光合作用的结论十篇

光合作用的结论篇1

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

2018年9月，部分省市高一新生将使用全新修订的新课程标准和新教材。新课程标准的宗旨是培养学生生物学核心素养，包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任。生物学课程设计和实施追求少而精，聚焦核心概念，教学过程重实践，通过探究学习加深学生对生物学概念的理解和应用，从而发展其核心素养。概念教学的重要性逐渐被众多教师所熟知，准确掌握概念教学的基本策略对落实学科核心素养至关重要。

教师进行概念教学时，往往采用同化式概念教学策略，学生被动接受陌生术语，无法真正理解。下面以人教版高中生物教材《必修1?分子与细胞》中“光合作用的过程”一节为例，通过教学设计、教学实践、教学反思等过程，探讨如何通过形成式概念教学策略落实学科核心素养。

1 教学设计背景分析

1.1 教材分析

该课是人教版必修1第五章第二课时的内容，是高中生物非常重要的核心概念之一。教材中通过文字叙述和图解进行阐述，并对光反应和暗反应分别进行了定义概括。教材中对光反应和暗反应过程的描述简单明了，对两者之间的关系只有一句话的总结概括，没有实例分析，学生对其关系的重要性和相关性很难真正理解。

1.2 学情分析

学生在初中已经初步接触过光合作用，例如光合作用的定义、场所、原料、产物、光合作用的反应式等。高中学生的认知水平、逻辑推理能力等都已有明显的进步。通过前面章节的学习，学生对叶绿体中色素种类、功能、光合作用的探究历程等都有了基本的掌握。本节内容中光反应、暗反应以及两者之间的关系对于学生来说是全新的概念，也是本节要重点解决的核心概念。虽然教材中对过程的描述比较清晰，但学生理解这些抽象的概念还是有一定难度的。只有充分理解光合作用的过程，学生才能很好地理解和分析光合作用原理的应用及光合作用的影响因素。学生在学习过程中，往往能看懂教材，上课能听懂，但是在解决光合作用相关问题时就会遇到困难。究其根本原因，学生并没有充分理解光合作用的过程，从而在应用其原理分析具体问题时出现困难。

2 教学目标

2.1 知识目标

比较光合作用光反应和暗反应的具体物质变化和能量转换的过程；阐明光合作用的总反应式与实质。

2.2 能力目标

对相关实验资料分析、思考、讨论、探究等活动中，培养自主学习、自主探究的能力、语言表达及分享信息的能力；通过知识迁移在新的情境中解决问题的能力，学会用比较法进行学习。

2.3 情感、态度与价值观目标

培养生命观念，掌握研究生命现象的基本思想方法。

3 教学重点

光反应和暗反应的过程；光反应和暗反应之间的关系。

4 教学难点

理解并学会应用光合作用的光反应和暗反应机理及相互关系。

5 教学策略

以科学家发现光合作用过程的真实实验为探究素材，将核心概念分解成若干小问题，设置一系列问题串，通过形成概念逐一趋向概念内涵。学生通过分析讨论，进行概念建构。教师要强调科学史中的学科思维和探究精神；利用睿易云教学平台和Pad移动终端等现代教育技术，实现师生的及时互动，提高课堂教学效能；引导学生通过对新的情境进行小组探究，加深理解概念内涵和外延，在内涵与外延间建立联系；设置新情境，引导学生利用本节概念解决新的问题，达到学以致用的目标。

6 教学过程设计

6.1 复习导入

师：请同学们在练习本上写一下绿色植物光合作用反应式。教师通过Pad终端展示学生书写正确的反应式，纠正学生的书写错误，强调对基础知识的准确掌握。

学生回顾，书写。

设计意图：温故知新，引出光合作用场所――叶绿体的结构。

6.2 教学实施

概念1：叶绿体具有基粒等结构，是绿色植物光合作用的场所。

教师展示叶绿体结构模型，讲解结构，着重分析类囊体和基粒的关系。教师强调：光合色素和有关酶分布在类囊体的薄膜上，有些酶分布在叶绿体基质中。

学生看图析图，听教师讲解。

设计意图：为学习光合作用的过程奠定基础，使学生树立结构与功能相适应的观点。

概念2：叶绿素在光合作用中发挥重要作用。

教师提出问题：叶绿体中的色素与光合作用有什么关系？

教师展示实验，并引导学生得出结论。

学生阅读资料：1913年，德国的威尔斯泰特对叶绿素分子进行了研究。在阐明了它的化学性质之后，研究了叶绿素与光合作用的关系。他发现在光下，叶绿素的含量较高时，CO2转化为糖类的反应速率较快。

