時(shí)間：2023-03-17 17:58:52
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[關(guān)鍵詞]經(jīng)濟(jì)文化類型；語文課程資源；文化背景知識(shí)
[中圖分類號(hào)]G423
[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A
[文章編號(hào)]2095-3712（2013）34-0052-06
[基金項(xiàng)目]廣西教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃課題“廣西民族地區(qū)學(xué)困生發(fā)展策略與語文德育的功能研究”（2008C21）。
[作者簡(jiǎn)介]韋美日（1964―），女，廣西環(huán)江人，碩士，廣西師范學(xué)院文學(xué)院副教授，研究方向：語文課程與教學(xué)論，廣西民族地區(qū)語文德育。
在語文課程改革中，出現(xiàn)了一些自相矛盾的奇怪現(xiàn)象：一邊是課改實(shí)驗(yàn)的“泛人文化”，表現(xiàn)為在公開課或是教學(xué)競(jìng)賽中，以培養(yǎng)學(xué)生的人文素養(yǎng)為主，進(jìn)行漫無邊際的拓展延伸，忽略了語文知識(shí)、技能的傳授、訓(xùn)練；一邊是學(xué)校的常規(guī)教學(xué)中的“去人文”，表現(xiàn)為課堂教學(xué)仍然以傳授知識(shí)為主，扎扎實(shí)實(shí)進(jìn)行應(yīng)試能力訓(xùn)練，把人文精神的培育當(dāng)成可有可無的內(nèi)容，隨意增減。
一、語文教學(xué)中遇到的問題
語文課堂教學(xué)中的矛盾現(xiàn)象背后是語文課程的價(jià)值取向指導(dǎo)下的語文課程資源開發(fā)的問題。功利化的價(jià)值取向使語文課堂教學(xué)僵化、老化，局限于狹小的語文課程，受制于語文教學(xué)的狹窄空間，不能進(jìn)行真正的跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、面向生活的語文綜合性學(xué)習(xí)，不能全面提高學(xué)生的語文素養(yǎng)。
（一）語文教學(xué)實(shí)踐的功利化取向
語文課程改革中，這種看似矛盾的現(xiàn)象，事實(shí)上有其內(nèi)在聯(lián)系，即語文課程實(shí)踐中的功利性價(jià)值取向侵蝕了語文課程標(biāo)準(zhǔn)的理性價(jià)值取向，導(dǎo)致對(duì)語文課程理念的淺表理解，或者是誤讀。在教學(xué)行為上則表現(xiàn)為陽奉陰違：在展示語文教學(xué)改革成果的實(shí)驗(yàn)課上，盡可能多地增加人文性的內(nèi)容，貼近語文課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，會(huì)獲得比較高的評(píng)價(jià)；在常規(guī)語文教學(xué)實(shí)踐中，認(rèn)認(rèn)真真落實(shí)語文知識(shí)點(diǎn)，盡量吃透語文考試的內(nèi)容，在各種語文考試中成績(jī)優(yōu)秀，會(huì)得到大家的承認(rèn)。這種過于功利化的語文教學(xué)活動(dòng)必然走向經(jīng)驗(yàn)性和機(jī)械化，輕視排斥理論指導(dǎo)，惰于實(shí)踐創(chuàng)新，消解語文課程改革的核心價(jià)值體系，在語文課程改革旗幟掩護(hù)下，走的是應(yīng)試教學(xué)的老路。
（二）語文教學(xué)內(nèi)容和語文教學(xué)研究的單一化
要擺脫語文教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)性和機(jī)械化的慣性傾向，語文教學(xué)就不能只顧在自己的領(lǐng)地上埋頭耕耘，還需要具有宏觀的、全局的戰(zhàn)略眼光，超越眼前的功利性需要，為國(guó)家民族文化的傳承和學(xué)生的未來謀劃，在更廣闊的天地中運(yùn)籌帷幄。語文教學(xué)立足于語文素養(yǎng)的提高而不只是在實(shí)驗(yàn)課中表演人文性，語文知識(shí)和技能的獲得也不只在語文課本和語文課堂教學(xué)活動(dòng)中，其途徑和方法是無限多樣的，需要語文教師在語文教學(xué)實(shí)踐中勇于探索，更需要綜合運(yùn)用相關(guān)學(xué)科的理論和研究方法指導(dǎo)語文教學(xué)實(shí)踐，不同學(xué)科的理論可以為語文教學(xué)開辟新天地，提供不同的解決問題的思路和方法，有可能達(dá)到事半功倍的效果。
民族學(xué)的經(jīng)濟(jì)文化類型理論所關(guān)注的經(jīng)濟(jì)文化類型及其對(duì)經(jīng)濟(jì)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(chǔ)，引導(dǎo)語文課程實(shí)施走出“泛人文化”和“去人文”的泥潭。
二、經(jīng)濟(jì)文化類型理論及其發(fā)展
（一）經(jīng)濟(jì)文化類型理論的提出
人類學(xué)的經(jīng)濟(jì)文化類型理論是“蘇聯(lián)專家CH托爾斯托夫、MT列文、HH切博克薩羅夫等人在20世紀(jì)50年代共同提出的?！盵1]“1956―1958年期間，時(shí)任蘇聯(lián)民族學(xué)研究所東亞和南亞室主任的切博克薩羅夫到我國(guó)中央民族學(xué)院進(jìn)行講學(xué)。期間，我國(guó)學(xué)者林耀華與他共同撰寫了《中國(guó)經(jīng)濟(jì)文化類型》一文，全面地運(yùn)用了經(jīng)濟(jì)文化類型理論來研究中國(guó)民族問題，踏出了此理論在中國(guó)進(jìn)行本土化研究的第一步。但在之后2O多年的時(shí)間里，由于多方面的原因，國(guó)內(nèi)關(guān)于這方面的研究沒有取得任何進(jìn)展，直到20世紀(jì)80年代中期，林耀華的學(xué)生張海洋開始繼續(xù)此項(xiàng)研究，其碩士學(xué)位論文便是《中國(guó)經(jīng)濟(jì)文化類型研究》?！盵2]蘇聯(lián)的經(jīng)濟(jì)文化類型是指“居住在相似的自然地理?xiàng)l件下，并有近似的社會(huì)發(fā)展水平的各民族在歷史上形成的經(jīng)濟(jì)和文化特點(diǎn)的綜合?！盵1]林耀華先生認(rèn)為經(jīng)濟(jì)文化類型是指“居住在相似的生態(tài)環(huán)境下，并操持相同生計(jì)方式的各民族在歷史上形成的具有共同經(jīng)濟(jì)和文化特點(diǎn)的綜合體。”[1]
（二）經(jīng)濟(jì)文化類型理論在中國(guó)的發(fā)展
羅吉華文章所說的“本土化研究”是指中國(guó)的人類學(xué)家用蘇聯(lián)專家的經(jīng)濟(jì)文化類型理論來認(rèn)識(shí)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)文化類型，在研究實(shí)踐中修正完善這一理論，使之更貼近中國(guó)民族分布和經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展的特點(diǎn)，為民族地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展服務(wù)，這一工作在20世紀(jì)80年代以后得到延續(xù)。50年代，林耀華先生在《中國(guó)經(jīng)濟(jì)文化類型》中結(jié)合東亞各個(gè)經(jīng)濟(jì)文化類型的情況，區(qū)分了三組經(jīng)濟(jì)文化類型：第一組，以狩獵、采集和捕魚起著主導(dǎo)作用的類型；第二組，以鋤掘（徒手耕）農(nóng)業(yè)或動(dòng)物飼養(yǎng)為主的類型；第三組，以犁耕（耕耘）農(nóng)業(yè)為主的類型。[3]他還對(duì)每一種類型的特點(diǎn)及分布范圍進(jìn)行了具體的闡述，為建立和運(yùn)用中國(guó)特色的經(jīng)濟(jì)文化類型理論奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)和基本的研究框架。其優(yōu)點(diǎn)是將研究置于東亞的大背景中進(jìn)行比較分析，有一個(gè)中觀的認(rèn)識(shí)角度，選取了每一類型中的典型進(jìn)行描述，加深了對(duì)某一類型的特點(diǎn)的理解和認(rèn)識(shí)；其不足是未能深入到中國(guó)領(lǐng)土上的56個(gè)民族的生態(tài)環(huán)境內(nèi)部，了解其具體的生計(jì)方式，區(qū)分其經(jīng)濟(jì)文化類型，其研究成果依然是一個(gè)大致的輪廓，沒有構(gòu)成一個(gè)細(xì)節(jié)完備的邏輯體系。
林耀華先生主編的1997年出版的《民族學(xué)通論》第四章《經(jīng)濟(jì)文化類型》在原來分析框架的基礎(chǔ)上進(jìn)行了充實(shí)和完善。首先，闡明了經(jīng)濟(jì)文化類型理論的含義及其作用，強(qiáng)調(diào)了經(jīng)濟(jì)文化類型理論的方法論意義，它在學(xué)科理論方面的價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。方法論方面指出了它的一系列操作規(guī)范，為正確理解和實(shí)際運(yùn)用這一概念指明了方向。其次，闡明了其在學(xué)科理論建設(shè)方面的重要貢獻(xiàn)和民族地區(qū)的現(xiàn)代化建設(shè)方面的作用，使其方法論意義落實(shí)到具體的學(xué)科內(nèi)容方面和現(xiàn)實(shí)生活領(lǐng)域，有效擴(kuò)大了它的影響范圍，強(qiáng)化其實(shí)踐意義，把它從純學(xué)科的認(rèn)識(shí)論逐步發(fā)展為能為解決民族地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化事業(yè)發(fā)展提供理論依據(jù)的有中國(guó)特色的民族學(xué)理論。與在《中國(guó)經(jīng)濟(jì)文化類型》中所提出的內(nèi)容框架相比，《民族學(xué)通論》區(qū)分了類型組里面的具體類型。第一組，采集漁獵經(jīng)濟(jì)文化類型，包含兩個(gè)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(jīng)濟(jì)文化類型組分為四個(gè)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(chǎng)畜牧型。第三組，農(nóng)耕經(jīng)濟(jì)文化類型組，區(qū)分出六個(gè)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(nóng)耕型，最后一種類型還區(qū)分出兩個(gè)亞型：北方亞型和南方亞型。[4]
《中國(guó)經(jīng)濟(jì)文化類型》和《民族學(xué)通論》第四章《經(jīng)濟(jì)文化類型》的內(nèi)容相比較，有三點(diǎn)不同：第一點(diǎn)，類型組名稱有變化；第二點(diǎn)，類型組中的典型變成了具體的類型；第三點(diǎn)，各類型的經(jīng)濟(jì)文化的地域性、歷史性、綜合性的特點(diǎn)更為突出。這三點(diǎn)變化把中國(guó)的經(jīng)濟(jì)文化類型從東亞的經(jīng)濟(jì)文化類型的背景中凸顯出來，作為一個(gè)獨(dú)立的研究對(duì)象來考察，因而從名稱到特點(diǎn)都更符合中國(guó)民族地區(qū)的地理分布特點(diǎn)，歷史以來形成的各民族的居住格局，以及在此基礎(chǔ)上逐步形成的民族經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展的特點(diǎn)。這個(gè)體系的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的，它突出了中國(guó)地理環(huán)境和民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展的特色，有利于正確認(rèn)識(shí)民族地區(qū)的社會(huì)結(jié)構(gòu)及其歷史發(fā)展規(guī)律，能更好地指導(dǎo)民族地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化建設(shè)；其不足之處是由于顧及到經(jīng)濟(jì)文化類型的綜合性特點(diǎn)，雖然提到了建立有層次的立體結(jié)構(gòu)的四個(gè)內(nèi)容，但在具體闡述內(nèi)容時(shí)，沒有對(duì)構(gòu)成這種綜合性的具體因素及其相互影響關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)的描述，即其類型內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)仍然有待完善。
