文課程資源開發要服務于本地區的經濟文化發展
經濟文化類型理論的發展指向民族地區“因地制宜地開發和利用、保護生態環境與資源”“通過自己的努力來實現本民族本地區的經濟發展”“減輕文化變遷中不可避免的心理壓力及其他方面的消極影響”“保持其應有的文化特點”。[4]應該說，這不僅是民族學及其經濟文化類型理論努力的方向，也是民族地區學校教育努力的方向，當然也是語文課程資源開發的目標。在語文課程資源的選擇和鑒別過程中，經濟文化類型理論提供了有實用價值的標準，這一標準包含三個內容：第一，作為語文課程資源它是否具有本地區生態環境的特點；第二，作為語文課程資源它能否促進本地區的經濟文化發展；第三，作為語文課程資源它能否反映本地區經濟文化變遷的特點。按照這一標準，并非所有的民族地區的鄉土知識都適合作為語文課程資源，在這個意義上說，語文課程資源的開發其實就是一個價值選擇、文化選擇的過程，而語文課程資源開發的標準的確定就是一個關乎教育哲學的問題，是民族學和教育學共同關注的基本問題，而服務于本地區的經濟文化發展則是各學科當前都必須面對的基本問題。
綜上所述，從經濟文化類型理論在民族學研究和發展中所發揮的作用出發，對作為同樣關注民族地區經濟文化的建設和發展的語文課程資源開發而言，它所受到的啟發是多方面的。把服務于本地的經濟文化發展作為立足點，關注本地特有的文化背景知識，從語文學科的需要出發，有效整合多學科的知識與經驗進行語文課程資源開發，就有可能有效解決當前語文課程實施中的經驗性和機械化傾向，走上促進民族地區經濟文化發展的道路。
參考文獻：
[1]鄧紅，李天雪對前蘇聯“經濟文化類型理論”的再研究[J]廣西民族研究，2006（3）：80
[2]羅吉華經濟文化類型理論與民族地區地方性校本課程的建構[J].中南民族大學學報，2009（2）：12
[3]林耀華民族學研究[M].北京：中國社會科學出版社，1985：104-142
關鍵詞：翻轉課堂 激光原理與技術課程 教學模式 教學設計
中圖分類號：G642.0
文獻標識碼：C
DOI： 1（）.3969/j.issn.1672-8181.2015.03.005
1 我校《激光原理與技術》專業課存在問題
我省許多理工類院校的光信息、光電類和大部分應用物理專業都開設《激光原理與技術》課程。作為重要專業基礎或方向課，此課程：第一，具有較強的理論性、實踐性、前沿性和探討性；理論抽象，公式眾多，有相當學術和技術含量的課程，教學中經常發現學生對概念缺乏準確理解或概念和實際應用“兩張皮”的現象。第二，課程教學內容多，課程容量大。第三，由于激光技術、光電技術的發展日新月異，器件層出不窮，與新現象、新理論、新器件、新應用有關的課程教學內容也必須不斷地做出更新調整，
另外，《激光原理與技術》課程涵蓋知識點包括激光原理、激光技術兩部分，知識點明確，可以用一個實驗、一個概念來組織教學內容。課程具備開展翻轉課堂的實施要求。
2 翻轉課堂在《激光原理與技術》課程中的實施方案
結合我校《激光原理與技術》課程特點，在現有的翻轉課堂模型基礎上，我們設計了翻轉課堂的教學路線圖f如圖1）。主要由線上學習、課堂學習和課后學習三部分組成。LMS作為教學實施的基礎性管理學習平臺，可提供教學資源、學習過程記錄和互動場所。
線上學習
課堂學習
課后學習
2.1 設計知識單元的策略
將課程按“知識塊”分成8個教學單元，即：激光的基本機理，激光諧振腔理論以及激光振蕩理論，連續和脈沖激光器的工作特性，選模技術，放大技術，穩頻技術和激光短脈沖技術。每個教學單元可以由一次或多次課程完成，以便教師開發課程視頻。
2.2 設計課程微課
第一，根據本專業課程教學內容（突出難點、重點），設計微課。第二，每個教學單元可分成若干個模塊，以模塊為單位設計微課。第三，微課內容包括微視頻、課間練習和每周作業。通過微視頻中的導讀內容、課間練習和作業，向學生提出問題，引導學習者自主思考。
2.3 翻轉課堂教學設計
2.3.1 線上學習
第一，通過慕課學習。讓學生假期在慕課平臺查找與激光器件有關的知識，提前使學生進入到課程中來，在頭腦中初步形成激光器件的結構框架，對激光器件的主要應用等有簡單的了解，簡單的知識點通過慕課學習。第二，通過微課學習。設置每周微課時間和作業提交截止時間。課間練習和每周作業可采用填空或選擇形式，每道題在截止日期之前允許學生提交3次，否則當次作業記為0分。另外，在學生看完微課之后，對微課中的收獲和疑問可以在討論區發帖。由教師團隊或學生討論互動給出解答，完成課題組布置的線上學習任務。
2.3.2 課堂學習