教师引导学生分析实验，得出结论：叶绿素在光合作用中有重要作用。

设计意图：学生通过实验过程和结果的分析，自然而然得出结论，印象深刻，也了解科学探究的方法。

概念3：叶绿体中的色素能捕获光能、传递和转化光能。

教师利用投影展示叶绿体色素的吸收光谱图，并提出问题：光合色素是如何起作用的呢？

学生得出结论：叶绿体中的色素可以吸收光能。叶绿素主要吸收蓝紫光和红光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。

设计意图：让学生明确色素吸收光能的特性，培养学生读图析图的能力，为建构光反应概念做铺垫。

概念4：光反应过程在类囊体膜上，色素吸收光能，将水分解成[H]和氧气，并将光能转化为ATP中的化学能。

（1） 希尔实验：水光解放氧。

教师展示阅读资料二：1937年，英国剑桥大学的希尔用离体的叶绿体做实验。他将离体的叶绿体加到具有NADP+（可与H+结合生成NADPH）的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出。

教师展示图1，并提出问题：色素吸收的光能有什么作用呢？

学生分析实验，得出结论：色素吸收光能后可以将水分解释放出氧气。

（2） 阿尔农实验：光反应生成ATP和[H]。

教师提供阅读资料三：1954年，美国的阿尔农等用离体的叶绿体（获得类囊体悬浮液）做实验。在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi和NADP+时，体系中就会有ATP和[H]产生。

教师展示图2。

学生分析实验，得出结论：在光下，类囊体上生成了ATP和[H]。

这两个实验的设计意图：还原科学史，让学生感悟科学发现的探究过程，像科学家那样探究和思考，培养学生科学探究和理性思维素养。

（3） 光反应过程概念建构。

教??提出问题：阳光下，在类囊体膜上能发生哪些反应？能量如何转变？请完成表格填写（表1）。

学生活动：根据资料二和资料三的实验结论，小组讨论，总结归纳，填写表格。通过Pad终端提交给老师，并分享讨论结果。教师评价总结。

设计意图：培养学生归纳总结能力、小组合作能力、语言表达能力、使用现代信息技术能力，完成光反应过程这一概念的完整建构。

概念5：暗反应过程在叶绿体基质中进行，固定CO2，利用光反应生成的[H]和ATP，生成（CH2O），将ATP中的化学能转化为（CH2O）中的化学能。

（1） 阿尔农实验：

教师提供阅读资料四：1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体继续做实验。在黑暗条件下，只要供给了ATP和[H]，叶绿体就能将CO2转变为糖。

教师展示图3，并提出问题：在光下叶绿体通过光反应产生的ATP和[H]有什么用呢？

学生得出结论：在黑暗条件下，ATP和[H]是CO2转化为糖的必要条件。

设计意图：通过再现科学家实验，培养学生分析实验的能力。通过分析此实验，学生能够形成光反应为暗反应提供ATP和[H]这一重要概念。

（2） 卡尔文实验：

教师提供阅读材料五：从1946年开始，美国的卡尔文等研究了小球藻等植物进行光合作用时CO2转化为糖类的路线。他们向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30 s后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。将光照时间逐渐缩短至几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。在5 s的光照后，卡尔文等同时检测到了含有放射性的五碳化合物（C5）和其夫子糖类化合物（CH2O）。

教师提出问题：CO2是如何转变成糖类等有机物的呢？

学生分析，得出推论：碳的转移途径如图4所示。

设计意图：通过科学家的实验设计方法，培养学生理性思维和科学探究素养，加深对暗反应阶段碳元素去向的理解。

（3） 实验探究1：

教师提出问题：卡尔文实验中，CO2供应正常，当停止光照时，短时间内C3和C5的浓度如何变化？原因是什么？

学生分小组进行探究，将探究结果写在学案上，通过Pad终端将答案提交给教师。小组代表进行讨论结果分享，小组间相互评价，教师进行总结评价。

设计意图：通过实验探究和推理，让学生明确光反应提供的ATP和[H]参与碳循环的具体阶段，并培养学生的理性思维、深度探究和语言表达交流素养。

（4） 实验探究2：

用温和方法分离得到的叶绿体结构完整，这样的叶绿体能够完成光合作用全过程，包括CO2的固定和糖类的生成。用剧烈方法分离得到的叶绿体含有很少或者根本没有叶绿体基质。这样的叶绿体能在光下产生O2、ATP、[H]，但是不能固定CO2。