（三）經(jīng)濟(jì)文化類型理論在民族教育中的應(yīng)用
在哈經(jīng)雄、滕星先生主編的2001年出版的《民族教育學(xué)通論》第四章第二節(jié)《經(jīng)濟(jì)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(chǔ)上，根據(jù)“對(duì)世界民族分布和地理類型的概括分析，首先對(duì)世界民族及民族區(qū)域的經(jīng)濟(jì)文化類型進(jìn)行一個(gè)粗線條的分類，然后對(duì)民族經(jīng)濟(jì)文化類型同民族教育的一般關(guān)系進(jìn)行初步探討?！盵5]這里區(qū)分出四個(gè)經(jīng)濟(jì)文化類型組，第一組，采集漁獵經(jīng)濟(jì)文化類型組，包括兩個(gè)亞型：北部寒帶亞型和南部熱帶亞型；第二組，游牧經(jīng)濟(jì)文化類型組，包括兩個(gè)亞型：北部寒帶、溫帶亞型和南部熱帶亞型；第三組，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)文化類型，包括山地雨林混合農(nóng)業(yè)和犁耕農(nóng)業(yè)；第四組，現(xiàn)代化工農(nóng)牧業(yè)類型組，包括三種類型：高度發(fā)達(dá)的商品化農(nóng)牧業(yè)、商品化的種植園農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)工農(nóng)業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)文化類型?；谑澜缃逃亩嘣幕尘昂兔褡褰逃囊暯牵鋬?nèi)容的特點(diǎn)也很鮮明，第一點(diǎn)，從“世界民族分布和地理類型的概括分析”來區(qū)分的經(jīng)濟(jì)文化類型，與世界多元文化教育的背景相呼應(yīng)，吸收了《中國(guó)經(jīng)濟(jì)文化類型》的中觀視角并賦予時(shí)代特色；第二點(diǎn)從“民族經(jīng)濟(jì)文化類型同民族教育的一般關(guān)系”出發(fā)進(jìn)行研究，重點(diǎn)不在于構(gòu)建經(jīng)濟(jì)文化類型的理論，而在于探討其特點(diǎn)對(duì)民族地區(qū)學(xué)校教育的影響。這一論題的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)潔明了，突出特定研究視界中的經(jīng)濟(jì)文化類型的核心內(nèi)容，其不足在于宏觀角度必然要犧牲許多具體的內(nèi)容，而經(jīng)濟(jì)文化類型與民族教育的許多特點(diǎn)是要通過具體細(xì)節(jié)才能得到精確反映的。
經(jīng)濟(jì)文化類型理論從20世紀(jì)50年代由蘇聯(lián)專家提出到20世紀(jì)80年代以后在中國(guó)的實(shí)踐與發(fā)展，在理論體系的建構(gòu)上，從宏觀、中觀、微觀三個(gè)層面進(jìn)行了有成效的探索，在本土化的實(shí)踐中，經(jīng)濟(jì)文化類型的區(qū)分更加能體現(xiàn)中國(guó)區(qū)域民族分布的特點(diǎn)，在方法論的意義上，強(qiáng)化了它在民族地區(qū)現(xiàn)代化進(jìn)程中的價(jià)值和意義。
三、經(jīng)濟(jì)文化類型理論對(duì)語文課程資源開發(fā)的啟示
經(jīng)濟(jì)文化類型理論不但在民族學(xué)的發(fā)展和民族學(xué)研究中有積極的意義，因?yàn)槠鋵?duì)民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)文化獨(dú)特的研究視角和研究方法，對(duì)語文課程資源的開發(fā)利用也有重要的啟示。
（一）語文課程資源開發(fā)立足于本地的物質(zhì)文化基礎(chǔ)
“經(jīng)濟(jì)文化類型理論充分地肯定了自然地理環(huán)境和社會(huì)生產(chǎn)力水平對(duì)于物質(zhì)文化發(fā)展所帶來的影響，從而為民族學(xué)對(duì)人類社會(huì)物質(zhì)文化的起源和特征的研究提供了一條科學(xué)的認(rèn)識(shí)途徑?！盵4]對(duì)語文課程資源的開發(fā)也要從認(rèn)識(shí)本地的自然地理環(huán)境和社會(huì)生產(chǎn)力開始，進(jìn)而認(rèn)識(shí)其物質(zhì)文化的特點(diǎn)，這一認(rèn)識(shí)途徑對(duì)民族地區(qū)的語文課程資源開發(fā)來說尤其有價(jià)值，因?yàn)樗亲匀坏酿佡?zèng)和歷史的遺存，不須投資。廣西民族地區(qū)大部分都屬于“農(nóng)耕經(jīng)濟(jì)文化類型組”中的“丘陵稻作型”，“水稻種植與干欄式建筑的結(jié)合是丘陵稻作型的基本文化叢結(jié)?！盵4]這是與民族地區(qū)學(xué)生的生活有密切聯(lián)系的物質(zhì)文化，如水稻的起源和分類，水稻種植的知識(shí)，干欄式建筑的特點(diǎn)和地理環(huán)境的關(guān)系，也是最基本的語文課程資源，可以幫助學(xué)生理解自己和自然的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)自己民族物質(zhì)文化的認(rèn)同。不僅如此，本地物質(zhì)文化資源進(jìn)入語文課程還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍語文課堂氣氛，激活學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更有成效。
（二）語文課程資源的開發(fā)面向不同的學(xué)科領(lǐng)域
對(duì)世界民族的分類有各種角度和方法，但各種方法都有其長(zhǎng)處和短處，如語言譜系法，能準(zhǔn)確標(biāo)出各民族在歷史上的親緣關(guān)系及接近程度，但卻不能標(biāo)出各族群的地理環(huán)境，經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展方向和生計(jì)方式的特征，這正是經(jīng)濟(jì)文化類型理論的長(zhǎng)處。[4]就是說，經(jīng)濟(jì)文化類型理論綜合運(yùn)用了不同學(xué)科的研究方法和研究成果，建構(gòu)自己的理論體系，解決了本學(xué)科的理論問題。語文課程的綜合性、社會(huì)性、實(shí)踐性的特點(diǎn)，決定了語文課程資源的無限廣闊性，語文課程資源的開發(fā)如果局限于本學(xué)科領(lǐng)域，課堂教學(xué)中一味強(qiáng)調(diào)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(xué)輔助材料”的范圍里面，那么語文教學(xué)就很難逃脫沒有“文化”、脫離現(xiàn)實(shí)生活的宿命。不同學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)及其獲取知識(shí)的方法對(duì)語文課程資源的開發(fā)利用是有意義的，這是因?yàn)檎Z文學(xué)科知識(shí)的綜合性特征決定了它必須不斷從各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中源源不斷地獲得新的知識(shí)和新的方法，再以“語文”為核心，對(duì)這些知識(shí)和方法進(jìn)行整合，成為語文課程資源。
（三）語文課程資源的開發(fā)要重視背景知識(shí)的運(yùn)用
經(jīng)濟(jì)文化類型理論重視對(duì)各種經(jīng)濟(jì)文化類型的縱向的歷史考察和橫向的地域差異比較，其經(jīng)濟(jì)文化類型組的排列就體現(xiàn)了不同地域的民族發(fā)展的歷史進(jìn)程及其經(jīng)濟(jì)文化特征。在基礎(chǔ)教育課程改革中執(zhí)行國(guó)家、地方、學(xué)校三級(jí)課程體系，也是考慮到不同地域經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展的不平衡性，而經(jīng)濟(jì)文化類型的形成是一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的歷史過程，因此要真正了解其類型特征并在此基礎(chǔ)上建設(shè)和發(fā)展，就必須了解其形成的歷史背景。民族地區(qū)學(xué)校教育的知識(shí)體系的構(gòu)建，尤其是地方鄉(xiāng)土知識(shí)體系的構(gòu)建，民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)文化類型的背景知識(shí)是其中必不可少的內(nèi)容，否則三級(jí)課程體系的建構(gòu)就失去了實(shí)質(zhì)意義。語文課程是所有學(xué)科的基礎(chǔ)，語言文字的正確應(yīng)用不但是語言文字本身的事情，還有語言文字涉及的社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展的背景，也只有關(guān)注了語言文字所蘊(yùn)含的社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化內(nèi)涵，語文課程作為各門學(xué)科的基礎(chǔ)才名副其實(shí)，才能在三級(jí)課程體系中發(fā)揮它的基礎(chǔ)作用。“純語文知識(shí)”的教學(xué)，其實(shí)只重視語言形式方面，而拋棄了文字的豐富內(nèi)涵，是缺乏“文化”的語文課程，無法完全承擔(dān)語文學(xué)科作為基礎(chǔ)學(xué)科的任務(wù)。
（四）語文課程資源開發(fā)要重視經(jīng)驗(yàn)的積累和理論的建構(gòu)
“了解作為人類進(jìn)化的遺傳和變異背景的經(jīng)濟(jì)文化類型，必然能使體質(zhì)人類學(xué)的認(rèn)識(shí)途徑得到豐富?！盵4]了解民族地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化類型，也可以開闊語文課程資源開發(fā)的眼界。因此民族地區(qū)的學(xué)校教育也應(yīng)該重視作為課程資源基礎(chǔ)的民族地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化類型的認(rèn)識(shí)和研究，重視在經(jīng)濟(jì)文化類型的基礎(chǔ)上開發(fā)的語文課程資源的原始材料的積累。這些資料應(yīng)該把已有的體質(zhì)人類學(xué)、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(nèi)，也應(yīng)包含物質(zhì)文化，如民居、生產(chǎn)工具等要素，要透過語言文字和物質(zhì)形態(tài)去理解和傳承語言文字和物質(zhì)形態(tài)所承載的民族文化傳統(tǒng)。語文教學(xué)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(nèi)容，形成適應(yīng)社會(huì)的基本能力。另外，為了使經(jīng)驗(yàn)的積累具有明確的目的和意義，需要借助其他學(xué)科先進(jìn)理論的指導(dǎo)，但即使是有親緣關(guān)系的交叉學(xué)科，也有自己的研究對(duì)象和范圍，其構(gòu)建的理論體系首先必須能解釋本學(xué)科的事實(shí)和現(xiàn)象，而不是解釋相關(guān)學(xué)科的事實(shí)和現(xiàn)象。希望借助相關(guān)學(xué)科的理論解釋本學(xué)科的事實(shí)和現(xiàn)象，擺脫不了模仿和借用的慣習(xí)，最終會(huì)使自己處于缺乏適切的解釋框架的狀態(tài)，無法建構(gòu)一個(gè)能充分闡述學(xué)科特點(diǎn)的理論體系。語文課程資源開發(fā)目前就處于這種尷尬的狀態(tài)。要有所作為，借鑒其他學(xué)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(fā)的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建構(gòu)語文課程資源開發(fā)的理論體系，只有這樣，民族地區(qū)語文課程資源的開發(fā)才會(huì)走上有序發(fā)展的道路。
