如何做光学方面的科研

第一篇：如何做光学方面的科研

一个坚持了26年的会议

1931年夏天，美国霍普金斯大学化学系教授尼尔·戈登组织了一次注定影响深远的会议。会议的初衷，是将在特定领域做前沿研究的科学家们集中在一起，让他们能深入地从各方面讨论该领域最新的进步，并激发新的研究方向。

从1931年到1947年，会议主要在马里兰州的切萨皮克湾地区和霍普金斯大学举行。为寻找更清静的地点，会议在20世纪30年代中期移到了吉布森岛。与此同时，会议与美国科学促进会(AAAS)联合，形成AAAS—吉布森岛化学研究会，这种模式一直持续到1949年戈登去世。

后来，为表彰戈登的贡献，会议被命名为戈登研讨会。1956年，戈登研讨会在新罕布什尔州组建成非营利、免税的公司，致力于科学和教育事业。现在，戈登会议已成为全球学术界一个响当当的品牌。

在全球华人物理学界，也有这样一个中国版的戈登会议——“全国激光物理讨论会”；不过，会议不在大洋彼岸，而在中国。重要的是，研讨会吸收了戈登会议的精神传统——有充分的讨论和交流，鼓励批评和评议。

会议的倡议者是美国加州大学伯克利分校物理系教授沈元壤、中国科学院物理研究所研究员杨国桢、复旦大学物理系教授章志鸣，首届会议1980年在青岛举行，之后每两年举行一次。这一坚持，就是26年。

以“充分讨论和交流，鼓励批评和评议”为精神内核的会议显然不是“推杯换盏”和“田园牧歌”式的。10月21日至24日，在湖南省张家界市举行的第13届激光物理讨论会上，《科学时报》记者感受了会议的严肃味道。

章志鸣称这次会是“一次承前启后的会议”，因为会议的组织领导工作交给了中国科学院物理研究所研究员张杰、复旦大学教授徐雷、美国国家标准和技术局及科罗拉多大学教授叶军，以及美国伦塞勒多技术大学教授张希成。

叶军的表态谦虚而温和：“我将尽最大的努力让交流更活跃。”

但与会者却深知这句话的“潜台词”。复旦大学光学系主任钱列加教授说：“每次参会都非常高兴，也很紧张，比参加重点学科和基金的评审更紧张。因为，这是在真正的同行面前接受评估。”

追问：除了课题、文章、设备外还有什么

“你们的研究方向是什么，10年后的眼光在哪里？你的报告像白开水，没有特色。一个学科要发展成世界一流水平的学科，必须有长远眼光。”——叶军

这是某大学物理学院光学学科网站上一段格式化的介绍性文字：

“光学学科具有很强的实力，是'211’工程重点支持的学科，也是国务院首批硕士学位、博士学位授权专业和博士后流动站。该学科经过多年的工作积累，形 成了一支具有较深学术造诣、在国内外有一定影响的师资队伍……已承担了多项国家和地方的重大、重点研究项目……形成了既注重基础理论研究，又注重应用研究 的特点和优势。”

但在本次会议上，这段文字和该院光学教授对13个实验室的介绍并没有让复旦大学教授徐雷“解渴”：“直截了当，我想问，为什么你们不同的实验室却在做相同的实验们的实验室是如何分工的？”

沈元壤的追问也“步步紧逼”：“你的报告让我惊讶得不得了，我想知道，你们的实验室除了有课题和发表文章外，还有没有更大的目标？重点发展方向是什么？”

叶军对对方的回答很不满意，并继续追问：“你没有回答老沈的问题。你的报告像白开水，没有特色。一个学科要发展成世界一流水平，必须有长远眼光。刚才提到 的实验不错，但没有真正解决基本问题。我的建议是，做些调研，根据自己的特长，将几十个方向减少为一两个方向。只有你们解决了世界上还没有解决的问题，你 们才能站到最前沿的地方——我的问题是，你们有没有讨论过长远的计划？有没有长远的眼光？”

作为中国科学院物理研究所光物理实验室主任，张杰同时还是中科院基础局局长，但在汇报了实验室的工作后，同样受到尖锐的追问。

沈元壤问：“物理所凝聚态物理是强项，但你们做材料却没有利用这个优势，光学与物理所实验室的关系也不是很密切，我想知道是什么原因？你们有的工作做得很 漂亮，可有些课题组差不多做了10年，现在还不清楚应该深入到什么问题上去，比如光子晶体，下一步做什么？如果做基础理论，到底做什么样的基本问题？如果 是实用，那实用的方向在哪里？ ”

杨国桢曾经担任过物理所光学实验室主任，他说：“老沈的意见很有道理，我们应该反思一下现在的某些研究方向，虽然'活’得不错，但要获得进一步的高标准的发展是有问题的。物理所或光物理实验室不应跟着别人走。”

在接下来的研讨中，叶军毫不客气地评价了另一所大学光学研究所教授所作的工作报告：“你们的手段有了，可物理思想在哪里呢？听了报告的感觉是：你们有很多大炮，但不知道往哪个方向打!”

这位教授的报告中特别提到国家“211工程”和“985工程”给研究所配备的一批先进仪器设备，如近场光学显微镜、周期量级飞秒激光系统等。而且，该所先 后承担了国家“973”项目，“863”项目，国家攀登项目，国家自然科学基金委重大、重点和杰出青年基金等重要科研任务。当然，该所报告中也提到：“现 在的问题是工作偏技术，实验数据多，理论分析少，很多东西都弄不明白，希望与外单位合作；研究方向很散，研究所十多个人，一个人一个方向，新进一个人就新 增一个方向，但方向该如何集中，又该往哪个方向集中 的问题没有得到很好的解决。”

叶军建议：“应该先明确方向，有了物理思想，再去买仪器，而不是买了仪器之后再瞎

碰瞎撞。应该培养学生搭建仪器的能力，没有物理思想是搭不出激光器的。”他现身说法：“我的实验室是买来激光器再让学生搭建，这样 才能真正发挥物理思想，做前沿工作。物理学是一门实验科学，应该聘请真正优秀的实验物理学家，给他们鼓励和支持。要有自己的物理思想，仪器是为物理思想服 务的，不要成为仪器的奴隶。”

叶军一语中的：“实话实说，真正好的思想不可能从别人那里听来，因为人家已经做了。所以，一定要有自己核心、优秀的实验物理学家，我宁愿卖掉所有的激光 器，也要找到最好的人，这是国内体制上的问题。”他的建议是：“不一定要引进理论物理学家，实验物理学家根据直觉想出来的问题才是最重要的问题。”

真正的前沿究竟在哪里？

“我们的大学正在创办光学系，地盘有了，经费也有了，但不知道该往哪个方向走。”在会议评议阶段，一位教授请大家提建议。

沈元壤问：你们办光学系想做什么？

答：产学研结合。

沈元壤问：你们有条件全都做吗？

答：这是我们努力的方向。

叶军问：你们办系的方针是什么？是与北大、清华竞争呢？还是办一个小系，做某一方面的工作？

答：如果能与北大、复旦竞争当然是很好的。

真正的前沿究竟在哪里？又应该怎样去找呢？

沈元壤首先批评了所谓的热门课题，他说：“大家都喜欢做所谓热门课题，我们开玩笑说，如果美国要打败日本等其他国家，一个办法就是想出一个永远也做不成的题目，花一笔钱下去，让其他国家跟着做，然后自己过几年就撤，让别的国家继续花钱下去，这样就会将其他国家都击败了。”

“所以，根本没人看得出热门课题的前景究竟怎样？要想在国际上让人家注意，最好是有自己的新方向；当然，新方向并不是那么容易找到，但'三个臭皮匠胜过一个诸葛亮’，如果不同领域的人能够多交流、多讨论，就可能从交叉领域中冒出一个新的问题。”

杨国桢曾担任中科院物理所所长，他接着沈元壤的话说：“10多年前老沈提出，物理所能否不只做跟踪性工作，做一些完全自己感兴趣或由灵感产生的题目，但现在看来这样的题目实在太少太少。中国的一些主要研究机构应该有意识地引导这些题目的产生，提高研究标准。”

