光学前沿技术汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇光学前沿技术范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

据国外媒体报道，科学家已经成功研制出可用于医学检测的牵引光束。研究人员表示，尽管光处理技术自从20世纪70年代就已经存在，但这是首次利用光束把物体引向光源，只不做这是在微观水平上实现的。

《星际迷航》和其他影片中显示，牵引光束是一种利用光束牵引飞船和其他大型物体的方法。英国圣安德鲁斯大学和捷克斯洛伐克科学仪器研究所（ISI）的科研组表示，他们制成的激光已经能让漂在水里的小球体移动。改变光的偏振方式，可以改变球体移动的方向。他们还发现，在特定大小时，这些球体在移动期间会自动整整齐齐地排成一行，在光的影响下跳跃前进。这种技术有望促使更加有效的医疗检测方法诞生，例如血样检查。通常情况下，当物质和光接触时，固体物质会被光束推开，并被光子流带走。

约翰尼斯·开普勒在观察远离太阳的彗尾时，首次确定这种辐射力。近几年研究人员已经意识到，虽然大部分光学领域都是这种情况，但是在这种力发生逆转时，也存在一个参数空间。由圣安德鲁斯大学医学院的托马斯-西斯马博士和科学仪器研究所的奥托·比尔佐伯哈迪博士及帕维尔-泽马恩科教授负责的这个科研组称，他们现在已经证实有关这一概念的第一项试验完成，并证实它在生物医学光子学以及其他学科有很多应用途径。该科研组发射激光，令其穿过透镜，然后利用一面镜子把光束反射回来。反射光对入射光产生干扰。

与此同时，科学家让聚苯乙烯球悬浮在水里，位于激光束必经之路上。光束促使小球垂直排成一排，任何拉力或者推力会导致小球向左或者向右移动。西斯马说：“由于光学和声学粒子处理存在相似之处，因此我们期望这个概念将会成为光子学领域以外的学科的未来研究的灵感来源。”泽马恩科说：“整个科研组已经用很多年研究光释放的粒子的不同结构。在这种竞争激烈的环境下我们的研究成果能够得到普遍认可，这令我感到很骄傲，我希望进行更多新实验，看到更多新应用。这是个激动人心的时刻。”

在过去的10年间，光线分级（optical fractionation）一直被认为是光学处理技术最有希望的一种生物医学应用途径，它能够分拣出巨大分子、细胞器官或者细胞。科学家确定，在特定环境下——在这项试验中是物体被牵引光束的力场束缚住，固体物质会重新排列，形成的新结构会令光束变得更强。

篇（2）

1前言

高职教育就是要培养过硬的实践技能，培养一技之长，实现就业零过渡。通信事业日新月异，《光纤通信》作为通信专业主干课程，近年来也得到了长足发展，培养学生操作能力，掌握光纤技能对于培养高级应用型通信人才有十分重要的意义。光纤通信实践教学中使用的光纤熔接机和OTDR（光是域反射计）等仪器设备都比较昂贵，技术又更新很快。一般院校不会配置很多，这些设备相对学生数量而言是远远不够的，那么人均学生实践时间就更少了。使用虚拟实验辅助实践教学可以提高设备使用效率，实现更好的教学效果。

2虚拟实验

虚拟实验是通过利用计算机输入操作，在计算机上用各种设备模拟虚拟的仪器代替实际操作中的实验仪器设备，再按照实验目的，原理和所需实验仪器组装成一套虚拟的完整的实验系统，并在此系统上进行实验操作和完成实验[1]。我们选用了Flash制作矢量图和动画、用Javascript脚本实现交互，dw编辑网页。制作好的课件安装在服务器，学生在机房里可以通过网页进入虚拟实验操作虚拟仪器，完成实验[2][3]。建立基于网络的虚拟实验室，用虚拟实验配合实验教学不仅可以降低实验成本，还可以提高学生的动手能力和教学效果。以下以光纤的熔接课程为例，具体过程如下：所需设备，工具，材料：光缆熔接机，光纤切割刀，光纤剥线钳，酒精泵，脱脂棉（或无尘纸）第一步：去涂覆层——光纤开剥去掉涂覆层包括去掉二次涂覆层(尼龙)和一次涂覆层(硅树脂)。去掉二次涂覆层可使用光纤剥线钳等工具。一次涂覆层和光纤结合得较牢固，采用机械方法剥离很困难，也容易损坏光纤，所以采用浸透无水酒精或丙酮的纱布（棉球）多次擦拭的方法，如果涂覆层去除不干净会影响光纤切割时端面效果。剥除光纤涂敷层长度大约35mm—50mm。图1光纤熔接课程主界面图2光纤熔接过程第二步：光纤切割光纤的接续，其关键在于光纤端面的制备。光纤端面平滑，没有毛刺或缺陷，熔接机很容易接受确认，并能做出合格的接头，若光纤端面不合格，熔接机会拒绝工作，或者接头损耗很大。切割光纤时，使用端面切割刀要做到切割长度准、动作快、用力巧，确保光纤是被拉断的；取出光纤时，确保端面不碰伤，要避免光纤碰到任何物体。使用切割刀切割光纤时，约保留16mm左右。切割机价格昂贵，要严格按照规程来操作。第三步：光纤接续熔接前光纤的处理对熔接损失值有直接影响，因此熔接前必须留意光纤端面是否切割良好、V型槽是否干净。纤熔接机能自动推定光纤端面位置，自动对芯熔接，通过垂直和水平摄像机画面，可以从两个方向观察光纤的对芯和熔接情况。熔接完成后，熔接机通过图像根据芯轴偏差和倾斜角度估算出熔接损耗，然后在屏幕上显示出来。光纤接续虚拟实验的三种模式：1.演示模式：按操作步骤演示，并配有语音和文字讲解和操作注意事项；2.手把手教学：学生按步骤操作，点击提示时可以单步演示；3.操作模式：学生按步骤操作，没有讲解提示，如果操作错误或操作位置不正确则会提示错误信息。比如光纤切割时长度不规范时会提示：“切割长度不规范应该是16mm左右，请注意V型槽上的刻度！”直到光纤放置到正确位置。

3结论

学生在虚拟平台上练习，掌握后再使用设备操作，虚拟实验与真实实验相结合，可以提高实验教学的效果，提高效率。光纤虚拟实验不仅每年辅助完成学院通信及相关专业的实验、实训和光纤技能鉴定，同时也是我院省级精品课《光纤通信精品课程》中的一部分。经过多年的使用感受如下：1．变相增加设备数量，节省资金2．有助于培养学生的实验技能，提高学生兴趣3．有利于学生快速熟悉操作步骤和注意事项，规范动作。4．可以减少学生分组实验等待的时间，更有效地利用设备5．减少设备使用损耗，节省维护费用6．光缆现场的施工教学场景如果用Vr（虚拟现实）实现，效果更佳。

参考文献

[1]陈传波，张立峰，陈平南一个远程虚拟实验教学平台的研究[J].华中科技大学学报，2002,12(30):12-14

[2]李凌云.基于三层体系结构的网络虚拟实验系统的设计与开发[D].浙江师范大学,2006

篇（3）

作者简介：陈琳（1978-），女，江苏常州人，上海电力学院电子与信息工程学院，副教授；朱武（1969-），男，湖北随州人，上海电力学院电子与信息工程学院，教授。（上海 200090）

基金项目：本文系上海市教委重点课程资助项目（项目编号：沪教委高（2011）48号）的研究成果。

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）28-0147-02

光纤通信是以光波为载波，以光导纤维作为传输媒质的一种信息传输方式。该技术因具有传输容量大、中继距离长等优良传输特性，被广泛应用于电力传输网、通信网和接入网等领域。

“光纤通信”作为通信工程、光电信息工程、电子信息工程专业的核心课程，主要讲述了光纤通信的基本概念、传输理论、系统组成、新技术等内容。[1]该课程具有涉及内容广、基础理论深、知识更新快等特点。为了进一步提高“光纤通信”课程的教学质量，开设了光纤通信实验课和光纤通信系统课程设计，加强了学生对理论知识的理解，培养了实际动手能力和创新能力。

传统的实验教学一般都是安排学生在硬件实验箱上实现。此类实验基本为验证性实验，只需根据实验指导书进行简单操作，无法调动学生的实验兴趣，也限制了对学生创新能力的培养。此外，光通信器件成本较高，需要及时维护，且随着科技的进步，新的理论和技术迅速产生与发展，需要投入充足的设备经费，不断更新实验设备。[2]因此，实践教学部分除了利用光纤通信实验箱开设固定的验证性实验外，还可利用仿真软件MATLAB和OPTISYSTEM构建光纤通信系统模型，以提高学生的实验效率，有效地节省实验教学成本。[3-6]