（五）語文課程資源開發(fā)要體現(xiàn)語文學(xué)科的特點(diǎn)
經(jīng)濟(jì)文化類型理論“不僅本身就注意環(huán)境、地域和經(jīng)濟(jì)、文化的綜合因素，而且還有一個(gè)歷史民族區(qū)或歷史文化區(qū)的概念與之相輔相成。”[4]因?yàn)榻?jīng)濟(jì)文化類型理論的這種獨(dú)特視角和研究路線，使其區(qū)別于民族學(xué)的其他理論，對(duì)中國(guó)民族經(jīng)濟(jì)文化具有更強(qiáng)的解釋力，也有更廣泛的適用范圍，為其他學(xué)科領(lǐng)域的借鑒和應(yīng)用提供了可能性。把它運(yùn)用于民族地區(qū)的語文課程資源開發(fā)領(lǐng)域，就要注意民族地區(qū)語文學(xué)科教育的特點(diǎn)與經(jīng)濟(jì)文化類型的契合度。語文課程標(biāo)準(zhǔn)所闡述的語文學(xué)科的特點(diǎn)，即人文性、實(shí)踐性、具有漢語言文字的特點(diǎn)，適用于國(guó)家課程體系，而民族地區(qū)語文學(xué)科教育除了具有上述特點(diǎn)之外，還有適用于地方、學(xué)校課程體系的特點(diǎn)，其中之一就是母語思維和漢語思維的轉(zhuǎn)換、兼容問題，這個(gè)問題的背后其實(shí)就是歷史以來民族地區(qū)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和文化傳統(tǒng)的變遷問題，這是語文課程資源開發(fā)與經(jīng)濟(jì)文化類型之間的結(jié)合點(diǎn)。
（六）語文課程資源開發(fā)要服務(wù)于本地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展
經(jīng)濟(jì)文化類型理論的發(fā)展指向民族地區(qū)“因地制宜地開發(fā)和利用、保護(hù)生態(tài)環(huán)境與資源”“通過自己的努力來實(shí)現(xiàn)本民族本地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)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(yīng)有的文化特點(diǎn)”。[4]應(yīng)該說，這不僅是民族學(xué)及其經(jīng)濟(jì)文化類型理論努力的方向，也是民族地區(qū)學(xué)校教育努力的方向，當(dāng)然也是語文課程資源開發(fā)的目標(biāo)。在語文課程資源的選擇和鑒別過程中，經(jīng)濟(jì)文化類型理論提供了有實(shí)用價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)包含三個(gè)內(nèi)容：第一，作為語文課程資源它是否具有本地區(qū)生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn)；第二，作為語文課程資源它能否促進(jìn)本地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展；第三，作為語文課程資源它能否反映本地區(qū)經(jīng)濟(jì)文化變遷的特點(diǎn)。按照這一標(biāo)準(zhǔn)，并非所有的民族地區(qū)的鄉(xiāng)土知識(shí)都適合作為語文課程資源，在這個(gè)意義上說，語文課程資源的開發(fā)其實(shí)就是一個(gè)價(jià)值選擇、文化選擇的過程，而語文課程資源開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)的確定就是一個(gè)關(guān)乎教育哲學(xué)的問題，是民族學(xué)和教育學(xué)共同關(guān)注的基本問題，而服務(wù)于本地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展則是各學(xué)科當(dāng)前都必須面對(duì)的基本問題。
綜上所述，從經(jīng)濟(jì)文化類型理論在民族學(xué)研究和發(fā)展中所發(fā)揮的作用出發(fā)，對(duì)作為同樣關(guān)注民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)文化的建設(shè)和發(fā)展的語文課程資源開發(fā)而言，它所受到的啟發(fā)是多方面的。把服務(wù)于本地的經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展作為立足點(diǎn)，關(guān)注本地特有的文化背景知識(shí)，從語文學(xué)科的需要出發(fā)，有效整合多學(xué)科的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行語文課程資源開發(fā)，就有可能有效解決當(dāng)前語文課程實(shí)施中的經(jīng)驗(yàn)性和機(jī)械化傾向，走上促進(jìn)民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展的道路。
參考文獻(xiàn)：
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[3]林耀華民族學(xué)研究[M].北京：中國(guó)社會(huì)科學(xué)出版社，1985：104-142
關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂 激光原理與技術(shù)課程 教學(xué)模式 教學(xué)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：G642.0
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
DOI： 1（）.3969/j.issn.1672-8181.2015.03.005
1 我?！都す庠砼c技術(shù)》專業(yè)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(yīng)用物理專業(yè)都開設(shè)《激光原理與技術(shù)》課程。作為重要專業(yè)基礎(chǔ)或方向課，此課程：第一，具有較強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性、前沿性和探討性；理論抽象，公式眾多，有相當(dāng)學(xué)術(shù)和技術(shù)含量的課程，教學(xué)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)概念缺乏準(zhǔn)確理解或概念和實(shí)際應(yīng)用“兩張皮”的現(xiàn)象。第二，課程教學(xué)內(nèi)容多，課程容量大。第三，由于激光技術(shù)、光電技術(shù)的發(fā)展日新月異，器件層出不窮，與新現(xiàn)象、新理論、新器件、新應(yīng)用有關(guān)的課程教學(xué)內(nèi)容也必須不斷地做出更新調(diào)整，
另外，《激光原理與技術(shù)》課程涵蓋知識(shí)點(diǎn)包括激光原理、激光技術(shù)兩部分，知識(shí)點(diǎn)明確，可以用一個(gè)實(shí)驗(yàn)、一個(gè)概念來組織教學(xué)內(nèi)容。課程具備開展翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施要求。
2 翻轉(zhuǎn)課堂在《激光原理與技術(shù)》課程中的實(shí)施方案
結(jié)合我?！都す庠砼c技術(shù)》課程特點(diǎn)，在現(xiàn)有的翻轉(zhuǎn)課堂模型基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)路線圖f如圖1）。主要由線上學(xué)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)和課后學(xué)習(xí)三部分組成。LMS作為教學(xué)實(shí)施的基礎(chǔ)性管理學(xué)習(xí)平臺(tái)，可提供教學(xué)資源、學(xué)習(xí)過程記錄和互動(dòng)場(chǎng)所。
線上學(xué)習(xí)
課堂學(xué)習(xí)
課后學(xué)習(xí)
2.1 設(shè)計(jì)知識(shí)單元的策略
將課程按“知識(shí)塊”分成8個(gè)教學(xué)單元，即：激光的基本機(jī)理，激光諧振腔理論以及激光振蕩理論，連續(xù)和脈沖激光器的工作特性，選模技術(shù)，放大技術(shù)，穩(wěn)頻技術(shù)和激光短脈沖技術(shù)。每個(gè)教學(xué)單元可以由一次或多次課程完成，以便教師開發(fā)課程視頻。
2.2 設(shè)計(jì)課程微課
第一，根據(jù)本專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容（突出難點(diǎn)、重點(diǎn)），設(shè)計(jì)微課。第二，每個(gè)教學(xué)單元可分成若干個(gè)模塊，以模塊為單位設(shè)計(jì)微課。第三，微課內(nèi)容包括微視頻、課間練習(xí)和每周作業(yè)。通過微視頻中的導(dǎo)讀內(nèi)容、課間練習(xí)和作業(yè)，向?qū)W生提出問題，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者自主思考。
2.3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)
2.3.1 線上學(xué)習(xí)
第一，通過慕課學(xué)習(xí)。讓學(xué)生假期在慕課平臺(tái)查找與激光器件有關(guān)的知識(shí)，提前使學(xué)生進(jìn)入到課程中來，在頭腦中初步形成激光器件的結(jié)構(gòu)框架，對(duì)激光器件的主要應(yīng)用等有簡(jiǎn)單的了解，簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn)通過慕課學(xué)習(xí)。第二，通過微課學(xué)習(xí)。設(shè)置每周微課時(shí)間和作業(yè)提交截止時(shí)間。課間練習(xí)和每周作業(yè)可采用填空或選擇形式，每道題在截止日期之前允許學(xué)生提交3次，否則當(dāng)次作業(yè)記為0分。另外，在學(xué)生看完微課之后，對(duì)微課中的收獲和疑問可以在討論區(qū)發(fā)帖。由教師團(tuán)隊(duì)或?qū)W生討論互動(dòng)給出解答，完成課題組布置的線上學(xué)習(xí)任務(wù)。
2.3.2 課堂學(xué)習(xí)