第一，分析每個教學單元的目標、知識類型、學生線上學習情況和存在的問題，確定教學策略，如“講授”、“自學”、“討論”、“實驗”、“探究”等。第二，學生的獨立探索和協作學習。具體分為五個環節：①明確問題：根據課程內容和學生觀看微課時提出的疑問，總結出-些有探究價值的問題；②獨立探究：從開始時選擇性指導逐漸轉至為學生的獨立探究學習方面，讓學生在獨立學習中構建自己的知識體系，注重和培養學生的獨立學習能力；③協同學習：通過“探究式案例”、“探究式實驗”鼓勵學生以小組協作形式，采用對話、商討、爭論等形式進行討論并實施；④交流展示：成果交流采用如：舉行展覽會、報告會、辯論會、小型比賽等；⑤考核評定：建立線上學習、課堂和課后學習各環節的考核評價。考核成績構成為“課間練習20分+每周作業15分+課后研究報告和小論文5分+討論區及課堂活躍度10分+期末考試50分”。
2.3.3 課后學習
由課后的復習，學生定期的答疑，學生完成的項目任務和課程論文構成。
3 翻轉課堂教學實施案例――以光學諧振腔（FP腔）為例
3.1 線上學習
首先利用微課介紹實驗現象，給出FP腔的輸出裝置，給出了連續波入射時單模光纖FP腔輸出光譜。提出問題：如何解釋上述實驗現象呢？接下來在微課上介紹描述上述激光現象的基本概念與相關規律。根據多光束干涉原理，可得垂直入射時，光學FP腔的輸出與輸入光強之比為：
將光纖長度，折射率（n=1.48）代人，可得其自由譜寬為50CHz，利用變換式，可得自由譜寬為0.4nm，理論計算與實驗現象一致。通過微課學習，學生完成知識的內化。課間提問，采用填空題：C02激光器波長為10.6um，當腔長L=lm時，自由譜寬為（），如果該激光器的光譜線寬度AVF=108Hz，則輸出為單模還是多模（）。要求學生在規定時間完成課間作業的提交。
3.2 課堂學習
首先，提出問題：腔端面反射率對輸出特性的有什么影響？讓學生在獨立學習中構建自己的知識體系。然后，進行協作學習，以4人為以小組，利用計算機對（1）式所描述的規律進行數值計算，將結果可視化，計算結果與實驗結果一致。從圖上還可發現原本靜止的圖“動”了起來。給學生很大的想象空間，這一環節是理論分析的重要補充，再次完成知識內化。將科學計算引入課堂，提升學生解決問題的能力與效率，引導學生進行研究性、探索性學習。通過可視化，學生對復雜的激光現象具有了感性認識，促進學生對晦澀理論的理解。最后，介紹新實驗現象的探索。前面我們詳細學習了連續波入射情形下，光學FP腔的輸出特性，自然會想到脈沖激光入射情形，那么脈沖激光入射到光學FP腔，其輸出具有什么特點呢？通過教師的引導和學生的協作學習和探索，得到當脈沖激光入射到單模光纖FP腔時，其輸出波形具有衰蕩特征，從而完成創新能力的培養。
3.3 課后學習
以小論文形式，讓學生完成一份研究報告，題目為光學FP腔的激光器件中的應用。鼓勵學生利用網絡資源，查閱光學FP腔在各個領域的應用。例如FP在輸出模式選擇，光束質量改善等方面的應用，讓學生自行選題，自行設計實驗方案，在學院的激光實驗室獨立完成實驗，完成小論文撰寫和提交。
4 結束語
翻轉課堂教學模式起源于美國，在我國真正去推行翻轉課堂教學模式還有很多問題有待解決，還需要更多的實際教學工作要做。
參考文獻：
【1】張金磊，王穎，張寶輝.翻轉課堂教學模式研究【J】.遠程教育雜志，2012，（4）：46-51.
關鍵詞 激光原理 教學改革 課程建設
中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2012）24-0004-02
激光是二十世紀人類的重大科技發明之一，被譽為繼原子能、計算機、半導體之后，人類的又一重大發明，被稱為“最快的刀”“最準的尺”“最亮的光”，它對人類社會生活產生了廣泛而深刻的影響。作為高技術的研究成果，它不僅廣泛應用于科學技術研究的各個前沿領域，而且已經在人類生產和生活的許多方面得到了大量的應用，與激光相關的產業已在全球形成了超過千億美元的年產值。由于各行各業都應用激光進行技術改造和新技術的開發研究，除了文科的幾乎所有理工農醫的高等院校都開設了激光原理和應用的課程。
《激光原理》是光信息科學與技術和應用物理學專業重要的專業基礎課，通過本課程的學習使學生對激光的基本概念、基本技術和基本器件有比較全面、系統的認識，培養學生分析和解決工程技術問題的能力，為進一步學習相關專業課打下基礎。然而，《激光原理》又是一門理論性很強的專業基礎課，該課程物理概念抽象和理論性強，基礎知識面廣，學生往往因缺乏感性認識，不易理解，感到難學，這對老師的教學水平和教學方法提出了考驗。筆者結合自己的教學實踐，從以下幾個方面對《激光原理》課程教學改革進行了探索。
一、教學內容的改革
《激光原理》課程主要介紹激光的產生條件、激光器的工作原理和激光器的輸出特性，這部分內容理論性強，需要應用原子物理、量子力學、熱力學統計物理、光學和高等數學等課程的結論和基礎，公式繁多、推導復雜、理論抽象，具有相當的難度和深度。在《激光原理》的教學過程中，我們還增加了部分激光技術的內容，比如激光器輸出的選模技術、激光器的穩頻、激光束的光束變換，以及激光的調制、偏轉、調Q和鎖模技術等，這部分內容是從事光信息科學與技術人員必須掌握的基本知識，通過對這些知識的學習能夠加深學生對激光器原理的理解和掌握。為了進一步加深印象，我們對典型的激光器進行了介紹，比如紅寶石激光器、汝玻璃激光器、Nd：YAG激光器等固體激光器，He-Ne激光器、CO2激光器、Ar+激光器等氣體激光器，以及燃料激光器和半導體激光器等都做了簡要的介紹。