杨国桢曾主持过“十五”期间物理学进展中光学部分的设想报告，他的建议是：“不要迷信

报告中那些所谓的前沿，太迷信了，将造成谁做谁水平低。什么最重要？ 每个项目都要有自己的新东西，而新东西往往不是最热门的，如果这方面的工作得不到支持，就会给中国科学造成很大的问题。”

他的意见是：“一个研究所所长或学院院长实际上有相当大的决定权，完全能够做自己认为是合理的工作。完全按国家的一般政策走而不结合本单位的实际情况，从来就是没出息的。因为国家的政策是平均值，而所有的科研都有自己的特点，因此，每个单位必须根据自己的情况制定长远发展目标。如果一个单位的领导没有自 己的见解，这个单位的成绩最多是平均值。”

研究生教育：要培养实实在在的动手能力

我们每年要评优秀论文，全部要看文章的篇数和档次。我们知道什么样的学生最好，但按现在的评价标准，这样的学生不一定能被评为最好的学生。——詹明生

对任何一门学科的长远发展而言，后续人才问题都是一道无法逾越的坎儿。研讨中，关于物理学研究生的培养问题很自然地进入与会者的视野。杨国桢首先指出：“现在，物理学研究生培养的问题很大。毕业后送到国外的研究生，依赖性很强，创造性不高。”

叶军没有分析其中的原因，而是直接谈了自己的建议：“做学生时一定要踏踏实实在实验室里做事情。而且要读论文，出去开会，每件事都要做好。自己多想，然后 再到实验室去做，要培养学生的眼光。这样，十年多后才会逐渐培养出自己的品味，这要花很多的时间和精力，不能是为毕业或交差而工作。”

叶军对过多依赖仪器的弊端非常痛心：“买那么多仪器有什么用？一定要让学生有自己的想法，怎样用仪器，坏了自己能修；如果不能修，原因在哪里？这很重 要，因为我们是在培养自己的物理学家。现在，许多学生追求虚的东西，这里发表一篇文章，那里发表一篇文章，毕业后却没获得真本事。”

“学生不做仪器，教授要负大部分责任。现在是有想法的人没设备，拥有大批设备的人没想法，这是怎么回事？”清华大学工程物理系教授程曜提出一个更为尖锐的问题。

“买仪器又被仪器拖累了。”叶军的实验室每天至少会收到两封申请博士后的信，但自荐信上写的，无非是自己能操作什么公司的激光器，而不是说自己做出过什么 仪器设备，“这是很大的弱点。一定要培养学生干实事的精神，尤其是博士生，前两年要让他们自己搭建系统，即使买得到的仪器也要让他们自己搭建，这样才能培 养出他们的自信心——靠自己的双手确实能做出东西，以及务实的精神和真正能在实验室解决问题的能力。一定要培养这种能力，这对下一代的物理学工作者非常重 要。”他建议基金组织为真正出色的做实验的研 究生提供4至6年的奖学金，让他们有一种荣誉感，鼓励他们做艰苦的工作，为中国培养一批中坚力量。

“学生不愿做实验是环境造成的，可环境又是谁造成的呢？” 中科院武汉物理与数研究所研究员詹明生的问题尖锐起来：“具体点儿，我们每年要评优秀论文，全部要看文章的篇数和档次。我们知道什么样的学生最好，但按现 在的评价标准，这样的学生不一定能被评为

最好的学生。做实验、搭建设备需要一两年的时间，再做实验、解决问题或得出结果也需要两三年的时间，但评优秀博士 往往要看文章。事实上，只有做纯理论的学生，才可能会在两年内在《物理评论快报》(PRL)上发表文章。而对做实验的学生来说，在四五年的时间 里做出像样的东西不容易，在PRL上发表实验文章不容易，但他在这个过程中得到的真才实学，恐怕也不是一两篇文章所能比的。以前缺文章时就评文章，现在是不是该转到别的指标上了？”

叶军给詹明生的这番话作了“注解”：“不看文章是不现实的，但文章不是唯一的，还要看学生的潜力、风格、品位以及所做工作的难度。比如去年获得美国物理学 会最佳年度博士论文的一名学生，在7年时间里只写了两篇文章，但他测出的某个常数的精度比其他人高10倍，毕业时就写了一篇PRL的文章，这篇论文获得了 奖励。我觉得重心恐怕就是要培养学生干实事的精神，不要先设一个框架，再将自己往里面套。标准是需要的，但要灵活公正。”

怎样做出有国际竞争力的研究？

这是一段有趣的问答。

“实验室现有发明专利X项，发表SCI论文X篇，影响因子在X以上的论文有Y篇，说明我们的工作很有成效。”这段话来自某大学光电材料国家重点实验室的汇报材料。

问：哪项工作最有价值？

答：对学校来说，哪个钱多，哪个就更有价值。

在会议集中讨论时，徐雷提出的一个问题引起与会者深思：“现在发文章不是太大的问题了，发PRL的文章也不是大问题了。接下去的问题是，我们该如何在国际学术界提高竞争力？”

张杰没有直接回答这个问题，他说：“我们是从短缺经济时代过来的，在争取经费时大家都有一种饥饿感。我本人回国后饱受无钱之苦，到处去申请。现在情况有很 大改善，应该考虑研究的水平了。中央政府提出，未来5年我们科研经费的增长速度是23%。这么大的投入力度，在全世界的科学发展史上也是少见的。我们应该 问自己一个问题：政府这样大幅投资科研，到2020年时，如果我们GDP的总量排在世界前3位、科研投资也排在世界前3位，纳税人一定会问：我国的科研水平是否也排到了世界前3位？如果没有，那将是一个'灾难

’。税人一定会问：我国的科研水平是否也排到了世界前3位？如果没有，那将是一个'灾难’。”

钱列加在汇报复旦大学光学系工作时说：“我们一直忙着做着急的事情，而不是做最重要的事情。”

杨国桢也说：“近几年研究经费增加很快，如果我们的研究仅停留在数量的增加上，是说不过去的。”詹明生表示同意：“这些年大家都忙于找钱、扩建学科等，现在经费不是大问题了，除了发表文章、参加国际会议，是回归做国际水平工作

第二篇：《教师做科研》读书笔记

《教师做科研》

——过程、方法与保障

李臣之 主编 海天出版社 第一部分 教师做科研的基本过程

任何科研，在程序上都由“选题——开题——做题——结题”诸过程得以完成，在学理上由“问题——资料——分析——结论”诸环节得以实现。

第一章选题：从“问题”到“课题”

一、问题在哪里

文献阅读、教教育调查、经验升华和学术交往四种路径相互影响，都能引发系统的思考。，使原本模糊的问题逐渐清晰化。

（一）教育实践的追问与调查

教育理论必须根植于教育实践。

1.经常追问教学中的困惑。

2.在教育调查中发现问题。

（二）教育经验升华

案例1—3教育日记伴我成长——书信书信谈话法在班级体德育工作中的作用

（三）学术交往

1.与专业研究人员互动

案例1—4研究伙伴合作同行——初中语文教学中运用漫画手段提高学生创新思维的实践研究（丰子恺漫画）

2.与同行的自由争论

（四）阅读文献

1.借鉴文献

2、质疑文献

3.参照各级教育科学规划课题指南

主题班会——学生自主行为及课程开发研究

二、将“问题”转化为“课题”