第一，分析每個(gè)教學(xué)單元的目標(biāo)、知識(shí)類型、學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況和存在的問題，確定教學(xué)策略，如“講授”、“自學(xué)”、“討論”、“實(shí)驗(yàn)”、“探究”等。第二，學(xué)生的獨(dú)立探索和協(xié)作學(xué)習(xí)。具體分為五個(gè)環(huán)節(jié)：①明確問題：根據(jù)課程內(nèi)容和學(xué)生觀看微課時(shí)提出的疑問，總結(jié)出-些有探究?jī)r(jià)值的問題；②獨(dú)立探究：從開始時(shí)選擇性指導(dǎo)逐漸轉(zhuǎn)至為學(xué)生的獨(dú)立探究學(xué)習(xí)方面，讓學(xué)生在獨(dú)立學(xué)習(xí)中構(gòu)建自己的知識(shí)體系，注重和培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立學(xué)習(xí)能力；③協(xié)同學(xué)習(xí)：通過“探究式案例”、“探究式實(shí)驗(yàn)”鼓勵(lì)學(xué)生以小組協(xié)作形式，采用對(duì)話、商討、爭(zhēng)論等形式進(jìn)行討論并實(shí)施；④交流展示：成果交流采用如：舉行展覽會(huì)、報(bào)告會(huì)、辯論會(huì)、小型比賽等；⑤考核評(píng)定：建立線上學(xué)習(xí)、課堂和課后學(xué)習(xí)各環(huán)節(jié)的考核評(píng)價(jià)?？己顺煽?jī)構(gòu)成為“課間練習(xí)20分+每周作業(yè)15分+課后研究報(bào)告和小論文5分+討論區(qū)及課堂活躍度10分+期末考試50分”。
2.3.3 課后學(xué)習(xí)
由課后的復(fù)習(xí)，學(xué)生定期的答疑，學(xué)生完成的項(xiàng)目任務(wù)和課程論文構(gòu)成。
3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)施案例――以光學(xué)諧振腔（FP腔）為例
3.1 線上學(xué)習(xí)
首先利用微課介紹實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，給出FP腔的輸出裝置，給出了連續(xù)波入射時(shí)單模光纖FP腔輸出光譜。提出問題：如何解釋上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？接下來在微課上介紹描述上述激光現(xiàn)象的基本概念與相關(guān)規(guī)律。根據(jù)多光束干涉原理，可得垂直入射時(shí)，光學(xué)FP腔的輸出與輸入光強(qiáng)之比為：
將光纖長(zhǎng)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(jì)算與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致。通過微課學(xué)習(xí)，學(xué)生完成知識(shí)的內(nèi)化。課間提問，采用填空題：C02激光器波長(zhǎng)為10.6um，當(dāng)腔長(zhǎng)L=lm時(shí)，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(xué)生在規(guī)定時(shí)間完成課間作業(yè)的提交。
3.2 課堂學(xué)習(xí)
首先，提出問題：腔端面反射率對(duì)輸出特性的有什么影響？讓學(xué)生在獨(dú)立學(xué)習(xí)中構(gòu)建自己的知識(shí)體系。然后，進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)，以4人為以小組，利用計(jì)算機(jī)對(duì)（1）式所描述的規(guī)律進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，將結(jié)果可視化，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。從圖上還可發(fā)現(xiàn)原本靜止的圖“動(dòng)”了起來。給學(xué)生很大的想象空間，這一環(huán)節(jié)是理論分析的重要補(bǔ)充，再次完成知識(shí)內(nèi)化。將科學(xué)計(jì)算引入課堂，提升學(xué)生解決問題的能力與效率，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性、探索性學(xué)習(xí)。通過可視化，學(xué)生對(duì)復(fù)雜的激光現(xiàn)象具有了感性認(rèn)識(shí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)晦澀理論的理解。最后，介紹新實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的探索。前面我們?cè)敿?xì)學(xué)習(xí)了連續(xù)波入射情形下，光學(xué)FP腔的輸出特性，自然會(huì)想到脈沖激光入射情形，那么脈沖激光入射到光學(xué)FP腔，其輸出具有什么特點(diǎn)呢？通過教師的引導(dǎo)和學(xué)生的協(xié)作學(xué)習(xí)和探索，得到當(dāng)脈沖激光入射到單模光纖FP腔時(shí)，其輸出波形具有衰蕩特征，從而完成創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
3.3 課后學(xué)習(xí)
以小論文形式，讓學(xué)生完成一份研究報(bào)告，題目為光學(xué)FP腔的激光器件中的應(yīng)用。鼓勵(lì)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源，查閱光學(xué)FP腔在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。例如FP在輸出模式選擇，光束質(zhì)量改善等方面的應(yīng)用，讓學(xué)生自行選題，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在學(xué)院的激光實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，完成小論文撰寫和提交。
4 結(jié)束語
翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式起源于美國(guó)，在我國(guó)真正去推行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式還有很多問題有待解決，還需要更多的實(shí)際教學(xué)工作要做。
參考文獻(xiàn)：
【1】張金磊，王穎，張寶輝.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究【J】.遠(yuǎn)程教育雜志，2012，（4）：46-51.
關(guān)鍵詞 激光原理 教學(xué)改革 課程建設(shè)
中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2012）24-0004-02
激光是二十世紀(jì)人類的重大科技發(fā)明之一，被譽(yù)為繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”“最準(zhǔn)的尺”“最亮的光”，它對(duì)人類社會(huì)生活產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響。作為高技術(shù)的研究成果，它不僅廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)研究的各個(gè)前沿領(lǐng)域，而且已經(jīng)在人類生產(chǎn)和生活的許多方面得到了大量的應(yīng)用，與激光相關(guān)的產(chǎn)業(yè)已在全球形成了超過千億美元的年產(chǎn)值。由于各行各業(yè)都應(yīng)用激光進(jìn)行技術(shù)改造和新技術(shù)的開發(fā)研究，除了文科的幾乎所有理工農(nóng)醫(yī)的高等院校都開設(shè)了激光原理和應(yīng)用的課程。
《激光原理》是光信息科學(xué)與技術(shù)和應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生對(duì)激光的基本概念、基本技術(shù)和基本器件有比較全面、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程技術(shù)問題的能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課打下基礎(chǔ)。然而，《激光原理》又是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程物理概念抽象和理論性強(qiáng)，基礎(chǔ)知識(shí)面廣，學(xué)生往往因缺乏感性認(rèn)識(shí)，不易理解，感到難學(xué)，這對(duì)老師的教學(xué)水平和教學(xué)方法提出了考驗(yàn)。筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，從以下幾個(gè)方面對(duì)《激光原理》課程教學(xué)改革進(jìn)行了探索。
一、教學(xué)內(nèi)容的改革
《激光原理》課程主要介紹激光的產(chǎn)生條件、激光器的工作原理和激光器的輸出特性，這部分內(nèi)容理論性強(qiáng)，需要應(yīng)用原子物理、量子力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理、光學(xué)和高等數(shù)學(xué)等課程的結(jié)論和基礎(chǔ)，公式繁多、推導(dǎo)復(fù)雜、理論抽象，具有相當(dāng)?shù)碾y度和深度。在《激光原理》的教學(xué)過程中，我們還增加了部分激光技術(shù)的內(nèi)容，比如激光器輸出的選模技術(shù)、激光器的穩(wěn)頻、激光束的光束變換，以及激光的調(diào)制、偏轉(zhuǎn)、調(diào)Q和鎖模技術(shù)等，這部分內(nèi)容是從事光信息科學(xué)與技術(shù)人員必須掌握的基本知識(shí)，通過對(duì)這些知識(shí)的學(xué)習(xí)能夠加深學(xué)生對(duì)激光器原理的理解和掌握。為了進(jìn)一步加深印象，我們對(duì)典型的激光器進(jìn)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(dǎo)體激光器等都做了簡(jiǎn)要的介紹。
在教材方面，我們選擇了上海理工大學(xué)陳家璧教授編寫的《激光原理及應(yīng)用》（電子工業(yè)出版社）作為教材。這本教材的內(nèi)容章節(jié)安排合理，知識(shí)點(diǎn)覆蓋面廣，理論體系較為完整，同時(shí)這本教材是在大學(xué)的普通物理學(xué)的基礎(chǔ)上編寫的，從激光的物理學(xué)基礎(chǔ)出發(fā)，著重闡明物理概念以及激光輸出特性與激光器的參數(shù)之間的關(guān)系，盡量避免過多的理論計(jì)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(nèi)容對(duì)學(xué)生來講不難理解，所講授的內(nèi)容比較容易掌握。我們還增加了一本國(guó)際公認(rèn)的經(jīng)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(xué)手段的改革
在教學(xué)過程中建立師生平等的民主教學(xué)氛圍。改變“教師為主，學(xué)生從屬”的教學(xué)模式，本著師生平等的原則，以參與者的身份在教學(xué)活動(dòng)中創(chuàng)造一種愉快輕松的氛圍，挖掘和調(diào)動(dòng)學(xué)生的潛力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