在教材方面，我們選擇了上海理工大學陳家璧教授編寫的《激光原理及應用》（電子工業出版社）作為教材。這本教材的內容章節安排合理，知識點覆蓋面廣，理論體系較為完整，同時這本教材是在大學的普通物理學的基礎上編寫的，從激光的物理學基礎出發，著重闡明物理概念以及激光輸出特性與激光器的參數之間的關系，盡量避免過多的理論計算，以掌握激光器的選擇和使用為主要目的。因此這本教材的內容對學生來講不難理解，所講授的內容比較容易掌握。我們還增加了一本國際公認的經典教材作為參考書：Christopher C. Davis編寫的《Lasers and Electro-Optics：Fundamentals and Engineering》， Cambridge University Press。
二、教學手段的改革
在教學過程中建立師生平等的民主教學氛圍。改變“教師為主，學生從屬”的教學模式，本著師生平等的原則，以參與者的身份在教學活動中創造一種愉快輕松的氛圍，挖掘和調動學生的潛力，培養學生的創新能力。
教學方式以課堂授課為主，同時考慮到激光中有很豐富生動的現象，注重和提倡采用多種手段進行多種形式的教學，充分體現光學這門課豐富多彩、形象生動的特性，輔助的教學手段主要是利用計算機的多媒體功能。比如為了增強激光原理教學中關于激光器的光場分布的直觀性，采用快速傅立葉變換法求解傍軸近似波動方程，計算模擬激光器的光場分布，可以直觀地給出三維穩態分布圖，融合計算機的靈活性、新穎性和光學現象的直觀性及趣味性。通過演示實驗，讓同學們觀察到各種激光現象，展現了“百聞不如一見”的效果，使學生進一步加深了對課程內容的理解，激發學生的求知欲和好奇心，刺激同學們的思考。
另外，在教學過程中開展啟發式和討論式教學。從人才培養的角度來說，學生與老師應該具有互動性。開展啟發式和討論式教學，甚至適當運用跳躍式的教學方法來組織教學內容。給學生留出鉆研的空間。這不僅有利于提高教師教學研究的積極性，更能挖掘學生的開放性思維和獨立、大膽地學習和思考問題的能力，從而達到培養學生全面的科學素質和教學相長的目的。
三、考核方式的改革
考核方式已成為課程改革的一部分，與課程的實施方法相輔相成。傳統理工科院校的考核主要以閉卷筆試加平時成績的形式進行。在實際的考核過程中，我們逐漸加大平時成績的比例，減少閉卷筆試成績的比例。平時成績的考核形式可以多種多樣。比如，在授課過程中，對課程中某幾個重要的知識能力點，設立幾個小課題。讓學生們查找資料，撰寫論文，通過讓他們深入實踐，促進對知識點的掌握，強化學生自己思考的過程，達到培養學生自學意識、獨立科研意識和能力，達到素質型人才培養之目的。
如何提高《激光原理》課程的教學質量，如何優化和深化理論教學是一個長期的課題。針對教學內容、教學手段和考核方式等方面進行改革，調動學生的學習主動性和積極性，培養他們的創新思維、從事科學研究和撰寫學術論文的能力，提高他們的綜合素質和競爭力。
參考文獻：
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關鍵詞：三維激光掃描 點云 數據處理 三維建模
中圖分類號：P258 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）01-0085-02
1 概述
三維激光掃描技術又稱作高清晰測量（High Definition Surveying，簡稱HDS），它是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面點的三維坐標信息、反射率、紋理等信息，將被測實體和場景的三維數據完整地采集到電腦中，進而快速復建出被測目標三維模型及線、面、體等圖件數據。
項目位于內蒙古敖侖花銅鉬礦露天采場，面積約1平方公里，掃描區域如圖1。作業要求：全野外三維點云數據采集、填挖方量計算、1：2000地形圖、建立三維模型、生成三維視頻。
2 三維激光掃描系統的原理
脈沖式三維激光掃描儀工作原理是激光器發射出單點的激光，通過記錄激光的回波信號，計算激光的飛行時間，來計算目標點與掃描儀之間的距離。這樣連續地對空間以一定的取樣密度進行掃描測量，就能得到被測物體的密集的三維彩色散點數據，稱作點云。三維激光掃描儀通過脈沖測距法獲得測距觀測值S，精密時鐘編碼器同步測量每個激光脈沖橫向掃描角度觀測值α和縱向掃描角度觀測值θ。三維激光掃描一般使用儀器內部坐標系統，X軸在橫向掃描面內，Y軸在橫向掃描面內與X軸垂直，Z軸與橫向掃描面垂直，由此可得點云坐標（XS，YS，ZS）的計算公式，如圖2、3所示。