一、MATLAB仿真软件的应用

由于“光纤通信”课程概念繁多，物理规律较为抽象，特别是其中的一些光学现象和规律缺乏细致的数学推导，为学生学习该课程带来了诸多困难。因此，在“光纤通信”课程教学中可以适当地使用MATLAB仿真软件所提供的可视化界面，使学生获得对光学物理现象的感性认识，缩小理论与实际的差距，提高学习效率和效果。

MATLAB是Mathworks公司推出的一套高效数值计算和可视化软件。它集数值分析、矩阵计算、信号处理和图形显示于一体，具有编程方式自由、简单易学等特点，已广泛应用于工程计算和系统仿真等开发环境。利用MATLAB软件不但可以摆脱繁杂的大规模计算，而且还可以使学生自己动手进行编程，加深对光纤通信基本理论的理解。在编程过程中，可以通过改变仿真参数来直观地对实验结果进行计算和分析，大大节省了时间，提高了实验效率。

在光纤传输原理章节中，对于波动理论，一般是通过求解麦克斯韦方程组来导出波动方程，分析电磁场的分布性质，最后获得光纤的传输特性。公式推导过程繁杂，涉及的电磁场与数学知识较多，学生理解困难。因此，在课堂教学中除了引入多媒体的辅助教学手段外，还可以借助MATLAB仿真软件，帮助学生理解多模和单模光纤的模场分布。

多模光纤中，存在更多的高阶模式。根据LP模的特征方程，得到阶跃型折射率光纤的模场分布。如第一个高次模LP11模的二维、三维模场分布如图1（c）、（f）所示。从图1可以看出，当归一化频率V=5时，LP11模有两个对称的主瓣，不存在旁瓣现象。

在“光纤通信”课程教学中，引入MATLAB仿真，能够进一步加深对抽象概念的理解。通过仿真，学生弄清了数学公式和物理概念之间的内在联系，使理论教学中枯燥的概念可视化，极大地调动了学习主动性和趣味性，有效地提高了教学质量。同时，在编程过程中，学生通过查询文献资料和相互讨论，较好地培养了团队合作精神，提高了创新能力。

二、OPTISYSTEM仿真软件的应用

系统实验有助于培养学生对理论知识的综合运用。针对实验箱可供开设的综合性、系统性实验项目较少的情况，可以利用OPTISYSTEM仿真软件对光学器件和通信系统进行建模。通过仿真软件对实际操作过程进行模拟，以获得数据加以分析。

OPTISYSTEM是OPTIWAVE公司开发的一套光通信系统模拟软件。它可以帮助用户规划、测试和模拟传输层的各种类型的光通信网络，包括局域网、城域网和广域网；同时提供了从组件、器件到系统各个层面的光通信系统设计和规划，如TDM/WDM、SDH、光孤子通信等，并利用优化功能仿真计算系统的各项性能参数，通过数据分析和图形显示来获得最佳系统性能。

在OPTISYSTEM系统仿真实验中，学生可以通过调整参数，对一个光学元器件甚至整个通信系统进行优化设计，直观地模拟整个光纤通信系统的传输过程。利用仿真软件进行系统性能分析，有利于引导学生对复杂系统进行探索，提高学生对系统性能的全面认识。

例如，波分复用（WDM）系统是现行光纤通信系统的主要架构形式，利用波分复用技术可以实现大容量、长距离的网络传输。但是由于传统实验箱的限制，WDM系统难以通过硬件平台来构建。因此，可以通过OPTISYSTEM软件来搭建WDM系统，并进行系统性能分析。

WDM系统实验在OPTISYSTEM仿真平台上完成。要求学生使用光传输系统仿真软件，搭建8信道的WDM系统，如图2（a）所示。该系统由波分复用器（WDM）、掺铒光纤放大器（EDFA）、光纤链路、解复用器（WDM Demux）和光接收机等光学器件组成。学生自行设计和搭建系统，配置波分复用、解复用、调制器等参数，并利用虚拟光谱分析仪来观察8通道波分复用系统的频谱、误码率等特性，如图2（b）、（c）所示。学生通过调整各模块的参数、搭建系统模型和分析仿真结果，巩固了EDFA、波分复用/解复用等方面的理论知识，也为今后对实际WDM系统规划打下了坚实的基础。

又如，用OPTISYSTEM软件设计搭建单模光纤通信系统，如图3（a）所示。传输速率是40Gbit/s，传输距离是60km。信源使用的是伪随机码发生器，它将数据流发送到非归零（NRZ）码电脉冲发生器。经NRZ调制的电信号具有紧凑的频谱特性，经过马赫曾德尔调制器（MZM）后转换成光信号送往光纤信道。为了减小光纤传输损耗和色散的影响，在光纤链路上添加了掺铒光纤放大器。接收端经过光纤信道传输过来的光信号接入PIN光电检测器，转化为电信号后送入低通贝塞尔滤波器。

为了观测光信号的波形，在光纤通信系统中设置了观察仪器：光谱仪、光时域信号观察仪及误码率分析仪。对系统中的器件参数设置后进行系统仿真，得到调制后的光信号时域波形和频谱，如图3（b）、（c）所示。

这些光器件都可以在OPTISYSTEM软件的器件库中选取，并根据需要对每个器件设定参数来获得较好的系统性能。因此，通过用OPTISYSTEM软件设计分析，可以了解光通信系统各个器件节点处的波形和频谱特点，简单直观、形象生动。教师可以根据教学大纲设置相应的实验项目，让学生课后学习OPTISYSTEM软件，并引导学生根据实验内容建立相应的系统模型进行仿真实验分析。

三、结束语

运用MATLAB/OPTISYSTEM仿真软件进行实验教学，很好地弥补了缺少硬件实验器件所带来的不足，丰富了实验教学内容；同时节省了实验课堂教学时间，加深了学生对系统理论知识的理解和应用。通过对“光纤通信”实验教学手段和内容的改革，学生对实验的积极性和创造性得到了普遍提高，实验教学效果和质量也得到了明显提升。

参考文献：

[1]刘增基.光纤通信[M].第2版.西安：西安电子科技大学出版社，2008.

[2]王文珍.光纤通信实践教学探索[J].中国电力教育，2013，（1）：134.

[3]周雪芳，王天枢.仿真软件在《光纤通信》实验教学中的应用研究[J].实验科学与技术，2011，9（5）：53-56.

篇（4）

关键词： 教学做一体化；光纤通信；教学模式；专业技能

Key words: integrated teaching learning；optical fiber communication；teaching；professional skills

中图分类号：G42 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）35-0228-02

0引言

“教学做一体化”教学模式是现代高等职业教育的一种有效方式。“教、学、做”一体化的教学模式既发挥了教师的主导作用，又充分体现了学生的认知主体作用。整个教学进程中，教师有时处于中心地位，以便起主导作用，但更多时是帮助者、引导者、参与者，学生有时处于传递―接受的学习状态，但更多时候是进行主动思考、探索、建构知识、发现问题、分析问题的过程。采取观察、记录、讨论、作业、考试、技能测试多种评价方式相结合，真正将考核评价贯穿于整个教学过程中，使得学生每一节课都有成就感，激励其不断探索进步。教师所提供的知识不再是教师传授的内容，而是学生主动建构的素材，用不用、用多少，根据学生已有的知识结构和做的过程中需要而定。设备、仪器不再是专供教师传授知识的手段、工具，而是进行创设情景、进行合作学习、主动探索的工具。通过“教学做一体化”教学模式可以提高教师的实践水平，也可提高职院校的办学质量。

1光纤通信技术“教学做一体化”教学模式研究内容

光纤通信技术“教学做一体化”教学模式研究内容是为了提高高职高专学生的学习效率和实践技能而提出的。《光纤通信技术》是通信专业主干课程之一，它是一门理论知识与实践技能并重的专业课，光纤通信技术理论知识系统已趋完善。光纤通信技术已深入到各行各业，光纤到户已走进祖国大地的各个角落。光纤与光缆随处可见，为我们提供了广阔的实习现场；精密的光纤仪器可快速熔接光纤和测试光纤，为学生展现了高科技新产品的无穷魅力；光纤的广泛应用大大激发了学生的学习兴趣。通信专业就业的基本工种主要有：光纤敷设、光纤测试、光纤维护，是通信技术专业学生就业的主题市场，因此学习光纤通信知识，掌握光纤技能有着十分重要的意义。对于高职高专学生采用“教学做”一体化教学模式是行之有效的教学方法。通信技术专业光纤通信技术“教学做”一体化教学模式研究课题组多年来一直尝试这一教学模式，不断积累教学经验，不断改进教学方法，不断提高教学手段是《光纤通信技术》课程成为深受学生欢迎的课程之一，同时成为教学质量高，教学效果好的院级示范课程。2009年获得陕西省省级精品课程。