（一）缩小问题范围

（二）梳理关键概念

（三）课题的表述

课题名称包括三部分：研究对象、研究的中心内容和研究方法。

1.指明研究对象

2.说明研究中心内容

3.提示研究方法

注意：1.避免使用宣传口号：课题在表述时一般使用陈述语气，表明作者的研究内容、研究方法和主要观点。

2.反映研究的关键词句。

3.简洁明了针对性才会强。

三、确定问题的原则

（一）社会所需

1.促进教育教学实践的变革

教师做科研的目的就是促进教育教学实践的变革，或者说引起教育教学实践行为的积极变革。

2.为丰富教育教学理论提供实践基础

（二）能力所及

三个领域可以改变：一是课程问题。二是教学问题。三是管理问题。四是德育问题。

（三）条件所能

人的实践行为离不开具体的个人条件、学校环境条件及社会条件。研究行动需要勇气、理想与智慧，也要在力所能及的范围内有所为。

四、如何申报课题

（一）选择恰当的申报层级和领域

（二）申报表的填写

（三）申报的注意事项

第二章 开题 ：设计研究蓝图

一、开题的价值与内涵

（一）开题的价值

1、有利于吸收研究智慧；2.有利于课题研究的顺利开展；

（二）开题的内涵

二、撰写开题报告

撰写开题报告主要包括陈述研究基础、说明研究方法和叙述整体研究方案三方面的内容。

（一）陈述研究基础：介绍研究的缘起，阐述该课题研究的理论价值和实践意义，对相关文献进行系统地综述，并对课题研究的关键概念进行界定，以明确课题研究的对象。

1.介绍研究的缘起：本部分要将对选题的系统思考表述出来，围绕“社会所需、能力所及、条件所许”组织内容。

2.阐述该课题研究的理论价值和实践意义：说明研究的目的、意义就是说清楚为什么要研究、研究它有什么价值。一般可从现实需要方面去论述，指出现实中存在这个问题，本课题的研究有什么实际作用。然后，再写课题的理论和学术价值。这些都要写得具体、有针对性。在语言上可以用“丰富„„”、“发展„„”等有研究目标性的短语。

3.对相关文献进行系统地综述：文献的收集和整理是教师做科研比较容易忽视的一个环节。可登陆《中国期刊》，了解最新的研究进展。人民教育出版社、教育科学出版社、高等教育出版社等出版的教育类专著有较强的影响力：《教育研究》、《课程·教材·教法》、《教育理论与实践》、《全球教育展望》、《比较教育研究》、《教育研究与实验》、《报刊复印资料》（中中国人民大学主办）等刊物发表的论文影响比较大，是搜索的重点；中国期刊（中国基础知识实施工程“CNKI”的一部分）上发表的相关文章也应重点收集。

4.课题研究的理论基础 5.对关键概念进行界定

（二）说明研究方法

一般包括文献调查法、观察法、思辨法、行为研究法、历史研究法、概念分析法、比较研究法等。

（三）叙述整体

研究方案

一份完整的研究方案应该回答以下几个问题：研究什么？为什么研究？怎样研究？研究的预期成果是什么？

1.课题研究的目标

2.课题研究的基本内容

3.课题研究的步骤

4.课题研究的成果表达形式：如调查报告、实验报告、研究报告、论文、经验总结、调查量表、测试量表、微机软件、教学设计、录像带等，其中调查报告、研究报告、论文是课题研究成果最主要的表现形式。

从内容构成来看，一项主题相对集中、内容比较充实、材料相对完整的教师研究成果一般包含这样几个方面的要素：一是大量鲜活的教育故事、教学课例、具体的操作材料；二是具体的案例、操作细则中提炼出来的若干实践活动样式、教学模式；三是统摄整个教育教学活动过程的主导理念。

（四）写好开题报告的技巧

1.提出问题注意“层次”。

选题来源包括：⑴与自己实际工作或科研工作相关的、较为熟悉的问题；⑵自己从事的某专业问题发展迅速，需要综合评价；⑶从掌握的大量文献中选择能反映本学科的新理论、新技术或新动向的题目。所选题目不宜过大，越具体越容易收集资料，容易深入。

2.瞄准主流文献，随时整理。

3.研究目标具体而不死板。

三、开题论证的运作

（一）开题论证的程序

1.选择开题论证会的地点：小型会议室，最好是圆桌会议。切忌阶梯教室。

2.参加人员

开题论证会一般有如下程序：首先，上级领导宣读课题立项通知书；接着，课题主持人宣读课题实施方案；最后，与会专家、领导及课题组成员研讨课题实施方案。

（二）开题论证的注意事项

开题报告陈述，时间30分钟左右比较合适；简要交代任务来源和背景；重点“指出”存在问题，不必花太多时间细述发现这些问题的过程；对主攻方向要有比较充分的论证；详细论证研究内容、方法、方案及其可行性。

第三章 做题：教学研究合一

一、教师做科研的双重特性

（一）在研究中教学

在研究状态下教学，走向研究性教学，是中国教育教学变革的一个重要方向。张华教授近年来大力倡导重建课堂教学的方向，主张把教学变成研究，提出的诸多观点对教师做科研很有启发：

1.把“备课本”变成“教学研究记录手册”，鼓励创造性备课。

2.把设计教学目标与创设教学情境并重，侧重情境创设。有目标，但不拘泥目标。

3.讲授教学与对话教学并重，侧重对话教学。不论讲授，还是对话，都不能流于形式，都要基于探究、发现和创造的态度。

4.把学生自己的观念视为教学的出发点和归宿。倾听学生，研究学生（包括研究学生的“错误”）。

5.充分体现教学的生成性。善于捕捉课堂上不可预测的教育时机。

6.把课堂教学变成教师与学生的共同探究，体验学科与生活的过程。

7.重视课堂上故事的价值与力量。

8.在课堂上，尽可能提供丰富的教学资源，包括教科书之外的有关文献、图表、数据、图像，日常生活中的资源，本学科的诸种实验资源。

9.尽可能增加发现性的实验（包括思想实验），降低验证性的实验的比例。

10.引导学生把学科知识运用于日常生活中。

11.加强不同学科的联盟与整合。注重学科课程与综合实践活动课程的关联与整合，引导学生运用多学科的视野关注问题。

（二）在教学中研究

当教师成为研究者，教学不再是简单的知识传递过程，不再是知识的灌输和接受，也不是单纯的技能训练，教学本身变成了研究，课堂成为师生合作探究的舞台，成为共同创造知识的发现空间。

二、教学设计融入研究设计

（一）问题分解

（二）问题归因

表3—1问题归因的三个来源

来源

载体

途径

理论

通过阅读文献资料和接受专家指导，寻找分析问题可能产生的原因

图书馆、阅览室、相关专业站

经验

总结自身经验与同行交流，通过各种渠道掌握以往同类问题的归因经验

学科组活动、上论坛

调查

通过实证调查发现和分析问题的原因

发放调查问卷

（三）提出解决问题的策略

主要有归纳、演绎、类比三种方法。

（四）让研究假设进入教学设计

三、研究性教学实践：上课与研究结合教学是探究，探究即教学。

（一）让教学过程落实研究设计

（二）利用研究工具，系统收集资料

研究资料是反映研究过程的各类文字、图片、和音像等资料。包括阶段研究计划、小结、与课题有关的教案、与课题有关的师生资料、与课题研究相关的教师培训资料、会议记录、实验随笔、学习体会、问卷调查测试卷、统计分析资料、个案研究资料、实验对象的反馈材料和相关的图片音像制品等也在这个范围。

四、系统反思性教学评价

（一）效果反思

（二）改进反思

（三）探究性反思

第四章 结题：成果升华

一、结题的意义与目标达成

（一）结题的意义

（二）结题的目标

（三）教师科研目标的达成二、结题报告的撰写

（一）结题报告的结构

结题报告可分为前置（含标题、署名、内容摘要、关键词）、正文、引文注释与参考文献几部分。其中正文是主体，主要包括以下内容：

1.课题提出

包括研究问题的概述、研究的假设与研究的目标、研究的目的与意义、文献综述等。要求讲清楚课题研究的理论意义和实践价值，交代清楚问什么要研究这一问题；要研究什么；课题研究的时代背景等。

2.研究过程

⑴交代研究方法。⑵分析研究成果。⑶讨论相关问题。

3.研究结论

（二）结题报告的类型

1.理论型研究报告。2.实证型研究报告3.经验型研究报告4.个案型课题报告

三、如何结题

（一）结题的准备：

1.介绍成果

2.准备材料：⑴填写《课题结题鉴定申请书》；⑵撰写《课题研究报告》；⑶撰写《成果公报》；⑷搜集已发表的论文、公开出版的著作及课题产生社会影响和效果的证明材料；⑸将课题研究的有关材料装订成册。

结题中必须准备如下档案资料：

⑴课题立项文件材料，包括《课题申请书》、《立项通知书》、预期研究成果形式：准备阶段有情报资料汇编、现状调查报告和经验总结汇编；实施阶段有研究资料和内容汇编、研究过程的经验总结；总结阶段有研究课题的结题报告及一些附带的研究成果；最终成果形式有工作经验报告、本课题的结题报告（附活页，一式三份）。

