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光电科学与技术的前景篇1
基金项目：本文系内蒙古科技大学教改项目（项目编号：JY2011021）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0056-02
一、“光电检测技术”课程教学现状
光电检测技术在科学技术的发展史上占有重要的地位，“光电检测技术”的教学和研究也越来越得到国内外高等院校和科研机构的重视。目前国内开设“光电检测技术”课程的高等院校达50多所，专业覆盖了测控技术与仪器、光电信息工程、光信息科学与技术、电子信息工程、通信工程、应用物理、探测制导与控制、生物医学工程等。[1-3]
内蒙古科技大学（以下简称“我校”）测控技术与仪器专业充分结合教育教学背景及教学资源，以培养宽口径、综合实践型人才为目标，以光机电算一体化为主体，以光电为特色，开设了“光电检测技术”课程，对于培养具有创新能力的综合实践型人才具有良好的促进作用。该课程衔接了“工程光学基础”、“单片机原理及应用”、“智能仪器”等，不仅能够使学生了解光电领域新技术的发展和应用，更有利于培养学生的综合实践能力和创新能力，拓宽测控技术与仪器专业的就业口径。“光电检测技术”课程具有内容多、应用性强、发展快等特点。如何通过课程教学与实践，使学生熟练掌握各种光电检测系统的设计，提高学生的综合实践能力，各高校测控技术与仪器专业都做了很多探索。[4，5]本文根据自身的教学实践和对我校测控技术与仪器专业的教学开展情况，结合我校的培养目标对“光电检测技术”课程的理论教学与实践教学做出了改革探索，提高课程的教学质量。
二、“光电检测技术”课程改革思路
“光电检测技术”课程是我校测控技术与仪器专业一门重要的专业基础课。该课程内容丰富、实践性较强，着重培养学生计算机应用、测量与自动控制、智能仪器设计等领域的综合实践能力。根据培养目标和专业设置的变化，我校“光电检测技术”课程经历了几次改革。第一，为适应光电检测技术的蓬勃发展和学生就业的需要，开设了本课程，共50学时，包含了光电子和光电检测两部分，课程的内容主要是光电传感、检测原理及光电检测系统等几部分。第二，由于测控技术与仪器专业培养目标及培养方案的调整，为满足我校学生的就业需求，将该课程的教学内容及教学学时数进行了改革，内容上着重光电检测及光电检测系统的设计，学时更改为32学时。第三，为突出本校的办学特色及教育教学优势，在教学过程中不仅注重基础理论的讲授，更注重对学生综合实践能力的培养，对“光电检测技术”课程教学环节及实践环节进行改革，以培养工程实践型人才为目标，充分培养学生创新思维和综合实践能力，满足社会对高层次检测技术人才的需要。
三、“光电检测技术”课程教学改革实践
1.教学内容改革
由于开设“光电检测技术”课程专业的多样性，应根据各个专业的培养要求合理选择教学内容。结合我校测控技术与仪器专业的培养目标，对“光电检测技术”课程的教学内容进行了改革，目的在于使学生通过课程的学习，既了解光电检测技术的发展前景、光电器件的工作原理及光电检测的基本方法，又能对光电检测系统的设计有整体的把握，达到课程的教学目的。具体改革方案如下：
（1）注重基础，突出重点难点，合理安排教学内容。目前“光电检测技术”教材内容各有优缺点，有些教材较注重基础理论、基本原理，而对光电检测系统设计的内容介绍较少；有些教材兼顾理论教学与实践教学，但对于光电检测领域新技术、新发展的介绍较少，使教材内容落后于光电产业的发展；有些英文教材在光电检测技术新发展方面的编写较为突出，但对光电检测技术及光电检测系统的整体性上把握较差，且与教学大纲不符。因此必须结合本专业需求，合理选择“光电检测技术”课程教材内容，做到基础知识重点讲授，难点重点精讲细讲。例如光电检测器件是光电检测技术的重要内容，在教学中着重讲解光电器件的工作原理、结构、性能参数及应用范例，而对于光电检测器件的偏置电路、前置放大电路、匹配滤波等前期课程中已经涉及的内容进行略讲。光电探测器分为光电效应型和热电效应型，由于热电器件在“热工测量仪表”课程中为重要学习内容，在本课程的教学中将热电器件一章改为自学。而涉及计算机接口等内容由于在“单片机原理及应用”中详细讲解，在本门课程中将其删去。
（2）结合测控技术与仪器专业的培养目标及专业设置，补充反映专业特色的内容。结合我校冶金背景、测控技术与仪器专业的培养目标及学生的就业需求，加强本课程与其他专业课程的衔接，对光电检测的新理论、新技术、新应用和新成果进行了补充。例如在光电检测方法的讲解过程中以智能机器人定位技术为例介绍光电器件的应用，激发学生自主学习的动力。在讲解光电位置传感器时，以光电位置传感器用于智能汽车防追尾系统为具体案例，启发学生认真思考，激发学生的学习兴趣。在讲解激光器、光电耦合器件CCD的过程中，结合器件的应用背景，把器件最新的制作工艺、应用前景介绍给学生，并将光电耦合器件CCD的成像原理与手机采用CMOS的成像原理进行对比，激发学生的学习兴趣。根据学生的就业需求，在课程的教授过程中补充与冶金企业生产过程密切相关的光电检测系统。例如基于CCD的锅炉燃烧控制系统，以光电耦合器件CCD获取锅炉内部燃烧图像，用图像信息确定炉膛内部的温度分布，确定锅炉内部燃烧机理，及时有效控制锅炉燃烧效率，达到锅炉温度控制目标。结合科研课题“基于CCD的比色测温研究”，将CCD的应用领域进行拓展，使学生系统全面地掌握光电系统的设计，培养学生的工程实践能力。
（3）立足培养综合实践型人才，加强光电检测实践教学环节。实践教学有利于培养学生的综合实践能力和创新精神，该教学环节学时有限，如何在有限的学时内完成预期的目标，必须对基础验证型实验、综合型实验及创新型实验的比例作出调整。光电检测实践教学以我校光电检测实验室为基础，秋实科技创新实验室为媒介，构建实用型光电检测实验教学平台。在具体实践教学中，采用基于项目设计的实验教学方法，合理保证基础验证型实验，并结合集中演示的方式进行教学，提高综合型及创新型实验的比例。我校光电检测实验室的主要实验设备有CSY-2000型光电检测实验台，包含光电传感器模块、信号采集模块、信号处理及自动控制模块等。在实验室内不仅可以完成光电探测用光源、光电探测器原理及特性等验证性实验，还可以根据具体的对象搭建实用的光电检测系统。秋实电子实验室致力于鼓励大学生完成科技创新活动，在光电检测实验平台的基础上，结合秋实电子实验室现有设备，可以完成综合设计型实验，例如智能机器人视觉系统、智能小车竞速系统、智能小车防追尾系统等设计，帮助学生在完成“光电检测技术”基础知识、系统理论学习的同时，提高学生的实践动手能力，使学生通过实践环节的学习，达到培养工程实践型人才的目标，并结合科研课题增设创新型实验，以具体的科研项目拓展实验教学内容，及时反映光电检测的最新发展情况，培养学生的科研创新能力。
2.教学方法改革
“光电检测技术”是一门多学科交叉科学，如何提高教学质量、提升教学效果，使学生既能有效地掌握基础理论、基本方法，又能灵活运用基本原理。传统的以课堂教学为主、实验教学为辅的教学模式必须进行改革。
（1）有效地将课堂教学、实践教学相结合，引入多元化教学方式，增强教学效果。如讲解光电效应的过程中，采用图文并茂的多媒体课件形式，制作动画效果，将涉及半导体理论的抽象原理直观形象地演示出来，并以日常生活中光电探测器的应用为实例，激发学生的学习兴趣，拓展学生的视野。在讲授光电器件的性能参数过程中，量子转化效率、光电响应度、光谱响应范围、光电响应时间等性能参数均为抽象的物理参数，而光电器件的性能参数又是光电检测系统设计的关键，在讲授中以光电检测系统中光电器件性能参数变化对系统测量结果产生的影响为例进行讲解，以直观的数据将抽象的物理参数简单化。
（2）充分发挥学生的主观能动性，提高学习效果。在课堂教学过程中，充分发挥学生的学习积极性，加强学生与教师的互动，活跃课堂气氛，提高学生的学习效果。如绪论部分引入光电产业的发展前景，以日常生活中的小故事为例，引出光电产业的背景及发展趋势；以创新型实验为例，鼓励学生根据日常生活中的测量参数设计光电检测系统，发挥学生的主观能动性，培养学生的综合实践能力。
（3）改变考核手段，注重培养学生的综合能力。课程考核是评价课程教学质量的重要手段，传统的考核方式均采用卷面形式，具有一定的局限性。本课程采用卷面考核成绩、课堂提问、综合设计作业成绩相结合的考核方式。其中课堂提问成绩根据课堂提问结果给出，及时考查学生对所学知识的掌握程度。综合设计作业成绩以学生所完成的综合型创新型实验报告书给出，全面考查学生的综合能力。将三部分成绩结合起来，合理反映学生对于本门课程的学习情况。实践表明这种方式极大地调动了学生的学习积极性，取得了良好的效果。
四、结论
结合我校测控技术与仪器专业的培养目标及学生的就业情况，对“光电检测技术”课程教学进行改革，首先对课程教学内容体系进行了优化，接着采用项目教学法对原有实践教学环节进行改革，加大综合型创新型实验的比例，最后对教学方法进行改革，以有效的教学方式达到预期的教学效果。实践结果表明，课程内容体系改革、实践教学改革和教学方法改革提高了本课程的教学效果和人才培养质量。
参考文献：
[1]罗先河，等.光电检测技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，
1994.
[2]雷玉堂.光电检测技术[M].第2版.北京：中国计量出版社，2009.