教學(xué)方式以課堂授課為主，同時(shí)考慮到激光中有很豐富生動(dòng)的現(xiàn)象，注重和提倡采用多種手段進(jìn)行多種形式的教學(xué)，充分體現(xiàn)光學(xué)這門課豐富多彩、形象生動(dòng)的特性，輔助的教學(xué)手段主要是利用計(jì)算機(jī)的多媒體功能。比如為了增強(qiáng)激光原理教學(xué)中關(guān)于激光器的光場(chǎng)分布的直觀性，采用快速傅立葉變換法求解傍軸近似波動(dòng)方程，計(jì)算模擬激光器的光場(chǎng)分布，可以直觀地給出三維穩(wěn)態(tài)分布圖，融合計(jì)算機(jī)的靈活性、新穎性和光學(xué)現(xiàn)象的直觀性及趣味性。通過演示實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)們觀察到各種激光現(xiàn)象，展現(xiàn)了“百聞不如一見”的效果，使學(xué)生進(jìn)一步加深了對(duì)課程內(nèi)容的理解，激發(fā)學(xué)生的求知欲和好奇心，刺激同學(xué)們的思考。
另外，在教學(xué)過程中開展啟發(fā)式和討論式教學(xué)。從人才培養(yǎng)的角度來說，學(xué)生與老師應(yīng)該具有互動(dòng)性。開展啟發(fā)式和討論式教學(xué)，甚至適當(dāng)運(yùn)用跳躍式的教學(xué)方法來組織教學(xué)內(nèi)容。給學(xué)生留出鉆研的空間。這不僅有利于提高教師教學(xué)研究的積極性，更能挖掘?qū)W生的開放性思維和獨(dú)立、大膽地學(xué)習(xí)和思考問題的能力，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生全面的科學(xué)素質(zhì)和教學(xué)相長(zhǎng)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(shí)施方法相輔相成。傳統(tǒng)理工科院校的考核主要以閉卷筆試加平時(shí)成績(jī)的形式進(jìn)行。在實(shí)際的考核過程中，我們逐漸加大平時(shí)成績(jī)的比例，減少閉卷筆試成績(jī)的比例。平時(shí)成績(jī)的考核形式可以多種多樣。比如，在授課過程中，對(duì)課程中某幾個(gè)重要的知識(shí)能力點(diǎn)，設(shè)立幾個(gè)小課題。讓學(xué)生們查找資料，撰寫論文，通過讓他們深入實(shí)踐，促進(jìn)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，強(qiáng)化學(xué)生自己思考的過程，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)意識(shí)、獨(dú)立科研意識(shí)和能力，達(dá)到素質(zhì)型人才培養(yǎng)之目的。
如何提高《激光原理》課程的教學(xué)質(zhì)量，如何優(yōu)化和深化理論教學(xué)是一個(gè)長(zhǎng)期的課題。針對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核方式等方面進(jìn)行改革，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維、從事科學(xué)研究和撰寫學(xué)術(shù)論文的能力，提高他們的綜合素質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力。
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關(guān)鍵詞：三維激光掃描 點(diǎn)云 數(shù)據(jù)處理 三維建模
中圖分類號(hào)：P258 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）01-0085-02
1 概述
三維激光掃描技術(shù)又稱作高清晰測(cè)量（High Definition Surveying，簡(jiǎn)稱HDS），它是利用激光測(cè)距的原理，通過記錄被測(cè)物體表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息、反射率、紋理等信息，將被測(cè)實(shí)體和場(chǎng)景的三維數(shù)據(jù)完整地采集到電腦中，進(jìn)而快速?gòu)?fù)建出被測(cè)目標(biāo)三維模型及線、面、體等圖件數(shù)據(jù)。
項(xiàng)目位于內(nèi)蒙古敖侖花銅鉬礦露天采場(chǎng)，面積約1平方公里，掃描區(qū)域如圖1。作業(yè)要求：全野外三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集、填挖方量計(jì)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(tǒng)的原理
脈沖式三維激光掃描儀工作原理是激光器發(fā)射出單點(diǎn)的激光，通過記錄激光的回波信號(hào)，計(jì)算激光的飛行時(shí)間，來計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)與掃描儀之間的距離。這樣連續(xù)地對(duì)空間以一定的取樣密度進(jìn)行掃描測(cè)量，就能得到被測(cè)物體的密集的三維彩色散點(diǎn)數(shù)據(jù)，稱作點(diǎn)云。三維激光掃描儀通過脈沖測(cè)距法獲得測(cè)距觀測(cè)值S，精密時(shí)鐘編碼器同步測(cè)量每個(gè)激光脈沖橫向掃描角度觀測(cè)值α和縱向掃描角度觀測(cè)值θ。三維激光掃描一般使用儀器內(nèi)部坐標(biāo)系統(tǒng)，X軸在橫向掃描面內(nèi)，Y軸在橫向掃描面內(nèi)與X軸垂直，Z軸與橫向掃描面垂直，由此可得點(diǎn)云坐標(biāo)（XS，YS，ZS）的計(jì)算公式，如圖2、3所示。
3 儀器介紹
本項(xiàng)目點(diǎn)云采集三維激光掃描儀，圖4。
此儀器是當(dāng)今最先進(jìn)的三維激光掃描系統(tǒng)之一，它是一種高速脈沖式掃描儀，特點(diǎn)如下：
（1）完全的視場(chǎng)角：掃描視場(chǎng)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(qū)域的數(shù)據(jù)；（2）測(cè)量級(jí)精度的雙軸補(bǔ)償器：可架設(shè)在已知點(diǎn)上進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量、可輸入點(diǎn)坐標(biāo)來放樣、精度1”，補(bǔ)償范圍+/-5’；（3）基于標(biāo)準(zhǔn)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(dá)50000點(diǎn)/秒；發(fā)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(cè)量級(jí)精度如表1。
4 Scanstation2外業(yè)三維數(shù)據(jù)掃描
三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，關(guān)鍵步驟如下：
4.1 外業(yè)踏勘
首先，要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘、制作掃描規(guī)劃草圖，規(guī)劃的內(nèi)容包括：外業(yè)操作人員、掃描區(qū)域和時(shí)間、站點(diǎn)設(shè)置、標(biāo)靶位置等。其次，科學(xué)設(shè)站，在保證儀器發(fā)揮最大功效的同時(shí)，應(yīng)避免重復(fù)掃描，另外，后期如進(jìn)行標(biāo)靶拼接，一定要設(shè)計(jì)好下一站標(biāo)靶的位置以確保兩站標(biāo)靶通視，如進(jìn)行點(diǎn)云拼接，設(shè)站要盡量采集到較多的特征點(diǎn)。最后，標(biāo)靶設(shè)置要規(guī)范，標(biāo)靶擺設(shè)要穩(wěn)固，盡量不要共線，同時(shí)標(biāo)靶的位置最好設(shè)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(yè)掃描
外業(yè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)掃描，主要步驟如下：（1）連接掃描儀和電腦，設(shè)置IP地址；（2）添加數(shù)據(jù)庫，確定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置；（3）添加掃描儀，設(shè)置掃描儀參數(shù)，主要包括：照片曝光率、掃描范圍、點(diǎn)云間隔密度等；（4）選擇掃描數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的位置并連接掃描儀；（5）三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)及標(biāo)靶掃描。
5 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理
在Cyclone系統(tǒng)軟件內(nèi)進(jìn)行，步驟如下：
5.1 剔除噪音點(diǎn)
在掃描過程中，由于受掃描系統(tǒng)本身的系統(tǒng)誤差，如數(shù)據(jù)采集時(shí)激光雷達(dá)旋轉(zhuǎn)引起的抖動(dòng)、在掃描過程中雜散光和被測(cè)物體表面粗糙程度、波紋、表面材質(zhì)等因素及外界環(huán)境影響，會(huì)產(chǎn)生不屬于掃描實(shí)體本身的冗余數(shù)據(jù)，稱為噪音點(diǎn)，如圖5，6，為了保證數(shù)據(jù)計(jì)算及模型的精度，在數(shù)據(jù)拼接之前需進(jìn)行噪音點(diǎn)剔除。
5.2 點(diǎn)云拼接
每站掃描的數(shù)據(jù)都是獨(dú)立的自由坐標(biāo)系統(tǒng)，坐標(biāo)系原點(diǎn)為掃描儀鏡頭，其X方向?yàn)閽呙鑳x開機(jī)時(shí)的鏡頭朝向。因此為了統(tǒng)一坐標(biāo)系，需將各站數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接處理。拼接的思路是先將每天各測(cè)站的數(shù)據(jù)拼接成一個(gè)整體，然后將各天的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。
（1）點(diǎn)云拼接原理：外業(yè)掃描時(shí)用全站儀測(cè)得標(biāo)靶的真實(shí)三維坐標(biāo)，各測(cè)站掃描時(shí)均兩兩包含三個(gè)以上不共線同名標(biāo)靶，利用各測(cè)站間的同名點(diǎn)將各測(cè)站數(shù)據(jù)拼接在一起。
（2）點(diǎn)云拼接方法：共有四種方法：在已知點(diǎn)上設(shè)測(cè)站掃描（即坐標(biāo)拼接）、使用標(biāo)靶將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標(biāo)系中（即標(biāo)靶拼接）、用點(diǎn)云匹配的方法將點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標(biāo)系中（即特征點(diǎn)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(biāo)轉(zhuǎn)換。與傳統(tǒng)的測(cè)量方法一樣，首先進(jìn)行控制測(cè)量，獲得控制點(diǎn)坐標(biāo)，掃描時(shí)在已知點(diǎn)上設(shè)站，掃描相當(dāng)于碎部測(cè)量。第二和第三種方法屬于間接法的地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。首先用至少三個(gè)公共點(diǎn)來將相鄰測(cè)站的點(diǎn)云進(jìn)行拼接，公共點(diǎn)可以是專用標(biāo)靶或特征點(diǎn)（如窗戶的邊角、房角等）。
5.3 點(diǎn)云建模