⑵课题研究过程性资料，包括实施方案、开题报告、课题研究计划、课题研究学习活动记录等。

⑶阶段性研究报告，包括前后期调查分析、教案内容调研分析、问卷调查分析、学生作品分析等。

⑷课题研究成果性材料有两个方面的内容：一是显性成果。包括相关工作报告；典型的教学设计案例（多媒体课件、教具、图表、音像资料、学生作品等）、讲课材料、评课材料；有关课题研究的获奖证书和学生考试成绩；调查报告、观察报告、个案分析等。二是隐性成果。包括教师教学理念、行为方式的转变，学生学习兴趣的提高等。

3.申请鉴定

（二）结题的方式

（三）结题的注意事项

第二部分 教师做科研的基本方法

第五章 教育调查研究

一、访谈法

（一）访谈的优势与局限

（二）访谈的类型

（三）访谈的程序：访谈准备、现场访谈、访谈收尾与访谈结果处理。

1.访谈准备：第一，明确访谈目的。第二，编制访谈提纲。第三，确定访谈对象。第四，确定时间、地点。

2.现场访谈：包括开场白、提问、倾听、记录等。

3.访谈收尾与访谈结果处理。访谈结束后，要及时整理资料。

（四）实施访谈要注意的关键问题

二、观察法

（一）观察法的特点与类型

（二）观察的设计

（三）观察的实施

（四）观察资料的整理与分析

三、问卷调查

（一）问卷调查的优势与局限

（二）问卷的类型

（三）问卷的编制

（四）问卷发放与回收

（五）问卷统计分析

第六章 教育变革研究

一、教育实验研究

（一）教育实验研究的要素

（二）教育实验研究的设计

（三）教育实验研究的控制

二、教育行动研究

（一）行动研究的特点

（二）教育行动研究的程序

（三）教育行动研究中的关键问题

第七章 教育叙事研究

一、教育叙事研究的内涵

（一）叙事

（二）叙事研究

（三）教育叙事研究

二、教育叙事研究的特点

（一）真实性

（二）诠释性

（三）反思性

（四）开放性

三、教育叙事研究的步骤

（一）确定研究问题：什么是值得探究的教育问题呢？值得探究的问题势必是有一定意义的，它应具有两重含义，“一是研究者对该问题确实不了解，希望通过此项研究对其进行认真的探讨；二是该问题所涉及的地点、时间、人物和事件在现实生活中确实存在，对被研究者来说有实际意义，是他们真正关心的问题。”

研究者要有问题意识。

对于一线教师来说，教育叙事研究要围绕自己实际工作中存在的问题展开，自自己的教学疑难、同事们的教学困惑、课堂教学中的意外发现等都是问题的来源。因此，首先应从日常教育现象中发现问题。研究者必须深入地思考这些问题：

我的研究兴趣是什么？为什么会对此感兴趣？前人都进行了哪些研究？（需要进行文献回顾）我又期望能发现些什么？其次是聚焦问题。

（二）选择研究对象

（三）收集资料

（四）整理分析资料

（五）创作教育叙事文本

第八章 研究文本创作的方法

（一）数据资料的整理和分析

1.SPSS概述

（二）文本资料的整理和分析

1.文本整理和分析的意义

2.资料整理的具体要求：⑴整理须及时。⑵整理须全面。⑶整理须客观细致。⑷整理资料时辅以适当的主观感受。⑸加强资料的管理。陈向明教授建议：在具体整理资料之前，可以先为每一份资料编号，然后在这个基础上建立一个编号系统。编号系统通常包括如下几个方面的信息。①资料的类型（访谈、观察、实物）。②资料提供者的姓名、性别、职业等有关信息。③收集资料的时间、地点、和情境。④研究者的姓名、性别、职业等相关的信息。⑤资料的排列序号（如对××的第一次访谈）。为方便起见，我们可以给每一项赋予一个标号。比如，有关被访者的职业，可以用JS表示教师，XS表示学生。所有的书面资料都应该加上编号，并且标上页码。资料编好以后，应该复印一份，以便分析时用来剪贴和分类。原件应该保持原封不动，以便今后查找。综上所述，文本和实物资料的整理应力求及时、全面、细致、有序、有效，便于随时翻阅和查找。

3.资料分析的操作步骤：⑴阅读资料⑵编码：完成一份资料的编码后，可以将所有码号及其代表的意义抄写到另外一张纸上，与原始资料订在一起，以便今后查找。⑶系统分析资料：经典的方法是穆勒五法（求同法、求异法、共变法、剩余法、求同差异法）。⑷资料分析的系统化管理。

4.资料分析的具体手段：⑴写作分析⑵图表分析⑶对话分析。

（三）实物资料的整理和分析

1.实物的类型和整理。

2.实物分析的特点和作用：实物可以表达语言所无法表达的思想和情感，比语言更有说服力。⑴有助于提升资料综合分析的效果。⑵有助于增强研究的说服力。

（四）文献资料的整理和分析

（五）概念和理论的形成二、文本创作

（一）叙事文本的创作。

1.叙事文本的叙事方式：一是旁观者的视角。二是参与者的视角。

2.叙事文本的写作框架。

旁观者视角，其写作框架为：研究背景→研究过程与方法→结果与分析→结论。

参与者的视角，其基本框架是：问题的产生→问题解决的过程→问题解决的结果。

3.叙事文本的写作技巧。

⑴关注复杂教育情境中的心灵体验。

一次课堂发言改变了一个学生的自卑心态，一次谈心化解了一对积怨已久的矛盾，一次活动改变了一个班的班风，一句话改变了某人的一生等。这种标准文本是教育叙事的大忌。

好的教育叙事应该能让人感受到教育过程的艰辛，看到师生互动时心灵的碰撞和交流，体会到教师的实践智慧。因此，在教育叙事中可以关注教学中的关键事件，包括那些能感到特别兴奋的“高峰体验”和有些失落的“低估体验”。还可以关注专业生活的压力与问题，陈述自己日常教学中感到棘手的问题、矛盾、冲突、挑战，以及自己的尝试。

⑵深度描述：叙事文本主要采用深度描述的手法来对事件进行描述、解释和说明，以开放的形式透露出更多的信息。“叙事文本的写作要研究者通过对事件、人物、场景的深度描述，栩栩如生地刻画出事件的全貌，使读者对事件有一个整体性、动态性的把握。同时，事件背后的意义要在故事讲述之中自然地显现出来。”

⑶深度诠释。有三种途径：一是归纳思路。二是演绎思路。三是归纳与演绎相结合的思路。

4.叙事文本的形式要求。

⑴标题新颖。⑵主题鲜明。⑶内容真实。⑷情节生动。⑸意义深刻。

案例8—4 罚站任安妮——我永久的痛 绝不再对迟到的学生罚站。

为了“严肃纪律”这个目的，付出的代价是——伤害学生的尊严！

教育，绝不能为了目的而不择手段！

尊重学生，并不能代替教育本身——这是教育的前提，剥夺了学生的尊严，就剥夺了教育的全部！（李镇西老师教学生涯中发生的一个故事。）

（二）个案文本的创作

（三）报告文本的创作 报告文本的组成要素：

⑴教育调查报告：题目、署名、“摘要和关键词”、前言、正文、“结论和建议”、附录。

第一，标题。要用一句话点题，反映研究的主题。

第二，署名。包括集体署名和个人署名。

第三，摘要和关键词。要求突出重点、内容精练、观点明确，一般不用第一人称。300字以内为宜。

第四，前言。

第五，正文。常见的有两种模式：一是并列法。二是逐步深入法。

第六，结论和建议。第七。附录。

（四）论文文本的创作

如何写就一篇好论文：

⑴坚持阅读。⑵勤于思考。⑶持之以恒。

第三部分 教师做科研的基本保障

第九章 持续学习

一、教师学习的目标

（一）改进教学实践

教育教学是教师安身立命的根本，教师的首要职责是上好课。因此，教师学习的目标首先指向教学实践的不断改进和教学效率的不断提高，这也是教师终身需要奋斗的目标。

当读书形成兴趣的时候，当读书还没有养成习惯的时候，读书自然也成了教师的负担，“没有时间”顺理成章地成为逃避读书的最好借口。

魏书生：“看多家之言，要用去一部分时间，形式上看影响工作。实际上，正因为看书，才看清了日常工作中有哪些是无效劳动，从而去掉它；因为看书，才学了更科学的、更有效的教学方法；因为看书，才使教学管理更制度化、系统化、科学化，从而提高了工作效率。”