教师提出问题：这些反应进行的场所是哪里呢？请同学们阅读实验探究2。

学生阅读实验探究2，小组讨论实验方案，分享交流。

学生得出结论：CO2的固定和糖类的生成场所在叶绿体基质。

设计意图：让学生掌握科学的实验方法，明确暗反应的场所，从而培养学生理性思维和科学探究素养。

概念6：光合作用过程包括光反应和暗反应两个过程。

教师请各位学生完成学案中光合作用全过程图解（图4），观察各组的完成情况，利用Pad对某小组的答案进行评价，利用谈话法对光合作用全过程进行总结。

学生分小组讨论，归纳总结，填写光合作用全过程图解，通过Pad终端将答案推送给老师，小组分享并相互评价。

设计意图：通过填图，学生明确光反应和暗反应是不可独立进行的密切相关的生理过程，学会了建构知识框架，培养了归纳总结能力。

6.3 课后作业

列表比较光反应和暗反应的区别和联系；

从物质和能量角度阐述绿色植物光合作用的意义。

设计意图：教会学生学会用比较法进行概念学习，培养学生的生命观念学科素养。

7 教学评价

7.1 课中过程性评价

通过Pad终端，教师能及时看到各小组讨论结果，并由小组代表阐述结果，小组互相评价和教师总结相结合，及时发现并解决课堂中的既设问题和生成问题。

7.2 课后终结性评价

通过课后作业，教师可以了解学生是否真正理解光合作用的机理。尤其是通过第二道作业的解答，能够看出学生是否从宏观生态学的角度理解光合作用的意义，为下节课的教学做好铺垫。

8 教学反思

本节课的教学重点是光合作用的光反应和暗反应的过程。在以往的教学中，大多数教师采用的策略是直接向学生分步展示每个过程的物质变化和能量变化，然后进行详细的讲解，学生学习的过程是在教师讲解之后，在理解过程的基础上将光合作用流程图背下来。这样学生更多的是通过死记硬背把过程记下来，对学生理性思维和科学探究素养的提升是很有限的。教师在进行教学设计时，应大胆创新，改变以往同化式概念教学模式，采用形成式概念教学策略和智慧课堂教学策略，通过把科学家对光合作用过程的探究历程真实再现，让学生通过分析实验过程，小组研讨，得出结论，逐步形成概念。运用现代教育技术，学生研讨结果通过Pad终端及时反馈给教师，教师及时对典型问题做出点评。通过对若干原始科学实验的探究形成若干概念后，在教学设计的最后，让学生在学案中独立完成光合作用全过程的流程图，然后分享交流，教师评价。这是一个总结提升的过程，既能培养学生的专业语言表达能力，又能考查这节课的教学效果。课后作业的设计是想培养学生利用比较法来进行知识巩固，同时能从宏观生态学和物质能量的角度去理解光合作用的重要意义，培养学生的生命观念素养和社会责任素养。

在教学过程中，学生基本能跟上实验探究思维，小组讨论环节的气氛也非常好，每个小组都能准确地得出每个实验的结论，能在教师指定时间内在学案上写完答案，并通过Pad提交给教师。在分享环节，8个学习小组有6个小组都积极发言。虽然需要小组讨论的问题较多，但是整节课节奏控制得很好，基本按照教学设计的各个环节逐步推进，在45 min内，恰好完成了整节课的教学任务。课堂气氛也比较活跃，且这种活跃是学生思维的活跃，不是表面的气氛活跃。

光合作用的结论篇2

关键词：高中生物；合作学习；合作技能

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1003-2851（2011）09-00-01

合作学习是我国基础教育课程改革极力倡导的三大学习方法之一，也是当今世界学习研究的重要方式之一，它开辟了现代教学研究的新领域，发展了课堂教学互动理论，强调协作、分享精神，能够为学生在社会性的群体中的适应和发展做准备，因此正被广泛地应用于课堂教学中。但在具体操作过程中，由于一些教师没能很好地培养学生掌握一定的合作技能，从而使合作学习流于形式，达不到预期的效果。笔者在最初的实施过程中也曾迷茫徘徊过，甚至也曾步入流于形式的误区，没有真正发挥小组合作的作用，但在教学实践过程中经过不断的探索和尝试，并阅读大量有关合作学习方面的书籍，逐渐悟出许多合作课堂难以达到预期的效果，一个很重要的原因就是在于学生没有掌握一定的合作技能，不会交流，从而不会合作。那么在实施合作学习的过程中学生要掌握哪些合作技能呢？约翰逊兄弟等研究后认为在小组活动的不同阶段学生应掌握的合作技能是不同的。