光电科学与技术的前景篇2
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，光电传感器一般由光源，光学通路和光电元件三部分组，光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。
1 光电传感器原理
光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，由三部分构成：发送器、接收器和检测电路。
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。
槽型光电传感器把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。
对射型光电传感器若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。
反光板型光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。
2 光电传感器的应用
2.1 透射式光电传感器在烟尘浊度检测上的应用
防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。
为了检测出烟尘中对人体危害性最大的亚微米颗粒的浊度和避免水蒸气与二氧二碳对光源衰减的影响，选取可见光作光源。光检测器光谱响应范围为400-600nm的光电管，获取随浊度变化的相应电信号。为了提高检测灵敏度，采用具有高增闪、高输入阻抗、低零漂、高共模抑制比的运算放大器，对信号进行放大。刻度校正被用来进行调零与调满刻度，以保证测试准确性。显示器可显示浊度瞬时值。报警电路由多谐振荡器组成，当运算放大器输出浊度信号超过规定时，多谐振荡器工作，输出信号经放大后推动喇叭发出报警信号。
2.2 漫射聚焦型传感器
漫射-聚焦型传感器是效率较高的一种漫射型光电传感器。发光器透镜聚焦在传感器前面固定的一点上。接收器透镜也是聚焦在同一点上。敏感的范围是固定的，取决于聚焦点的位置。这种传感器能够检测在焦点上的物体，允许物体前后偏离焦点一定距离，这个距离称作“敏感窗口”。当物体在敏感窗口以外，在焦点之前或者之后时便检测不到。敏感窗口取决于目标的反射性能和灵敏度的调节状况。因为所射出来的光能是聚焦在一个点上面，增益增大了很多，于是传感器很容易地就检测到窄小的物体或者反射性能差的物体。
具有背景光抑制功能的漫射型光电传感器只能检测一定距离的目标物体，在这个距离以外的物体它便检测不到。在各种漫射型光电传感器中，这种类型的传感器敏感目标物体颜色的灵敏度是最低的。这种传感器的一个主要优点是，它不会检测背景物体。而普通的漫射型光电传感器往往会把背景物体误认为是目标物体。
对于具有机械式背景光抑制功能的漫射型光电传感器，它里面有两个接收元件：一个接收来自目标物体的光，另一个接收背景光。目标接收器E1上的反射光的强度超过背景光接收器E2上的反射光时，便把目标检测出来，产生输出信号。当背景光接收器上的反射光的强度超过目标接收器上的反射光时，不检测目标，输出状态不发生变化。在距离可变的传感器中，焦点可以用机械的方法进行调节。
对于具有电子式背景光抑制功能的漫射型传感器，在传感器中使用一只位置敏感元件（PSD）而不是使用机械元件。发光器发出一束光线，光束反射回来，从目标物体反射回来的光线和从背景物体反射回来的光线到达位置敏感元件的两个不同位置。
3 光电传感器的发展前景
光电式传感器可非接触地探测物体，广泛用于自动化领域，如管理系统、机械制造、包装工业等。当然，光电式传感器也有它的缺点，它是以光为媒介进行无接触检测，光是一种频率很高的电磁波，光干扰也算一种电磁干扰，它是导致传感器误动作的主要因素之一。环境光、背景光和周围其他光电式传感器所发出的光都是光干扰源。故设计时，采用偏振光及高频调制的脉冲光，采用同步检波方式，有利于抑制光干扰。
在各行业、各领域中，光电传感器都得到了广泛的应用，尤其是在电力、工业、军事、农业及生活领域，光电传感器的应用不达标有利于电力电子设备的升级与改造，而且客观促进了社会生产力水平的提高。随着现代科学技术的不断发展，光电传感器的应用展现了更为广阔的发展空间，我们应注重对于国内外相关技术研究成果的积累和借鉴，并且加强与现代计算机技术、网络技术、电力电子技术的有机结合，从而不断拓展光电传感器的应用范围，更好的服务于现代社会的发展。
4 结论语
以上对光电传感器的检测技术和部分光电传感器的应用做了分析说明，在现展中，光电技术有很多种，同时工作方式也又很多。在多方面考虑，应该仔细的选择性能比较稳定价格适应的技术和类型，实施好设计方案。
参考文献：
光电科学与技术的前景篇3
多媒体技术在舞美中的运用
计算机神奇的表现力使理想形态的创造达到随心所欲的境地。计算机三维技术有极强的仿真能力和创造力,它可以在虚拟的空间里,创造出极其逼真的世界,又可以凭借想像力创造出大自然的视野,在三维动画所表现的空间画面中,以超现实的表现力设计出动态的理想世界,在这里传统的描绘材料工具及技法都望尘莫及。传统的舞美设计,总是先要有一个初步构思,画出草图,通过与导演和各部门的协商,让构思具体化,然后画出效果图。但是手画的效果图是二维空间表现三维空间的,与真实的场景有一定的差距,又很不直观。另外灯光的效果也无法体现, 因为一台晚会的灯光变化是很多的,不可能每一种变化都要画一张效果图。所以,舞美设计的最终面貌还是要到装台后才能看到。在舞台上,灯光布景都装好后,一旦对光时发现灯光、布景存在什么问题或有什么不足之外的话, 想改是很困难的。也是来不及的,尤其对我们电视直播晚会常常带来不可挽回的损失。利用计算机三维技术可以在一定程度上及早解决这些问题。
特别对于灯光设计效果图来说,应该充分表现出光与景的关系,表现出不同材质、不同介质的特点,准确地表现光线、包括光线在空间的造型。而利用计算机灯光设计软件,可在瞬时对颜色、材质、影子、光及大量附加效果进行如意的编辑、强大的动画工具和快速的图像生成功能,可以使灯光效果图更接近现场的效果,达到艺术设计理念的氛围。当电脑作为对舞台演出灯光的控制设备时,即可严格依照灯光设计者键入的编程方案,迅速而准确无误地调控灯具完成对光色的组合、移动、变化,极大地强化了舞台灯光的可控性和可塑性,从而拓展了设计者对假定时空的想象和创造及舞台体现前瞻能力。
随着计算机技术、光学、电子技术、视频技术的发展,各种影像设备在舞台演出中的应用也日益增多,促进了舞台演出艺术的发展。LED电子显示屏是集光电子技术,视频技术,计算机技术和微电子技术为一体的科技产品。LED因其强大的功能在现代舞台演出中得到了广泛的应用。它的表现力非常丰富:可以模拟实景,再现自然,也可以显示效果图像,还可以用来展现资料等等。它有传统布景所无法比拟的灵活性和虚拟性,又有灯光系统所具备的部分光源特点,如大屏幕是利用发光二极管制作,通过本身的光源性能摸拟出现形态迥异的现实空间造型,还能表现出灯光的光效效果。 随着LED大屏幕在舞台演出中的使用越来越频繁和设计者创作观念的改善,在某些演出中,它已经作为舞台美术中极其重要的构成元素出现了。在演出中,大屏幕出现与演出节目相匹配画面,代替了传统布景功能,而且所营造出的虚拟画面给了我们想象的空间,比实景更有气氛。传统舞美布景是用具体的物质材料构造,具有可视的外部样式,给观众以实体般的感受,但是不便于灵活替换,而且制作成本较高。而LED能播放任何可以想象到的画面,动态的、静态的、写实的、写意的、内容多姿多彩,效果也更为生动逼真,能够给观众身临其境的完美享受,进而直接影响观众的心理变化,左右观众的情绪。纵观近几年的春晚歌舞类节目,原本非常不受关注的舞蹈类节目借助形式上的创新和内容上的丰富化,变成了包装精美,具有吸引力的亮点。之前,在几百平米的舞台上往往只能用一个4:3的传统电视屏幕,而现在可用LED做成各种异型,甚至圆体状,还可将LED打散构图,布满整个舞台。在2007年中央电视台春节联欢晚会舞蹈类最佳节目评选中,获得第一名的是将舞蹈艺术与多媒体技术结合起来的《小城雨巷》。悠扬的丝竹声中,薄薄水雾和着烟雨,顷刻间将观众带到了细雨飘零的江南水乡;当舞者手执一把纸伞,在空灵的旋律中翩翩起舞时,让人如入诗境。如此美好的画面,除了舞蹈演员曼妙的舞姿,我们还要归功于舞台后方的LED电子显示屏。整个大屏幕使用动态实景和灯光的变幻烘托江南水乡的氛围,很有立体感和纵深感,加上近距离取景,画面很逼真,有“人在画中走”的意境。2009年的中央电视台春节晚会更是将LED运用到了极至,有平面的、圆状的,并能上下运动,前后变幻,使整个舞台形成一个美妙无比绚丽的画图。
视听特技在电视舞美领域的应用非常广泛,其中舞台照明和舞台音响是较重要的两大板块。
利用灯光手段为舞台照明并为人物、景物造型的艺术,称做舞台照明。其作用是根据演出要求,按照舞台美术的整体构思,运用舞台灯光的技术设备及手段配合演员表演,塑造舞台上的视觉形象。灯光设计面对如今多样的节目形式,必须紧扣晚会的主题,对不同的节目内容进行针对性的设计与艺术创作,只有这样才能实现灯光的表现形式与节目内容的高度统一。通常晚会舞台的灯光主要是以节目的音乐变化和节奏的变化来控制灯光的亮度与闪光点闪频速度,灯光的色彩变换主要是以聚焦变化为主,通常可以制造色彩的变化与亮度和聚焦灯点有交叉影合的绚丽美感,为节目内容增光添彩,渲染气氛,增强节目电视画面的视觉效果。在上世纪80年代初,舞台灯光一直采用人工更换涤纶色纸的方法,这种手动操作模式的繁琐、不安全,及演出过程中同一盏灯不能换色等问题制约了灯光设计的发展。随着我国文艺演出逐渐兴盛、演出规模日益扩大,灯具的使用数量越来越大,逐渐摆脱了手动换色的局限,让舞台变幻出更多更美的色彩,推进了舞台灯光艺术向更高水平发展。而实现舞台灯光自动化、智能化和科学化则是一个富有挑战性的目标,它涉及人们对艺术观念的认识、照明设备的创新、演播厅建筑的配合、演艺制作的工作方式等方面的变革,这是戏剧艺术、剧场建筑、科学技术三者紧密结合的“大系统”工程。
舞台音响技术也是随着当代科技的发展而产生的一门崭新学科。近年来,随着数字技术的发展,舞台音响技术也朝着数字化方向呈现出越来越精细的趋势,其作用也随着当代传播方式的数字化及传播范围的普泛化而显得越来越重要。在当代舞台艺术创作中,即在当代传媒技术高速发展的形势下,音响技术已开创了“从技术到艺术”的设计理念,即技术与艺术的完美结合,人性与科技的结合,成为了舞台表现的重要手段。目前多维数字音响技术这个新概念进入了人们的视野,并被预言将得到进一步创新及普及,这是我们值得探究的新领域。
多媒体技术在舞美领域的发展前景
在当今国际艺术创作潮流中,舞台艺术与技术的结合已经成为表演艺术中不可分割的创作体现元素,文艺科技已作为文化艺术创作的重要载体。在发达国家中以高科技声、光、电等各种先进技术组合体现的舞台艺术已经独树一帜,足以让人为之振奋,它符合了人们的现代审美理念和文化消费需求,已成为强大的文化产业的基础。国外舞台艺术创造运用高科技手段所呈现的表演样式,在现代科技迅猛发展的形势下,为优秀舞台艺术作品的产生和传播提供了丰富的体现手段。我国的舞台科技研究开发由原来的单一舞台科技项目研究,发展到以技术项目的整体综合。晚会演出的震撼力,不但在于艺术创作的内涵,还在于充分利用科技手段,使演出更具张力,而且利用与拓展舞台表演空间,增强剧情气氛,提升演出表现力与震撼力。我们要使舞台科技从单一硬件设备、设施的改造走向用于舞台艺术的互动发展。
光电科学与技术的前景篇4
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关键词 ]低碳经济；电力企业；发电；前景
由于传统的经济发展模式是以牺牲环境为基础的，对于生态环境造成了严重的破坏。而低碳经济发展模式是一种全新的发展理念，所采取的主要方式就是运用各种方法进行节能、减排，充分利用清洁能源，努力提高能源的利用效率。在低碳经济发展过程中，还要不断完善相关的法律、经济管理措施，不断优化产业结构，最终实现经济的可持续发展。
1低碳经济的特点及其影响
低碳经济是基于当前生态安全考虑的，由于经济的发展造成大量的碳排放到空气当中，对环境造成了严重的污染。现展经济首先要考虑到环境问题，减少碳的排放，这种发展模式也是未来社会发展的主要方向。
1.1经济发展要以全球公共利益为基础
当前所倡导的低碳排放、低碳交易都是以国际协议标准来实施的，对于全球经济发展都有着非常重要的意义。目前环境问题已经成为了全人类的共同话题，已经不再是单一的气候问题，而是已经上升到人类道德标准的全球性课题，各国都要结合自身的情况对经济的发展形式进行约束，共同维护生态环境不受到破坏。
1.2发展低碳经济受到经济条件的影响
经济发展水平不一样，对于环境造成的破坏也有所区别，各国并没有统一的标准。发达国家对于实现低碳经济有其自身的优势，技术方面比较先进，人才也比较充足。发展水平较低的国家，尤其是还处理解决人民温饱问题的国家，对于实现低碳经济还是有很大困难的，这样会投入大量的资金，更加剧了与发达国家之间的差距。因此，在一些国家实现低碳经济还是有一定的困难的。
2新型发电项目前景分析
2.1风能在发电工程中的应用