建模的過程是在Cyclone軟件下利用海量點(diǎn)云進(jìn)行精確計(jì)算、擬合幾何物體的形狀，精確表現(xiàn)掃描物體。礦區(qū)掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖7。
點(diǎn)云經(jīng)過剔除噪音點(diǎn)、拼接、構(gòu)建TIN三角網(wǎng)，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(dòng)生成等高線如圖9，將點(diǎn)云與等高線導(dǎo)出，在CAD中制作1：2000地形圖。
（2）填挖方量計(jì)算：項(xiàng)目采用了兩種計(jì)算方法，一是利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建三角網(wǎng)，用方格網(wǎng)法計(jì)算；二是在Mesh模型中選定參考面，設(shè)置取樣間隔，計(jì)算土方量，如圖10所示。
在Cyclone系統(tǒng)里，應(yīng)用Mesh三維模型計(jì)算時(shí)，取樣間隔的數(shù)值可以設(shè)置成0.01至1米之間，均可保證土方量計(jì)算又快又準(zhǔn)，但如采用傳統(tǒng)的方格網(wǎng)法計(jì)算，取樣間隔即使設(shè)置到1米，也是相當(dāng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的。
6 結(jié)語
本項(xiàng)目采用世界先進(jìn)的三維激光掃描系統(tǒng)采集三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在Cyclone系統(tǒng)里進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、模型制作，采用兩種方法計(jì)算土方量，通過與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，得出以下結(jié)論：
（1）數(shù)據(jù)采集速度快，ScanStation2的掃描速度是50000點(diǎn)/秒，短時(shí)間就可完成大區(qū)域面積內(nèi)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集，既節(jié)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(cè)物體，且是根據(jù)物體的反射率和材質(zhì)來采集數(shù)據(jù)信息，可進(jìn)行全天候掃描；（3）點(diǎn)云數(shù)據(jù)完整精確，在軟件下可進(jìn)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(diǎn)云數(shù)據(jù)信息量豐富，既包含被測(cè)物體X，Y，Z坐標(biāo)信息，還包括RGB顏色及反射率信息，后期對(duì)矢量數(shù)據(jù)可進(jìn)行深挖掘及研究應(yīng)用，一舉多得；（5）應(yīng)用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)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(shí)還大大提高了生產(chǎn)效率，這是目前現(xiàn)有的方法中所不能比擬的。
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【關(guān)鍵詞】激光三角法 可控型水龍頭 光電轉(zhuǎn)換
微電子技術(shù)和傳感器已經(jīng)成為二十一世紀(jì)信息社會(huì)的重要標(biāo)志。隨著激光傳感器的廣泛應(yīng)用及新型光電掃描與光電探測(cè)技術(shù)的不斷提高，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭、軍事、醫(yī)學(xué)等應(yīng)用領(lǐng)域的傳統(tǒng)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(hào)處理技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用在了水資源節(jié)約領(lǐng)域。市場(chǎng)上的傳統(tǒng)插卡式熱水龍頭在使用時(shí)難以估定水瓶?jī)?nèi)的水位，存在著極大的安全隱患和水資源浪費(fèi)問題。該項(xiàng)日利用激光位移傳感技術(shù)檢測(cè)并定位水的高度，經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理器將信號(hào)反饋到電子電路，自動(dòng)切斷電源。和傳統(tǒng)插卡式熱水龍頭相比，基于激光位移傳感器的可控節(jié)約型水龍頭具有測(cè)量精度高、可靠性好、非接觸、自動(dòng)化、安全等突出優(yōu)點(diǎn)，有極重要的現(xiàn)實(shí)和環(huán)保意義。在前期的推廣中，這項(xiàng)技術(shù)先應(yīng)用于學(xué)校水房保溫瓶水位的測(cè)試。隨著后期技術(shù)的成熟和市場(chǎng)的開發(fā)，可推廣向工廠水箱水位測(cè)定等更廣的領(lǐng)域，發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)和應(yīng)用價(jià)值。
一、激光位移傳感器的研究現(xiàn)狀
現(xiàn)今光電技術(shù)的發(fā)展、微機(jī)的控制、數(shù)據(jù)的處理及PSD、CCD、四象限位移探測(cè)器的改善，使傳統(tǒng)的三角測(cè)量法有了廣泛的應(yīng)用。具體包括質(zhì)量的檢測(cè)、設(shè)備的維護(hù)、機(jī)械和生產(chǎn)自動(dòng)化、流程和設(shè)備的監(jiān)控等各個(gè)領(lǐng)域。
目前在國(guó)內(nèi)，激光位移傳感的主要應(yīng)用包括：對(duì)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(cè)量和校準(zhǔn)領(lǐng)域。不過，我國(guó)對(duì)激光位移傳感器的研究仍處于實(shí)驗(yàn)階段。國(guó)外很多專家對(duì)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(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)周圍的雜光對(duì)測(cè)量的精度有影響，并給出了相應(yīng)的消除方法。目前，國(guó)內(nèi)外有很多這樣的產(chǎn)品，廣泛地應(yīng)用在軍事技術(shù)、航空航天、檢測(cè)技術(shù)等諸多領(lǐng)域。美國(guó)研制出紅外測(cè)溫傳感器，使其在惡劣的環(huán)境下仍能測(cè)量出飛行器各部分的溫度；城市的交通管理也運(yùn)用紅外光電傳感器進(jìn)行路段事故檢測(cè)和故障排除的指揮?？傮w來說，國(guó)外傳感器的測(cè)量范圍大，線性度好，分辨率高，穩(wěn)定性好。國(guó)內(nèi)對(duì)激光位移傳感器的研究雖不及一些歐美國(guó)家，但是卻在研究的種類上屢創(chuàng)新奇。
二、激光三角測(cè)量技術(shù)的原理
激光三角測(cè)量法是指從光源發(fā)射一束光線到被測(cè)物體表面，在另一方向通過成像觀察反射光點(diǎn)的位置，成像位移和實(shí)際位移存在一定的換算關(guān)系，通過這個(gè)關(guān)系式可以計(jì)算出被測(cè)物體表面的實(shí)際位移。由于入射光和反射光構(gòu)成一個(gè)三角形光路，因此被稱為三角測(cè)量法。按照入射光線與被測(cè)物表面法線的關(guān)系，可分為直射式和斜射式。本項(xiàng)研究采用的是直射式激光三角測(cè)量法。
如圖l所示，激光發(fā)射器發(fā)射出一束光線到熱水瓶水面形成光斑，光線在表面發(fā)生反射后，從另一個(gè)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(fā)生變化，光斑成像也隨之發(fā)生位移。設(shè)光斑在CCD成像面上相對(duì)位移為X’，被測(cè)表面（即水面高度）的實(shí)際位移為X，則兩者關(guān)系如下式：
在傳感器的選擇上，本項(xiàng)研究選用的是CCD激光位移傳感器。目前應(yīng)用于激光三角法測(cè)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(yīng)來實(shí)現(xiàn)光能、位置的轉(zhuǎn)換，CCD是一種新型光電轉(zhuǎn)化元件，主要由光敏單元、信號(hào)輸入單元和信號(hào)輸出單元組成。CCD以電荷作為信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電荷的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和檢測(cè)。與PSD相比，CCD具有輕便、體積小、耗能小、精度高、穩(wěn)定性好、時(shí)效性高等特點(diǎn)?；谏鲜隹紤]，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(tǒng)結(jié)構(gòu)
本項(xiàng)目研究的激光位移傳感器硬件系統(tǒng)包括：激光電源、半導(dǎo)體激光器、線陣CCD驅(qū)動(dòng)電路、輸出信號(hào)的處理系統(tǒng)、單片機(jī)測(cè)量系統(tǒng)和水龍頭閥門控制系統(tǒng)。如圖2所示為激光位移傳感器的可控型水龍頭系統(tǒng)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(dǎo)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(xué)測(cè)頭上。半導(dǎo)體激光器具有超小型、高效率、電壓低、電能轉(zhuǎn)換率高、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)。激光光束在傳播中存在散射，當(dāng)測(cè)量目標(biāo)越遠(yuǎn)，光能量分布不均勻，從而導(dǎo)致誤差出現(xiàn)，半導(dǎo)體激光位移傳感器可以進(jìn)行體積小的短距離測(cè)量。
3.2 線陣CCD驅(qū)動(dòng)電路
目前，應(yīng)用于激光三角測(cè)距系統(tǒng)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(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用精度高、穩(wěn)定性好的光電耦合器件CCD作為光電探測(cè)器，根據(jù)被測(cè)物體的移動(dòng)距離，間接進(jìn)行測(cè)量。
3.3 輸出信號(hào)的處理系統(tǒng)
圖像采集后，CCD輸出的信號(hào)疊加了較大的干擾噪聲，所以要先經(jīng)過預(yù)處理電路后在進(jìn)行二值化處理。預(yù)處理即是將CCD輸出進(jìn)行前置放大后進(jìn)行濾波處理，放大電路將微弱的信號(hào)放大同時(shí)干擾的噪聲信號(hào)也得到了放大。
所以經(jīng)過低通濾波器將放大電路處理后信號(hào)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(hào)送入電壓比較器進(jìn)行二值化處理得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)。最后將數(shù)字信號(hào)送到單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)就能得到像點(diǎn)位置信息。系統(tǒng)將計(jì)算后的結(jié)果顯示在顯示器界面上。
3.4 水龍頭閥門控制系統(tǒng)
在理想條件下，熱水瓶的高度為H，由上述系統(tǒng)測(cè)出水面高度為X，當(dāng)x的值接近L時(shí)，系統(tǒng)通過反饋電路來控制水龍頭的閥門。