累土成丘，积微成著。

（二）促进自身发展

1.提升教学专业知识和能力。

2.提升教学科研能力。

3.提升道德素养。

（三）享受职业幸福

1.进步和成功：最直接的职业幸福感来源

2.学习治疗：幸福也会被传染

窦桂梅：“只有读书，教师才能由改变自己的心态而改变自己的状态，从而改变一个人的容颜。”

案例9—7做一名幸福教师 一个幸福的老师应在读书中成长自己，在教育中成就自己。Xx老师不赞成教书型的老师，不认同“春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干”的老师，不愿做“燃烧自己，照亮别人的老师”，而应该在照亮别人的同时也照亮自己。他认为应该努力成为研究型的老师，不断地储蓄自己的知识，丰富自己的生活，在照亮别人的时候也能看到自己生命的灿烂。他博览群书，浏览和摘抄了古今中外的教育名著，时时刻刻感受到浓郁文化的熏陶。他像影片《乡村教师》中的女教师，他像《铭记你的宽容》中的那位美术老师，在教育中成就自己。

3.享受学习：幸福的最高境界

二、教师学习的方式

（一）批判性阅读

（二）研究型阅读

（三）交往性学习

1.积极阅读与聆听学术讲座

2.主动融入专业性交流

3.与专家合作研究

三、教师学习的内容

案例9—14 读什么书

是否具有完善的知识结构将最终决定我们在教育这条路上能够走多远。教育理论和人文素养方面的书：

苏霍姆林斯基的《给教师的建议》、洛克的《教育漫话》、夸美纽斯的《大教学论》、冯友兰的《中国哲学简史》、老子《道德经》、弗洛伊德的《梦的解析》等，以及中外大量的儿童文学经典。

（一）学科知识学习

（二）教育知识学习

1.学科教学法知识学习：《语语文教学论》、《语文课程与教学论》、《小学语文教学论》、《中学语文教学论》、《窦桂梅与主题教学》、《李镇西与语文民主教育》《于漪与教育教学求索》等。

2.关于“儿童”的知识学习

教育是培育生命的教育，是保障生命成长的事业，教育的根本问题是关于儿童的问题。

有人曾提出，教师是一个冒险甚至危险的职业，伟人和罪人都可能在他的手中形成。因此，了解、学习关于儿童的知识、不断走进他们的生活世界、亲近他们的心灵世界，是每个教师一生的必修课。一是心理学书籍，尤其是教育心理学和儿童心理学；二是教育大师的教育经典书籍：蒙台梭

利的《童年的秘密》、卢梭的《爱弥儿》、苏霍姆林斯基的《把整个心灵献给孩子》、阿莫纳什维利的《孩子们，你们好！》、吉姆·海诺特的《教师怎样和学生说话》、马克斯·范梅南的《教育机智——教育智慧的意蕴》等。三是儿童文学读物，即读一读孩子们喜欢读和正在读的书。

3.学习课程与教学理论

4.阅读教育“经典”

阅读经典，与教育家对话，是教师成长的基本条件。人类教育虽然不断变迁与发展，但是教育之根本不容易变化，教育过程的内在规律不会变化。

教师应时常走回历史、走进经典，汲取其中的营养，丰满自己的思想，反观自己的实践，不断警醒自己。李镇西读了大量教育经典，如《和教师的谈话》《给教师的一百条建议》《把整个心灵献给孩子》《爱情的教育》《关于人的思考》《巴甫雷什中学》《陶行知全集》《叶圣陶语文教育文集》《中国著名特级教师教学思想录·语文卷》《马卡连科教育文集》等

——李镇西《做最好的老师》

（三）人文阅读

英国哲学家培根：“读史使人明智，读诗使人聪慧，演算使人精密，哲理使人深刻，伦理使人有修养，逻辑修辞使人善辩。”——费朗西斯·培根《人性的探索》

以下阅读书目可以借鉴：

古典类：《论语》、《庄子》《老子》《孙子》《韩非子》《史记》《古文观止》《唐宋词鉴赏词典》《唐诗鉴赏词典》《宋诗鉴赏词典》《苏东坡诗文选》《陆游诗词选》《李清照诗词选》《刘禹锡诗文选》《李白诗选》《杜甫诗选》《红楼梦》《三国演义》《水浒》《西游记》《儒林外史》《聊斋志异》《中国古代文学史》等。

人文类：《忏悔录》《宽容》《马克思主义原理》《自我实现的人》《邓小平文选》《顾准文集》《中国古代思想史论》《中国近代思想史论》《中国现代思想史论》《文化的冲突与抉择》《历史深处的忧虑》《第三次浪潮》《当代著名批评家随笔丛书》《我的精神家园》《六大观念：真、善、美、自由、平等、正义》《民主和专制的社会起源》《城市季风》《中国的危机》《尼采：在世纪的转折点上》《傅雷家书》《相约星期二》《六月雪》《原上草》《荆棘路》等。

第十章 勤于表达

一、教师表达的困难

（一）难以动笔

（二）难以说理

（三）难以结构化

二、教师表达的训练

（一）写读书笔记

培根《论读书》：读书足以怡情，足以博采，足以长才。

（二）参与叙事论坛

讲故事要讲好，应遵循一定的技巧。第一，故事源于教师的现实教育教学，要“直面事情本身”（柳夕浪语）。第二，故事具有情节。教师叙事应对事情发展的细节描写进行深度描写，尤其要描写教师当时的处境、想法，面对事情的处理方法及最后的结果。第三，“故事所讲述的事件隐含了教育冲突、教育矛盾、教育困境。这些教育冲突、教育矛盾或教育困境的价值不只是使故事具有内情节，还有一个重要的价值：他们隐含了教育道理。”（刘良华）

作为一种表达训练，教师在叙事论坛中要敢于并善于表达自己，在对话中不断地提高自己。

（三）参加学术会议

中国学术会议在线 机遇总是垂青那些有准备的人。

三、教师表达的方式

（一）教育日志

教育日志更需要与他人交流阅读，共同讨论。萧伯纳说：“你有一个苹果，我有一个苹果，彼此交换一下，我们仍然是各有一个苹果，但你有一个思想，我有一个思想，彼此交换，我们就有了两种思想，甚至更多。”

（二）教育随笔

苏州大学朱永新教授认为：“写教育日记和教育随笔的好处在于‘能够自己和自己对话，是一个人成长的重要法宝’。”教育随笔对教师本身的成长是具有重要意义的，它能够激发教师的潜力，让教师不再被动地发展，改变教师的行走方式，促使教师迅速成长，为成为“名师”奠基，并在此中提升职业的价值感与幸福感。

爱因斯坦说：“人的差异在于业余时间。”

可浏览“教育在线”或名师的教育博客等。

第十一章 不断反思

一、反思的过程

（一）识别问题

（二）描述情境

（三）分析与重构

二、反思的内容

（一）反思课堂的教学行为

（二）反思教育价值及自我价值观

三、反思的工具

（一）回顾反思

1.反思日记

2.教学后记

（二）观察反思

1.课堂观察反思：

①记录教师讲授的时间、学生活动的时间、师生分享的时间。

②记录师生提出问题，对提问的水平、提问的方式、应答的策略和互问的对象做定性、定量的分析。

③记录学生参与的人次、个体参与交流的频次、不同小组或个人完成练习的时间差异和有效程度的差异，教师依次做个别指导。

④记录媒体的设计和学具的选择是否直观、形象和生动，呈现的时机是否适当、合理，演示的时间是否能兼顾不同学生的需要，以及教与学内容的联系是否和谐、默契、相融。

⑤记录小组学习时学生独立思考的时间和行为，互相倾听、陈述和修正是否有序和有效，教师如何面对质疑、提问做个别指导等。

第三篇：光学知识

光学知识：

1.色温

定义：光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。

色温度以绝对温度 K 来表示，是将一标准黑体（例如铂）加热，温度升高至某一程度时颜色开始由红、橙、黄、绿、蓝、靛（蓝紫）、紫，逐渐改变，利用这种光色变化的特性，其光源的光色与黑体的光色相同时，我们将黑体当时的温度称之为该光源的色温度。以绝对温K(Kelvin，或称开氏温度)为单位(K=℃+273.15)。因此，黑体加热至呈红色时温度约527℃即800K，其温度影响光色变化。