《光纤通信技术》课程教学做一体化教学模式研究与探讨主要内容是如下表：使用21世纪高职教材由田国栋主编，西安电子科技大学出版社出版，如表1。

通过“教学做一体化”教学模式在光纤通信技术课程中的研究与应用总结出我院教学做一体化”教学模式的成功经验在通信专业乃至电子信息系起到示范作用。

2研究的条件与环境

光纤通信技术“教学做一体化”教学模式研究与探讨，在我院进行研究与探索有着得天独厚的有利条件。首先，我们拥有高质量的教学团队；三位研究者有丰富的光纤理论知识和很高的实践技能。作为教学团队，先后开发了省级精品课；2009年，获得学院组织的光纤说课比赛团体一等奖。团队意识好，协作能力强，齐心协力共闯难关。

我们拥有两个校外光纤实习和实训基地，一个校内光纤演练教室，两个电化教学教室，拥有OTDR、光纤熔接机、台式光源、光功率计、光纤多用表等十几台光纤通信仪表；光纤切割刀、光纤切割机、光缆接头盒、光纤连接器等上百种光纤工具；还拥有十几盘光纤与光缆，总长度超过100km。学院的政策引导与支持，激发了教师的科研积极性，高职高专学生获取专业技能证书也对科研工作起到促进作用。

根据高职高专通信技术专业《光纤通信技术》课程教学大纲，认真组织教学工作。在课题研究期间，课程组老师对通信技术三年制高职学生371505班、371506班和381301班进行为期一学期的光纤通信技术教学工作；对五年制高职学生051519班、051520班和051521班三个班进行为期一年的课程教学工作。我们严格按照教学计划，对学生进行理论教学、实践教学、实训教学。通过互联网、电化教室、实训教室和普通教室等各种场所；通过启发式、讲授式、提问式等教学手段对学生进行光纤知识的传授，取得了良好的教学效果和学习成绩。三年制高职学生371505班、371506班和381301班考试成绩超过85分，五年制高职学生051519班、051520班和051521班考试成绩超过80分。《光纤通信技术》课程起到了骨干与示范作用。

3光纤通信技术“教学做一体化”教学模式研究与探讨取得的成果

3.1 为学生获得高职毕业证在研究期间，高职高专三年制06、07和08级四个教学班；高职高专五年制04、05级五个教学班。培养学生400余人，全部通过课程考试，优良率超过80%。

3.2 为学生获得高、中级技能证2009年度参加西安市职业技能考核；2010年209人参加西安市职业技能考核，188人获得四级证书，获证率89.8%。

3.3 提高教师的专业技能2008/200年第一学期，学院组织教师技能大赛，通信专业举办了首届教师 “光纤接续技能比赛”14名教师报名参加比赛，7名教师分获一、二、三等奖。

3.4 借助网络平台在全国各地通过网络可以学习陕西省省级精品课《光纤通信技术》，在院内完成了全套教材三十九个PPT课件（涵盖了研究任务中的十二个教学场景），采用多媒体全程教学。

3.5 开展科技活动，普及光纤知识2010年4月，电子信息系在全院开展科技活动月，光纤通信技术课程组率先参加，取得了优异成绩。

3.6 组织光纤技能竞赛2007/2008学年第二学期，学院组织学生技能大赛，通信专业举办了首届高职学生“光纤接续技能比赛”320名学生报名参加预赛，32名学生参加复赛，10名学生参加决赛并获奖，受到学院教务处领导的好评。2009/2010学年第二学期，学院组织第二届学生技能大赛，通信专业再次举办了高职学生“光纤接续技能竞赛”。22名学生参加决赛并获一、二、三等奖。

3.7 为校企合作工学结合，探索方法田国栋副教授、王超讲师、张华实验师于2008年9月和10月两次到神华集团神朔公司参加通信职工光纤接续技能培训和第八届神华集团职工技能比武电务类裁判工作，取得圆满成功。2009年6月，中国铁通陕西省分公司崔振山高级工程师、中铁电气化工程局西安通号公司穆林选工程师先后两次来学院为学生讲学，向学生传授光纤网络知识施工技能，激发了学生的学习热情。通过校企合作、工学结合实现学院与企业双赢。

3.8 教学工作促进教学研究，并将研究成果撰写论文在研究期间，我们按照研究进度正常进行，在课堂教学、实践教学、校外实习以及指导学生动手能力训练中，及时总结教学经验，撰写教学论文四篇，发表在中国科技核心期刊《现代电子技术》和《铁路计算机应用》上。

4继续研究的思路

4.1 进一步完善教学资源《光纤通信》课程在教学实践过程中，始终致力于教学资源的不断丰富和完善。其中实训设备力求与企业发展同步（均有入网许可证）；多媒体课件实现对教学内容的全覆盖，实验、实训、专题讲座、技能大赛、定岗实习的图像、视频资料涉及教学的各个环节；日常练习、考察测试、技能鉴定题库已成系统，整体教学资源犹如知识的海洋，学生可以在其中自由遨游，各取所需。

4.2 采用立体化教学方式在教学实现过程中，以多媒体讲授为基础，以实验、实训教学为支撑，以网络资源、教学资源库依托的自学课堂来辅助，以职业技能竞赛和专题讲座方式的进阶课堂来提高；以现场教学和顶岗实习方式的企业课堂来升华。

4.3 光纤设备与企业共享光纤设备仪表科技含量高、价格昂贵、更新换代很快。学院的光纤设备与企业共享，校企合作实现双赢。

4.4 学院教师到现场，企业专家进课堂高职学院专任教师只有走下讲台、走出学校、走进现场才能成为名副其实的“双师型”教师。《光纤通信》课题组三名教师走出学校，走进企业，收获颇多。现场技术能手的高超技艺令人叹服。我们将定期邀请现场技术能手进行光缆接续，还要长期聘请企业高级管理人员任兼课教师。

4.5 充分利用互连网网上新资源通信技术发展日新月异，先进技术、先进设备层出不穷。因此，经常探索光纤新技术，光纤新知识，光纤新设备，光纤新线路，光纤新规划。不断更新教学内容，补充教材，更新设备，更新观念。

5结束语

《光纤通信》课程教学做一体化教学方式研究与探讨在我院有得天独厚的条件，人力资源、设备资源在我院、在电子信息系、在通信技术专业都起到了骨干和示范作用。对于通信专业的发展起到了促进作用；对于其它课程的建设起到了引导作用。我们也清醒地看到光纤通信技术飞速发展，我院良好的实验设备也会落伍和过期，因此我们需要进一步利用网络资源；进一步利用社会资源；进一步利用企业资源，使光纤通信处在高职高专学院的前沿。我们相信，有学院领导的支持；有电子信息系的关心与帮助；有科研处领导的关心与支持，我们的教学水平、科研水平会得到进一步的提高。

参考文献：

[1]李峰.浅谈光纤通信的优越性[J].山西建筑，2004，（22）.

[2]田国栋．光纤通信技术[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2008.

[3]刘增基等．光纤通信[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2001.

[4]徐宝强等．光纤通信及网络技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1999.

[5]时书丽，张良.单模光纤偏振稳定的方法[J].辽宁教育学院学报，1999，（05）.

[6]粟小玲，朱春祥.光纤色散对光纤通信系统中继距离主要影响分析[J].信息通信，2008，（02）.