将风能用于发电工程，在当前可再生资源发电项目中是应用最为成熟的一种方法，具有广阔的发展前景，利用风能发电不会对环境造成污染，有效的降低能源的消耗，减少碳的排放，在实现低碳经济方面成效显著，目前风能发电技术正在全世界范围内迅速推广。据数据显示，在2008年的时候，全球风电装机容量已经达到12.08万兆瓦以上。我国在风能发电技术方面也处于领先地位，在国家相关政策的扶持下，不断推进风能发电项目，在未来很长的时期内都将会保持高速发展的态势。据统计，到2010年的时候，我国风电装机总量已经达到了2000万瓦，提前完成了原来制定的2020年的装机目标。
从当前风能发电的现状来分析，风能发电项目仍然具备非常广阔的投资前景，一是风能发电不会造成碳排放，完全符合国家所倡导的低碳经济的发展要求。二是国家制定的许多优厚的扶持政策，比如电价管理方面设立了特许电价和指导性电价，对于风能投资企业都非常有利。三是国家对于投资企业的融资与技术研发都给予了大力的支持。所以说投资风能发电风险非常低。随着科学技术的不断进步，在风能发电技术将会有更加广阔的前景。
2.2生物质在发电工程中的应用
目前用于生物发电的原材料主要是秸秆，国际能源机构对此做过深入的研究，秸秆属于良好的清洁能源，燃烧时对环境的污染非常小，其含硫量仅为0.38%。长久以来，秸秆都是作为农业生产的废弃物而浪费掉，每年所丢弃的秸秆大概在1亿吨以上，有数据预测，到2020年的时候废弃的秸秆可能达到2亿吨以上。所以将这些秸秆进行合理的利用转化成电能，对于发展低碳经济具有非常重要的意义。
沼气发电也属于新型发电技术，将废弃的有机物通过发酵的方式获得沼气，然后利用内燃机燃烧所产生的热量来发电，是一种将化学能转化成电能的方法。目前这种技术在全球范围内得到了推广与应用，而我国在这一领域也有了重大突破，并成立了专门的科研团队，加快了沼气发电技术的发展。
2006年的时候，我国共有两座生物质发电项目投产运行，一个是山东单县的首座生物质直燃发电项目，此项目耗资达3亿多元，该发电机组装机容量达到了2.5万kW；二是江苏兴化的生物质热解气化发电项目，该发电机组装机容量达到了5.5兆瓦。据统计，2010年的时候，我国生物质发电技术已经非常成熟，装机容量已经超过了550万kW，而2012年底的时候，直燃发电项目并网容量达到3000兆瓦以上，通过垃圾焚烧发电并网容量也基本达到2500兆瓦。这些数据表明，我国在生物质发电方面也已经有了较为成熟的经验，而且将这些生物质转化为电能，是变废为宝、节能减排的重要手段，对于发展低碳经济意义重大。利用生物质发电，可以消耗大量的农业生产废弃物，转化成可以发挥更重要作用的电能，燃烧后的物质再用于农业生产，实现了能源的转换，是对可再生能源的有效利用。因此政府要加大扶持力度，加大研究力度，在当前低碳经济环境下具有非常重要推广价值。
2.3光伏发电技术在发电工程中的应用
光伏发电技术是利用太阳能进行发电的一种新型方式，其原理就是光生伏特效应，将光伏发电系统将吸收的光能转化为光生电流流出，实现太阳能与电能的有效转化。光伏发电涉及到的技术较多，比如太阳能电池技术、光伏阵列最大功率跟踪技术、孤岛效应检测技术以及聚光光伏技术等。
（1）光伏发电系统分类
目前，光伏发电系统基本可以分为两类，一是独立发电系统，是一种独立发电的装置，不和电力网络连接，通过自身的运行实现太阳能发电，以满足自身对电能的需求，这种发电系统多数应用于偏远地区或是野外作业。但是这种独立的发电系统一般稳定性较差，有时候需建立普通电站来进行辅助，这样一来就增加了投资的成本，不是特殊情况很少会用到。二是并网发电系统，是指将光伏发电系统利用现代科学技术接入到电力网络中，一般分为商用和民用两种类型，将自用余量上网，国家采用收购的方式并入到电力网络中。并网发电系统不需要自己配备蓄电池，大大降低了投资成本，同时电能的转化效率也得到了有效的提高，发电也比较稳定，在光伏发电产业中具有广阔的发展前景。
（2）光伏发电系统的应用
当前光伏发电技术在实际应用主要有以下几个方面：
一是用于LED照明：LED是一种半导体材料，和光伏发电系统组合，充分利用光生伏特原理，能够实现光能电能光能的快速转化，完全符合当前节能减排、环保高效的发展理念，使用寿命长，维护简便。如果在该系统中加入可充放的蓄电池系统，将会显现出更加明显的优势。
二是在现代建筑中的应用：光伏发电系统用于建筑中主要有两种方法，一种是利用屋顶结构安装光伏发电装置，对用户进行实时供电，然后可以余量上网。第二种将发电系统集成到建筑中，在建筑设计的时候将光伏发电装置考虑进去，使其成为建筑结构的一部分。比如将普通的玻璃幕墙替换成光伏发电系统的玻璃幕墙，利用安装在屋顶和墙面的光伏器件吸收并将太阳能进行转化。在这一方面，世界各国都加大了研发的力度，将彩色的光伏模块替代建筑外墙装饰材料，既建筑装饰的要求，又实现了光伏发电，有效降低了投资成本，这一技术在未来的建筑行业发展中前景广阔。
三是在泵站工程中的应用：目前光伏发电技术在很多行业中都得到了广泛的应用，比如太阳能水泵，借助电池板吸收太阳能，然后转化为动力来带动水泵运行，从而建成了大量的光伏水泵站。在规模比较大的泵站中一般都会加装逆变器，将转化的直流电再转换成交流电，实现大型泵站的运转。这种光伏泵站开始的投资成本较高，但是投资建成后的运行费用却很低，而且具有较长的使用寿命，因此值得大力推广。
2.4燃料电池发技术在发电工程中的应用
燃料电池发电技术的原理是将空气里面的氧与氢两种物质进行转化，把化学能转化成电能，所用到的转化装置就是燃料电池。燃料电池包括以下几个部分：预处理装置、燃料电池堆、并网逆变器（PCU）等。其特点是电能转化率高、对环境不会造成污染，便于操作。随着研究的不断深入，燃料电池技术受到越来越多的人的青睐，在全球范围内得到了快速推广。目前走在世界前列的有北美、欧洲和亚洲的日本，我们国家起步相对较晚，但是却受到国家及相关研究机构的重视，已经列入了“十五”规划之中，同时国家自然科学基金也对这一项目的实施提供是大量资金。由此也可以看出燃料电池技术的发展前景异常广阔。
3结 论
综上所述，低碳经济背景下，对于新型发电项目建设提出了更高的要求，要充分利用可再生资源来替代煤炭、石油等不可再生资源，而且新型发电技术的应用不能够对环境造成污染，减少发电过程中碳的排放。低碳经济是全球化共同的发展目标，其核心理念就是提高能源的利用效率，减少碳的排放，减少对环境造成的污染。现阶段新型的发电技术种类有很多，每种发电技术都有其发展优势，各地区要结合本地的电能需求与资源利用现状选择适合的新型发电方式。政府相关部门也要做好宏调控，加大对新型发电技术的扶持力度，制定并完善相关的补贴政策，强化管理措施，比如利用城市垃圾和农林废弃物进行发电的要给予相应的补贴，在项目建设中可以提供低息贷款给予扶持，加快项目审批并提供各种便利条件等。相信新型发电技术会得到越来越多的应用，有力的推动低碳经济的发展，快速实现能源利用的可持续发展。
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光电科学与技术的前景篇5
多媒体技术就是通过计算机把文本、图形、图像、声音、动画和视频等多种媒体综合起来，使之建立起逻辑连接，并对它们进行采样量化、编码压缩、编辑修改、存储传输和重建显示等处理。计算机以其无可比拟的便捷、高效、精确、易于修改和存储方便等特点不断刷新各项纪录。近年来多媒体技术的加速发展，软件的不断更新，为计算机在设计表现领域的广泛应用提供了广阔前景，不仅以它崭新的形式给舞台视觉艺术带来了一场革命，还促使人们的审美理念发生了很大的变革。在多媒体技术的帮助下，舞美艺术正摆脱手工业时代的封闭性和局限性，将舞台设计成一个时间艺术和空间艺术的综合体，既有文学与音乐的时间性、听觉性，又有绘画与建筑的空间性、视觉性。在功能上，它不但要扩展人们的视觉范围，还要扩展人们的思维能力。计算机对于图形设计及舞美创作方面起重要的主导作用，给我们提供了一条思路，可以把计算机转换成一种全新的“舞台语言”，我们有理由相信计算机与舞美的联姻必将激发更多的灵活性和创作激情。
2 多媒体技术在舞美中的应用
舞台美术简称舞美，包括布景、灯光、服装、化妆、道具、效果等内容.舞台美术的主要作用在于运用多种表演艺术手段，营造戏剧环境、渲染舞台气氛、塑造人物形象.舞台美术有其自己的创作艺术规律.可以说它是一种集“平面”、“空间”和“时间”为一体的极具观赏性的艺术. 长期以来，我国的舞台美术紧跟21世纪时代前进的步伐，不断发展，不断创新，并呈现蓬勃发展的喜人态势.舞美艺术密切渗透于多媒体技术的应用之中。主要表现在以下几个方面：
(1)虚拟现实技术在舞美中的应用。
计算机神奇的表现力使理想形态的创造达到随心所欲的境地。计算机三维技术有极强的仿真能力和创造力，它可以在虚拟的空间里，创造出极其逼真的世界，又可以凭借想像力创造出大自然的视野，在三维动画所表现的空间画面中，以超现实的表现力设计出动态的理想世界，在这里传统的描绘材料工具及技法都望尘莫及。传统的舞美设计，总是先要有一个初步构思，画出草图，通过与导演和各部门的协商，让构思具体化，然后画出效果图。但是手画的效果图是二维空间表现三维空间的，与真实的场景有一定的差距，又很不直观。另外灯光的效果也无法体现， 因为一台晚会的灯光变化是很多的，不可能每一种变化都要画一张效果图。所以，舞美设计的最终面貌还是要到装台后才能看到。在舞台上，灯光布景都装好后，一旦对光时发现灯光、布景存在什么问题或有什么不足之外的话， 想改是很困难的。利用计算机三维技术可以在一定程度上解决这些问题。
特别对于灯光设计效果图来说，应该充分表现出光与景的关系，表现出不同材质、不同介质的特点，准确地表现光线、包括光线在空间的造型。而利用计算机灯光设计软件，可在瞬时对颜色、材质、影子、光及大量附加效果进行如意的编辑、强大的动画工具和快速的图像生成功能，可以使灯光效果图更接近现场的效果，达到艺术设计理念的氛围。当电脑作为对舞台演出灯光的控制设备时，即可严格依照灯光设计者键入的编程方案，迅速而准确无误地调控灯具完成对光色的组合、移动、变化，极大地强化了舞台灯光的可控性和可塑性，从而拓展了设计者对假定时空的想象和创造及舞台体现前瞻能力。
(2)新型影像设备在舞美中的应用。
随着计算机技术、光学、电子技术、视频技术的发展，各种影像设备在舞台演出中的应用也日益增多，促进了舞台演出艺术的发展。LED电子显示屏是集光电子技术，视频技术，计算机技术和微电子技术为一体的科技产品。LED因其强大的功能在现代舞台演出中得到了广泛的应用。它的表现力非常丰富：可以模拟实景，再现自然，也可以显示效果图像，还可以用来展现资料等等。它有传统布景所无法比拟的灵活性和虚拟性，又有灯光系统所具备的部分光源特点，如大屏幕是利用发光二极管制作，通过本身的光源性能摸拟出现形态迥异的现实空间造型，还能表现出灯光的光效效果。 随着LED大屏幕在舞台演出中的使用越来越频繁和设计者创作观念的改善，在某些演出中，它已经作为舞台美术中极其重要的构成元素出现了。在演出中，大屏幕出现与演出节目相匹配画面，代替了传统布景功能，而且所营造出的虚拟画面给了我们想象的空间，比实景更有气氛。传统舞美布景是用具体的物质材料构造，具有可视的外部样式，给观众以实体般的感受，但是不便于灵活替换，而且制作成本较高。而LED能播放任何可以想象到的画面，动态的、静态的、写实的、写意的、内容多姿多彩，效果也更为生动逼真，能够给观众身临其境的完美享受，进而直接影响观众的心理变化，左右观众的情绪。纵观近几年的春晚歌舞类节目，原本非常不受关注的舞蹈类节目借助形式上的创新和内容上的丰富化，变成了包装精美，具有吸引力的亮点。在2007年中央电视台春节联欢晚会舞蹈类最佳节目评选中，获得第一名的是将舞蹈艺术与多媒体技术结合起来的《小城雨巷》。悠扬的丝竹声中，薄薄水雾和着烟雨，顷刻间将观众带到了细雨飘零的江南水乡；当舞者手执一把纸伞，在空灵的旋律中翩翩起舞时，让人不禁想到了戴望舒的诗篇《雨巷》。如此美好的画面，除了舞蹈演员曼妙的舞姿，我们还要归功于舞台后方的LED电子显示屏。整个大屏幕使用动态实景和灯光的变幻烘托江南水乡的氛围，很有立体感和纵深感，加上近距离取景，画面很逼真，有“人在画中走”的意境。
(3)视听特技在舞美中的应用。
视听特技在舞美领域的应用非常广泛，其中舞台照明和舞台音响是最重要的两大板块。
利用灯光手段为舞台照明并为人物、景物造型的艺术，称做舞台照明。其作用是根据演出要求，按照舞台美术的整体构思，运用舞台灯光的技术设备及手段配合演员表演，塑造舞台上的视觉形象。灯光设计面对如今多样的节目形式，必须紧扣晚会的主题，对不同的节目内容进行针对性的设计与艺术创作，只有这样才能实现灯光的表现形式与节目内容的高度统一。通常晚会舞台的灯光主要是以节目的音乐变化和节奏的变化来控制灯光的亮度与闪光点闪频速度，灯光的色彩变换主要是以聚焦变化为主，通常可以制造色彩的变化与亮度和聚焦灯点有交叉影合的绚丽美感，为节目内容增光添彩，渲染气氛，增强节目电视画面的视觉效果。在上世纪80年代初，舞台灯光一直采用人工更换涤纶色纸的方法，这种手动操作模式的繁琐、不安全，及演出过程中同一盏灯不能换色等问题制约了灯光设计的发展。随着我国文艺演出逐渐兴盛、演出规模日益扩大，灯具的使用数量越来越大，逐渐摆脱了手动换色的局限，让舞台变幻出更多更美的色彩，推进了舞台灯光艺术向更高水平发展。而实现舞台灯光自动化、智能化和科学化则是一个富有挑战性的目标，它涉及人们对艺术观念的认识、照明设备的创新、剧场建筑的配合、演艺制作的工作方式等方面的变革，这是戏剧艺术、剧场建筑、科学技术三者紧密结合的“大系统”工程。