在这里我以高中生物“影响光合作用的因素”的合作学习为例来阐述学生应掌握的技能，教师在提出“前面我们已经学习了光合作用的过程，那么哪些因素能够影响光合作用的速率，又是怎样影响的呢？”的合作问题后，将学生分成若干个异质性小组，为保证小组成员在合作学习中人到心到，首先应培养学生“形成规范”这一技能，即要求小组成员应遵守纪律，不要吵闹，说话要轻声细语，能轮流发言，不要轻易打断其他小组成员的发言，不要说一些与所谈问题的话。因此刚开始实施时最好专门设立一位监督员来控制声响，维持秩序。在学生形成规范后就要培养学生的第二个技能――“发挥功能”，要求小组成员人人参与，都能提出自己的见解。在进行“影响光合作用的因素”合作学习的过程中，不同的学生提出的问题不同，有的学生提出“光能影响光合作用的速率”，有的学生提出“二氧化碳能影响光合作用的速率”，还有的学生提出“温度也能影响光合作用的速率”等等，小组成员之间彼此能分享材料、观点或意见。对于不同的观点或意见，小组成员可以提问、质疑，请求小组同伴的帮助和协同，如有的学生提出“温度怎么会影响光合作用的速率呢？我不太理解，你能不能给我解释一下？”那么被质疑的成员应进行解释和说明：“因为温度能够影响酶的活性，而光合作用过程中有很多的酶参与，特别是暗反应阶段。”等等。这样小组的成员之间都能分享观点和想法，深层把握思维过程，而这正是小组成功的基础。同时小组的成员应通过陈述和重申活动的任务或要求、建议有效完成任务的程序等来引导帮助小组活动向正确的方向发展。

是不是掌握上面两种技能就可以了呢？当然不行，要想加深对学习材料和所讨论问题的理解，形成高质量的合作学习过程，就必须培养学生掌握第三种技能,即“确立程式”，这种技能要求学生能够对刚刚阅读或讨论过的材料在不看的情况下进行口头总结，小组其他成员要适当地予以补充乃至正完善，使小组对学习材料的概括和总结更加准确可靠。例如学生刚才已经通过阅读一些有关光合作用方面的材料，并通过思考提出了一些自己的观点，那么这时就要在不看课本和笔记材料的情况下口头表达出来，如某学生是这样说的：“光能影响光合作用的速率是因为在光反应中叶绿体中的色素可以吸收光能，把光能转化为化学能，因此光通过影响光合作用的光反应来影响光合作用的，因此光照的强弱能够影响光合作用的速率，光照越强，光合作用的速率就越快，光照越弱，光合作用的速率就越慢。”此时小组的其他成员就会提出：“我觉得光对光合作用速率的影响不仅仅只有光照的强弱，可能还有其他的，比如光照时间的长短。”这样小组成员就继续围绕这个问题进行讨论，有的成员此时可能就会想到前面学习过的叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光，也就是在合作学习过程中要注意把学习的材料和所讨论的问题同以前学过的知识经验联系起来。这样学生通过讨论就会得出除了光照的强弱（即光照强度）能影响光合作用的速率外，光质，光照时间的长短都能够影响光合作用的速率。小组成员间通过补充正逐渐完善了某一成员的总结，使小组对学习材料的概括和总结更加可靠。为加深光对光合作用速率的影响的理解和记忆，小组同伴绘制了光照强度对光合作用速率影响的坐标图。当然在其他的合作小组中还可以采用制表、口诀、公式、关键词、提纲、摘要、小结、改写、复述等其他方法。