光色愈偏蓝，色温愈高；偏红则色温愈低。一天当中光的光色亦随时间变化：日出后40分钟光色较黄，色温约3000K；正午阳光雪白，上升至4800-5800K，阴天正午时分则约6500K；日落前光色偏红，色温又降至约2200K。因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时，对该光源光色表现的评价值，并非一种精确的颜色对比，故具有相同色温值的两种光源，可能在光色外观上仍有些许差异。仅凭色温无法了解光源对物体的显色能力，或在该光源下物体颜色的再现程度如何。

黑体的温度越高，光谱中蓝色的成份则越多，而红色的成份则越少。例如，白炽灯的光色是暖白色，其色温表示为2700K，而日光色荧光灯的色温表示方法则是6000K。北方晴空 8000-8500k

阴天 6500-7500k

夏日正午阳光 5500k

金属卤化物灯4000-4600k

下午日光 4000k

冷色荧光灯 4000-5000k

高压汞灯 3450-3750k

暖色荧光灯 2500-3000k

卤素灯 3000k

钨丝灯 2700k

高压钠灯 1950-2250k

蜡烛光 2000k

一些常用光源的色温为：标准烛光为1930K（开尔文温度单位）；钨丝灯为2760-2900K；荧光灯为3000K；闪光灯为3800K；中午阳光为5600K；电子闪光灯为6000K；蓝天为12000-18000K。

光源色温不同，光色也不同，色温在3300K以下有稳重的气氛，温暖的感觉；色温在3000--5000K为中间色温,有爽快的感觉；色温在5000K以上有冷的感觉，不同光源的不同光色组成最佳环境。

<3300K 温暖（带红的白色）稳重、温暖

3000－5000K 中间（白色）爽快

>5000K 清凉型（带蓝的白色）冷

色温与亮度：高色温光源照射下，如亮度不高则给人们有一种阴冷的气氛；低色温光源照射下，亮度过高会给人们有一种闷热感觉。

光色的对比：在同一空间使用两种光色差很大的光源，其对比将会出现层次效果，光色对比大时，在获得亮度层次的同时，又可获得光色的层次。

亮度：指的是人在看到光源时，眼睛感觉到的光亮度。亮度高低决定于光源产生光的能力。亮度符号 L，单位nite（cd/m2），其中cd为光强的单位，1cd代表1烛光，即一根标准蜡烛的发光能力。单位面积上的烛光越多，则代表发光能力越强，亮度越高

照度：指的是光源照射到周围空间或地面上，单位被照射面积上的光通量。照度符号 E，单位LUX(lm/m2)，其中lm是光通量的单位，1lm代表1cd的光源在一个单位立体角内的光通量。单位被照射面积上的光通量多，照度就高。

亮度与照度：

关联点是：影响光源照度和亮度高低的物理量是相同的，即光通量

不同点一：影响光源亮度的光通量，是光源表面辐射出来的总光通量的多少，光源的发光能力越强，辐射出的总光通量越多；

不同点二：影响光源照度的光通量，是光源被辐射到被照面（如墙壁、地面、作业平台）上的光通量的多少。

不同点三：两者位置不同，受外界影响因素也不同。同一只光源，光源表面辐射出来的光通量被辐射到被照面（如墙壁、地面、作业平台）的光通量，在数量关系上是不等的。

物理意义

亮度形容的是光源的发光能力

照度形容的是被照物体所受到的光通量的大小 即，同一个光源的亮度是固定的，但是对同一个物体在不同距离产生的照度是不一样的光强度(luminous intensity)

是光源在单位立体角内辐射的光通量，以I表示，单位为坎德拉(candela，简称cd)。1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量。

光通量φ流明Lumen(lm)

是由光源向各个方向射出的光功率,也即每一单位时间射出的光能量

色彩：

色彩深度又叫色彩位数，即位图中要用多少个二进制位来表示每个点的颜色，是分辨率的一个重要指标。常用有1位（单色），2位（4色，CGA），4位（16色，VGA），8位（256色），16位（增强色），24位和32位（真彩色）等。色深16位以上的位图还可以根据其中分别表示RGB三原色或CMYK四原色（有的还包括Alpha通道）的位数进一步分类，如16位位图图片还可分为RGB565，RGB555X1（有1位不携带信息），RGB555A1，RGB444A4等等。

色彩空间：（YUV、YIQ、YCbCr）

YUV模型用于PAL和SECAM制式的电视系统；YIQ模型与YUV模型类似，用于NTSC制式的电视系统。YIQ颜色空间中的I和Q分量相当于将YUV空间中的UV分量做了一个33度的旋转；YCbCr颜色空间是由YUV颜色空间派生的一种颜色空间，主要用于数字电视系统中；

这三者与RGB转化公式：

RGB-> YUV：

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B,U =-0.147R0.515G0.275G0.523G + 0.311B

RGB-> YCbCr：

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B, Cb =-0.169R0.419B-0.103B 从公式中，我们关键要理解的一点是，UV/CbCr信号实际上就是蓝色差信号和红色差信号。我们在数字电子多媒体领域所谈到的YUV格式，实际上准确的说，是以 YCbCr色彩空间模型为基础的具有多种存储格式的一类颜色模型的家族（包括YUV444 / YUV422 / YUV420 / YUV420P等等）。在Camera Sensor中，最常用的YUV模型是 YUV422格式，因为它采用4个字节描述两个像素，能和RGB565模型比较好的兼容。有利于Camera Sensor和Camera controller的软硬件接口设计。

人造光源：

1.D65 国际标准人工日光(Artificial Daylight)色温：6500K 功率：20W

2.TL84 欧洲、日本、中国商店光源色温：4000K 功率：18W

3.F 家庭酒店用灯、比色参考光源色温：2700K 功率：40W

4.UV 紫外灯光源(Ultra-Violet)波长：365nm 功率：20W

5.CWF 美国冷白商店光源(Cool White Fluorescent)色温：4150K 功率：20W

6.U30 美国暖白商店光源(Warm White Fluorescent)色温：3000K 功率：18W

7.TL83标准光源，欧洲厨窗灯、部份客户指定用商店光源色温:3000K，算法：.白平衡算法：

在相机拍摄过程中，很多初学者会发现荧光灯的光在人看起来是白色的，但用数码相机拍摄出来却有点偏绿。同样，如果是在白炽灯下，拍出图像的色彩就会明显偏红。人类的眼睛之所以把它们都看成白色的，是因为人眼进行了修正。如果能够使相机拍摄出的图像色彩和人眼所看到的色彩完全一样就好了。但是，由于 CCD/CMOS传感器本身没有这种功能，因此就有必要对它输出的信号进行一定的修正，这种修正就叫做白平衡。

色温对于相机而言就是白平衡的问题。在各种不同的光线状况下，目标物的色彩会产生变化。在这方面，白色物体变化得最为明显：在室内钨丝灯光下，白色物体看起来会带有橘黄色色调，在这样的光照条件下拍摄出来的景物就会偏黄；但如果是在蔚蓝天空下，则会带有蓝色色调。在这样的光照条件下拍摄出来的景物会偏蓝。为了尽可能减少外来光线对目标颜色造成的影响，在不同的色温条件下都能还原出被摄目标本来的色彩，就需要相机进行色彩校正，以达成正确的色彩平衡，这就称为白平衡调整。

白平衡调整就是试图把白色制成纯白色。如果这个最亮的部分是黄色，它会加强蓝色来减少画面中的黄色色彩，以求得更为自然的色彩。相机只要在拍摄白色物体时正确还原物体的白色，就可以在同样的照明条件下正确还原物体的其他色彩。