舞台音响技术也是随着当代科技的发展而产生的一门崭新学科。近年来，随着数字技术的发展，舞台音响技术也朝着数字化方向呈现出越来越精细的趋势，其作用也随着当代传播方式的数字化及传播范围的普泛化而显得越来越重要。在当代舞台艺术创作中，即在当代传媒技术高速发展的形势下，音响技术已开创了“从技术到艺术”的设计理念，即技术与艺术的完美结合，人性与科技的结合，成为了舞台表现的重要手段。目前多维数字音响技术这个新概念进入了人们的视野，并被预言将得到进一步创新及普及，这是我们值得探究的新领域。
3 多媒体技术在舞美领域的发展前景
在当今国际艺术创作潮流中，舞台艺术与技术的结合已经成为表演艺术中不可分割的创作体现元素，文艺科技已作为文化艺术创作的重要载体。在发达国家中以高科技声、光、电等各种先进技术组合体现的舞台艺术已经独树一帜，足以让人为之振奋，它符合了人们的现代审美理念和文化消费需求，已成为强大的文化产业的基础。国外舞台艺术创造运用高科技手段所呈现的表演样式，在现代科技迅猛发展的形势下，为优秀舞台艺术作品的产生和传播提供了丰富的体现手段。我国的舞台科技研究开发由原来的单一舞台科技项目研究，发展到以技术项目的整体综合。戏剧演出的震撼力，不但在于艺术创作的内涵，还在于充分利用科技手段，使演出更具张力，而且利用与拓展舞台表演空间，增强剧情气氛，提升演出表现力与震撼力。我们要使舞台科技从单一硬件设备、设施的改造走向用于舞台艺术的互动发展。
值得一提的是， 随着文化设施和剧场建设的蓬勃发展，舞台机械作为文化产业的一部分也以空前的速度和规模发展着。舞台机械是实现舞美的硬件基础，它的发展推动着舞台艺术化进程。随着国外舞台机械设备的进入，我国舞台机械的配置水平和装备水平有了很大提高，舞台机械行业已经形成了一个潜力巨大、发展势头迅猛且竞争激烈的市场。但与国外相比，我国舞台机械制造行业还处于发展阶段，水平不高，除了整体工业基础水平相对较低、从事本专业的技术力量薄弱、缺乏对剧场、舞台和舞台机械这一专业领域的深入理解和实践等因素外，没有或缺少相应的标准用以规范和指导舞台机械从设计、制造、安装到调试验收等建设环节，成为制约舞台机械行业发展的重要因素。因此，制定舞台机械相关标准，规范舞台机械的生产和应用就成了当务之急。
但是无论如何机械只是一种工具，本身不具有创意，更无法代替我们的大脑，在设计中起决定因素的仍然是人的创意。所以如何更好的将技术与艺术融合，让多媒体技术成为舞台的有机成分，是我们要不懈探究的问题。我们也相信这是一个发展空间广阔的课题，它的发展势必会带来舞台艺术和审美观念的不断变革。
参考文献
光电科学与技术的前景篇6
一、电子技术的发展现状
电子信号处理是电子技术的一个重要内容，主要的处理方式有：信号的转换、滤波、转换。信号放大是指强化接收到的电子信号的等级和强度，从而方便信号的再次接收或传输；信号转换是指转换信号表达形式，以满足接收方设备的型号要求。以应用方向为依据，电子技术主要分为电力电子技术、信息电子技术两大类。以应用方式为依据，又可将信息电子技术细分为数字（Digital）电子技术和模拟（Analog）电子技术两种。（1）电力电子技术。随着电力电子技术的发展，实现了传统电力电子技术向现代电力电子技术的完美转变。传统电力电子技术主要为低频技术，低频技术是指其信号传输、波段强度均较低；现代电力电子技术主要为高频技术，高频技术的信号传输频率、强度都相对较高，也更能满足现代信息传输的高要求。就电力电子技术的应用规模、应用范围而言，它已覆盖了传统工业和高新技术产业。高新技术行业中的电力电子技术应用，在与其他科学技术下的协同作用下，为现代化建设做出了巨大的贡献。（2）信息电子技术。信息电子技术在汽车工业中的应用，产生了“电子汽车”概念，并使之变为现实。智能化传感器，主要提供用于处理、模拟的信号，并能对信号进行放大；软件技术，是指在各种新型技术的不断应用下，原有软件需要进一步加以完善，或需要接入互联网；嵌入式微处理机目前已广泛应用于汽车的故障诊断、速度控制、传动系、发动机、环保、安全等方面。目前，通过应用微处理机来对汽车性能加以改善，将是汽车电子设备的一大发展趋势。
二、通信工程发展现状
在信息科技中，通信工程是一个极具活力而发展迅速的领域，特别是互联网络通信、光纤通信、数字移动通信的发展，让人们在信息的传递、获取方面的便捷程度大为提高。随着人们对于信息传递、交流需求的不断提高，各种信息沟通极大地改变了人们的工作和生活，其中以现代网络技术尤为典型，目前，在人们生活的各个方面都能看到网络技术的影子，网络技术的应用极大地满足了人们的信息交流、信息的需求，鉴于此，通信工程的发展前景将蔚为可观。对于信息产业来说，其覆盖面非常广泛，既包括了媒介信息获取与处理所需的器件设备，还包括计算机、卫星、光纤、自动控制、激光等，信息产业以其范围广、产值高、技术新等特点，已逐步成为了我国国民经济建设的重要组成产业。通信工程的硬件基础是现代声、电、光技术，并在相关软件的配合下，实现信息交流。20世纪末以来，互联网、多媒体得到了极大的推广应用，对于通信工程的发展也起到了很好的推动作用，在21世纪初，光通信、宽带技术就逐渐开始发展。
三、电子技术与通信工程的结合
在工程技术方面，电子技术、通信工程二者的结合主要表现在：个人和移动通信、宽带通信、宽带通信网、光通信、卫星通信、多媒体通信、人机交互、语音处理、图像通信与处理、信号处理及应用、EDA技术、集成电路制造、微波技术、微波工程、微波元器件、微波辐射和散射、微波传输、微波电路、光电子学工程、光纤通信工程、真空电子工程、纳米材料、纳米技术、微电子系统制备，等等。电子技术、通信工程在各行业中的广泛应用，也受到了国家教育部门的重视，通过各大高校的专业学习，培养了一批批具有扎实理论基础、创新精神，能从事通信技术、通信系统、电子信息技术等领域的设计、研究、开发、运营工作的高级技术人才。纵观社会经济和科学技术的发展，电子技术、通信工程的发展前景必将十分广阔。
参考文献
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光电科学与技术的前景篇7
一 虚拟现实研究现状
虚拟现实技术是许多相关学科领域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、超声波、心理学等。我们必须清醒地认识到,虽然这个领域的技术潜力是巨大的,应用前景也是很广阔的,但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。
就像电影《黑客帝国》里描述的那样,未来的我们竟可以生活在一个由电脑控制的虚拟世界里。在这个世界里,我们同样拥有各种感觉,同样拥有亲戚朋友,同样拥有工作,同样拥有现实世界的一切“真实”。只是,这一切都是虚拟的[1]。虚拟现实如果应用于教育有可能是教育技术仿真的一个飞跃。虚拟现实营造了“自主学习”的环境,由传统的“以教促学”的学习方式代之以由学习者通过自身与信息和环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式,能做到在教学活动中“学生为主体、教师为主导”。将其引入课堂,展现那些在传统的教学模式中无法实现的教学过程、虚拟各种实验设备和实训环境,甚至用于远程教育,从而生动地表现教学内容。因此,虚拟现实技术进入高校教学的研究,势必将会对探索发展现代教育思想、提高教学质量水平、改善实验培训环境、优化教学过程、加速培养现代化的专业技术人才产生深远的影响[2]。
如何显示虚拟场景呢?现在应用的虚拟现实广角(宽视野)的立体显示,主要采用多通道平面或环幕立体投影展示系统,需配戴跟踪头部运动的虚拟现实头套,另外一些设备还需要数据手套和数据衣。这些系统使用复杂,局限性强,仿真效果差,价格昂贵推广不易。本文虚拟仿真显示的设计构思是采用光技术,利用光投影机投射而成的3D全息展示系统,人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中,并操作、控制环境,实现特殊的目的,即人是这种环境的主宰。能将课堂教学情景、课件内容立体真三维可视化,再配合声音、资源库、智能系统等双向互动,完全模拟真实情景,与现场无异,它具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率,以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。
美国麻省一位叫Chad Dyne的29岁理工研究生发明了一种空气投影和交互技术,这是显示技术上的一个里程碑,它可以在气流形成的墙上投影出具有交互功能的图像。此技术来源海市蜃楼的原理,将图像投射在水蒸气上,由于分子震动不均衡,可以形成层次和立体感很强的图像。另据报道,日本公司Science and Technology发明了一种可以用激光束来投射实体的3D影像,这种技术是利用氮气和氧气在空气中散开时,混合成的气体变成灼热的浆状物质,并在空气中形成一个短暂的3D图像。还有,南加利福尼亚大学创新科技研究院的研究人员目前宣布他们成功研制一种360度全息显示屏,这种技术是将图像投影在一种高速旋转的镜子上从而实现三维图像,只不过好像有点危险。可以说这些技术很多国家都在研制,毫不夸张的说这项技术它包含了未来,谁最先使用这项技术,谁就最先走入未来的先进技术行列。[3]
二 光技术及其应用效果
1 三维成像如何显示
人看周围的世界时,由于两只眼睛的位置不同,得到的图像略有不同,这些图像在脑子里融合起来,就形成了一个关于周围世界的整体景象,这个景象中包括了距离远近的信息。当然,距离信息也可以通过其他方法获得,例如眼睛焦距的远近、物体大小的比较等[4]。
根据人眼立体视觉的特性,实现立体电视的方式也对应为两大类:一类是利用两眼的视差特性,使一对视差信号的两幅图像同时出现在屏幕上,让两眼分别观看这两幅图像来获得立体感觉;第二类是利用一只眼睛也能获得立体感的特性,将一对视差信号的两幅图像先后轮流地出现在屏幕上,从而获得立体感觉。
第三种就是真三维成像,本文拟推荐应用光技术全息三维成像,使用普通光束即可(不需银幕真三维)。这个系统可以用来拍摄诸如篮球比赛的三维影片。如果你的家中有三维播放机,你就可以在虚拟现实状态下观看篮球比赛,观看者会感觉自己仿佛就在场内一样(见图1)。全息三维立体显示正在向全息彩色立体电视和电影的方向发展。同理,课堂教学也能够获得同样的视觉和听觉效果。
图1 三维播放机
2 如何实现光电三维成像
使用课堂多媒体光电三维成像设备,主教室和各分教室双方的三维立体全息图像便瞬间出现在对方面前,让两个不同空间的人同时出现在一个空间,就好像一个真人站在你面前一样(见图2),然后你便可以和他随意交谈,使用各种表情,那是一种呈现在空气中的光学立体影像,不需要任何屏幕之类的媒质,不像今天的网络卫星远程教学、可视电话还需要一个屏幕才能显像。光虚拟现实技术可很好地应用到虚拟学习环境的建立。它可以虚拟地建立起与真实环境相近的学习场景,可以把远处的人或物以三维的形式投影在空气之中,使学生似乎已处于真实环境之中。另外,比如配一套可触摸超声波虚拟三维物体的系统设备。可使用户通过超声波高度逼真地触摸到虚拟图像,让人们感觉如同把三维图像掌握在手中一样。
图2两个不同空间的人同时出现在一个空间
3 虚拟光电三维成像应用原理
以光干涉为例,获得相干光的方法:两列或几列光波在空间相遇时相互迭加,在某些区域始终加强,在另一些区域则始终削弱,形成稳定的强弱分布的现象。不过,只有两列光波的频率相同,位相差恒定,振动方向一致的相干光源,才能产生光的干涉。[5]
因此,由两个(或两个以上的)光束,在满足一定条件下迭加时,在交迭区的不同地点呈现稳定的互相加强或减弱的现象,称为干涉现象。通常两个独立的光源或同一光源上的两个不同部分都不会产生干涉现象。运用某些方法,如光的反射或折射,可以将同一光源发出的光分成两个光束,当这两光束在空间经不同路径而重新聚合时,就能实现干涉现象。
通常采用的方法有两种:分波阵面法和分振幅法。如杨氏双缝、菲涅尔双面镜、洛埃镜和薄膜干涉等。下面分析杨氏双缝干涉原理,如图4。
图4杨氏双缝干涉原理
由垂直于纸面的单缝发出的柱面波的波前被s1和s2两缝分成部分,当两束光到达屏幕P点时,将产生相干叠加,P点的光强
由此可知:半波长的偶数倍加强,半波长的奇数倍减弱。
光的衍射原理:光离开直线路径绕到障碍物几何阴影里去的现象叫光的衍射,只有当小孔、单缝或小屏的尺寸小于波长或和波长差不多时,才能观察到明显的衍射现象[6]。
全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术[7]。
根据相干光干涉、光的衍射原理和利用全息技术原理推理,三维摄像机采用激光作为照明光源,并将光源发出的光分为两束,一束直接射向感光板,另一束经被摄物的反射后再射向感光板。两束光在感光片上叠加产生干涉,感光板上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度,也记录了位相信息,如图4。