3 儀器介紹
本項目點云采集三維激光掃描儀，圖4。
此儀器是當今最先進的三維激光掃描系統之一，它是一種高速脈沖式掃描儀，特點如下：
（1）完全的視場角：掃描視場角為水平360°，垂直270°，可獲取頂部，垂直方向、水平方向和水平方向以下區域的數據；（2）測量級精度的雙軸補償器：可架設在已知點上進行導線測量、可輸入點坐標來放樣、精度1”，補償范圍+/-5’；（3）基于標準反射率表面工作距離：300m-90%反射率；134m-18%反射率；（4）高速掃描：掃描速度可達50000點/秒；發射的光斑大小為50m處恒定3mm，大大提高了掃描的速度和精度。（5）測量級精度如表1。
4 Scanstation2外業三維數據掃描
三維點云數據采集，關鍵步驟如下：
4.1 外業踏勘
首先，要進行現場踏勘、制作掃描規劃草圖，規劃的內容包括：外業操作人員、掃描區域和時間、站點設置、標靶位置等。其次，科學設站，在保證儀器發揮最大功效的同時，應避免重復掃描，另外，后期如進行標靶拼接，一定要設計好下一站標靶的位置以確保兩站標靶通視，如進行點云拼接，設站要盡量采集到較多的特征點。最后，標靶設置要規范，標靶擺設要穩固，盡量不要共線，同時標靶的位置最好設置在兩站公共空間的最大距離處，以保證拼接精度。
4.2 外業掃描
外業點云數據掃描，主要步驟如下：（1）連接掃描儀和電腦，設置IP地址；（2）添加數據庫，確定數據存儲位置；（3）添加掃描儀，設置掃描儀參數，主要包括：照片曝光率、掃描范圍、點云間隔密度等；（4）選擇掃描數據存儲的位置并連接掃描儀；（5）三維點云數據及標靶掃描。
5 點云數據處理
在Cyclone系統軟件內進行，步驟如下：
5.1 剔除噪音點
在掃描過程中，由于受掃描系統本身的系統誤差，如數據采集時激光雷達旋轉引起的抖動、在掃描過程中雜散光和被測物體表面粗糙程度、波紋、表面材質等因素及外界環境影響，會產生不屬于掃描實體本身的冗余數據，稱為噪音點，如圖5，6，為了保證數據計算及模型的精度，在數據拼接之前需進行噪音點剔除。
5.2 點云拼接
每站掃描的數據都是獨立的自由坐標系統，坐標系原點為掃描儀鏡頭，其X方向為掃描儀開機時的鏡頭朝向。因此為了統一坐標系，需將各站數據進行拼接處理。拼接的思路是先將每天各測站的數據拼接成一個整體，然后將各天的數據進行拼接。
（1）點云拼接原理：外業掃描時用全站儀測得標靶的真實三維坐標，各測站掃描時均兩兩包含三個以上不共線同名標靶，利用各測站間的同名點將各測站數據拼接在一起。
（2）點云拼接方法：共有四種方法：在已知點上設測站掃描（即坐標拼接）、使用標靶將數據轉換到統一坐標系中（即標靶拼接）、用點云匹配的方法將點云轉換到統一坐標系中（即特征點云拼接）、綜合使用上述三種方法。
第一種方法屬于直接法地理坐標轉換。與傳統的測量方法一樣，首先進行控制測量，獲得控制點坐標，掃描時在已知點上設站，掃描相當于碎部測量。第二和第三種方法屬于間接法的地理坐標轉換。首先用至少三個公共點來將相鄰測站的點云進行拼接，公共點可以是專用標靶或特征點（如窗戶的邊角、房角等）。
5.3 點云建模
建模的過程是在Cyclone軟件下利用海量點云進行精確計算、擬合幾何物體的形狀，精確表現掃描物體。礦區掃描點云數據如圖7。
點云經過剔除噪音點、拼接、構建TIN三角網，生成Mesh三維模型。如圖8所示。
5.4 成果輸出
（1）地形圖制作：在Cyclone下利用Mesh三維模型自動生成等高線如圖9，將點云與等高線導出，在CAD中制作1：2000地形圖。
（2）填挖方量計算：項目采用了兩種計算方法，一是利用點云數據構建三角網，用方格網法計算；二是在Mesh模型中選定參考面，設置取樣間隔，計算土方量，如圖10所示。
在Cyclone系統里，應用Mesh三維模型計算時，取樣間隔的數值可以設置成0.01至1米之間，均可保證土方量計算又快又準，但如采用傳統的方格網法計算，取樣間隔即使設置到1米，也是相當費時費力的。
6 結語
本項目采用世界先進的三維激光掃描系統采集三維點云數據，在Cyclone系統里進行數據處理、模型制作，采用兩種方法計算土方量，通過與傳統測量方法相比，得出以下結論：
（1）數據采集速度快，ScanStation2的掃描速度是50000點/秒，短時間就可完成大區域面積內三維點云數據的采集，既節約成本又提高了工作效率；（2）激光三維掃描，不需要接觸被測物體，且是根據物體的反射率和材質來采集數據信息，可進行全天候掃描；（3）點云數據完整精確，在軟件下可進行多視角、三維可視化漫游瀏覽，方便、直觀；（4）三維激光掃描儀獲取的點云數據信息量豐富，既包含被測物體X，Y，Z坐標信息，還包括RGB顏色及反射率信息，后期對矢量數據可進行深挖掘及研究應用，一舉多得；（5）應用三維點云數據可以提取任何線性特征，可以出任意比例的二維圖，也可以在圖上量取任何想要得到的信息，在保證高精度的同時還大大提高了生產效率，這是目前現有的方法中所不能比擬的。