四、結(jié)束語
激光三角法采用非接觸測(cè)量，以其實(shí)時(shí)性強(qiáng)、精度高、對(duì)被測(cè)物體表面沒有特殊要求等優(yōu)點(diǎn)得以廣泛應(yīng)用，本論文利用直射式激光三角法，對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和所選器件做出了合理的設(shè)計(jì)和選擇。論文的主要工作包括以下幾個(gè)方面：
（1）通過對(duì)激光測(cè)距系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀研究，并結(jié)合本系統(tǒng)情況，確定了本系統(tǒng)的測(cè)量原理。
（2）數(shù)據(jù)采集：令熱水瓶的高度是定值H，從光源發(fā)射一束激光到被測(cè)物體（上升水面）表面，在另一方向通過成像觀察反射光點(diǎn)的位置。通過線陣CCD對(duì)光電信號(hào)進(jìn)行采集，從而計(jì)算出水面到瓶口的距離X。
（3）信號(hào)處理將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波放大電路處理，然后將輸出的結(jié)果由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，最后將信號(hào)送人單片機(jī)系統(tǒng)。
（4）數(shù)據(jù)結(jié)果輸出：通過單片機(jī)的計(jì)算被測(cè)物體的位移量，當(dāng)X-H趨近于零時(shí)，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(guān)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(zhǔn)備她的碩士畢業(yè)論文。查閱了上千篇資料后，有關(guān)衛(wèi)星激光通信的數(shù)據(jù)讓她眼前一亮――衛(wèi)星與衛(wèi)星間、衛(wèi)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(gè)無線光網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)進(jìn)行高速信息傳輸，這將是一件多么了不起的事情??！
這個(gè)想法令譚立英興奮不已，可當(dāng)她著手去做這件事情時(shí)，難度大于想象。彼時(shí)，她是哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理系的教師，一個(gè)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(yuǎn)在日內(nèi)瓦深造。在當(dāng)時(shí)那個(gè)年代，衛(wèi)星微波通信還不成熟，更不要說是衛(wèi)星激光通信，幾乎所有的人都認(rèn)為譚立英的想法是天方夜譚，包括譚立英當(dāng)時(shí)的導(dǎo)師。
導(dǎo)師勸她：“方向雖好，但難度太大了，難以畢業(yè)。你要堅(jiān)持做這個(gè)，碩士論文所需的研究費(fèi)用還要你自己解決。”譚立英點(diǎn)點(diǎn)頭，說：“會(huì)想到辦法的?！逼鋵?shí)，她一點(diǎn)辦法都沒有，她只是怕絲毫猶豫都會(huì)讓心中燃燒的激情之火熄滅。她34歲了，不想在這個(gè)能有所成就的年紀(jì)里，提前老氣橫秋。
譚立英沒有想到，為了她的項(xiàng)目，丈夫提前回國(guó)。他把家里所有存款取出來，一共不到2萬元，對(duì)她說：“沒經(jīng)費(fèi)，我們就用家里的錢，我陪著你一起干?！?/p>
久別重逢，夫妻倆的卿卿我我就是通宵地討論那片科學(xué)的空白之地。5歲的女兒聽得厭煩了，嫉妒地對(duì)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(wèi)星，讓你們天天研究研究我?！迸畠旱脑?，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(jié)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(chuàng)業(yè)之初的日子無比艱難。他們的實(shí)驗(yàn)室設(shè)在一間地下室里，潮氣重，所有的紙質(zhì)材料因浸入了潮氣而變得綿軟，難以翻閱。馬晶放了一個(gè)除濕機(jī)，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(jīng)費(fèi)，譚立英不得不算計(jì)著花。為了節(jié)省費(fèi)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(zhǎng)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(xiàn)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(shí)驗(yàn)是親生的，我是馬路上撿來的?！?/p>
盡管如此，困難依然接踵而至。建立理論模型需要實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證，沒有經(jīng)費(fèi)就沒有最基本的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，初步的原理驗(yàn)證無法進(jìn)行。一天，馬晶略帶得意地安慰妻子：“咱們的儀器有了?！彼u起關(guān)子說，這是個(gè)秘密。
兩天后，馬晶神秘地把妻子帶到實(shí)驗(yàn)室。拉開實(shí)驗(yàn)室門的一剎那，譚立英驚呆了――地上擺了一堆破爛。馬晶如數(shù)家珍：“這是教學(xué)實(shí)驗(yàn)室報(bào)廢的儀器，有些修一修興許能用?！弊T立英半信半疑。之后的幾天，夫妻倆在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備。七天之后，實(shí)驗(yàn)設(shè)備開始集體工作，半個(gè)月后，他們完成了測(cè)試驗(yàn)證。譚立英獲得了有效的發(fā)射測(cè)試數(shù)據(jù)，完成了她的畢業(yè)論文。
論文寫下最后一個(gè)句號(hào)時(shí)，譚立英不得不為當(dāng)天的晚餐發(fā)愁――研究已經(jīng)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(duì)女兒說：“媽媽的論文完成了，這是個(gè)非常值得祝賀的日子，按照行規(guī)，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(dāng)晚，女兒睡后，馬晶對(duì)譚立英說：“研究衛(wèi)星激光通信是一個(gè)從無到有的工作，以后還會(huì)有更多的困難，你要做好思想準(zhǔn)備。你只要記住一條，我一直在你身邊，你不是一個(gè)人?！?/p>
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(huì)理解的，你應(yīng)該想到這個(gè)過程本身對(duì)她就是一種富養(yǎng)?！?/p>
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(jìn)了北京阜成路8號(hào)航天部招待所。倔強(qiáng)的她要給這個(gè)研究項(xiàng)目跑出一筆經(jīng)費(fèi)來。
跑經(jīng)費(fèi)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(shí)候譚立英轉(zhuǎn)身出門時(shí)，淚水就滴在了衣襟上。作為一個(gè)知識(shí)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(dāng)眼淚于人前奪眶而出時(shí)，她都借口去衛(wèi)生間，哭夠了，再回來繼續(xù)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(dòng)了航天部的工作人員。幾乎每一個(gè)看了她論文的人都會(huì)驚奇地問：“是誰支持你做衛(wèi)星激光通信研究的？”“我丈夫。我們沒有項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持，是拿自己家里錢做的?！?/p>
陳芳允院士――中國(guó)衛(wèi)星測(cè)量、控制技術(shù)的奠基人之一，“兩彈一星功勛獎(jiǎng)?wù)隆鲍@得者，863計(jì)劃的倡導(dǎo)者之一，讀了譚立英的畢業(yè)論文，了解了他們所做的工作之后，激動(dòng)地說：“你們做得非常好！國(guó)家需要衛(wèi)星激光通信，也一定會(huì)支持你們的研究工作。希望你們能繼續(xù)做下去，不要有任何顧慮?！贝撕螅R晶和譚立英陸續(xù)獲得了來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)和航天五院的科研基金，建立了團(tuán)隊(duì)，研究工作也逐步進(jìn)入正軌。
試驗(yàn)進(jìn)入收尾階段時(shí)，由于估計(jì)不足，科研經(jīng)費(fèi)又一次出現(xiàn)了短缺。大家自帶行李，擠進(jìn)了租來的簡(jiǎn)易房。馬晶、譚立英把家里的電視機(jī)、窗簾、大米、土豆等一股腦地搬進(jìn)了這個(gè)“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(guó)首次星地激光鏈路雙向捕獲跟蹤試驗(yàn)成功的日子。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的大屏幕上，“海洋二號(hào)”衛(wèi)星以時(shí)速2萬余千米的速度疾馳而來，它經(jīng)過試驗(yàn)區(qū)域的時(shí)間只有幾分鐘。衛(wèi)星光信號(hào)與地面光信號(hào)準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)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(fā)出的光信號(hào)。這一刻，譚立英期盼了太久。馬晶說，20年，比他想象的時(shí)間還要短些，他甚至做好了打30年或者50年持久戰(zhàn)的準(zhǔn)備。
這次試驗(yàn)的成功是中國(guó)衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。它標(biāo)志著中國(guó)在空間高速信息傳輸這一航天高技術(shù)尖端領(lǐng)域走在了世界發(fā)展前列。這也是世界上首次星地直接探測(cè)高速激光通信鏈路新技術(shù)試驗(yàn)取得圓滿成功。這為在空中搭建無線光網(wǎng)做好了準(zhǔn)備。
論文關(guān)鍵詞：“透鏡對(duì)光的作用”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)
“透鏡對(duì)光的作用”實(shí)驗(yàn)是人教版八年級(jí)物理上冊(cè)第三章第一節(jié)的一個(gè)重要的演示實(shí)驗(yàn)，它是學(xué)好本章的基礎(chǔ)，所以做好這個(gè)實(shí)驗(yàn)尤為關(guān)鍵。
對(duì)原實(shí)驗(yàn)的分析：
現(xiàn)在課本上主要采用兩種演示方法：一種是用當(dāng)下流行的激光筆來做（圖1），光路比較清晰，效果明顯，但展現(xiàn)給學(xué)生的只是一個(gè)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(jiǎn)單、喜聞樂見，但它不能清晰地將光的傳播路徑展現(xiàn)出來，尤其是當(dāng)太陽光穿過凹透鏡時(shí)，紙面上的光斑非常微弱，不便觀察，實(shí)驗(yàn)效果比較差。
對(duì)原實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)：