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图4 全息三维摄影原理
感光板采集后的三维动态数字信息被记录传输全息到存储器,播放时用三维全息投影机播放存储的全息动态三维数字信息,同时利用激光去照射投射的干涉光和衍射光形成的空间立体虚拟光屏上,人眼透过空间立体光屏就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像(见图5)。
图5 动态全息三维投影光电成像
当然,被拍摄的不只是人和物体,同样也包含场景。虚拟光电三维成像就是利用相干光和衍射光等技术以及激光、全息照相等其它相关技术来实现光的空间三维成像,根据前面所述是可行的,可达到虚拟仿真所需图像的目的。利用全息投影机,将拍摄全息影像以大画面显示,实现真正无需戴眼镜的3D效果。这才是立体显示的终极目标。其时,“人的头脑就是一部全像摄影机[8]。” 而“世界是一张全息图[9]”。全息三维立体显示正在向全息彩色立体电视和电影的方向发展[10]。目前,国外已经有电视、展示等部分行业开始使用这项技术[11]。由于全息立体显示所需要的技术比较复杂,资金投入相对较高,因此目前还没有得到普遍应用。相信随着技术的发展,成本的降低,使用投影技术实现真正全息立体显示将会成为普遍现象。可望在立体电影、电视、展览、显微术、干涉度量学、投影光刻、军事侦察监视、水下探测、金属内部探测、保存珍贵的历史文物、艺术品、信息存储、遥感,研究和记录物理状态变化极快的瞬时现象、瞬时过程(如爆炸和燃烧)等各个方面获得广泛应用。
4 光电三维成像与其它虚拟现实技术的异同
虚拟现实技术利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境,用户通过使用各种交互设备,同虚拟环境中的实体相互作用,使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流,是一种先进的数字化人机接口技术。
光电三维成像与其它虚拟现实技术的异同见表1。
表1光电三维成像与其它虚拟现实技术的异同
光电三维成像 其它虚拟现实技术
实时三维可视化 同左
虚拟环境由基于真实数据建立的数字模型组合而成,严格遵循工程项目设计的标准和要求,属于科学仿真系统。 同左
操纵者亲身体验虚拟三维空间,身临其境。具有双向互动功能,没有时间限制,可真实详尽的展示。 同左
以高性能计算机为核心的虚拟环境,视觉无需配带眼镜、头盔显示器,以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、通过超声波高度逼真地触摸到虚拟图像,省却了数据手套和数据衣等外部随身设备。味觉、嗅觉与触觉反馈系统等功能单元构成。是一种较为接近人们生理习惯,较易接受的一个虚拟物理环境。 以高性能计算机为核心的虚拟环境,以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备[12]。以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。
三 未来课堂教学应用虚拟现实技术的研究方向
未来的新型多媒体教学将是以多媒体技术、计算机技术、网络通信技术、自动控制技术、传感技术、光技术、人工智能和虚拟现实技术等的有机结合,能够全面整合网络各种“资源”而形成先进的网络多媒体教学平台。在这种教学平台上,多媒体教室不再是孤立的,它已融入到校园网教学系统中,并以校园网资源为“背景”构建出一个富有时代特色的现代化教学环境:即集教学、管理、娱乐为一体的“数字化校园”[13]。多媒体课室是现代教学环境建设的重要组成部分,是教育技术信息传递的展示平台,是教师了解、联系、应用教育技术的桥梁。因此,虚拟现实技术建构的仿真场景对教育的发展起到多么重要的作用。
设想,未来的三维虚拟场景将更接近现实,先进的传感设备,采集现场场景内所有物质,将采集到的信息,利用现代分析技术,特别是仪器分析方法,测定分子的链和聚集态结构实时进行物质“分子结构[14]”分析,比如人的外观形态、表层分子结构、味道分子结构、温度大小、色彩声音触觉等。并将所得分析结果编组成信息传输,还可实时同步远程分子结构重组,重现虚拟仿真场景,与现场无异。编组后的信息压缩存储于智能资源库,用户只要登陆虚拟平台,即可将编组信息异步分子结构重组重现虚拟仿真场景。不但场景与现场无异,所有物体和人物都与真的相似,有触觉、味道、温度、声音、感情等。信息显示终端可能会配置物体、味道、温度等所需的分子编组箱,编组信息按菜单提取并按分子结构重组。应用原理如图6所示范。
图6未来的三维虚拟现实应用结构图
未来的虚拟校园为的是要提供学生与讲师们另一个沟通的平台,给学生提供一个能够共同学习、互动、分享以及引导创意的空间。学生们在日益普及的虚拟世界里也能感受得到身为学生的归属感,提倡学生们在现实与虚拟校园中的社交活动。也吸引来自世界各地的访客通过虚拟世界来了解大学,并与在线的学生与讲师们沟通。用户可以自由塑造自己的虚拟人物,甚至把虚拟人物打扮成和现实的自己相似的造型。在虚拟教室上课的情况和现实的课堂情况相似,每个学生需找个位子坐下,而讲师在课室的中央或在学生中间授课。虚拟课堂上可以展示幻灯片,播放影像、音乐,还可以通过虚拟的麦克风同时与多名学生即时交谈,与现实无异。
当然,教学不是盲目地追求科技的步伐,但科技确实能够有效地辅助教学。虚拟和现实的教学平台,各有不同的教学效果。能够巧妙地融合两种平台,来传授教学重点,才能有效地引发学生学习的兴趣,达到教学的目的。
四 结束语
信息时代的到来,社会节奏的加快,知识呈现出高速增长和快速更新之势。随着科学技术的发展,还会有更多的新技术应用在教育技术中,光技术就是其中重要的一项,21世纪将是光技术应用发展的时代。我们相信,随着三维虚拟仿真技术的快速发展和软硬件技术的不断进步,在不远的将来,真正意义上的虚拟现实技术将为人类娱乐、教育和经济发展做出新的更大的贡献。
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[13]李学哲.多媒体教学的发展方向[J].现代教育技术,
光电科学与技术的前景篇8
电子技术课程较其他公共基础课程而言专业性较强，同时，由于其为当前中职学生必修课程之一，在中职学生整个学习阶段占据很重要的位置。为了使学生能够更好的学习该门课程，需要教师采用一定的教学方法，激发学生的学习兴趣，激励学生能够独立自主的思考该门课程，从而达到有效的教学效果。本文将从“故事教学法”概况入手，分别从实施该项方法的三个出发点出发，分析“故事教学法”在中职电子技术课上的有效应用。
一、“故事教学法”概况
故事教学法指的是教师在为同学们传授知识的同时附加讲述一些有关该课程的故事，帮助学生更好的理解课程重难点，并且能够完整把握课程背景故事，从而达到良好的学习效果。故事教学法能够子啊一定程度上激发学生学习兴趣，使得学生沉浸在故事中理解课程，加深同学们对所学的理解。原则上故事教学法更加适合被低年级所采用，但是，目前中职学生电子技术课上依然可以采用该方法。电子技术课程较为枯燥专业，采取该种方法能够达到更好的教学效果。
在讲解半导体时，除了告诉学生半导体导电性能介于导体与绝缘体之间这类专业的知识之外，可以穿插半导的发展历程故事：1833年英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻变化情况与一般金属的不同，而后1839年法国贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，最终成为人们熟知的光生伏特效应等故事。
二、以电子技术背景为出发点
在教师平常的讲课中，应该多从电子技术的背景出发，电子技术经历的漫长的发展时期，每个小的知识点均有其自身特性的背景故事，能够帮助学生了解背景之余把握电子技术内涵。
教师：“今天我们学习的是发光二极管，二极指的是阴极与阳极，当发光二极管的PN结连接上正向电压时，电子与空穴复合过程以光的形式放出能量，并且不同材料所制造的发光二极管会发出不同的亮光。有谁知道关于发光二极管的发展背景吗？”
学生：“1965年，全球l明出了第一款商用的发光二极管，一直到二十世纪七十年代前发光二极管的价格都较高，知道二十世纪七十年代LED器件大量应用于家庭与办公设备中，价格才有所下降。”
教师：“这位同学分享的都很对，发光二极管亮度极高、清晰度足、电压低、寿命长并且体积较小，适合广泛运用于家庭之中。近年来随着科技的进步，发光二极管的发光效率提高了近一千倍，甚至曾经有人说，LED照明技术将成为爱迪生发明的电灯泡之后最伟大的发明。”
在上诉故事之中，教师耐心的为同学们讲述了发光二极管的背景产生故事，并且大致讲解了发光二极管的特性，以及其发展前景等。
三、以激发学生学习兴趣为出发点
在学习中遇到枯燥问题时，学生学习兴趣较弱时，教师可以穿插讲解几个有关的小故事，提升学生学习兴趣，从而保证课程能够顺利进行，且学生也能够学到知识。
教师：“在学习数字电路有关知识之前，我们先来了解一下数字电路能够运用在哪些地方呢？”
学生1：“数字电路与数字电子技术一样，在电视、雷达、计算机、航空航天工程等等有着广泛的运用。”
教师：“该位同学预习很好，知道数字电路运用方向是什么，那谁知道数字电路的分类有哪些吗？”
学生2：“数字电力主要分为数字脉冲电路和数字逻辑电路，数字脉冲电路主要是研究脉冲是怎么产生的以及如何变幻等，数字逻辑电路是对数字信号进行运算处理。”
教师：“非常正确，同学们对相关背景的了解应急很充足了，今天我们学习的数字电路知识点也是围绕其背景而产生的，数字电路主要研究的是电路的逻辑功能，研究电路信号的输入与输出之间的逻辑关系，并且将其研究的工作信号以二进制方式记录。”
在上述案例中，教师就是采用的背景故事教学法，既保证了同学们兴趣高昂，又能够穿插知识点进入故事之中，充分帮助学生了解什么是数字电路，达到较好的教学效果，寓教于乐。
四、以激发学生学习主观能动性为出发点
中职电子技术课上采用故事教学法也能够激发学生主观能动性，教师是传授知识的主体，但是仍然需要学习知识的主体学生进行配合工作，这就需要学生能够融入到课堂中，主动思考，推进教学进度以及教学效果。
教师：“今天我们学习的是绝缘栅场效应管，有同学对此有所了解吗？”
学生1：“绝缘栅场效应管有着较高的输入阻抗，甚至高于结型场效应管，并且其生产方式简单，不需要很复杂的工艺，方便人们的使用，十分的高效。”
教师：“正如上个同学所说，绝缘栅场效应管输入电阻极高，导致其栅场容易产生并累积较高的静电电压，累积到一定程度容易将绝缘栅场效应管的绝缘层击穿，有同学知道应该怎么解决吗？”
学生2：“是否可以在准备绝缘栅场效应管的时候将其三个电极进行短接呢？”
教师：“十分正确，短接后的绝缘栅场效应管有固定的电阻并联起来，保证其存在直流通道，能够较好的解决以上问题。”
光电科学与技术的前景篇9
[文献标识码]A
[论文编号]1009―8097(2009)13―0242―02
教学活动中，教师的主导作用不容忽视，教师是教学活动的组织者和引导者、是学习活动的评价者、是渐进层次学习的激发者；教学活动中“学生为主体、教师为主导”，教师现场的言传身教尤为重要，不要指望单靠学生个别化学习、自我学习机械操作，再好的学习资源未必带来预期的成效。而正确运用恰当的技术手段，实现师者，所以传道授业解惑也，真正解决课堂和远程等教学存在问题。本文将在以下进行探讨。
一 光技术在多媒体虚拟仿真课堂教学的应用
从认识论来看，学习的本质是立体的、精神的、多向的、开放的。真实的学习是人与自然、与人相互作用，在开放系统中进行互动，而教育技术则要通过创建学习环境来达到目的。学习环境由内容、媒体(包括软件和硬件)、人员(包括教育工作者和其他学习者)、方法和场所等要素组成，构成一个教育信息传播的系统，即：传播什么信息(内容)，通过什么来储存和传递信息(媒体和人员)，如何传递(方法)，在哪里传递(场所)。在课堂上用何种技术、方法才能做到教师现场仿真的言传身教、师生互动和教师的主导作用呢?有没有一种理想的技术手段和方法能真实再现教学情景呢?本人认为采用光电三维成像技术能最好的虚拟仿真课堂真实的教学情景，促进学生个别化学习、自我学习。由于情景逼真，互动性好，虚拟地建立起与真实环境相近的学习场景，开发基于网络的、具有自然语言理解与产生功能的“人一机”交互学习环境，对多个不同课室教学、网络远程个体或集中教学，尤其是在职成年人学习最佳。适应当今信息化发展进程，适应未来教学模式向着更深层次发展的要求。本文只从观念技术的角度来探究光技术在多媒体虚拟仿真教学的应用，主要是在课堂教学，运用恰当的人工智能技术手段，再配合有线、无线、卫星、微波等网络通信技术，实现仿真互动，起到教师的主导作用，教师现场的言传身教逼真，实现教育人性化的活动，再现与真实环境相近的学习场景，符合教育技术理论逻辑起点教与学的属性。
二 光技术及其应用效果
1 光电子新技术
常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线的宽广波段范围内的，关于电磁辐射的发生、传播、接收和显示，以及跟物质相互作用的科学。光学是物理学的一个重要组成部分，也是与其他应用技术紧密相关的学科。光电子技术是以先进探测器和激光器为基础，由光学技术、电子技术、精密机械技术和计算机技术等密切结合而形成的一项高技术。它既改变了传统光学的单纯观察功能，又大大扩展了电子技术的功能。由于光电子技术具有探测精度高、传递信息速度快、信息容量大、抗干扰和保密能力强等优点，因而在军事上得到了广泛应用，在现代战争中已显示了其特有的威力。