篇（5）

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（a）-0109-02

1 课程介绍

《光纤通信技术与设备》课程是光纤通信专业的专业核心课程之一，主要给学生建立光纤通信的基本概念、基本理论和基本分析方法。该课程教师通过加强与企业的联系，及时了解企业对人才在知识、能力等方面的需求变化，适时调整课程具体的教学内容。考虑到学生的接受能力以及实际工作岗位需求，经过学术委员会开会讨论，人才培养方案修订，课时数由原来的78课时调整成72课时，理论课时54，实践课时18。

2 课堂气氛沉闷的主要原因

作为实现教学目标、保证教学质量的方式、手段与途径，高校教学方法引起了国内外学者的关注与研究[1]。所谓教学方法就是围绕着一定的教学目标，依据教学内容和学生身心发展的特点以及手段条件因素，设计教学要采用的策略、方法和组合[2]。在新一轮教学改革的促进下，职业教育正由注重知识的传授向注重能力的培养转变，课堂教学中也要求教师要改变过去的教学模式，营造一种轻松、活跃的教学气氛。课堂教学气氛，又称班级社会气氛、课堂教学心理气氛。课堂教学心理气氛是在课堂教学中，教育者、受教育者和教育情境相互作用的结果，是教师在科学的教学思想指导下，通过行之有效的调节方式引导的结果[3]。教师在授课过程中发现课堂气氛沉闷，教学效果差，针对这些问题，与学生在课下进行了交流，原因大致有四个方面，现罗列出来，并进行了分析。

2.1 专业基础薄弱

光纤通信专业招收的学生，高中的数学和物理基础不是很好，对原子能级的基本概念不是很清楚，对半导体PN结的形成原理掌握得不是很好，二进制数和十进制数的转换原理不清楚。因此在课堂教学中要对相关高中知识进行补充。与学生进行交流，在确认学生在听懂了前面的内容之后再进行后面的教学，因为知识讲究一个逻辑性，前面的内容学生没有搞懂，再讲后面的内容，学生也无法掌握。

2.2 注意力不集中

课程的上课时间是每周三下午的5、6节课，学生状态不好，大部分学生在听课过程中容易困倦。教师在上课的过程中要走下讲台，调动学生的学习积极性。要注意课程纪律的把控，遇到有睡觉的同学要进行提醒。

2.3 电子设备干扰

电子设备的普及导致部分学生带手机和PAD上课，干扰了部分学生的听课效果。学生带手机进课堂，无法集中精力学习。手机对学生有着不同程度的负面影响。学生的自制力较差，一旦带了手机就控制不住自己。学生在上课期间QQ聊天、玩游戏、发短信息所带来的声响将直接影响教师授课的质量。经过实际调研，学生很少用手机软件来进行学习。手机更多的是用于同学之间联系、上网闲聊、玩游戏、听音乐等。因此，教师要把课上得精彩，与学生进行互动，让学生跟着教师的节奏走，这样学生无暇去玩手机。

2.4 成绩评定标准模糊

学生对平时成绩的构成不清楚，觉得听与不听一个样，只要来到班级点名点到就能拿到平时成绩。学生来到课程只是凑个人数，并不关心教师的教学内容。因此，要细化平时成绩，将课堂提问纳入平时成绩。积极回答问题的同学会得到更高的平时成绩。

3 课堂气氛活跃方法

针对课堂气氛沉闷的原因，对授课过程做了相应的调整。在教学方法上，坚持以“学生为本位”、以“能力为核心”的职业教育理念，通过实施多种教学方法，教学效果有了改进，学生的听课积极性得到了提高。下面结合实际教学中的部分案例，谈下如何改善课堂教学。

3.1 沟通情感法

课堂上教师的感情主要流露在语言、神态、手势等方面。专科学生可以说是高考中的失败者，本身就带有高中阶段的一些不良学习习惯，如果教师一味地批评，会导致学生的逆反心理，更加不愿意学习，进而放弃自己，沉迷于网络和游戏。有经验的教师都很注意满怀激情，进入角色，带动课堂气氛。同时教师要幽默风趣，在教学的过程中穿插一些知识典故、笑话和时事新闻，也能吸引学生的注意力。此外，利用课前时间或课后时间和学生交谈，了解学生的学习状态，进行有针对性的指导。教师采用简短的攻心战术，以加深感情沟通。一般来说，学生喜欢一位教师，就会喜欢这位教师所讲授的内容。反之，如果学生不喜欢授课教师，他很难从心理上接受课堂教学内容。所以与学生的沟通交流比课堂上的说教更有用处，因为在校的学生是大学生，已经成年，有着自己的独立思维，喜欢平等的交流，不喜欢居高临下的说教。教师与学生要打成一片，成为朋友，这样更有利于课堂教学的开展。

3.2 挑起矛盾法

矛盾是打开学生思维大门的钥匙。有了矛盾，才能激发学生思考的兴趣。这里所说的矛盾，通俗地说就是学习中的疑惑和不解。对这些疑惑和不解，教师要根据学生的解开能力一层一层地逐步挑起，也可由学生自己挑起，教师再有选择地交给学生。这好比平静的水面投入一颗石子，学生思考、争辩、究底的兴趣被激发起来了。

3.3 激励竞争法

每个学生都有着较强的好胜心和进取心，他们渴望自己的闪光点能够在同学、教师面前展露出来。根据这种心理，把课堂当作赛场，引进竞争机制，可以激发他们浓厚的兴趣。具体实施的方式是多样的，如对学生解答、练习等情况进行打分评比，对优胜者或优胜组予以语言表扬、平时成绩加分、实物（纪念品）奖励等。

以下是结合《光纤通信技术与设备》课堂教学实例。

（1）教学内容：复结学习过的内容。

（2）教学过程：①在幻灯片上显示出：“为了庆祝新年的到来，该节课最后设置有奖问答，5个问题全答对者可以获得教师送出的神秘纪念品。”②逐次显示出5个问题。第一，光纤通信的概念？第二，光纤的结构和分类？第三，光与物质的作用方式？第四，我们学过的无源光器件有哪些？（说出5种）第五，SDH网元有哪些？③选出一位成绩较好的，预计5个问题能够全部回答上来的同学回答问题。

（3）教学效果：同学们的情绪被调动起来，为了保证纪念品能正常送出，教师最后选择了一位平时学习比较认真的同学回答问题。第一、第二个问题难度一般，所以学生迅速回答出来，第三个问题有点难度，学生采取了场外求助，在另一位同学的帮助下也回答上来了，第四个问题，每位同学至少可以说出一种无源光器件，因此在全班的提示下也回答上来了。最后一个问题比较简单，全班同学都回答上来了，在送出纪念品的那一刻，全班的课堂气氛达到，获得了良好的教学效果。

4 结语

教无定法，无论采用什么方法，其目的都在于激发学生的学习兴趣，点燃他们智慧的火花，让他们积极地、主动地学习。当然，各种方法并不是孤立的，而是相互联系的。在实际的教学中应当是随机应变的灵活运用各种方法。盲目的、随心所欲的、游离于教学内容之外的方法，教学效果将适得其反。

参考文献

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）05-0257-02

针对光纤通信的课程特点，本文利用OPTISYSTEM仿真件，基于正交频分复用技术，构建光纤通信系统模型。通过OPTISYSTEM软件对发射机、电光调制、光纤信道、光电检测和接收机等模块进行仿真分析，有效地提高了学生的实验效率，节省了教学成本。

一、OPTISYSTEM仿真软件简介

OPTISYSTEM是OPTIWAVE公司开发的一套光通信系统模拟软件。在OPTISYSTEM系统仿真实验中，学生可以通过调整光学元器件参数，对通信系统进行优化设计，直观地模拟整个光纤通信系统的传输过程。利用仿真软件进行系统性能分析，有利于引导学生对复杂系统进行探索，提高学生对系统性能的全面认识。本文利用该软件搭建基于相干检测光正交频分复用系统，并对光谱、星座图等进行比较分析。

二、光OFDM系统仿真模型

相较无线通信领域，OFDM技术在光通信中的研究相对较晚。直到2005年，Jolley等人提出将无线通信的OFDM技术应用到高速光纤传输领域，人们才开始考虑将OFDM技术用于光通信，即光正交频分复用系统。

光OFDM可以分为直接检测光OFDM和相干检测光OFDM两种。相干检测光OFDM结合了相干光检测和OFDM技术优势，可有效利用光谱资源实现大容量、长距离传输。CO-OFDM系统框图如图1所示。

相干检测光正交频分复用系统可分为五个功能模块：RF-OFDM发射机；电光调制模块；光信道；光电检测模块；RF-OFDM接收机。各模块具体性能如下：

（1）RF-OFDM发射机：如图2所示，将二进制高速比特率数据进行QAM星座调制，并通过串并（S/P）变换成N个低速比特率并行数据。再对复数数据作IFFT变换，并通过并/串转换将N路并行载波变为串行数据作为一个OFDM符号。然后，利用模数转换（DAC），将符号变为模拟信号，即得到射频OFDM信号。

（2）电光调制模块：如图3所示，将射频电域OFDM信号，利用电光调制模块转换为光信号进行传输。使用一对并行的双臂马赫曾德尔调制器构成光学I/Q调制器，由电域放大器来控制下臂的输入信号相位偏移。