實(shí)驗(yàn)器材：大小薄壁燒杯各一個(gè)、禪香、鐵絲支架、火機(jī)、凸透鏡、凹透鏡（凸透鏡和凹透鏡的直徑比小燒杯的直徑略?。?、手電筒
實(shí)驗(yàn)原理：巧設(shè)煙霧，利用煙塵微粒對(duì)光的漫反射來顯示光通過的路徑。
實(shí)驗(yàn)過程：
1.取干凈的薄壁燒杯大小各一個(gè)，倒扣疊放在一起，分別用支架將點(diǎn)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(chǎn)生太慢，還可以再加幾根，等燒杯中充滿煙霧時(shí)，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(diào)節(jié)手電筒的聚光圈，使通過煙霧的光成粗細(xì)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(fā)生改變，而大燒杯中的光路卻向中間發(fā)生了偏折，證明凸透鏡對(duì)光線具有會(huì)聚作用（圖4）。
4.用同樣的方法，可以看到當(dāng)大燒杯的底部換成凹透鏡時(shí)，大燒杯中的光路向兩側(cè)發(fā)生了偏折，證明凹透鏡對(duì)光線具有發(fā)散作用（圖5）。
實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)：
1.燒杯和煙霧的設(shè)置將光的傳播路徑清晰地展現(xiàn)出來，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)變得更加合理、完整。
[關(guān)鍵詞]軸子；量子色動(dòng)力學(xué)；光子靜質(zhì)量效應(yīng)
[中圖分類號(hào)]E933.43 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）05-0009-01
1軸子、光子相關(guān)理論簡(jiǎn)介
本文首先簡(jiǎn)述了關(guān)于軸子和光子的理論，以方便研究軸子和光子的相關(guān)理論，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
1.1量子場(chǎng)論
量子場(chǎng)論是以量子力學(xué)原理等為基礎(chǔ)，一種解釋了微觀物理學(xué)的理論。量子動(dòng)力學(xué)具有悠久的歷史，也比較成熟。他研究的內(nèi)容主要是電磁場(chǎng)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(zhì)、帶電粒子相關(guān)活動(dòng)等。它還對(duì)相關(guān)高精度實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析。
我們所生存的世界中存在著許多量子場(chǎng)系統(tǒng)。粒子的生成或消失取決于量子場(chǎng)的情況。所渭真空就是指量子場(chǎng)中的能量處于一種最低狀態(tài)。與其他激發(fā)態(tài)相比較，這種最低態(tài)指的是不存在任何粒子的狀態(tài)，可是，真空中存在著許多量子場(chǎng)，并時(shí)時(shí)刻刻運(yùn)動(dòng)，即物理學(xué)中所謂的真空零點(diǎn)振動(dòng)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的能量則稱為真空零點(diǎn)能。在這種情況下，若能夠使量子場(chǎng)不再擴(kuò)散到更大的空間中去，而它所在的較小的空間的大小出現(xiàn)改變時(shí)，此量子場(chǎng)產(chǎn)生的零點(diǎn)振動(dòng)能也會(huì)出現(xiàn)較小的改變，即得出了著名的卡西米爾效應(yīng)。
1.2對(duì)稱性和守恒律
對(duì)稱性和守恒律在物理學(xué)中有著非常重要的地位。物質(zhì)的情況及其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)在對(duì)稱變換時(shí)所展現(xiàn)出的固有性質(zhì)就是對(duì)稱n生。如果物體的運(yùn)動(dòng)及其能量最低態(tài)具有對(duì)稱性特點(diǎn)，則其相應(yīng)的物理量均守恒。物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過程中都滿足守恒定律。
1.3規(guī)范場(chǎng)和規(guī)范玻色子質(zhì)量
規(guī)范場(chǎng)是一類物質(zhì)場(chǎng)，它與相關(guān)規(guī)律的固定性聯(lián)系很大，規(guī)范玻色子指的是一種場(chǎng)量子。電磁場(chǎng)也是常見的規(guī)范場(chǎng)。其不變性對(duì)周總耦合形式的形成有很大的影響。規(guī)范場(chǎng)的量子就是規(guī)范玻色子，也使其相互影響。因?yàn)橐?guī)范對(duì)稱性的規(guī)定，規(guī)范場(chǎng)的相關(guān)量中沒有規(guī)范場(chǎng)的質(zhì)量項(xiàng)，它會(huì)影響規(guī)范對(duì)稱性。當(dāng)相應(yīng)的規(guī)范玻色子質(zhì)量為零時(shí)，這說明其對(duì)應(yīng)的作用是長(zhǎng)程力。
2強(qiáng)場(chǎng)激光偏振法探測(cè)軸子實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)述
二十世紀(jì)末，世界著名大學(xué)羅切斯特大學(xué)的一位博士和一些學(xué)術(shù)專家在美國(guó)國(guó)立實(shí)驗(yàn)室做了該實(shí)驗(yàn)。他們通過變更激光射向強(qiáng)磁場(chǎng)偏振方向的方式，來探測(cè)軸子。下面著重研究光子非靜止質(zhì)量的相關(guān)情況。
強(qiáng)場(chǎng)激光偏振法探測(cè)軸子實(shí)驗(yàn)，指的是研究軸子與光子的電磁耦合作用。有相關(guān)效應(yīng)可知，當(dāng)一束線偏振光出現(xiàn)于強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，而與磁場(chǎng)正交的分量則與磁場(chǎng)相互作用生成新的軸子，所以，此分量的幅值就會(huì)降低，進(jìn)而造成其偏振方向會(huì)與原偏振方向有一定的角度。二十世紀(jì)末，有一些博士和專家就在這一理論的基礎(chǔ)上來探測(cè)肘子。
該實(shí)驗(yàn)體系由三部分組成，一是強(qiáng)磁場(chǎng)；二是光學(xué)系統(tǒng)；三是橢圓偏振檢測(cè)系統(tǒng)。強(qiáng)磁場(chǎng)主要是生成新的軸子，磁場(chǎng)是通過超導(dǎo)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(chǎng)方向須有一定的夾角，如此方能滿足實(shí)驗(yàn)的要求。
實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先在某一橫向磁場(chǎng)中引入一束線偏振光，激光先經(jīng)過隔離器到達(dá)起偏器，其光軸方向與磁場(chǎng)方向會(huì)有一定的夾角，而后會(huì)產(chǎn)生一定角度的線偏振光，接著射進(jìn)光學(xué)反射腔，最后又到達(dá)檢測(cè)區(qū)，反射腔位于磁場(chǎng)區(qū)中，一旦磁場(chǎng)中形成新的軸子，則反射腔發(fā)出光線，其偏振狀態(tài)會(huì)有一定的改變。實(shí)驗(yàn)對(duì)變化的激光偏振方向夾角進(jìn)行分析，以達(dá)到探測(cè)軸子的目的。
光首先進(jìn)入反射腔，射出后又進(jìn)入法拉第盒，并得到其一定的調(diào)制，如此有利于避免不必要的非線性項(xiàng)，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(jié)果發(fā)出的光電信號(hào)傳到光電二極管，并在此處被檢測(cè)出。我們要想了解該偏振光的橢圓率，可以把一定規(guī)格的波片放在法拉第盒的前邊，這樣就可以通過測(cè)量偏振方向的變化來得出該橢圓率。
3光子靜止質(zhì)量為零時(shí)的實(shí)驗(yàn)分析
由相關(guān)效應(yīng)知，當(dāng)線偏振光經(jīng)過較強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，與磁場(chǎng)正交的分量在與磁場(chǎng)相互作用的過程中形成軸子。有量子動(dòng)力學(xué)理論可知，光子主要來源于激光束，并在強(qiáng)磁場(chǎng)的影響下，形成了軸子。磁場(chǎng)中的場(chǎng)強(qiáng)張量存在于一定區(qū)域的總電磁場(chǎng)中，它包括兩部分，一是外部產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)；二是由激光束產(chǎn)生的電磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)。
因?yàn)镻rimakoff效應(yīng)中的光為外磁場(chǎng)平行的部分時(shí)才能形成軸子，但和外磁場(chǎng)正交的部分卻未出現(xiàn)任何改變。二十世紀(jì)末期，有一些專家教授根據(jù)相關(guān)理論和原理，并采用相應(yīng)的方法來探測(cè)軸子。當(dāng)激光經(jīng)過一個(gè)非縱向的磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，其偏振方向則會(huì)與磁場(chǎng)形成一定的角度，約為45度。發(fā)出的激光的偏振方向與原方向也會(huì)形成相應(yīng)的角度。
4光子靜止質(zhì)量不為零時(shí)的實(shí)驗(yàn)分析
從一些圖書資料中可以查知，愛因斯坦在狹義相對(duì)論中提出了兩個(gè)基本假設(shè)，即所謂的光速不變和相對(duì)性原理，它對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用。光子靜止質(zhì)量上述假設(shè)中的觀點(diǎn)。物理學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的，因此，只有進(jìn)行科學(xué)的實(shí)驗(yàn)才能得出正確的理論。我們可以從電動(dòng)力學(xué)中得出光子靜止質(zhì)量為零時(shí)的電磁場(chǎng)的密度等參數(shù)。由此密度推導(dǎo)出電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方程。當(dāng)光子靜止質(zhì)量為非零時(shí)，瑪克斯韋爾電磁場(chǎng)必須把其靜止質(zhì)量項(xiàng)考慮在內(nèi)。然后才能對(duì)其進(jìn)行獨(dú)立地光子靜止質(zhì)量研究。實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的角度與磁場(chǎng)區(qū)域長(zhǎng)度呈線h生關(guān)系，為方便探測(cè)，在實(shí)驗(yàn)中安裝了反射鏡，使激光循環(huán)反射，從而增強(qiáng)了相應(yīng)的測(cè)量效應(yīng)。
結(jié)束語
軸子是一種假定的粒子，它是為了說明量子色動(dòng)力學(xué)中的強(qiáng)CP問題，人們很青睞這種冷暗物質(zhì)粒子。軸子一旦被發(fā)現(xiàn)，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(qiáng)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(jiǎn)要介紹了其相關(guān)理論和一些模型，還有現(xiàn)在探測(cè)軸子的一系列實(shí)驗(yàn)。此外，我們經(jīng)過一番理論分析后，得出了軸子和光子的相關(guān)參數(shù)及關(guān)系式，從而推導(dǎo)出并得出軸子質(zhì)量限。