參考文獻
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【關鍵詞】激光三角法 可控型水龍頭 光電轉換
微電子技術和傳感器已經成為二十一世紀信息社會的重要標志。隨著激光傳感器的廣泛應用及新型光電掃描與光電探測技術的不斷提高，工業、農業、家庭、軍事、醫學等應用領域的傳統方法得到了改善。激光傳感可控型水龍頭將激光位移傳感器與電子信號處理技術結合，應用在了水資源節約領域。市場上的傳統插卡式熱水龍頭在使用時難以估定水瓶內的水位，存在著極大的安全隱患和水資源浪費問題。該項日利用激光位移傳感技術檢測并定位水的高度，經過數字信號處理器將信號反饋到電子電路，自動切斷電源。和傳統插卡式熱水龍頭相比，基于激光位移傳感器的可控節約型水龍頭具有測量精度高、可靠性好、非接觸、自動化、安全等突出優點，有極重要的現實和環保意義。在前期的推廣中，這項技術先應用于學校水房保溫瓶水位的測試。隨著后期技術的成熟和市場的開發，可推廣向工廠水箱水位測定等更廣的領域，發揮更大的經濟和應用價值。
一、激光位移傳感器的研究現狀
現今光電技術的發展、微機的控制、數據的處理及PSD、CCD、四象限位移探測器的改善，使傳統的三角測量法有了廣泛的應用。具體包括質量的檢測、設備的維護、機械和生產自動化、流程和設備的監控等各個領域。
目前在國內，激光位移傳感的主要應用包括：對靈敏度和精確度的分析，如何提高其使用范圍以及位移、角度、同軸度的非接觸測量和校準領域。不過，我國對激光位移傳感器的研究仍處于實驗階段。國外很多專家對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傳感器的系統中，發現周圍的雜光對測量的精度有影響，并給出了相應的消除方法。目前，國內外有很多這樣的產品，廣泛地應用在軍事技術、航空航天、檢測技術等諸多領域。美國研制出紅外測溫傳感器，使其在惡劣的環境下仍能測量出飛行器各部分的溫度；城市的交通管理也運用紅外光電傳感器進行路段事故檢測和故障排除的指揮。總體來說，國外傳感器的測量范圍大，線性度好，分辨率高，穩定性好。國內對激光位移傳感器的研究雖不及一些歐美國家，但是卻在研究的種類上屢創新奇。
二、激光三角測量技術的原理
激光三角測量法是指從光源發射一束光線到被測物體表面，在另一方向通過成像觀察反射光點的位置，成像位移和實際位移存在一定的換算關系，通過這個關系式可以計算出被測物體表面的實際位移。由于入射光和反射光構成一個三角形光路，因此被稱為三角測量法。按照入射光線與被測物表面法線的關系，可分為直射式和斜射式。本項研究采用的是直射式激光三角測量法。
如圖l所示，激光發射器發射出一束光線到熱水瓶水面形成光斑，光線在表面發生反射后，從另一個方向通過成像透鏡，光斑成像在CCD位置傳感器上。隨著熱水瓶水面高度的變化，反射光的角度在發生變化，光斑成像也隨之發生位移。設光斑在CCD成像面上相對位移為X’，被測表面（即水面高度）的實際位移為X，則兩者關系如下式：
在傳感器的選擇上，本項研究選用的是CCD激光位移傳感器。目前應用于激光三角法測距的光接收元件包括：CCD（Charge-c.oupled Device，光電耦合器件）和PSD（Position Sensitive Detector，位置敏感元件）。PSD是基于橫向光電效應來實現光能、位置的轉換，CCD是一種新型光電轉化元件，主要由光敏單元、信號輸入單元和信號輸出單元組成。CCD以電荷作為信號，實現電荷的存儲、轉移和檢測。與PSD相比，CCD具有輕便、體積小、耗能小、精度高、穩定性好、時效性高等特點。基于上述考慮，最終選定了CCD激光位移傳感器。
三、基于激光位移傳感器的可控型水龍頭系統結構
本項目研究的激光位移傳感器硬件系統包括：激光電源、半導體激光器、線陣CCD驅動電路、輸出信號的處理系統、單片機測量系統和水龍頭閥門控制系統。如圖2所示為激光位移傳感器的可控型水龍頭系統的總框圖。
3.1 光源的選擇
激光器有很多種：氣體激光器、固體激光器、半導體激光器等，氣體激光器單色性和方向性好，但體積和重量大，需要外部高壓電源，不易安裝在小型光學測頭上。半導體激光器具有超小型、高效率、電壓低、電能轉換率高、便于安裝等優點。激光光束在傳播中存在散射，當測量目標越遠，光能量分布不均勻，從而導致誤差出現，半導體激光位移傳感器可以進行體積小的短距離測量。
3.2 線陣CCD驅動電路
目前，應用于激光三角測距系統的光接受元件主要有兩種：CCD――光電耦合器件和PSD――位置敏感元件。本測距系統設計中采用精度高、穩定性好的光電耦合器件CCD作為光電探測器，根據被測物體的移動距離，間接進行測量。
3.3 輸出信號的處理系統