2.ISO：

ISO感光度的高低代表了在相同EV曝光值时，选择更高的ISO感光度，在光圈不变的情况下能够使用更快的快门速度获得同样的曝光量。反之，在快门不变的情况下能够使用更小的光圈而保持获得正确的曝光量。因此，在光线比较暗淡的情况下进行拍摄，往往可以选择较高的ISO感光度。当然，对于单反相机而言还可以选择使用较大口径的镜头，提高光通量。而对于一般数码相机因为采用的是固定镜头，惟有通过提高ISO感光度来适应暗淡光线情况下的拍摄，特别是在无法使用辅助光线的情况下。

夜景拍摄常常使用较小的光圈和较长的曝光时间，假如选择较高的ISO感光度必将不可

避免的产生噪点和杂色。这时可以使用三脚架，有可能的再使用快门线，选择较低的ISO感光度就可以避免噪点和杂色的产生。

Lux

照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫做勒克斯（Lux）： 1 lx=1 Lm/㎡上式中，Lm是光通量的单位

第四篇：光学教案

光学知识点

（一）光源：能发光的物体。

1、光源可分为自然光源。如 ：太阳、萤火虫。

2、人造光源。如： 篝火、蜡烛、油灯、电灯、电视机屏幕。

3、月亮、平面镜、放电影时所看到的银幕本身不会发光，它们不是光源。

（二）光的传播：光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。

1、表示光的传播方向的直线叫光线，光线是带箭头的直线，箭头表示光传播的方向。

2、用光的直线传播解释简单的光现象

1）影的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，由于光是沿直线传播的，所以在不透光的物体后面，光照射不到，形成了黑暗的部分就是影。2）日食、月食的成因。

3）小孔成像：小孔成像实验早在《墨经》中就有记载小孔成像成倒立的实像，其像的形状与孔的形状无关。

（三）光速

81、光在真空中的传播速度是3×10 m/s.2、光在其他各种介质中的速度都比在真空中的小.3、光在空气中的速度可认为是3×108 m/s.（四）色散：复色光分解单色光的现象，叫做光的色散。

1、白光是复色光。白光通过棱镜不能再分解的光叫做单色光

2、红、绿、蓝是色光的三原色

3、红、黄、蓝是颜料的三原色。

（五）光的反射：光从一种介质射向另一种介质表面时，一部分光被反射回原来介质的现象叫光的反射。

1、反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面上，反射光线和入射光线分居于法线的两侧，反射角等于入射角。光的反射过程中光路是可逆的。

2、分类：

⑴ 镜面反射：射到物面上的平行光反射后仍然平行。

迎着太阳看平静的水面，特别亮。黑板“反光”等，都是因为发生了镜面反射 ⑵ 漫反射：射到物面上的平行光反射后向着不同的方向 每条光线遵守光的反射定律。

（六）平面镜：

1、成像特点：①物体在平面镜里所成的像是虚像。②像、物到镜面的距离相等。③像、物大小相等。④像、物的连线与镜面垂直。

2、“正立”“等大”“虚象”像、物关于镜面对称。

3、成像原理：光的反射定理。

4、作用：成像、改变光路。

5、实像和虚像：实像：实际光线会聚点所成的像。

虚像：反射光线反向延长线的会聚点所成的像。

（七）光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般会发生变化；这种现象叫光的折射现象。

1、光的折射定律：

⑴折射光线，入射光线和法线在同一平面内。⑵折射光线和入射光线分居与法线两侧。⑶

光从空气斜射入水或其他介质中时，折射角小于入射角。光从水中或其他介质斜射入空气中时，折射角大于入射角。光从空气垂直射入（或其他介质射出），折射角=入射角= 0度。

2、在折射时光路是可逆的。

3、应用：从空气看水中的物体，或从水中看空气中的物体看到的是物体的虚像，看到的位置比实际位置高。

（八）透镜成像：

1、透镜及分类： 凸透镜： 边缘薄，中央厚。

凹透镜： 边缘厚，中央薄。

2、主光轴，光心、焦点、焦距。

主光轴：通过两个球心的直线。

光心：主光轴上有个特殊的点，通过它的光线传播方向不变。焦点：凸透镜能使跟主轴平行的光线会聚在主光轴上的一点，这点叫透镜的焦点，用“F”表示

焦距：焦点到光心的距离叫焦距，用“f”表示。

虚焦点：跟主光轴平行的光线经凹透镜后变得发散，发散光线的反向延长线相交在主光轴上一点，这一点不是实际光线的会聚点，所以叫虚焦点。每个透镜都有两个焦点、焦距和一个光心以及一条主光轴。

3、透镜对光的作用

凸透镜：对光起会聚作用。

凹透镜：对光起发散作用。

4、凸透镜成像规律

注意：

u>f： 物距增大、像距减小、像变小、成倒立实像；物距减小、像距增大、像变大、成倒立实像。

U

第五篇：光学教案

6.1 光的吸收和散射

教 案

主讲： 朱 辉 单位：物电学院

2010-12-08【教学目的】

掌握光在传播中与物质的相互作用之一——能量变化（吸收和散射）。掌握朗伯定律。

掌握吸收光谱及其应用。

能够利用瑞利散射理论解释朝阳、蓝天现象。能够利用米氏散射理论解释白云和雾的现象。了解散射光的偏振性。

培养学生利用光的吸收和散射原理解释自然现象的能力。提高学生对环境保护的认识。【教学内容】

朗伯定律。

一般吸收和选择吸收。

吸收光谱及其应用。

光的散射定义。瑞利散射和米氏散射。蓝天、朝阳和白云现象。【教学重点】

朗伯定律、吸收光谱。

用散射理论解释自然界中的光学现象。【教学难点】

吸收光谱。电偶极辐射理论。

散射和漫射、反射和衍射的区别。散射光的偏振性。【课时安排】 45分钟 【预习要求】

观察自然界中的吸收和散射现象。【教学方法】

实验演示法、讲授法、谈话法等。【实验演示】

通过实验演示光的吸收和散射现象

通过PPT显示光的吸收和吸收光谱的动画或图片。【教学手段】

采用多媒体教学。【参考书目和参考文献】

1.赵凯华.新概念物理教程光学.北京:高等教育出版社,2004.11.2.钟锡华.现代光学基础.北京：北京大学出版社，2003.8.3.赵凯华,钟锡华.光学.北京:北京大学出版社,1984.4.母国光,战元龄.光学.北京:人民教育出版社,1979.5.郭光灿等.光学.北京:高等教育出版社,1997.6.张志军, 熊维巧.原子吸收分光光度法测定微量铬[J].化学工程师 , 2000,(03)7.孙立民, 郭丽娟.氢化物原子吸收分光光度法测定水中的汞[J].吉林水利 , 2002,(06)8.伯广宇等.探测大气温度和气溶胶的瑞利-拉曼-米氏散射激光雷达[J].光学学报,2010（01）.【作业】

Page291 6.2 [教学内容] 导入：

除了真空，没有一种介质对电磁波是绝对透明的。光的强度随穿进介质的深度而减少的现象，称为介质对光的吸收（absorption）。仔细的研究发现光不仅有吸收而且还有散射两种情况，前者是光能量被介质吸收后转化为热能，后者则是光被介质散射到四面八方。

演示1：光通过液体以后的变化，引入光与物质相互作用中的吸收和散射问题。发现

光束越深入物质，强度将越减弱

结论：

⑴ 光的能量被物质吸收——光的吸收现象

⑵ 光向各个方向散射 ——光的散射

6.1 光的吸收和散射

一、光的吸收 1.朗伯定律

实验表明，当光沿X方向均匀通过介质的时候，设光的强度在经过厚度dx的一层介质时强度由I减为I-dI。在相当广阔的光强范围内，-dI正比于I和dx，有

dIIdx

（1）

式中α是个与光强无关的比例系数，成为该物质的吸收系数。

为了求出光束穿过厚度为l的介质后的强度

图一 光的吸收

改变，（1）改写为

并在0到l区间对x进行积分。得

le

(2)