要促进小组成员对已有学习材料的再认识，保证小组成员充分发挥自己的思维能力，从多角度出发分析解决问题，要培养学生掌握“思维发酵”这一技能。学生在讨论、总结、制图后，有的小组成员思考后发现并不是光照越强，光合作用的速率越快，这时他就要表明自己的不同观点，当然规则是就事论事，不出现人格贬损或出言不逊的做法。然后小组成员查明思考问题时的差异所在，在充分讨论的基础上，将全组的观点进行概括、提炼和整合，最后得出“在一定的光照强度范围内，光合作用的速率随着光照强度的增强而增快，超过一定光照强度后，光合作用的速率不再随着光照强度的增强而增快”。小组成员要互相求证事实与推理的可靠性，澄清答案或结论的合理性，“为什么光照强度超过一定范围后光合作用的速率就不再随着光照强度的增强而增快呢？什么原因？”学生通过提出这样一些深度问题来推进理解光照强度对光合作用速率的影响这一过程。

当然要使学生掌握合作技能，首先要确保学生明白合作技能的重要性，通过讲解使学生理解每项技能的确切含义，通过安排一些要完成具体任务的活动角色，提供练习机会，使学生的技能得到锻炼，要为学生做出示范，并定期对技能进行提示、提醒、监督。教会学生能对技能的运用情况展开讨论、反思，以便能更有效地运用这些技能。绝大多数技能的形成都有一个缓慢学习的过程，要确保每个学生时常进行技能练习，只有充足的练习才能使技能成为他的行为习惯。这样他们就会自然而然地、很乐意地在合作学习中运用了。

参考文献：

光合作用的结论篇3

自1970年美国康宁公司研制成功第一根低损耗光纤以来，光纤通信得到了飞速发展，光纤通信新技术不断涌现。我国已经建成了“八纵八横”国家一级光缆通信网，现正在大力发展FTTH。在我国，以光纤光缆生产为上游，以通信用光器件制造为中游，以光交换和光网络设备制造为下游的光纤通信行业已经形成，国内涉及光纤通信的企业已达千家。随着光纤通信在我国的快速发展，光纤通信行业对既懂得光纤通信基本理论，又掌握相关实用技术的人才的需求日益增长。因此，各大学的光信息科学与技术、通信工程、网络工程、光电子技术、电子信息科学与技术等专业都开设了光纤通信方面的专业课程。2007年，教育部的1、2号文件提出了实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”，要求进一步改革教学内容和教学方法，培养学生的实践能力和创新精神。2010年的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）》中指出“改革教学内容、方法、手段，建设现代学校制度”和“支持学生参与科学研究，强化实践教学环节”。根据文件精神结合我校电子信息科学与技术专业的光纤通信课程的教学实践，我校的光纤通信实验教学在实验仪器和实验内容、教学方法方面作了以下改革。

1实验仪器的选择和实验内容的设计

光纤通信课程内容主要包括：光纤和光缆的结构和类型；光纤的传输原理和特性，光纤特性的测量；光源、光检测器和光无源器件的类型、原理和性质；光端机的组成和特性；数字光纤通信系统；模拟光纤通信系统；光纤通信的若干新技术；光纤通信网络等［1］。从课程的内容可以看出，光纤通信是一门实验性很强的课程，除了理论教学之外，还需要实验教学与之配合。很多大学都较早地开设了光纤通信课程，但当时光纤通信的实验器材都很贵，教学主要是课堂理论教学。近几年国内的光纤通信产品的制作技术逐步成熟，价格逐渐降低，光纤通信实验教学才逐步开始。由于受学时和实验条件限制，光纤通信课程中实验教学的学时大多数集中在8～12学时。实验教学内容的选取既要与理论教学内容相互协调，又要便于学生操作实验或者进行演示实验；既要兼顾基础性，又要具有系统性和先进性，使学生在实验中通过验证、观察、分析、操作、运用及科研等实践，掌握光纤通信课程的基本概念、基本理论和基本技术，为进一步学习相关专业课程及从事通信技术类工作奠定一定的基础［2］。我们把光纤通信综合实验箱、工程用光纤通信仪器、工程用光纤通信产品、OptiSystem软件等作为实验教学工具，根据各自特点来设计实验教学内容。

1．1光纤通信综合实验箱随着光纤通信课程的开展，国内教学仪器生产企业开发、升级各自设计的光纤通信实验箱产品，实验箱的功能不断完善，性能不断提高。光纤通信实验箱配合光功率计、示波器、2M误码仪等可以完成光发送机实验、光接收机实验、光纤线路实验、光纤通信系统实验等光纤通信实验内容［3］。由于实验箱封装性强、集成化程度高，在实验教学方面存在不足［4－6］。