圖像采集后，CCD輸出的信號疊加了較大的干擾噪聲，所以要先經過預處理電路后在進行二值化處理。預處理即是將CCD輸出進行前置放大后進行濾波處理，放大電路將微弱的信號放大同時干擾的噪聲信號也得到了放大。
所以經過低通濾波器將放大電路處理后信號中的高頻成分濾除，常用低通濾波器包括：三角濾波法、高斯低通濾波器、中值濾波器等不。最后將輸出的信號送入電壓比較器進行二值化處理得到穩定的數字信號。最后將數字信號送到單片機系統進行脈沖計數就能得到像點位置信息。系統將計算后的結果顯示在顯示器界面上。
3.4 水龍頭閥門控制系統
在理想條件下，熱水瓶的高度為H，由上述系統測出水面高度為X，當x的值接近L時，系統通過反饋電路來控制水龍頭的閥門。
四、結束語
激光三角法采用非接觸測量，以其實時性強、精度高、對被測物體表面沒有特殊要求等優點得以廣泛應用，本論文利用直射式激光三角法，對系統的結構參數和所選器件做出了合理的設計和選擇。論文的主要工作包括以下幾個方面：
（1）通過對激光測距系統在國內外的發展現狀研究，并結合本系統情況，確定了本系統的測量原理。
（2）數據采集：令熱水瓶的高度是定值H，從光源發射一束激光到被測物體（上升水面）表面，在另一方向通過成像觀察反射光點的位置。通過線陣CCD對光電信號進行采集，從而計算出水面到瓶口的距離X。
（3）信號處理將采集到的數據經過濾波放大電路處理，然后將輸出的結果由模擬信號轉化為數字信號，最后將信號送人單片機系統。
（4）數據結果輸出：通過單片機的計算被測物體的位移量，當X-H趨近于零時，將其距離顯示在顯示器界面上，通過電路控制水龍頭閥門的關閉。
后期工作展望：
你的天方夜譚，我來成全
23年前，34歲的譚立英在北京圖書館查閱資料，準備她的碩士畢業論文。查閱了上千篇資料后，有關衛星激光通信的數據讓她眼前一亮――衛星與衛星間、衛星與地面間用“光”連接起來，可以形成空間的信息高速公路。要是能在浩瀚空間建立一個無線光網絡，實時進行高速信息傳輸，這將是一件多么了不起的事情啊！
這個想法令譚立英興奮不已，可當她著手去做這件事情時，難度大于想象。彼時，她是哈爾濱工業大學物理系的教師，一個5歲孩子的媽媽，每天一邊上課，一邊做碩士論文，還要照顧孩子。丈夫加同事馬晶遠在日內瓦深造。在當時那個年代，衛星微波通信還不成熟，更不要說是衛星激光通信，幾乎所有的人都認為譚立英的想法是天方夜譚，包括譚立英當時的導師。
導師勸她：“方向雖好，但難度太大了，難以畢業。你要堅持做這個，碩士論文所需的研究費用還要你自己解決。”譚立英點點頭，說：“會想到辦法的。”其實，她一點辦法都沒有，她只是怕絲毫猶豫都會讓心中燃燒的激情之火熄滅。她34歲了，不想在這個能有所成就的年紀里，提前老氣橫秋。
譚立英沒有想到，為了她的項目，丈夫提前回國。他把家里所有存款取出來，一共不到2萬元，對她說：“沒經費，我們就用家里的錢，我陪著你一起干。”
久別重逢，夫妻倆的卿卿我我就是通宵地討論那片科學的空白之地。5歲的女兒聽得厭煩了，嫉妒地對爸爸說：“你都有一年多沒看到我了，我還是沒有你們的課題重要，我真想變成天上的衛星，讓你們天天研究研究我。”女兒的話，把夫妻倆逗笑了。譚立英親親女兒，牽牽丈夫的手，看看窗外的夜空，想想自己即將要做的連結天與地的事情，她的幸福神圣而隱秘。
連接天地的幸福，神圣隱秘
創業之初的日子無比艱難。他們的實驗室設在一間地下室里，潮氣重，所有的紙質材料因浸入了潮氣而變得綿軟，難以翻閱。馬晶放了一個除濕機，每天都能抽出三箱水來。
家里的積蓄和微薄的工資是全部科研經費，譚立英不得不算計著花。為了節省費用，譚立英出門能步行絕不坐公交，坐火車也只買硬座，餐桌上長年是白菜土豆。女兒三番兩次抗議后，每周的土豆燉白菜里可以出現幾片肥瘦相間的肉，算是改善了伙食。以至于女兒說：“在咱們家，實驗是親生的，我是馬路上撿來的。”
盡管如此，困難依然接踵而至。建立理論模型需要實驗測試驗證，沒有經費就沒有最基本的實驗設備，初步的原理驗證無法進行。一天，馬晶略帶得意地安慰妻子：“咱們的儀器有了。”他賣起關子說，這是個秘密。
兩天后，馬晶神秘地把妻子帶到實驗室。拉開實驗室門的一剎那，譚立英驚呆了――地上擺了一堆破爛。馬晶如數家珍：“這是教學實驗室報廢的儀器，有些修一修興許能用。”譚立英半信半疑。之后的幾天，夫妻倆在實驗室忙活開了。他們首先將這些破爛整理歸類，湊成了幾件“整尸”，然后“解剖”“移植”“再造”“重組”，它們重新變成了實驗設備。七天之后，實驗設備開始集體工作，半個月后，他們完成了測試驗證。譚立英獲得了有效的發射測試數據，完成了她的畢業論文。
論文寫下最后一個句號時，譚立英不得不為當天的晚餐發愁――研究已經花光了家中全部的積蓄，晚餐在哪里都成了問題。為了安慰女兒，馬晶對女兒說：“媽媽的論文完成了，這是個非常值得祝賀的日子，按照行規，今天得吃白水煮面，意味著萬事順順利利。”一家三口用開水干杯，以白水煮面條充饑。