而光电子三维成像技术和全息摄影术不同，不需要依靠连贯的激光束产生图像。它使用普通光束即可。普通照相机的镜头工作原理类似模拟计算机，通过程序的运行将外界传来的信息(光线)转换成平面媒介上(通常是胶片)的图像。
[因特网消息1999年7月7日报道]，美国伊利诺依州大学电气工程师大卫布莱迪在数字计算机而非光学镜头的帮助下，利用射电天文学家绘制天空的数学方法从光线中提取出足够的信息来生成三维图像。研究人员用卤灯照亮一只小小的塑料恐龙，将来自恐龙的光线分离成两束。当这两束光线再度会合时，它们相互干扰，虽然强度不如没有受到过干扰的光线，但是所有的波型却都很和谐。在恐龙模型转动时，科学家们记录下来了128种干扰波。这些干扰波中包含有该物体三维图像的全部信息，计算机程序可以对它们作还原处理。
这项技术最大的优点是无论景深多大，它都能保持清晰的聚焦，这一点与传统光学镜头相比表现出极大的优势。决定图像解晰度的唯一因素就是物体离开镜头的距离。这一特点使其对于三维显微具有特别的应用意义。布莱迪设想他发明的技术可用来拍摄细胞在产生交互作用时的高清晰度图像。共焦显微技术采用的是扫描技术，聚焦平台来回移动，以获得细胞的细部信息，从而生成三维图像。利用这种方法，当细胞在移动时，要拍摄到细胞的移动过程就是非常困难的。有了布莱迪发明的科学方法，记录装置就可利用排列成圆圈的光学感应器帮助研究人员记录实时的三维数据。
科学家们指出，即使要拍摄的对象远离感应器，这项技术仍然有用。麻省理工学院电气工程师乔治说：“这个系统同样可以用来拍摄篮球比赛的三维影片。如果你的家中有三维播放机，你就可以在虚拟现实状态下观看篮球比赛，观看者会感觉自己仿佛就在场内一样。”
2 光电三维成像技术在多媒体虚拟仿真课堂教学的具体应用及效果
现在的有线、无线、卫星和微波等网络远程教学，学生面对的都是单向平面银幕，一是没有互动缺乏双向交流，而是画面平面呆板与真实情景差别太大，很难调动学生的兴趣。就是普通的现场课堂教学，应用多媒体课件，也由于画面内容很难反馈真实形象化的情景而大打折扣。如果能将课堂教学情景、课件内容立体可视化，再配合声音、资源库双向互动，完全模拟真实情景，与现场无异，那将是教育教学新的飞跃。有什么适当的技术能实现刺激鼓励指导学生的思考和自动学习方法呢?光电三维成像技术就能在课堂教学应用中虚拟仿真真实场景，而虚拟现实是指通过特殊的输入设备和一些能实现三维图形和三维音效的特殊输出设备来模拟人和环境之间的交互技术。假如远程课堂教学，通过有线、无线、卫星、微波等通信传输，使用课堂多媒体光电三维成像设备，主教室和各分教室双方的三维立体全息图像便瞬间出现在对方面前，就好像一个真人站在你面前一样，然后你便可以和他随意交谈，使用各种表情，那是一种呈现在空气中的光学立体影像，不需要任何屏幕之类的媒质，不像今天的网络卫星远程教学、可视电话还需要一个屏幕才能显像。光虚拟现实技术可很好地应用到虚拟学习环境的建立。它可以虚拟地建立起与真实环境相近的学习场景，使学生似乎已处于真实环境之中。
当然，屏幕还有作用，显示课件文本等其它信息。过去的所谓三维显像技术显示的并不是真正的三维图像，而是在二维平面上利用人体肉眼的双眼像差而虚拟出的“伪三维图像”，长期观看这种伪三维图像，会损伤视力或造成视觉疲劳。这样，教学所使用的各式方法(如演讲法、问题教学法、设计教学法、复述背诵法、小组研讨法、访问式教学法、辩论法、座谈研讨法、甚至实验教学)都能应用光电三维多媒体
虚拟仿真成像技术达成教学目标[手段]。当然，要真正将光技术应用于实践非一朝一夕，但可以采取过度方法，如先实现屏幕显示三维立体画面，学生观看而无需头盔等辅助设备，能实现师生声像远程互动，虚拟地建立起与真实环境比较相近的学习场景，再随光技术发展和实现，使学生似乎处于真实环境之中将成为现实。光电三维成像技术不但可以应用于多媒体虚拟仿真课堂教学，还可以应用在网络远程在线教学、虚拟学习社区等。由于有教师和学习者之间通过网络进行社会交互的一种虚拟仿真环境建构，有强烈的社交真实感和虚拟社区归属感，不仅可增强学生的在线学习的持久性，提高学习绩效，而且能加强合作和学习满足感，提升合作学习水平。现在，在线学习者只是独立的个体，容易产生焦虑、逆反心理和丧失学习动力，会导致学习的挫折感和低效率。
3 采用中间件技术
中间件(middleware)是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源，中间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理计算资源和网络通信。满足大量应用的需要运行于多种硬件和OS平台支持分布计算，提供跨网络、硬件和OS平台的透明性的应用或服务的交互支持标准的协议支持标准的接口。利用中间件技术，将多媒体虚拟仿真应用类似于中间件，任何设计制作软件，包括现在应用的课程教学所需软件，如PowerPoint、Photoshop、Dreamweavcr、Flash等，都可无缝应用。教师无需专门培训，教学应用与以前无异，只是效果大为改观，真实再现场景，其它技术工作则由人工智能管理平台后的多媒体和课程制作人员负责，避免和改善教师计算机焦虑现象。
三 结合我校实践探讨多媒体人工智能课堂教学的管理模式
我校现有四个校区，分布在越秀区、海珠区、番禺区和珠海市，多媒体课室有279间，都基本配置了多媒设备，部分校区具有初级的网络多媒体教学平台。网络学院在省内有50来个教学点，上万名在读生，使用的是目前市场上唯一支持百万级用户的Blackboard网络教学平台。不过由于校区距离较远，不少老师要长年往返于各校区上课，虽然教师身临现场授课，但运作成本较高。网络教学点分布较广，学员分散，对学生来说，多媒体属于模拟交际而非学生直接参与的自然交际，缺乏自然语言进行人际交流的环境。而远程教育更需要互动和教师的主导作用，教师现场的言传身教尤为重要。
未来的新型多媒体教学将是以多媒体技术、计算机技术、网络通信技术、自动控制技术、传感技术、光技术、人工智能和虚拟仿真技术等的有机结合，能够全面整合网络各种“资源”而形成先进的网络多媒体教学平台。在这种教学平台上.多媒体教室不再是孤立的，它已融入到校园网教学系统中，并以校园网资源为“背景”构建出一个富有时代特色的现代化教学环境：即集教学、管理、娱乐为一体的“数字化校园”。多媒体课室是现代教学环境建设的重要组成部分，是教育技术信息传递的展示平台，是教师了解、联系、应用教育技术的桥梁。既然新型多媒体教学、特别是网络课堂教学如此重要，一般的管理就远不能适应现代化的课堂教学应用。
结合我校的教学实际，本人认为，未来的新型多媒体课堂教学将是一个系统集成，不但要从后端课堂教学管理考虑，还要联系前端课件制作。即多媒体课室管理人员既要参与后端维护保养，也要了解甚至参与前端课件制作，这就需要先进的多媒体人工智能管理平台管理，从制作到应用一条龙服务，时刻把握教师课堂教学需求的命脉，为管理和新技术应用于课堂教学提供依据。即教师只需在其中一个教室就可通过网络开启其它多个接收教室的多媒体设备(无须电教人员参与)，对教师上课教室实施“直播”方式，通过安装在课室的特殊的多媒体光电三维成像、自动跟踪拾音等摄录设备，实现三维图形和三维音效来模拟人和环境之间场景的拾取，多个教室通过特殊的输入设备和一些能实现三维图形和三维音效的特殊输出设备，真实呈现在空气中的主课室教学光学立体影像，各分教室还可以现场与主讲教师交流。并同步录制仿真教学内容，作为课件保存录入资源库中。网络学院的学生可在课堂或家中电脑上，调用资源，远程课堂上的特殊设备也真实呈现在空气中的主课室教学光学立体影像，与现场无误。人工智能管理平台集中监测、控制和管理，教师可在办公室或家中的计算机上，利用人工智能管理平台的多媒体教学系统，远程开启网络教室，同在网络多媒体教室中的学生们实现远程点对点虚拟仿真场景答疑。可将多次答疑场景自动汇编入库，与相关课程智能结合，当点播网络虚拟课程，真实再现上课场景，学生有疑问时，可即时点击提问，人工智能管理平台随即快速智能搜索虚拟课程答疑库，如有相关知识即刻虚拟回复场景，如没有随即跳过继续上课，而此问题现场摄录保存到虚拟仿真场景答疑系统，在下次相关教师登陆远程点对点虚拟仿真场景答疑系统时，人工智能管理平台系统自动插入其中，与现场答疑无异，随答疑量增多，人工智能管理平台上的智能搜索虚拟课程答疑库容量增大，将能即时回复大多数疑难需求。
四 结束语
信息时代的到来，社会节奏的加快，知识呈现出高速增长和快速更新之势。随着科学技术的发展，还会有更多的新技术应用在教育技术中，光技术就是其中重要的一项，21世纪将是光技术应用发展的时代。
参考文献
光电科学与技术的前景篇10
城市景观照明是城市公共设施建设中不可或缺的重要组成部分，对于完善城市基本功能、改善城市环境等具有重要作用，但在城市景观照明的设计和建设过程中也出现了追求高亮度、高密度、超豪华等问题，这样不仅浪费了大量能源，增加了城市基本照明工程的材料消耗以及日常维护的开支，同时也造成了一定的光污染。为此，笔者对城市景观照明节能技术进行了探讨，以便为科学合理地利用城市景观照明提供参考。
一、城市景观照明节能技术的主要内容
制定城市景观照明专项规划在城市景观照明的设计中，要严格执行国家建设部颁布布的各项标准，坚持经济性与实用性相结合，以节约用电、保护环境为基本原则；坚持城市景观照明建设与当地经济水平相适应的基本原则；坚持科学设计、严格审查、重点工程设计论证的基本原则。近几年来，国家建设部、发改委明确提出各城市要做好城市景观照明专项规划。具体而言，就是根据城市总体规划及城市地貌、特点，确定不同区域、不同道路、不同建筑等功能照明、景观照明等级，并严格控制城市景观照明的重点区域、分布范围、照度标准和能耗密度等。
二、路灯节能技术发展主要特点及主要方式
路灯是城市照明工程的主要组成部分，在夜晚，路灯的照明起到非常重要的作用。但是路灯在起着重要作用的同时，也在消耗着大量的能源。路灯节能的基本思路是在维持适当的照度时，尽量降低能耗。目前在国内外，关于路灯节能技术的研究很多，如传统的可控硅斩波、智能降压-调压、分布式控制系统、分档调光、分时调光灯等。
1照明节能技术的发展具有以下特点:
在传统路灯器件上增加电路元件，提高功率器件性能要求，如在镇流装置上，通过对镇流器技术改进来提高照明设备的功率因数；增加路灯智能化控制设备，使路灯根据环境光照、时间、节气等，能够自动调节亮度。积极发展新能源，采用新型光源器件，提高发光效率，或是直接采用新能源供电的路灯如太阳能路灯，摆脱电网供电。
2 路灯主要的节能方式
节能的核心就是在保持合理照度的前提下在电压过高时降压供电，一般在后半夜由于路上行人车辆较少同时灯具如高压钠灯灯可以在低电压下运行，可以把过高的电网电压降到190V 进行供电,极大地节约了电能。目前国内照明节能主要的途径有三种：改进电路，在现有照明系统上增加器件提高发光效率；加装节能控制设备，合理调节照度；采用新型光源器件如节能型路灯、太阳能 LED 路灯等。
三、灯具和器具节能技术研究
1 照明灯具的选用
在城市景观照明的设计中并不是单纯以取消或减少光源来达到节能的目的，而是以尽可能少的能源来营造人们视觉所需的光环境。由于高压钠灯的光照效果最高，荧光灯和金属卤化物灯的光照效果次之，高压汞灯的光照效果较差，白炽灯的光照效果最差。因此，应尽可能减少白炽灯的使用，优先选用荧光灯，积极推广高效、长寿命的高压钠灯和金属卤化物灯以及LED光源。
在光源的技术开发上，日本科学家以提高光源的照度值及使用寿命为目标研发了新一代荧光灯，其特点是具有光效高 （是普通白炽灯照度的4倍）、寿命长 （理论使用寿命可达6×104h）、显色性能好（可近似显现物品在日照下所呈现的色彩）等特点。美国科学家则以低耗能为主要研究方向，研制了一种新型的电子光源，其具有耗电量少 （只有普通白炽灯的25％左右）、使用寿命长 （10年以上）等特点。该电子光源的奥秘在于光源内装有一只微型射频发生装置，发生器装置可以把电能传输给光源内的水银蒸汽团，然后再激发光源内壁的荧光涂层，使其发光。20世纪90年代，我国科学家使用稀土元素激活碱土铝酸盐或硅酸盐，自主开发出 “蓄光型自发光材料”，该材料白天吸收自然光并可以蓄存十多个小时之久，晚上即可自动发出储存光。因此，在城市景观照明项目设计中，应大力推广采用节电新光源、新技术、新设备，优先选择通过认证的高效照明产品，由此达到节能环保的目的。
高频无极灯路灯灯具 ―― 无极灯由高频发生器、耦合器和灯泡三部分组成，其工作原理是：将高频电磁场能量以感应方式耦合到灯泡内，使灯泡内的气体被击穿形成等离子体，等离子体受激原子返回基态时，辐射出254nm的紫外线，灯泡内荧光粉受到紫外线激发而发出可见光。
寿命长达6万小时以上，是白炽灯的60倍，节能灯的12倍，高压钠灯的4倍。电压在
185V-255V可正常工作。发光效率高，可达60Lm/W以上。比白炽灯节能70%以上，比高压汞灯、高压钠灯、金卤灯节能50%以上，具有极低的运行成本和维护成本。目前在许多城市新建的道路照明上开始采用。投资回报率高，使用年限长，经济效益明显。