1．2工程用光纤通信仪器随着国内光纤通信技术的发展，一些工程用仪器仪表实现了国产化，产品性能完全满足施工的要求，产品价格也逐渐降低。我校光电子实验室就购买了中国电子科技集团公司第四十一研究所生产的光纤熔接机、光时域反射计、光纤多用表等产品，再配置横向开缆刀、纵向开缆刀等施工工具，可以完成光纤熔接实验、光时域反射计（OTDR）测光纤链路特性和插入法测光纤的衰减系数实验等。光纤熔接机、光时域反射计比较贵重（每台套的价格在4．5万元左右），我们在学生实验前集中进行使用方法的讲解，近几年的实验教学中没有出现仪器损坏的现象。通过实验可以使学生掌握这些光纤通信行业常用仪表的使用方法和光纤的特性参数，还可以鼓励学生应用这些产品进行光纤弯曲损耗的研究［7］。

1．3工程用光纤通信产品光纤通信实验箱的实验方法与实际工程的测试方法有一些区别，通过已开设的实验，学生难以真正掌握实际工程的测试方法［8］。随着光纤通信产品制作技术的成熟，一些产品实现了国产化，价格也比较低。我们的实验室陆续购买了杭州亿邦的数字视频光端机、光纤收发器、北京的室内4芯光缆、富通集团的G．652B光纤、光纤跳线、4芯／6芯中心束管式光缆、光缆终端盒、光缆接续盒等。工程用产品和仪表结合可以开展简单的工程实践活动，让学生体会光纤通信的优点和施工，更深刻地理解一些器件的参数，如光源波长、插入损耗、回波损耗、光纤损耗系数、接收灵敏度等。在实验教学中可以让学生对比实验箱和数字视频光端机的图像传输的异同、对比实验箱与光纤收发器的数据传输的异同。配置光隔离器、光环行器等光无源器件，可以丰富实验测试内容。

1．4OptiSystem软件OptiSystem软件是一款光纤通信仿真软件，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通信系统到LAN和MAN都能使用。软件具有强大的模拟环境和真实的器件、系统的分级定义，它有15个器件库、200多种元件模型。由于受实验教学经费的限制，高校不可能购买光示波器、光谱分析仪、光波分复用分析仪等昂贵的工程用仪器来进行实验教学，但在学生具备了一定的实验经验的基础上，可以应用OptiSystem软件来进行仿真实验。燕山大学、长春理工大学等高校已经把这个软件用于科研和教学工作中［9］。充分利用OptiSys－tem软件的功能，可以开展仿真实验、课程设计、科研实践等教学活动，例如可以进行光波分复用系统设计、EDFA的增益优化、对基于SOA全光波长变换进行模拟等研究［10］。

2教学方法的研究与改革光纤通信课程起源于工程实践的需要，我们在教学中把实验教学与理论教学、工程实践、科研实践三者有机地结合起来，可以达到很好的教学效果。

2．1实验教学和理论教学相结合可以利用上面提到的实验仪器设计出很多的实验题目，但是不可把实验教学和理论教学完全分开［11］，要根据教学内容的特点来合理安排理论教学和实验教学，例如：对光源、光检测器、光发射机、光接收机等内容在理论教学时进行了详细的讨论，在实验教学时通过光发送机实验、光接收机实验来进行验证，从而加深对这部分内容的理解和掌握；光缆的结构和类型、光无源器件的参数和测量方法等内容更适合实验教学，在理论教学时作简单介绍，实验教学的效果会更好；对EDFA、WDM、全光波长变换、光孤子通信等光纤通信新技术内容的教学，可以理论教学和OptiSystem软件仿真实验相结合，这将提高学生的学习兴趣，能达到很好的教学效果。对实验中出现的现象和问题要鼓励学生用理论来分析和解释。