當晚，女兒睡后，馬晶對譚立英說：“研究衛星激光通信是一個從無到有的工作，以后還會有更多的困難，你要做好思想準備。你只要記住一條，我一直在你身邊，你不是一個人。”
譚立英看看熟睡的女兒，滿心愧疚。馬晶拍拍她的肩膀，說：“她會理解的，你應該想到這個過程本身對她就是一種富養。”
有種浪漫，身心相伴
1995年，“彈盡糧絕”的秋天，譚立英帶著碩士論文和幾十袋方便面住進了北京阜成路8號航天部招待所。倔強的她要給這個研究項目跑出一筆經費來。
跑經費的日子也是譚立英哭得最多的日子。碰壁是常有的事情，冷言冷語也是常聽的，很多時候譚立英轉身出門時，淚水就滴在了衣襟上。作為一個知識分子，她的自尊不允許她在別人面前以眼淚獲得支持。每一次，當眼淚于人前奪眶而出時，她都借口去衛生間，哭夠了，再回來繼續陳述她的研究。
沒有任何門路的譚立英完全是用研究熱情打動了航天部的工作人員。幾乎每一個看了她論文的人都會驚奇地問：“是誰支持你做衛星激光通信研究的？”“我丈夫。我們沒有項目經費支持，是拿自己家里錢做的。”
陳芳允院士――中國衛星測量、控制技術的奠基人之一，“兩彈一星功勛獎章”獲得者，863計劃的倡導者之一，讀了譚立英的畢業論文，了解了他們所做的工作之后，激動地說：“你們做得非常好！國家需要衛星激光通信，也一定會支持你們的研究工作。希望你們能繼續做下去，不要有任何顧慮。”此后，馬晶和譚立英陸續獲得了來自哈爾濱工業大學和航天五院的科研基金，建立了團隊，研究工作也逐步進入正軌。
試驗進入收尾階段時，由于估計不足，科研經費又一次出現了短缺。大家自帶行李，擠進了租來的簡易房。馬晶、譚立英把家里的電視機、窗簾、大米、土豆等一股腦地搬進了這個“新家”。所有研究人員每天中午只吃6元的盒飯。到了晚上，譚立英又變身為廚師，她拿出科研精神鉆研廚藝，每天不重樣地為大家做上一頓像樣的飯菜。
2011年10月25日，讓譚立英夫婦銘記一生的日子，那是中國首次星地激光鏈路雙向捕獲跟蹤試驗成功的日子。試驗現場的大屏幕上，“海洋二號”衛星以時速2萬余千米的速度疾馳而來，它經過試驗區域的時間只有幾分鐘。衛星光信號與地面光信號準確對準，實現了快速雙向捕獲、鏈接并跟蹤。
11秒！地面終端就成功捕獲到星上終端發出的光信號。這一刻，譚立英期盼了太久。馬晶說，20年，比他想象的時間還要短些，他甚至做好了打30年或者50年持久戰的準備。
這次試驗的成功是中國衛星通信技術發展史上的一個里程碑。它標志著中國在空間高速信息傳輸這一航天高技術尖端領域走在了世界發展前列。這也是世界上首次星地直接探測高速激光通信鏈路新技術試驗取得圓滿成功。這為在空中搭建無線光網做好了準備。
論文關鍵詞：“透鏡對光的作用”實驗的改進
“透鏡對光的作用”實驗是人教版八年級物理上冊第三章第一節的一個重要的演示實驗，它是學好本章的基礎，所以做好這個實驗尤為關鍵。
對原實驗的分析：
現在課本上主要采用兩種演示方法：一種是用當下流行的激光筆來做（圖1），光路比較清晰，效果明顯，但展現給學生的只是一個平面的光路，缺乏立體感。另外一種演示方法是利用太陽光（圖2），這種方法操作簡單、喜聞樂見，但它不能清晰地將光的傳播路徑展現出來，尤其是當太陽光穿過凹透鏡時，紙面上的光斑非常微弱，不便觀察，實驗效果比較差。
對原實驗的改進：
實驗器材：大小薄壁燒杯各一個、禪香、鐵絲支架、火機、凸透鏡、凹透鏡（凸透鏡和凹透鏡的直徑比小燒杯的直徑略小）、手電筒
實驗原理：巧設煙霧，利用煙塵微粒對光的漫反射來顯示光通過的路徑。
實驗過程：
1.取干凈的薄壁燒杯大小各一個，倒扣疊放在一起，分別用支架將點燃的禪香放入大小燒杯中各三根初中物理論文，如果煙霧產生太慢，還可以再加幾根，等燒杯中充滿煙霧時，將兩燒杯中的禪香取出論文的格式。
2.用手電筒通過杯底自上向下照射，調節手電筒的聚光圈，使通過煙霧的光成粗細均勻的柱形光束（圖3）。
3.抬起小燒杯，在大燒杯的底部放上凸透鏡，用手電筒通過杯底自上向下照射，這是可以清晰的觀察到小燒杯里的光束沒有發生改變，而大燒杯中的光路卻向中間發生了偏折，證明凸透鏡對光線具有會聚作用（圖4）。
4.用同樣的方法，可以看到當大燒杯的底部換成凹透鏡時，大燒杯中的光路向兩側發生了偏折，證明凹透鏡對光線具有發散作用（圖5）。
實驗改進后的優點：
1.燒杯和煙霧的設置將光的傳播路徑清晰地展現出來，使整個實驗變得更加合理、完整。
[關鍵詞]軸子；量子色動力學；光子靜質量效應
[中圖分類號]E933.43 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）05-0009-01
1軸子、光子相關理論簡介
本文首先簡述了關于軸子和光子的理論，以方便研究軸子和光子的相關理論，進行相關實驗。
1.1量子場論
量子場論是以量子力學原理等為基礎，一種解釋了微觀物理學的理論。量子動力學具有悠久的歷史，也比較成熟。他研究的內容主要是電磁場和帶電粒子的相互影響的情況以及這種相互影響的量子性質、帶電粒子相關活動等。它還對相關高精度實驗進行了分析。