（3）光信道：如图4所示，通过电光调制模块将射频电域OFDM信号转换为光信号后，形成的光信号在单模光纤中进行传输，传输过程中为了延长传输距离以及增强信号的质量，在光信道模块加入光放大器和光滤波器。

（4）光电检测模块：如图5所示，在CO-OFDM系统中，光电检测模块采用相干检测技术将光信号转换为电信号输出。使用两对平衡的PIN光电检测器构成检测器，通过用90°光混频和两个平衡检测器得到射频基带OFDM信号I/Q元件。

（5）RF-OFDM接收机：如图6所示，从射频信号解调出的OFDM基带信号经模数变换（ADC）后变为数字串行信号。该信号通过串/并（S/P）转换器被转换为并行信号。利用OFDM解调器件，对所得的并行数据做快速傅立叶变换（FFT），并利用并/串（P/S）转换器变为串行信号。通过QAM星座解调，恢复成二进制数据信号输出。

三、仿真结果分析

CW激光器的相位噪声可以由谱线宽度来描述。图7（a）、（b）、（c）分别为谱线宽度为0MHz、0.15Mhz和15Mhz时激光器输出的光谱图。由图7可知，随着激光器的谱线宽度增加，产生的干扰也会增加。

光纤的长度会影响到最终的传输质量，因此，分别测试50KM、100KM、200KM、1000KM的情况。如图8所示，在传输50km或100km后，没有出现很明显的星座模糊和偏移。而在传输1000km后，星座图模糊不堪已经无法正常显示。

分别取不同比特率进行传输，输出端星座图如图9所示。可以发现，色散对系统的影响程度与传输速率有关，传输速率越大，色散对系统的影响程度也越大。

通过用OPTISYSTEM软件设计分析，可以了解光通信系统各个器件节点处的波形和频谱特点，简单直观、形象生动。教师可以根据教学大纲设置相应的实验项目，让学生课后学习OPTISYSTEM软件，并引导学生根据实验内容建立相应的系统模型进行仿真实验分析。

四、结束语

运用OPTISYSTEM仿真软件进行实验教学，很好地弥补了缺少硬件实验器件所带来的不足，丰富了实验教学内容；同时，节省了实验课堂教学时间，加深了学生对系统理论知识的理解和提高了他们的知识运用能力。通过对“光纤通信”实验教学手段的改革，引入了新的技术，提高了学生对实验教学的积极性，提升了实验教学的质量。

篇（7）

“国字头”的科研成果

中科院专馆今年的主题为“科技改变生活，智能引领未来”，围绕智能制造、生命健康、人工智能三大展示领域，从全院研究机构的重大科技突破和成果中遴选精品参展。

作为科研领域的“国家队”，中科院今年带来265项科技成果，实用化量子通信技术、高灵敏度低噪声CMOS图像传感器、3.0T MRI 核磁共振、液态金属任意表面电子电路喷墨印刷技术、糖尿病无创检测仪、阿尔茨海默病新药GIBH130、摩擦电汽车尾气过滤器、木质纤维素类生物质原理合成生物航空燃油、康复用下肢外骨骼机器人、深海富钴结壳采样机、水下滑翔机……其中，不少成果达到国际领先水准，多项成果打破了技术垄断。

作为世界各国竞相研发的新一代信息安全技术，量子通信在国防、政务、金融等信息安全领域具有十分重要的实用价值和战略意义。本次参展的实用化量子通信技术，其研发公司是中国科学技术大学发起组建的产业化实体――科大国盾量子技术股份有限公司，原始创新来源于中国科大国家自然科学一等奖团队。通过持续自主创新，该公司已成长为我国最大的量子通信设备制造商和量子信息系统服务提供商。

在中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（以下称“中科院长春光机所”）展位，最为引人注目的是高灵敏度、低噪声CMOS图像传感器、长焦变焦高清摄像头以及“镇馆之宝”――世界上最大面积的中阶梯光栅。CMOS图像传感器是重要的光学元件，参展的高性能CMOS图像传感器中，GSENSE 5130专为广电、VR、3D扫描和高端应用而设计，GSENSE 2020可满足高速、低噪声、高灵敏度、高动态范围需求，长焦变焦高清摄像头可实现3公里外对人脸清晰成像，H6A高性能CMOS相机内嵌图像处理算法，极大提高了用户体验。

光栅是光谱分析仪器分光系统的核心器件，利用中阶梯光栅制作的光谱仪器具有体积小、高色散、高分辨率等特点，代表了先进光谱技术的发展趋势。中科院长春光机所知识产权与成果转化处处长褚明辉介绍，“同时将光栅做大和做精是世界性难题，大面积高精度中阶梯光栅已经成为制约我国相关领域技术发展的短板，中科院长春光机所获得‘国家重大科研装备研制项目’支持，开展大型高精度衍射光栅刻划系统的研制工作，历时八年艰苦攻关，今年11月刚刚验收，成果就是这块面积达400mm×500mm的世界上面积最大中阶梯光栅，是完全的自主创新。”

中科院深圳先进技术研究院（以下称“深圳先进院”）展出的是中国首台拥有完全自主知识产权的、具有国际顶尖水平的磁共振临床用全身影像系统，以及首台拥有完全自主知识产权的3T磁共振临床用全身影像系统，该系统在MRI相关多项重大核心技术上实现突破，打破跨国公司的垄断。在高级临床应用方面，开发的高场磁共振快速成像序列、心脏实时高分辨成像、脑动脉血管壁与斑块成像、磁共振温度成像、非增强外周动脉血管成像等均达到国际领先水平。

对接企业真实需求

高交会开幕论坛上，中国科学院、中国工程院院士路甬祥表示，大学与研究机构仍是创新传播基础知识与前沿技术的重要基地，国家实验室、大科学装置、工业技术中心、重大科技工程、大数据、云计算、创新型企业和研发组织等是牵引推动国家创新能力提升的重要平台和强大引擎，应当建设协同高校、充满活力的创新体系。

科研院所最不缺的就是尖端的科技创新成果，在高交会展示出来，去对接实实在在的产业需求、技术升级，这也是中科院布展的初衷。

中科院深圳先进院2006年成立当年就决定参加高交会，机器人、新材料等实体项目吸引了不少企业。此后十年，该院诸多阶段性创新成果不断亮相高交会，展出项目近千项，累计接待企业近两千家，约10%转化为合作意向和深度对接。

承担过“两弹一星”、“载人航天工程”等多项国家重大工程项目的中科院长春光机所以“推介成熟科技成果、展示高端技术、打造长光品牌”为宗旨参加此次展会。现代制造业很多高端精密检测设备依赖进口，而这一领域正是中科院长春光机所的优势所在。深入调研市场后，中科院长春光机所与国内相关重点企业联手，有针对性研发，陆续打破了相关领域的进口垄断。与此同时，该所还结合振兴东北老工业基地的战略，深入了解地方企业需求，全面进入民营市场。“做成果转化最重要的就是面向市场，直接与企业对接，高交会为我们提供了很好的展示平台。” 褚明辉说。

科研与资本共舞

促进科研院所成果转化，促进院所与企业交流，让科技与资本共舞是高交会焦点。开幕论坛上，美国国家科学院院士、欧洲物理奖、美国物理学会巴克莱奖、富兰克林奖得主张首晟与听众分享经验――美国高校科学前沿与市场、投资如何紧密结合：“我们这个时代最需要是科学的创新，科学的创新需要投资紧密结合，在斯坦福大学经常有这样的机会，让科学前沿和投资真正紧密结合，使科学家的发明尽早进入市场。”

篇（8）

关键词：

信息论；研究生教学；教学改革

《信息论》是本校电子科学与工程学院电路与系统专业硕士研究生（学术型）的专业必修理论课程，也是一般高等院校通信与信息工程、计算机科学与技术、电子科学与技术等一级学科下相关专业的本科生、研究生的主修专业课程[1-5]。通过对本课程的学习，使学生掌握有关信息论的基本理论以及编码的理论、实现原理和具体应用。虽然人们在本科生的《信息论》教学改革方面做了一定的工作[6-9]，但其改革内容不符合电路与系统学科特点，更不符合研究生教学需要。笔者结合本学院学生基础、学校政策及本人近年来的教学实践，在学校研究生教学改革项目支持下，开展了本门课程的教学改革与实践。

一、课程特点

1.需要坚实的数学基础。该课程存在大量的公式推导与证明，与概率论、随机过程、近世代数等数学知识密切相关。若无扎实的数学基础，学生无法看懂推导过程，更无法从根本上理解信息论的数学意义及物理含义。