大功率LED光源路灯灯具 ―― LED 作为路灯发光效率高，灯具反射损失低，目前白光 LED 的发光效率约为 80lm/W，较传统高压钠灯可以节电 50%～60%；不需高压，安全性高;安装维护简便；模块安装、无多余配线；不会造成光污染或浪费;长寿命，意味着不需要经常进行更换，维修费用低。在铺设成本、耗电成本及寿命方面均大大优于高压钠灯。不足的是照明角度偏小、不均匀，颜色显色指数偏低，光学、散热设计复杂。当前技术下的光通量还不够，光效太低，品质难以保证。另外，LED 路灯的价格过高，目前根据不同功率和安装高度，其价位在3000 元～5000 元/只，大面积推广应用有困难。
2 镇流器装置的使用
气体放电光源中的镇流器对城市景观照明的节能影响很大，如荧光灯的电感镇流器本身的功耗为灯体功率的20％～25％。事实证明，镇流器性能的好坏直接影响到光源的发光效率和使用寿命。对于一支40W荧光灯，使用电子式镇流器的耗电量是使用电感式镇流器的耗电量的八分之一。因此，在气体放电光源中应尽可能使用电子式镇流器。
四、城市照明控制系统节能技术研究
1 新技术发展
在城市景观照明系统中采用先进的控制技术，如遥控技术、报警技术、遥测技术、遥调技术、GPS卫星校时技术、GPS地理管理技术、远程Web查询技术、远程抄表技术等，同时对其进行科学有效地管理。例如，通过卫星测定城市上空的云层厚度和空气指数以及城市道路与景观中人流与车流指数来设定并控制光源的照度值，从而达到节约能源的目的。
2 多智能体照明节能控制系统
多智能体分布式智能路灯节能控制系统可实现对每一盏路灯照度的自动控制，通过以路灯节点控制器为基础，区域路灯控制终端以及监控中心共同构成的多智能体协调控制，将路灯的监控和节能结合起来， 实现对路灯的遥测、遥信、遥调、遥视功能；通过多智能体间的协同通信，依据路灯周边环境亮度的统计数据对路灯进行开/关灯控制及照度调节，有效优化城市道路照明，降低了不合理的电能损耗，达到了良好的节能效果。
2.1 总体设计方案
此路灯控制系统是建立在多智能体系统组织架构基础上的。 系统的组织结构可以是完全自治的平等式结构，也可是具有主从关系的层次式结构。 不同的组织结构行为方式不同，对应的系统性能也不相同。 在层次式结构中，系统成员只需保存下一级成员的相关信息，适合紧密协调的工作方式，而且在这种结构下，可减少智能体间的非必要通信，从而降低系统的复杂性。 依据道路照明的需求特点，本系统采用层次式结构，由路灯节点控制器、区域控制终端以及城市路灯监控中心三层结构组成，如图 1 所示。
图1 控制系统架构
基于多智能体技术的智能路灯节能控制系统以单个路灯节点控制器为基础，根据道路分布特点划分不同控制片区，每个片区设立区域路灯控制终端。 在同一片区域下，即同一区域路灯控制终端下，所有节点控制器都是平等关系，各路灯节点控制器的活动都是自治独立的，对路灯具有实时控制能力，可根据现场环境照度实现灵活、有效的单灯控制，保证每盏灯电压稳定，同时能跟同一片区域内的路灯节点彼此通信、协作，将自身的数据信息发送给区域
控制终端。 区域路灯控制终端作为一个区域路灯的控制和管理单元，通过无线、有线或电力线载波等多种方式与区域内每一节点控制器通信，负责整片区域的统筹控制，同时与其他区域路灯控制终端通过GPRS 网络互相通信，以协调区域间的道路照明。 监控中心作为整个路灯节能控制系统的控制和管理中心， 通过 GPRS 网络或有线通信方式与各地的区域路灯控制终端通信，监督和管理多智能体间的通讯调度，实时反映各区域路灯运作情况，按需进行手动远程控制，并提供异常检测及自动报警等功能。
2.2 各级智能体模块设计
2.2.1 路灯节点控制器
路灯节点控制器是智能路灯节能控制系统的基本单元。 传统路灯控制主要依靠经纬仪来对同一区域或多个区域的路灯开关时间进行统一调整，这种集中式的、功能单一的控制并不能满足不同路况和环境的照度需求。 应用多智能体技术的路灯节点控制器具备自主性和智能性，可实现实时单灯监控和环境信息采集。 与传统路灯控制器比较，本文提出的路灯节点控制器具有以下功能：
（1）感应当前环境亮度信息；
（2）与同级节点控制器、上级区域路灯控制终端之间进行通信；
（3）结合上级指令和节点自身状态调节路灯照度；
（4）自动稳压、调压，克服线路压降造成灯具供电电压不均的现象；
（5）单灯故障检测，坏灯自动报警，可主动为相邻失效设备提供照度补偿。
根据上述特点，本文设计路灯节点控制器模块结构如图 2 所示。
图2 路灯节点控制器模块结构
测量模块 包括环境亮度检测和电压电流测量两部分。 环境亮度检测部分主要由光感元件构
成，负责感应路灯周围的环境亮度信息，控制路灯照度的主要依据，并为群体决策提供相应的依据；电压电流测量部分负责实时监测路灯供电电源的电流电压数据，为稳压调压提供依据。控制模块 是路灯节点控制的核心，依据测量模块反馈的数据信息，结合上级区域控制终端指令形成控制决策，实现单灯照度控制、调压稳压、故障报警等功能。
通讯模块 负责与同级节点控制器、上级区域路灯控制终端之间进行通信，根据区域路灯分布特点选择无线、有线或电力线载波等通讯方式。规则库 为控制模块形成决策提供相应的控制规则。
电源模块 为整个路灯节点控制器供电。
2.2.2 区域路灯控制终端
区域路灯控制终端在系统中起到桥梁的作用，是连接路灯监控中心和各区域路灯节电控制器的必要设备。 控制终端主要由电量采集控制模块、通讯模块、电源模块和户外安装机箱组成，如图 3 所示。
图3 区域路灯控制终端
一般是在每个路灯变压器段配置一个区域路灯控制终端，负责监控和管理所属区域的路灯专用变压器及路灯节点控制器。 通过区域控制终端，可了解到其管理区域内的所有路灯运作状态和路灯节点控制器的工作状态。 相邻区域路灯控制终端之间还
可进行无线网络通讯，以协调区域间的路灯照明，有效避免道路照度不均匀的情况。 同时，区域路灯控制终端可实时将其区域路灯运作状况传至路灯监控中心，也可跟手提电脑、智能手机等移动终端通过无线网络联网，方便工作人员进行设备维护维修。
2.2.3 路灯监控中心
路灯监控中心处于整个控制系统网络的最上层， 配备有监控计算机、GPS 时钟、 网络交换机、GPRS 收发器、打印机等设备。 系统功能框架如图 4所示，包括路灯监控子系统、配电箱监控子系统、过电流保护子系统以及系统设置子系统等。 为保证系统安全可靠的运行，监控计算机采用双机冗余方式的结构配置；GPS 时钟可接收到标准的天文时钟，
图4 路灯监控中心功能框图
使监控中心的时钟与标准钟保持一致；监控中心主要通过网络型 GPRS 收发器及移动网络接口与各区域路灯控制终端进行通讯。 监控中心软件配置主要包括数据库管理系统和路灯监控管理应用软件包。路灯监控管理采用当前热门的地理信息系统 GIS（geographic information system）技术，具有良好的可视化效果和友好的人机交互界面设计。
2.3 节能工作原理
此系统的节能工作原理主要是通过系统的实时通信网络，协调各级智能体以路面的实际照度管理为目标， 控制流过路灯的电流或路灯两端的电压，调节灯泡的输出功率，实现灯光照度的按需供给，以减少不必要的电能浪费。 本系统的节能技术主要包括：
统计式环境亮度控制技术 通过路灯节点控制器的环境亮度检测信息，统计得出当前路面实际照度，依据实际照明需要调节路灯照度，在交通和人流高峰期，路灯保持高照度；在夜深人静、车流量较小时段适当降低路灯照度，以减少电能损耗。
自动稳压技术 一般来说，路灯配电系统属于长线配电，电缆末端会出现电压偏低现象；而在深夜，电网电压普遍升高，电压一般可达 245 V～250 V，如此高的路灯电压将增加路灯电能损耗。 此系统具有自动稳压功能，通过单灯节电控制器、区域路灯控制终端对单灯电压及区域电压进行有效地控制调节，单灯节点控制器可对远端及近端的路灯进行电压调节，防止线路末端低压现象；区域路灯控制终端对区域路灯供电进行稳压调节，有效降低电压波动带来的电能损耗。
五、结语
随着全国城市化的进一步发展，灯光环境建设领域将不断扩大，光源节能技术的应用也将不断发展。不同节能技术各自具有明显的优缺点，我们要在不断的发展中寻找更理想的技术，不断研发节能新技术、新手段，使有限的电能发挥最大的效益,实现经济发展、社会进步和环境保护之间和协调发展，才能促进我国经济和社会的可持续健康发展。
参考文献:
[1]胡健生，黄金志，吕春书.路灯节能控制系统，2005，37-39.
光电科学与技术的前景篇11
信息，指音讯和消息，也指通信系统传输和处理的对象，泛指人类社会传播的一切内容，我们也可以将其科学化地概述为对客观世界中各种食物的运动状态和变化的反映，是客观事物之间相互联系、相互作用的表征，表现的是客观事物运动状态和变化的实质内容。
电子信息技术，一般来说主要是指采用电子学的方法与手段来研究信息科学与技术，概括而言，就是说电子信息技术是研究信息的获取、传输、储存于利用等方面的内容。电子信息技术包括传感技术、通信技术以及计算机技术和信号处理技术等许多内容，电子信息产业则包括通信设备制造业、软件业以及信息服务业等多方面的产业。信息技术的发展对国民经济水平的提高、国家的经济建设都具有重要的意义。
二、电子信息技术的应用方向
当前随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步，我国在电子信息技术方面的研究也日益增多，尤其是近些年来随着我国计算机技术的普及和信息技术的快速发展，再加上人们对于信息的需求日益加大，电子信息技术的应用范围也日益拓宽。当前我国电子信息技术的应用主要有以下几个特点：
（一）智能化与自动化
在当前科技和社会背景下，电子信息智能化和自动化是其重要特点。这就是指通过现代网络信息技术来适当地模拟人类的相关思维活动和感觉行为，并对其搜集的信息进行分析和处理。通过电子信息技术的智能化与自动化能够节省获取信息的时间，更加高效便捷地获得所需要的信息，并能够对信息进行甄别，同时电子信息技术的智能化与自动化还能够保护信息的安全，是当前电子信息技术的重要应用方向。
（二）数字化与网络化
数字化与网络化是当前社会发展的重要方向，对于电子信息技术来说也不例外，通过在网络开发的过程中运用数字化的技术，在这一网络数字结构的基础上，再对一些高端科技，如光纤通信、无线通信技术进行整合运用，就形成了数字网络化的电子信息技术。这种信息技术能够加快电子信息技术的发展水平并进一步提升其发展的层次与水平。同时，在电子信息技术的数字化与网络化能够大大提升信息的保存水平，无论是在数量上还是在时间上，而且安全性比普通的电子信息技术要高，是当前一种比较理想的电子信息技术发展方向。
（三）高效化与快捷化
高效化与快捷化是当前电子信息技术发展的一个重要方向。通过使用计算机网络对信息进行采集和处理，能够更加快捷地实现信息的整合和利用。电子信息技术一方面能够节约大量的人力和物力，另一方面能够节约时间实现信心的利用，这就实现了电子信息技术的高效化和快捷化。
三、当前我国电子信息技术存在的问题
（一）技术力量薄弱
虽然经过多年的发展我国的科学技术取得了很大的进步，但是在当前电子信息技术发展的过程中技术力量薄弱、技术人才不足仍然是制约其进一步发展的重要因素。主要是因为当前我国培养的人才主要以单一型为主，所掌握的知识和技术比较单一，不能满足当前电子信息技术发展对于复合型人才的需求，导致具有多种知识和能力的高端电子信息技术人才在市场上比较短缺，制约了当前电子信息技术的发展。
（二）发展环境不健康
发展环境不健康是制约我国点在信息技术发展的又一重要因素。这主要体现在当前我国市场的混乱上，我国电子信息产品市场上假冒伪劣产品盛行，产权意识不强，知识产权侵权行为也非常普遍，这种市场环境导致电子信息产品的发展缺乏刺激，没有动力，不利于电子信息技术的发展。
（三）产业机构不合理
当前我国电子信息技术的发展具有非常好的前景，市场也非常广阔，但是当前我国电子信息技术产业结构不合理，因此在发展的过程中产业结构对其造成了相当大的阻碍，制约了我国电子计算机信息技术的发展。
四、未来我国电子信息技术发展的方向
未来电子信息技术发展的方向主要有以下三个：首先，系统集成技术是一个重要的发展方向。系统集成电路的制造技术是电子信息技术发展中的重要构成环节，是电子信息硬件产品中的核心，集成电路的应用范围非常广阔，从计算机的CPU到IC卡的应用，都离不开集成电路。集成电路是当前微电子技术的时展特征，芯片面积越来越大，集成度越来越高，而尺寸却越来越小，这是一个重要的发展方向。
其次，光电子技术是未来信息技术发展的核心方向。科学家认为，现代信息技术即将进入光子学的新阶段，光电子技术在本世纪将会得到飞跃的发展，光子作为信息和能量的载体，在电子信息技术的发展中具有很大的优势和发展前景。
再次，电子信息技术将朝向多媒体、智能化的方向发展，当前海量存储技术的发展以及语音、手写、数字图像交互技术的日益成熟，都体现了这一发展方向；同时，电子通信技术的个性化、综合化也是一个重要的发展方向。
电子信息技术是科技发展和社会进步的产物，反过来又刺激了科技的发展和社会的发展。当前我国的电子信息技术发展还面对着诸如技术、发展环境、产业结构等多种问题，但是我们必须要看到电子信息技术的发展有光明而远大的前景，当前的电子信息技术将朝着智能化玉自动化，数字化与网络化，高效化与快捷化着几个方向发展，所以我们应该加强对电子信息技术的应用以及对其发展方向的了解，更好地促进其为社会进步服务。