我們所生存的世界中存在著許多量子場系統。粒子的生成或消失取決于量子場的情況。所渭真空就是指量子場中的能量處于一種最低狀態。與其他激發態相比較，這種最低態指的是不存在任何粒子的狀態，可是，真空中存在著許多量子場，并時時刻刻運動，即物理學中所謂的真空零點振動，該點對應的能量則稱為真空零點能。在這種情況下，若能夠使量子場不再擴散到更大的空間中去，而它所在的較小的空間的大小出現改變時，此量子場產生的零點振動能也會出現較小的改變，即得出了著名的卡西米爾效應。
1.2對稱性和守恒律
對稱性和守恒律在物理學中有著非常重要的地位。物質的情況及其運動特點在對稱變換時所展現出的固有性質就是對稱n生。如果物體的運動及其能量最低態具有對稱性特點，則其相應的物理量均守恒。物質在運動過程中都滿足守恒定律。
1.3規范場和規范玻色子質量
規范場是一類物質場，它與相關規律的固定性聯系很大，規范玻色子指的是一種場量子。電磁場也是常見的規范場。其不變性對周總耦合形式的形成有很大的影響。規范場的量子就是規范玻色子，也使其相互影響。因為規范對稱性的規定，規范場的相關量中沒有規范場的質量項，它會影響規范對稱性。當相應的規范玻色子質量為零時，這說明其對應的作用是長程力。
2強場激光偏振法探測軸子實驗簡述
二十世紀末，世界著名大學羅切斯特大學的一位博士和一些學術專家在美國國立實驗室做了該實驗。他們通過變更激光射向強磁場偏振方向的方式，來探測軸子。下面著重研究光子非靜止質量的相關情況。
強場激光偏振法探測軸子實驗，指的是研究軸子與光子的電磁耦合作用。有相關效應可知，當一束線偏振光出現于強磁場時，而與磁場正交的分量則與磁場相互作用生成新的軸子，所以，此分量的幅值就會降低，進而造成其偏振方向會與原偏振方向有一定的角度。二十世紀末，有一些博士和專家就在這一理論的基礎上來探測肘子。
該實驗體系由三部分組成，一是強磁場；二是光學系統；三是橢圓偏振檢測系統。強磁場主要是生成新的軸子，磁場是通過超導偶極磁體形成的。還有其他物體如起偏器等，其光軸方向與磁場方向須有一定的夾角，如此方能滿足實驗的要求。
實驗時，首先在某一橫向磁場中引入一束線偏振光，激光先經過隔離器到達起偏器，其光軸方向與磁場方向會有一定的夾角，而后會產生一定角度的線偏振光，接著射進光學反射腔，最后又到達檢測區，反射腔位于磁場區中，一旦磁場中形成新的軸子，則反射腔發出光線，其偏振狀態會有一定的改變。實驗對變化的激光偏振方向夾角進行分析，以達到探測軸子的目的。
光首先進入反射腔，射出后又進入法拉第盒，并得到其一定的調制，如此有利于避免不必要的非線性項，隨后射到檢偏器上，需要說明的是，它和起偏器一樣也是偏振晶體，二者的光軸方向是正交的，結果發出的光電信號傳到光電二極管，并在此處被檢測出。我們要想了解該偏振光的橢圓率，可以把一定規格的波片放在法拉第盒的前邊，這樣就可以通過測量偏振方向的變化來得出該橢圓率。
3光子靜止質量為零時的實驗分析
由相關效應知，當線偏振光經過較強磁場時，與磁場正交的分量在與磁場相互作用的過程中形成軸子。有量子動力學理論可知，光子主要來源于激光束，并在強磁場的影響下，形成了軸子。磁場中的場強張量存在于一定區域的總電磁場中，它包括兩部分，一是外部產生的強磁場；二是由激光束產生的電磁場場強。
因為Primakoff效應中的光為外磁場平行的部分時才能形成軸子，但和外磁場正交的部分卻未出現任何改變。二十世紀末期，有一些專家教授根據相關理論和原理，并采用相應的方法來探測軸子。當激光經過一個非縱向的磁場區時，其偏振方向則會與磁場形成一定的角度，約為45度。發出的激光的偏振方向與原方向也會形成相應的角度。
4光子靜止質量不為零時的實驗分析
從一些圖書資料中可以查知，愛因斯坦在狹義相對論中提出了兩個基本假設，即所謂的光速不變和相對性原理，它對現代物理學的發展起了巨大的推動作用。光子靜止質量上述假設中的觀點。物理學是建立在實驗的基礎上的，因此，只有進行科學的實驗才能得出正確的理論。我們可以從電動力學中得出光子靜止質量為零時的電磁場的密度等參數。由此密度推導出電磁場的運動方程。當光子靜止質量為非零時，瑪克斯韋爾電磁場必須把其靜止質量項考慮在內。然后才能對其進行獨立地光子靜止質量研究。實驗中測得的角度與磁場區域長度呈線h生關系，為方便探測，在實驗中安裝了反射鏡，使激光循環反射，從而增強了相應的測量效應。
結束語
軸子是一種假定的粒子，它是為了說明量子色動力學中的強CP問題，人們很青睞這種冷暗物質粒子。軸子一旦被發現，其意義非凡，否則，就不可能存在軸子模型，我們也就找不到解決強CP問題的具體方法，這要求我們另尋其他方式方法。本篇論文簡要介紹了其相關理論和一些模型，還有現在探測軸子的一系列實驗。此外，我們經過一番理論分析后，得出了軸子和光子的相關參數及關系式，從而推導出并得出軸子質量限。