2.学生学习兴趣不高。由于电子专业硕士研究生的数学基础仅限于本科生学过的概率论与随机过程，对近世代数的了解几乎为零。学生面对繁杂、抽象的理论问题时，无法宏观地理解和把握，致使学生无法提高学习兴趣。

3.课程联系实际困难。课程抽象概念多、定理证明多，与实际应用有一定距离，且与其他课程联系较少。多数学生在学习过程中觉得内容枯燥、难度大，而且与将来就业方向联系较少。鉴于以上问题，为了激发学生学习的积极性和主动性，促进学生更好地掌握本门课程，笔者从课程的教学内容、教学方法与考核方式三方面入手，提出了教学改革的相应措施。

二、教学内容改革———三个强化

1.强化离散信息论的基础作用。信息论的主要内容是信源概念、信息度量方式及三个香农基本定理，相应的内容又分别面向连续信源与离散信源。二者的区别在于，连续信源/信道及相应的定理一般需要结合随机过程知识来学习，而离散信源/信道及相应的定理是建立在概率论、线性代数的基础上。从推导过程和公式形式来看，二者具有内在的统一性。这可从连续信源信息熵的推导过程看出：将连续信源进行离散化，变为离散信源后再利用离散信源信息熵的求解公式并求解极限得到。因此笔者重点强化了对离散信源、离散信道及其容量、无失真信源编码定理、无失真的信源编码的内容。这对学生进一步掌握连续信源、信道及相关问题奠定了基础。

2.强化信息论的现实物理意义。笔者从课程本源出发，让学生理解公式或定理蕴含的深刻物理含义，使理论结果可视化，概念直观化。例如，在讲解离散信源的极值性定理时，可提炼出如下物理含义：第一层含义是，当信源各取值的概率相等时，人们对信源取何值的不确定性最大，由于各信源服从等概率分布，信源的平均不确定性即为各事件的不确定性，因此信息熵也越大；第二层含义是，对于具有不同数量事件的两个信源，若二者同时满足等概率分布，则预测数量较多事件的信源的难度较大，因此该信源的信息熵也较大。

3.强化教学案例的实用性。在本次教学改革中，共自创或搜集教学案例11例，每个教学案例都与教材内容有关，将晦涩难懂的理论内容变为鲜活的例子，让学生去感受和体会案例中蕴含的问题，从而为更好地理解教学内容奠定基础。以引入的六个视频教学案例为例，该案例以美国国家航天局发射的新火星探测器为背景，讲解了信息如何传播、如何加密等问题。通过这部分教学案例的学习，学生深刻地认识到了信息论的价值与实践意义。

三、教学方法改革———三个联系

1.联系计算机仿真。笔者鼓励学生应用MATLAB中SIMULINK工具设计具体的通信系统模型，如基于开关键控或正交频分复用的射频通信系统。让学生看到实验现象的同时，更加深刻地体会信息的传递过程，了解信源、信宿、信道的构成，学习信源编码、信道编码、加密、信道译码、信源译码等信息处理过程，加强学生对信道容量、信息传输速率、误码率等概念的把握。笔者督促学生将上述问题作为课程设计的作业，使其结合信息论所学的知识，提炼出相关问题、建立模型，加以认真分析解决；再将提炼问题和解决问题的过程以及结论进行汇总，撰写成研究报告。这既巩固了学生的基础知识，又锻炼了学生运用计算机进行建模和仿真的能力。

2.联系工程实际。由于研究生日常的工作大多在实验室从事工程项目的研究或开发工作，若能将这些工作与信息论知识联系到一起，无论对信息论的学习还是科研都将起到促进作用。笔者首先开展了调查研究工作，统计了各个学生从事科研项目的情况，然后让学生结合课程知识，从信息获取、处理、传输、存储的角度去解释。例如，在讲述信息不增性原理时，笔者结合温度传感器的设计问题：将大气环境温度看成连续信源，将传感器系统看作信道，将显示终端看作信宿。因此，设计该系统的关键问题———如何设计传感器才能最大化地得到信息而不丢失信息？学生带着这个问题去思考，就可以真正地体会传感器中信息传递过程。

3.联系科学前沿。为鼓励学生大胆创新，笔者尝试将科学前沿技术引入信息论课程，例如，室内、外可见光通信技术。笔者结合自己近年来从事可见光通信研究的经历，向学生讲授了可见光通信系统的设计、研制、实验测试等一系列过程；然后结合信息论课程所学的知识，将其与研制的可见光通信系统联系在一起。笔者也鼓励学生探索与信息论相关的科学前沿问题，开展课堂讨论与课下交流。让学生查询保密学、光学信息论等方面的文献，详细阅读并做总结。然后，切实提出自己的想法，再予以验证，从而将学生所学知识真正地和科学前沿结合在一起。

四、考核方式改革———三个引入

该课程原来采取任课教师命题、纸质考试方式。其弊端在于，教师命题规律和出题形式规定，学生只要做一遍往年考试题目，就可得到较高的分数。虽然这种考核形式能在一定程度上反映出学生的知识水平，但却无法体现其学术水平和实践能力。为此，笔者在考核方式上做了三个引入的变化。

1.引入随堂能力测验。随堂能力测验是考查学生运用所学信息论知识分析解决实际问题的能力。由于采取随堂考试形式，因此，对学生课堂学习效率和前期积累提出了较高的要求。例如，在学习香农公式时，笔者考查了学生运用香农公式计算射频通信所需带宽的问题；在学习无失真的信源编码时，笔者考查了应用霍夫曼编码对离散信源进行编码的能力。该测验在总成绩中占10%的比例，从而激励学生很好地利用课堂来学习知识。

2.引入学术论文加分。提升学术水平是研究生教学的任务之一。笔者针对信息论教学中每章的重点问题，均设置开放性的论题供学生选择，让其查阅文献、资料，进行认真的设计、理论推导、计算机仿真、现场实验，并将其总结成文，然后以学术论文的形式提交。笔者根据学生在文中阐述的观点、论证的严密性、结论的正确性与普遍性等方面予以考核。学术论文在总成绩中占20%的比例，是本次教学改革的重点。

3.引入上机考试。往年的信息论期末考试中，题目是由任课老师自行拟定。由于种种原因，考试题目重复率高、知识点考查单一，这给学生突击考试并取得好成绩提供了可能。为此，笔者将期末教师出题测试改为上机随机抽题考试。笔者建立了试题库，题型包括：客观题（选择、判断）、主观题（概念、简答、计算、综合）。在本校计算机学院协助下，建成了信息论上机考试系统，学生登陆系统后，按照教师设定的题目数量和难度，随机抽取试题。上机考试的在总成绩中占据70%的比例，也是这次教学改革的重点。该考核方式经试运行后，效果良好。

五、结语

笔者根据电路与系统专业信息论课程的特点以及目前教学中存在的问题，从教学内容、教学方法及考核方式三个方面提出了相应的改革措施。通过本次的教学实践证明，采取的这些措施有效地改善了课程教学效果，提高了学生的学习积极性、知识掌握程度和应用知识解决实际问题的能力。

参考文献：

[1]陈运.信息论与编码[M].北京：电子工业出版社，2007.

[2]叶中行.信息论基础[M].北京：高等教育出版社，2002.

[3]李梅.信息论基础教程（2版）[M].北京：北京邮电大学出版社，2003.

[4]曹雪虹.信息论与编码[M].北京：清华大学出版社，2003.

[5]吴伟陵.信息处理与编码[M].北京：人民邮电出版社，2005.

[6]李迎春，等《.信息论与编码》教学改革探讨[J].科技信息，2010，（20）：18-20.

[7]邓家先.信息论与编码课程教学改革探讨[J].电气电子教学学报，2007，29（2）：111-114.