参考文献：
光电科学与技术的前景篇12
一、微纳米制造技术课程的背景及特点
微纳米科学与技术已成为一种战略性的、占主导地位的技术，被中国机械工程协会列为影响我国制造业发展的问题之一。微纳米制造技术通过在微纳米尺度范围内对物质的集成与控制，创造并使用新的材料和装置，以实现不同功能的机电或机光电一体化智能系统，涉及电子、机械、光学、物理、化学、材料、制造、生物、信息等多种学科，是制造技术的融合交叉新领域。教育部已经将微机电工程列为机械工程一级学科的五个二级学科之一，相当多的高校陆续开设了相关课程。《微纳米制造技术及理论》作为微机电工程研究的入门课，提高其课堂教学的质量，逐步开展实验教学是非常有必要的。我们在精品化教学内容的基础上，在教学实践中探索了微纳米制造技术及理论课程的虚拟实验与模拟科研教学法，并取得了较好的课堂效果。
二、精品化课程内容
《微纳米制造技术及理论》作为一门导论类课程，内容涵盖了微机械加工、半导体加工、纳米制造和生物制造等种类繁多的微纳米加工方法，且各制造方法的相关性不强，给教学带来了极大的挑战。结合本校特点，我们编排的课程内容从分子操作到纳米加工、从生物制造到仿生制造、从微细机械加工到微细特种加工、从集成电路工艺（IC工艺）到MEMS（微电子机械系统）构成了结构对称的多学科制造技术。在体系编排上从纳尺度制造到微尺度制造、从低维低复杂度制造到高维高复杂度制造、从探索前沿到实用产业构成了循序渐进的知识体系。总体内容涵盖了机械、材料、电子等工程学科知识及物理、化学、生物等基础学科的理论，培养了学科交叉创新的意识。
教学内容组织首先强调“由理及表”，即从原理到应用、从理论到实际，同时强调内容来源的“鲜活性”，即紧密跟踪国际前沿最新科学研究成果，紧跟国家战略需求，最终使学生达到微纳米制造技术基础理论学习和工程应用等综合能力的培养。
三、探索虚拟科研情景教学法
（一）虚拟科研情景教学
技术发展有不以人的意志为转移的内在驱动力，在讲解某项微纳制造技术时，可以通过讲解该技术发明前的客观需求、相关技术和理论发展水平来引领学生的思维，使学生站在研究者的角度去思考如何创造一种“新”的微纳加工方法来解决面临的“历史”问题，从而引出具有内在逻辑必然性的该项微细加工技术。例如在讲解深硅等离子刻蚀技术时，我们首先讲解加速度传感器的历史现状，为提高其灵敏度，亟需高深宽比微纳结构的加工方法，而当时的硅化学刻蚀方法，无法实现高深宽比的微纳加工;等离子加工技术和理论已在集成电路加工中获得应用，如何开展基于等离子刻蚀技术的高深宽比硅加工成为当时的热门研究课题。学生从科学探索的角度和教师一起从化学原理的角度分析基于“SF6+O2”的加工方法，逐渐引出在通用的BOSCH深硅加工工艺。这种基于虚拟科研情景再现的授课方式，不但提高了学生的注意力，还使学生从一个研究者的角度去思考问题，轻松掌握了该微纳米制造技术的用途、原理和特点。
（二）多媒体辅助虚拟实验教学
微纳米制造技术及理论课程知识涵盖面广、信息量大，而教学时间仅有32个学时，如何提高课堂效率成为一个重要问题。除了突出重点，在微纳尺度效应、微机械切削原理、体微硅制造、表面微加工等方面深入讲解外，在装备原理、工艺过程等方面通过多媒体等手段增加形象认识是非常有必要的。例如，光刻过程包含清洗、烘干、涂胶、前烘、对准、曝光、后烘、显影、显影检查、显影硬烘等多步工艺，我们在研究生课的讲解中采用了传统的讲授方法，由于多数学生对相关工艺过程不了解，既不容易抓住重点，也不容易提起兴趣。而在留学生课的教学中，在给学生讲授了光刻的基本原理的基础上，我们采用了播放光刻过程实景录像，穿插关键点讲解的教学方式，这样既提高了课堂效率，又吸引了学生的兴趣，加深了理解的形象化程度。
（三）虚拟科研的考核方式
在《微纳米制造技术及理论》的课程考核中，过去我们多依赖闭卷考试的方式，闭卷考试能考察学生对基础理论的掌握，督促学生在课后进行重点内容的复习和掌握。而在本轮的改革尝试中，我们增加了要求学生写一个课程总结的考核方式。这份课程总结不是对本课程主要内容的综述，而是针对某一项微纳米制造技术的现状综述，并给出一个利用该种加工工艺制作某种新型微结构或微器件的创新性提案。虽然多数学生的提案可行性不大，但至少达到了使学生站在一个科研工作者的角度去了解并利用微纳米制造技术的教学目的。
（四）微纳米制造课的实验教学
通过虚拟科研实验的教学方式，虽然能在一定程度上增加学生的直观认识，但给人最深刻的认识一般还是从实践中获得的。《微纳米制造技术及理论》作为一门实践性很强的课，实验教学是一项重要的教学环节。但本校尚未设立微机电系统工程专业，也没有相关教学实验中心，因此开展实验教学难度很大。为此，本教学团队克服困难，采取特定时间开放科研环境，与教学并用的方案，安排了三堂精彩的实验课教学。首先为使学生对微纳米制造以直观的认识，我们在实验室展示了基于仿生制造技术的功能表面、基于生物制造技术的功能颗粒、基于微机电系统技术的微传感器等成果，并给学生展示了相关的实验环境、加工设备及原理。为进一步加深学生的认识，我们分组进行了光刻工艺试验和溅射工艺试验，使学生体验并认识到加工过程中的难点和技巧，给学生留下了深刻的印象，加深了对课堂知识的认识。此外，通过与半导体加工条件较好的科研单位合作，以创造更优良的教学参观环境，相信能使学生获得更深刻的认识，促进微纳米制造工程实践能力的培养。
四、结语
微纳米制造技术发展迅速，制造学科高年级本科生或研究生具有掌握微纳米制造的基础知识，了解其最新的发展动态及技术现状的强烈需求。要在有限的课堂时间内把丰富的微纳制造相关内容讲授给知识背景和研究方向各不相同的学生具有极大的挑战性。我们从精品化教学内容以增强内容间的逻辑性、开展虚拟科研实验教学实现教学与科研的融合、改善实验条件加深学生感性认识等三个方面做了初步探索，并取得了一定成效，力争为微纳米制造领域的教学改革和学生培养做出贡献。
参考文献：
[1]中国机械工程学会.中国机械工程技术路线图[M].北京：中国科学技术出版社，2011.
[2]张海霞，赵小林，译.微机电系统设计与加工[M].机械工业出版社，2010.
光电科学与技术的前景篇13
光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命，光纤通信改变了传统的通信方式，不受各种电磁干扰，使高速率、大容量的通信成为可能，有利于资源合理使用，也可在特殊环境或军事上使用，满足未来的技术发展和市场需求。目前，光纤光缆以飞快的发展速度和广泛的应用范围，已经进入了有线通信的各个领域， 成为现代通信主要通信方式，对社会生活影响越来越深。因此，研究我国光纤通信的发展现状及前景具有十分重要的现实意义。鉴于此，笔者对我国光纤通信发展现状及前景进行了初步探讨。
1 我国光纤通信的发展现状
我国光纤通信发展迅速，就其发展历程上来看，纵观我国光纤通信的发展现状，我国光纤通信的发展，可以分为五个阶段，分别为单模光纤、接入网光缆、室内光缆、通信光缆和塑料光缆。
1.1 单模光纤
光缆分为单模和多模。普通单模光纤是最常用的一种光纤，单模光纤中心玻璃芯很细，只能传一种模式的光。单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。随着光通信系统的发展，单模光纤也随之发展，光中继距离和单一波长信道容量增大，G.652.A光纤的性能还有可能进一步优化。符合ITUTG.654规定的截止波长位移单模光纤和符合G.653规定的色散位移单模光纤实现了这样的改进。
2.2 接入网光缆
光纤接入网是以光纤为主要传输媒质实现接入网的信息传送。在我国光纤通信发展过程中，接入网光缆的发展主要表现在接入网中的光缆距离短，分支多，分插频繁，在接入网中，光纤接入将成为发展的重点。一般而言，接入网光缆为了增加网的容量，通常是增加光纤芯数。特别是在市内管道中，由于管道内径有限，在增加光纤芯数的同时增加光缆的光纤集装密度、减小光缆直径和重量，是很重要的。另外，接入网使用G.652普通单模光纤和G.652.C低水峰单模光纤。
3.3 室内光缆
室内光缆是由光纤（光传输载体）经过一定的工艺而形成的线缆，往往需要同时用于话音、数据和视频信号的传输。室内光缆的结构设计受建筑物环境的限制和光缆材料多样化的影响，趋于复杂化，室内光缆虽然抗拉强度小，保护层较差，但也具有其自身的优势，那就是更轻便、经济，便于传递信息。在信息传输方面，室内光缆传输速度快，信号清晰稳定，搞干扰性好，传输流量大。
4.4 通信光缆
光纤是介电质，光缆也可作成全介质，完全无金属。通信光缆是由若干根（芯）光纤构成的缆心和外护层所组成，这样的全介质光缆将是电力系统最理想的通信线路。通信光缆是靠电流来传输信号的，在数据量传输方面比较具有优势，数据量传输较小。ADSS光缆因其可以单独布放，适应范围广，适用于电力通信，在当前我国电力输电系统改造中得到了广泛的应用。但我国通信光缆在产品结构和性能方面还有待进一步完善。
5.5 塑料光纤
塑料光纤传输速度比快且成本低，在光纤通信中发展迅速，是优异的短距离数据传输介质。这种光纤利用光的折射或光在纤维内的跳跃方式传输，在数据传输系统、汽车智能系统、照明等方面的应用市场潜力巨大。海底光纤是用绝缘材料包裹的导线，铺设在海底，用以设立国家之间的电信传输。塑料光纤用于海底光纤，由于两端采用了激光器，成本大大降低，通话费用相应减少。
2 我国光纤通信的发展前景
我国光纤通信有着良好的发展前景，从我国光纤通信的发展历程上来看，近年来，光纤通信技术在我国得到长足的发展，我国光纤通信的发展前景将朝着超大容量、光孤子通信和全光网络的方向发展。
2.1 超大容量
我国光纤通信行业处在一个大变革、大发展的时代。超大容量、超长距离传输技术有广阔的应用前景。光纤通信因其具有的损耗低、传输频带宽、容量大体积小等特点，波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量，在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息，称为光波分复用技术，简称WDM。目前1.6Tbit/的WDM系统已经大量商用，同时全光传输距离也在大幅扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用（OTDM）技术，与WDM通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同，OTDM技术是通过提高单信道速率来提高传输容量，其实现的单信道最高速率达640Gbit/s。可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大幅提高传输容量。
2.2 光孤子通信
光纤通信的发展依赖于光纤通信技术的进步。光孤子通信是一种全光非线性通信方案，从光孤子传输理论分析，光孤子是一种特殊的ps（其脉冲宽度在皮秒级ps，即s）数量级的超短光脉冲， 利用光孤子进行通信，其传输容量极大，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。光孤子通信是新一代超长距离、超高码速的光纤通信系统，光孤子源是实现超高速光孤子通信的关键，光纤通信中的光孤子通信在传输速度方面采用超长距离的高速通信， 时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率提高。另外，光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着光明的发展前景。
2.3 全光网络
光网络设备在通信中发挥着重要的作用，未来的高速通信网将是全光网。在光纤通信发展过程中，全光网提高了网络资源的利用率，具有较好的发展前景，可以这样说，全光网络是光纤通信技术发展的最高阶段。全光通信网络是指从源节点到终端用户节点之间的数据传输与交换的整个过程没有电的处理，数据仅以光的形式进行编码，均在光域内进行。传统的光网络实现了节点间的全光化，但仍不能满足光纤通信发展的需要，随着光纤通信的发展，传统的光网络但还存在着一定的局限性，全光网络可以较好地解决传统光网络的局限性，在节点转换方面，全光网络以光节点代替电节点，比光网络有了进一步的发展，各节点之间也是全光化，在全光网络光纤通信中，信息始终以光的形式进行传输与交换。
目前， 光纤通信现已成为一种最主要的信息传输技术，而全光网络的发展仍处于初期阶段，对全光网络的开发利用是迫切需要解决的问题，鉴于全光网络广阔的发展前景，未来通信的发展必然朝着全光网络发展。
参考文献
[1] 郝万清.光纤通信技术的发展与前景[J].内蒙古石油化工，2011（09） .
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[3] 胡栋良.论光纤通信的现状与发展前景[J].内蒙古科技与经济，2011（16）.
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[5] 严晓明.浅谈电信光纤通信技术[J].中小企业管理与科技（上旬刊）.2010（05）.