II0dIIdx

在光强不太强的情况下，大量的实验证明这个定律相当精确。

激光出现后，由于人类掌握的光强增加了几个甚至十几个数量级——这时候就出现光与物质作用的非线性效应（非线性光学）。

在液体中吸收系数α与液体浓度C的关系为

AC

(3)那么(2)式可以改写为

II0eACl

(4)公式(3)可以作为液体浓度测量的理论依据。2.一般吸收和选择吸收

在吸收的过程中，如果所有的波长的吸收都是一样的，我们称为普遍吸收，也可以称之为一般吸收。

a）一般吸收

吸收很少，并且在某一给定的波段内几乎不变。如：空气、无色玻璃和纯水都是在可见光范围内产生一般吸收。

不是所有的物质都是如此，对于广阔的电磁波了范围，一般吸收介质不可能存在。比如我们看一束白光通过一个滤光片，那么就会产生一些特殊的效果。如红色滤光片后变成红光，这种物质对某些波长吸收特别强烈的过程，我们称为选择吸收。

b)选择吸收

特点表现为：吸收很多，并且随着波长的变化而剧烈的变化。任何一种物质对光的吸收都是有这两种吸收组成。c）吸收曲线的应用。（如光纤吸收曲线）

图二 光纤的工作波长分段图

图二是光纤的吸收曲线，从图中可以看出吸收比较少的，而且应用最好是波长1550nm的窗口。这也是高锟的重要贡献。

图三 大气窗口

一般将大气的衰减作用相对较轻、透射率较高、能量较易通过的电磁波段定义为大气窗口。只有位于大气窗口的波段才能被用于生成遥感图像。在VIS—IR区段，常用的大气窗口有：0.3—1.3μm、1.5—1.8 μ m、2.0—2.6 μ m、3.0-4.2 μ m、4.3—5.0 μ m、8—14 μ m。在微波区段，主要采用的大气窗口为8mm附近和频率低于20GHz的波段。

3.吸收光谱

产生连续光谱的光源所发出的光，通过有选择吸收的介质后，用分光计可以看出默写线段或某些波长的光被吸收。这就形成了吸收光谱。

a)实验装置

图4 观察吸收光谱的实验装置

b)吸收光谱

当连续的白光通过吸收物质后再经过光谱仪器的分析，即可将不同波长的光被吸收的情况显示出来，形成“吸收光谱”。

c)吸收光谱与发射光谱的关系

图五 氢原子在可见光区域的发射光谱和吸收光谱

从图五中可以看出，吸收谱中的暗线和发射谱中明线意义对应，也就是说某种物质自身发射那些波长的光，它就强烈的吸收那些波长的光。

d)吸收光谱的应用

我们知道不同的元素对应有不同的发射谱线，就如同条形码一样。很多的时候我们无法也不能把元素加上高温让其发射谱线，如恒星表面覆盖的一层气体。

利用吸收谱观察太阳表面的元素构成：1868年法国人让桑（J.P.Janssen）发现太阳光谱中出现了不知来源的暗线；后有英国天文学家洛尔基（J.N.Lockyer）取名为氦，源于希腊语意为太阳(helios)。这种物质1894年才有英国化学家莱姆赛（W.Ramsay）从亿铀矿蜕变的气体中发现。

利用吸收光谱测量：元素比例的定量分析。

二、光的散射

1.光的散射

在光学性质均匀的介质中或两种折射率不同介质的分界面上，无论光的直射、反射和折射都仅局限在某一个特定的方向上，而在其他方向上的光强则等于零，我们沿着光束的侧向观察就应该看不到光。

但光束通过光学性质不均匀的物质时，从侧向却可以看到光，这种现象叫光的散射。

2.电偶极辐射理论

光通过物质的时候，由于电场的作用，物质中的原子、离子或分子在入射光电场的作用下做受迫振动。设p=ez，z=Acoswt经典的理论告诉我们。

EHeA40cRE2sincos(t2Rc)

(5)

0czSHzpOpOEI

图六 电偶极辐射

图七 波的强度与角度的关系

能量可以用坡印廷矢量表示

SEHEH10cE(6)则波的强度的平均值为

SI10cE20eA32cR22224sin2

(7)有此可知，光在半径为R的球面上各点的相位都相等(球面波)，相位落后园心R/c，但是振幅随着角度变化。

3.散射与介质不均匀的关系

当光入射到介质上，将激起其中的电子作受迫振动，从而发出相干次波。注意这里的次波和惠更斯——菲涅耳原理假设的次波不同，这里是真是的振源。理论上可以证明，只要分子的密度是均匀的，次波相干叠加的结果，只剩下遵守几何光学规律的光线，沿着其余方向的振动完全抵消。但是，在微观的尺度，由于分子的涨落，没有物质是均匀的。那么当尺度达到波长量级的邻近小块之间的光学性质有较大差异时，在光波的作用下它们将成为强度差别较大的次波源，而且从它们到空间个点已有不可忽略的光程差，这些结果就远远不同于均匀介质的情况。如图八所示：

图八 散射、衍射和反射

图中可以看出，介质比较大的情况下，散射可以看作反射和折射。介质比较小的情况下，可以看作衍射。4．瑞利散射和米氏散射

瑞利在1871年针对细微质点的散射，通过大量的实验，提出了散射光强与波长的四次方成反比的规律。

从电动力学的结果我们也可以看出，偶极子的辐射功率也是正比与频率的四次方。究其原因，瑞利认为是热运动破环了分子之间的关联。

同样我们从上面的分析也可以看出，较大颗粒对光散射，不能仅仅看成独立的电偶极子的振荡合成了，它们有很大的一部分是相关的。对应大颗粒散射，米(C.Mie)和德拜(P.Debye)以球形质点为模型计算了电磁波的散射，给出了适用于任何球体的散射公式。如图九所示。

图九 瑞利散射和米氏散射

5.蓝天、朝阳和白云 首先，白昼天空之所以是亮的，完全是大气散射阳光的结果。如果没有大气，即使在白昼，人们仰观天空，将看到光辉夺目的太阳悬挂在漆黑的背景中。这景象是宇航员司空见惯了的。由于大气的散射，将阳光从各个方向射向观察者，我们才看到了光亮的天穹，按瑞利定律，白光中的短波成分（蓝紫色）遭到散射比长波成分（红黄色）强烈得多，散射光乃因短波的富集而呈蔚蓝色。瑞利曾对天空中各种波长的相对光强作过测量，发现与反比律颇相吻合。大气的散射一部分来自悬浮的尘埃，大部分是密度涨落引起的分子 散射，后者的尺度往往比前者小得多，瑞利反比律的作用更加明显。所以每当大雨初霁、玉宇澄清的时候，天空总是蓝得格外美丽可爱，其道理就在这里.由于白光中的短成分被更多地散射掉了，在直射的日光中剩余较多的自然是长波成分了。早晚阳光以很大的倾角穿过大气层，经历大气层的厚度要比中午时大得多，从而大气的散射效应也要强烈得多，这便是旭日初升时颜色显得特别殷红的原因（图十）。白云是大气中的水滴组成的，因为这些水滴的半径与可见光的波长相比已不算太小了，瑞利定律不再适用，按米-德拜的理论，这样大小的物质产生的散射与波长的关系不大，这就是云雾呈白色的缘故。

图十 蓝天和朝阳的形成

6.散射光的偏振性

虽然从光源发出的光是自然光。但从正侧方（Z）观察时发现散射光是线偏振。斜方向观察发现是部分偏振的，唯有在X方向才是自然光。如图十一。

图十一 散射光的偏振性

先假定入射光是线偏振的，传播方向沿X轴，电矢量E沿平行Y轴的方向振动。根据电偶极振荡理论所有的受迫振动都是平行与Y轴的，由此产生的次级电磁波是球面波，向各个方向传播时，波的电矢量E’都是在电偶极子轴线DD’所在的平面内。由于光是横波，E’还必须垂直与波的传播方向。根据(7)式，在赤道面各点的振幅最大，两极为零。

同样可以把自然光的另外一部分沿着Z轴振荡处理。就可以得到上述的实验结果。

应用：蜜蜂利用偏振光和生物钟来辨别方向。

开车时司机带有偏光的太阳镜。