篇（9）

[中图分类号] P217 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-7-199-1

近些年来，人们迎来了信息时代，人类社会也逐渐步入到全方位的信息时代中，新兴很多科学技术，并得到了迅速发展，被人们广泛应用到人类生活之中。摄影测量经过数字摄影测量阶段、解析摄影测量阶段以及模拟摄影测量阶段这三个阶段。在摄影测量技术发展期间，从遥感数据源到遥感平台、遥感器、遥感数据处理、遥感理论基础探讨等，都产生了很大变化。下面，笔者就对摄影测量与遥感当前发展中面临的问题进行分析。

1摄影测量与遥感发展中存在的问题

1.1遥感技术发展存在的问题

当前形势下，遥感技术主要被应用到环境保护、城市规划、土地利用、荒漠化监测、灾害监测、环境预报、海洋监测、天气预报等行业和领域中，遥感技术为社会发展带来了很大的经济效益。特别是航天遥感技术的提出和发展，航天遥感技术对卫星遥感进行充分利用，进而获取各种需要的信息，可以说，航天遥感技术是当前最为有效的方法。

目前，在遥感技术的应用上，还存在一些问题：譬如说过分重视对表面现象的反馈，忽视了内里的规律分析、定量分析等。同时，遥感技术应用中还存在过分单一的问题，这在一定程度上影响了遥感技术作用的发挥，多种遥感技术的一体化综合应用有助于获取更加准确的数据资料，提高测量质量。比如说：遥感技术应用到水质的监测中时，进行数据分析多为定性分析，很少进行定量分析;且监测精度不高，存在明显的经验、半经验算法;另外，在监测的数据参数上，主要为透明度、浑浊度、悬浮沉积物、叶绿素等，参数过少，而且监测的波段范围也不大，主要集中在可见光和近红外波段范围。

1.2摄影测量发展存在的问题

我国的摄影测量发展经历了漫长的历程，伴随着我国自动控制技术以及计算机技术的不断发展，在二十世纪末期，完成了全数字的自动测图软件研发和应用，由此，数字摄影测量技术得以迅速发展，数字摄影测量被普遍应用到测量工作之中。在进入到二十一世纪以后，科学技术的不断提升为摄影测量提供了帮助，使摄影测量也步入到数字化时代中。在数字摄影测量中，传统的图像处理从光学仪器上搬到了计算机上，实现了对传感器空间方位的校正、地形起伏引起像点位移的纠正以及图像镶嵌等功能。目前，在摄影测量图像的处理方面，还存在图像匹配、不依赖DEM的正射纠正等问题。譬如说：在图像匹配上，在地形图上取影像与地形图上对应同名点作为纠正控制点，这种方法的精度不高，当前在图像的匹配上依然主要依赖人工方式，而数字化的图像匹配还有待进一步研究和发展。

另外，摄影测量技术中得数字正射影像图（DOM）存在严重的图像质量问题，外界环境的诸多因素都会直接影响到图像的质量，影响摄影测量的精度。譬如：清晰度差、纹理不清晰、重要地物缺失等。实践经验表明：原始影像质量、DEM数据质量、摄影处理条件、拼接线、第三方软件等都会对DOM质量产生影响。

2推动摄影测量与遥感技术发展的策略

近些年，在数据分析、信息服务、获取和处理数据的过程中，摄影测量与遥感技术都得到了良好发展，获取数据的装备也得到了迅速发展，从本质上提升了数据处理系统的自动化程度。

2.1遥感自动定位技术的发展和应用

在摄影测量与遥感技术发展过程中，遥感自动定位技术具有十分重要的地位，不仅能够对影响目标实际位置进行准确确定，更可以对影响属性进行准确解译。将GPS的空中三角测量作为前提和基础，对惯性导航系统进行充分利用，由此形成了航空影响传感器，航空影响传感器将定点摄影成像实现，并且保证定点摄影成像的高精度。在卫星遥感这一前提和基础下，精度可以实现米级，遥感自动定位技术能够实现实时数据更新和实时测图等作业的流程，进而将野外像控测量工作量减少。

2.2在三维模型表面重建中应用摄影测量

在工程勘察、人体重建、人脸重建、医学重建、文物保护、工业测量以及土建筑重建等方面都均已普遍应用三维物体重建技术。三维物体重建技术通过手持量测的数码相机实施操作，进而能够得到多度重叠以及短基线的图片，通过立体匹配的渠道获取模型点的数据。利用短基线多影响的数字摄影测量快速三维的重建技术，能够从本质上将摄影测量无法兼顾远景和变形问题进行解决，在实施的过程中，通过采取量测数码相机手持拍摄这一种方式方法，使测量技术更加快速和简单，并且拥有高度自动化。

2.3构建完善的遥感监测指标体系

为推动遥感技术定量化分析的应用于发展，必须建立起完善的遥控监测指标体系。比如说：在大气环境的遥感监测中，借助这一指标体系进行后续的定量化分析，掌握大气环境的变化情况，实现大气环境监测的集成化发展。一是时间与空间数据的互为弥补和整合，便于相关人员掌握大气环境;二是互为约束的遥感反演技术。随着遥感技术和摄影测量技术应用日益广泛，其不断融合先进技术，为人类发展带来更先进的监测技术，推动社会经济发展和人类进步，而构建监测指标体系则是当前迫切需要解决的一个问题，需要各部门、单位的联动，全力推动遥感技术的发展，实现遥感技术的变革。

3结语

综上，虽然如今的摄影测量与遥感技术发展速度相对来说比较快，并且已经被应用到测绘工作中，逐渐实现了智能化发展和数字化发展。我国摄影测量与遥感存在设备种类单一以及生产效率低下等问题，这些问题和信息产业发展相违背，不能达到国际的标准水平。因此，我们要集中优势力量，开展跨学科合作。

参考文献

[1]克里斯蒂安・海普克，唐粮.摄影测量与遥感之发展趋势和展望[J].地理信息世界，2011，09（02）.

篇（10）

中图分类号：S852．72＋3文献标识码：A文章编号：0439－8114（2011）08－1647-03

Detection of the Glucose Level in Mature Oocyst of Drug Sensitive or Resistant Eimeria tenella Strains

MA Li－nong1，CHEN Zhang－liu2，YU Liang－bin3

（1．School of Applied Chemistry and Biological Technology，Shenzhen Polytechnic，Shenzhen 518055，Guangdong，China；

2． Department of Animal Medicine，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；

3． School of biochemical engineering，Huanggang Polytechnic，Huanggang 438000，Hubei，China）

Abstract： A method employing the oil of vitriol and phenol testing neutral sugars to detect the level of glucose in mature oocyst of Eimeria tenella was established． The level of glucose in mature oocyst of 9 different stains in E. tenella （including sensitive stain and drug－resistant stains）were detected． The results were as follows， the level of glucose in mature oocyst of sensitive strain was low； the level of glucose in mature oocyst of the drug－resistant strains was high（P＜0．01， showed significant correlation）． Thus， the stains of E. tenella with different drug sensitivity were related with the level of glucose in mature oocyst． The level of glucose in mature oocyst could be used as one of the indicators to anticoccidial drug sensitivity of E. tenella．

Key words： Eimeria tenella； the drug－sensitive strain； the drug－resistant strain； the level of glucose

鸡球虫病是严重危害禽类生长发育，造成严重环境污染的一种疾病。集约化养鸡场是球虫病高发场所，目前防治鸡球虫病主要依赖于抗球虫药，但研究证实，鸡球虫几乎对所有使用过的抗球虫药都产生了耐药性。事实表明，任何一种抗球虫药在使用一定时间后，都会引起鸡球虫的耐药性，随着鸡球虫耐药性的产生，导致抗球虫药使用的年限缩短，防治失败或效果不佳，引起临床或亚临床球虫病，造成很大的经济损失。耐药性已成为鸡球虫病防治中最严重的问题之一［1］。寻找方便快捷检测鸡球虫耐药性的方法，有利于及时选用敏感药物，及时停用耐药性严重的药物，对减少鸡球虫病造成的损失具有现实意义［2］。为此，笔者一直在寻找方便快捷的检测鸡球虫耐药性的方法，曾对柔嫩艾美耳球虫敏感株和耐药株的子孢子膜脂流动性进行过比较检测，也对敏感株与抗药株的ATP酶活性进行过比较检测［3，4］；本次试验发现柔嫩艾美耳球虫敏感株与耐药株成熟卵囊中的葡萄糖含量存在显著差异，似乎也可以作为判别柔嫩艾美耳球虫是否对抗球虫药物产生耐药性的检测指标之一，且尚未见国内的相关报道，现将试验过程及结果报道如下。

1材料与方法

1．1材料

药物：地克珠利，0．2％饮水剂，华南农业大学实验兽药厂生产；百球清（甲基三嗪酮），2．5％饮水剂，德国拜耳公司（中国四川）生产；马杜霉素铵盐，90．0％原粉，河南三宝（集团）中联发酵厂生产；盐霉素钠盐，10％预混剂，广州朝阳兽药厂生产。以上药物用于抗药虫株的实验室诱导和野外分离株抗药性的检测。葡萄糖、甘露醇、硫酸等试剂均为分析纯。

虫株：以柔嫩艾美耳球虫作为研究对象，用受试抗球虫药，运用不同的方法分别对敏感株（表1中编号1）进行试验性诱导，最终形成表1中的2、3、6、9号诱导耐药性虫株，各抗药虫株的诱导方法将另详细报道。对野外采集分离得到的虫株进行上述4种抗球虫药物的耐药性检测，最终定出9株测试虫株，其中敏感株1株，诱导耐药株4株，野外耐药株4株，并将各虫株的编号、名称及其主要特征归纳于表1。

主要仪器：水浴振荡器，HZS－H型，哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；ACE破碎乳化机（转速18 000rpm），AM－6型，日本精机制作所；超声波细胞破碎仪，500 Sonic Dismembrator，Fisher Scientific公司；岛津UV－5001分光光度计，日本岛津株式会社；高速冷冻离心机，德国Hettich公司。

1．2测定样本的处理

1．2．1卵囊的繁殖与分离卵囊的繁殖采用14日龄无球虫感染的粤黄鸡雏鸡进行，分次收集鸡盲肠中的卵囊进行分离纯化，获取纯净敏感株卵囊。具体胰蛋白酶消化法：将收集的盲肠及内容物尽量剪碎后，置于ACE破碎乳化机的盛杯中， 10 000 r／min匀浆5 min，将盲肠组织充分打碎，倒入烧杯中，用1 mol／L氢氧化钠溶液调节至pH值8．0，加入0．5％～1．0％胰蛋白酶，在39℃水浴条件下消化20 min，使卵囊完全分散游离出来，然后依次用200、300、400、500目筛过滤，滤液以3 000 r／min离心10 min，弃上清，反复洗涤几次，充分洗去胰蛋白酶，向沉淀中加入适量的1．1 mol/L（比重为1．12）蔗糖溶液，混匀，2 500 r／min离心10 min，浮集于离心管上层的白色塞状物即为卵囊，用小铁丝网将卵囊捞于装有0．5 mol/L蔗糖溶液的离心管中，2 500 r／min，离心10 min，反复3～4次，除去比重较小的杂质，然后加入5％次氯酸钠溶液，4℃下作用10 min，用清水离心洗去次氯酸钠，最后将含有卵囊的清水以3 000 r／min，离心10 min，弃掉上清，沉淀即为纯净的未孢子化卵囊。将卵囊移入2．5％重铬酸钾液中，28～30℃下恒温通气培养2～3 d，使卵囊孢子化，即为成熟卵囊。将孢子化成熟卵囊置于4℃冰箱保存备用。

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1．2．2成熟卵囊匀浆的制备将各虫株孢子化成熟卵囊分别用双蒸水通过多次离心的方法彻底洗净后，移至0．2 mL塑料离心管中，经多次高速离心15 000 r／min，10 min，弃去上清，将各管的卵囊沉淀调至同一刻度后，分别置入2 mL塑料离心管中，用超声波细胞破碎仪将成熟卵囊破碎至匀浆。边破碎边用光学显微镜观察，待整个离心管中找不到完整的卵囊、孢子囊和子孢子，才停止破碎。然后将匀浆液高速离心15 000 r／min，10 min，分离出上清至另一干净离心管中，放入－20℃冰柜中，冷冻保存备用。

1．2．3葡萄糖的测定方法参照方福德等［5］对葡萄糖的测定方法，采用的比色测定中性糖的硫酸－酚法。此方法是最为普通而简单的中性糖检测方法，能检测5 μg／mL的葡萄糖含量。

1）葡萄糖标准曲线的测定。分别准确称取3份葡萄糖，配制成5、10、20、40、80、160、320 μg／mL 7个不同浓度梯度，分别经上述操作，用岛津UV－5001分光光度计进行比色测定。将490 nm处测得的葡萄糖吸光值（x）与相应的葡萄糖浓度（）用直线回归，求得标准曲线方程和相关系数。见表2和图1。

2）样品中葡萄糖含量的测定。将各样品从－20℃冰柜中取出，待其升至室温后，分别将每一虫株的孢子化卵囊匀浆上清液取0．5 mL于1．5 mL塑料离心管中，加入500 mg／mL的三氯醋酸50 μL沉淀蛋白质，再经15 000 r／min高速离心10 min。吸取上清液0．3 mL于10 mL玻璃离心管中，再分别加入0．5 mL 5％（W／V）酚的水溶液，在混旋器上充分混合后，直接向混合液的表面加入1．8 mL浓硫酸，立即在混旋器上，以较高转速剧烈振摇30 s。然后，室温放置30 min后，即可在岛津UV－5001分光光度计上进行比色测定，记录每个样品在490 nm处的吸光值。将其代入直线回归方程中，求得不同虫株孢子化卵囊的葡萄糖含量，列入表3，并做统计分析，将结果进行分析比较。

2结果与分析

2．1葡萄糖标准曲线的测定结果

根据表2中的批次1的方程，将测得的对应浓度的葡萄糖吸光值绘制成标准曲线图。见图1。在葡萄糖比色测定中，其浓度在5～320 μg／mL范围内呈现良好的线性关系。有资料显示［6］，鸡球虫孢子化卵囊和子孢子中葡萄糖含量同样高（300 μmol／L），同时还存在较高浓度的甘露醇（10 mmol／L，即

10 000 μmol／L）。为了弄清甘露醇是否会对葡萄糖的测定有影响，试验采用同样的方法对甘露醇进行了测定，结果证明甘露醇用此法呈现无变色反应。因此，用这一方法测定柔嫩艾美耳球虫不同虫株成熟卵囊中的葡萄糖含量时，可以排除甘露醇的干扰。

2．2敏感株与各种耐药株孢子化成熟卵囊中葡萄糖含量的比较

经过分别对9株参试虫株柔嫩艾美耳球虫敏感株和各种耐药株孢子化成熟卵囊中葡萄糖含量的测定，并经统计分析，结果见表3。从表3可见，敏感株孢子化成熟卵囊中的葡萄糖含量显著低于各种耐药株成熟卵囊中的葡萄糖含量，经统计分析，耐药株与敏感株差异极显著（P＜0．01），因此，敏感株与耐药株成熟卵囊之间葡萄糖含量存在极显著的差异。而在各耐药株之间，无论是实验室诱导耐药株，还是野外耐药株，它们之间成熟卵囊中的葡萄糖含量无显著差异（P＞0．05）。这一结果表明了柔嫩艾美耳球虫成熟卵囊中的葡萄糖含量增高与耐药性有着直接联系，同时也为解释敏感虫株总是比耐药虫株容易丧失活力提供了一个理论依据。

3小结与讨论

1）本文应用紫外可见分光光度计，以葡萄糖试剂为对照品测定了9株柔嫩艾美耳球虫敏感株与耐药株成熟卵囊中的葡萄糖含量，方法简便，结果可靠。

2）各球虫耐药株成熟卵囊中的葡萄糖含量与敏感株相比显著增高，这可能与耐药虫株在对抗药物作用时需消耗大量能量有关，换言之，球虫敏感株的成熟卵囊中的葡萄糖含量较低，因而在对抗球虫药物作用时很容易被杀死。至于耐药株的成熟卵囊中葡萄糖含量升高的机理还有待进一步探索。

3）对于柔嫩艾美耳球虫卵囊中的葡萄糖含量有资料［6］显示为300 μmol／L，当将其与本文划为同一单位时，其含量仅只有0．3 μmol／mL，但文献中并未说明测定的方法，而用本方法测定的柔嫩艾美耳球虫成熟卵囊中的葡萄糖含量远比资料中显示的要高，却能区分柔嫩艾美耳球虫敏感株和耐药株成熟卵囊之间葡萄糖含量的差异。

4）葡萄糖是自然界分布最广且最为重要的一种单糖，属中性糖之一。葡萄糖在生物学领域具有重要地位，是所有动物生命活动中不可缺少的物质，是所有活细胞的能量来源和新陈代谢中间产物。而对鸡球虫这类原生动物体内的葡萄糖代谢的机理还知之甚少。

参考文献：

［1］ 张会中，张润轮．鸡球虫的耐药性与应对措施［J］ ．养禽与禽病防治，2010（3）：26－31．

［2］ 吉尔格力，李伟奇，何南生． 鸡球虫抗药性的特点及其对策［J］．中国畜牧兽医，2009，36（7）：191－193．

［3］ 马立农，陈杖榴． 柔嫩艾美耳球虫敏感株和耐药株子孢子膜脂流动性的检测［J］． 西北农业学报，2010，19（8）：16－21．

［4］ 马立农，陈杖榴． 对柔嫩艾美耳球虫敏感株与抗药株ATP酶活性的检测［J］． 西北农业学报，2006，15（4）：89－92．