2．2实验教学和工程实践相结合把通信工程用产品和仪表引入光纤通信实验教学中，使实验教学和工程实践结合起来，学生可以体会实验教学和工程实践的异同，极大地提高了学生学习光纤通信课程的积极性。例如我们可以用光缆、尾纤、摄像头、监视器、光端机来进行楼宇安全监控的工程实践。在光纤熔接实验中，先让学生熟练掌握涂敷光纤的熔接，再完成6芯中心束管式光缆在光缆终端盒（或光缆接续盒）中的连接。当地光缆接续的施工价格30元／芯。把1km长的4芯中心束管式光缆两端的光纤进行熔接或活动连接，学生使用光时域反射计（OT－DR）完成相关测试。学生在用4路视频光端机传输信号时，用可变光衰减器改变光纤链路的损耗，观察到了视频信号通路的切换现象，继而分析了4路电视信号的复用方式。在实验教学中要让学生学会阅读光纤通信产品的使用说明书，如数字视频光端机、光纤收发器、AgilentHFBR系列光收发模块的使用说明书等，提高学生自学能力，培养参与工程实践的能力。在使用光纤通信产品时，我们不仅讲解产品的性能和使用方法，还要介绍该产品生产企业的基本情况，以及产品的研发、生产、销售等各个环节，让学生了解生产企业和各种职业岗位，更好地帮助学生确定职业理想，做好职业生涯规划，使学生适应用人单位的要求，提高学生的就业能力和创业能力。招聘企业对我校应届毕业生会使用光纤熔接机、光时域反射计表示惊讶和认可。通过全新设计和工程实践紧密结合的实验内容的教学改革实践，使学生对光纤通信课程的学习兴趣明显增强［12］。

2．3实验教学和科研实践相结合在教育部2007年的文件中指出：“创造条件，组织学生积极开展社会调查、社会实践活动，参与科学研究，进行创新性实验和实践，提升学生创新精神和创新能力”。培养本科学生的创新精神和创新能力，在专业课程的教学中就可以逐步开展，并不一定需要高水平和高难度的课题。例如：在进行光纤损耗特性测量时，鼓励学生用电磁场理论分析方法讨论精确条件下模式的特征方程和截止条件，用数值模拟各种模式下光纤中的光场分布，从而理解实验中为何需要扰模器、滤模器和包层模剥除器等；在光纤弯曲损耗的测量实验中，要求学生分别测量单模、多模光纤在不同传输波长、不同弯曲半径时的损耗，并进行对比和讨论，在此基础上鼓励学生建立光纤弯曲损耗的理论模型并进行数值模拟，不断优化理论模型的参数，与“传感器原理与应用”课程内容结合可以进行光纤传感器的实验研究。对光纤通信新技术中的EDFA、SOA等内容，可以让学生使用OptiSystem软件来验证和讨论已有的研究结果，逐步培养学生的科研素质和创新能力；光子晶体光纤是近年来的研究热点，国内仅烽火通信科技股份有限公司有相关产品，学生使用OptiFDTD软件来分析和设计光子晶体光纤，并与用OptiFiber软件设计的G．65＊光纤进行对比研究。

光合作用的结论篇4

关键词：蛋白质　色素　相互作用

在生物体内，蛋白质是生物学中最基本的功能单元之一。血清白蛋白(SA)是血浆中含量最丰富的蛋白质，含量约为4g/100mL(0.6 mmol/L)，约占血浆总蛋白的60%，且溶解性强、稳定性好，，容易大量并且高纯度地制备。食用合成色素也称食用合成着色剂或合成染料，不仅应用于食品工业，而且还广泛用于医药、化妆品、日用化工产品和印染工业等的着色。食用色素分子进入人体后,总要通过血浆的贮存和运输，研究其与血清白蛋白的相互作用、探讨其对人体的生理功能具有重要意义。

一、合成色素与蛋白质的反应机理

1.结合模型[1]

人们为了定量的研究有机小分子与蛋白质的相互作用，提出了不同的结合模型。Scatchard[2]模型是较经典的一种模型，不考虑个体之间的相互作用，假设蛋白质上每个结合部位的情况完全相同，并且这些结合部位与配体的作用是独立的，不存在相互作用，推导的Scatchard方程为n/[L]=KN－Kn，其中n为每一分子蛋白质上所结合的配体数；[L]为溶液中游离的配体浓度；K为结合常数；N为最大结合部位数。如以n对n/[L]作图就可以得到最大结合部位数N和结合常数K。

2.结合作用力

在色素与蛋白质结合过程中通常是非共价键起着重要的作用，它们包括氢键、范德华力、疏水力以及静电作用力等等。通过大量实验总结出利用范特霍夫方程在不同温度下结合常数的变化，可以计算出反应的焓变(H)、熵变(S)和吉布斯自由能(G)的变化，并由此判断出配体和蛋白质之间的主要作用力类型。根据焓变值(H)和熵变值(S)可以推断出色素与蛋白质之间相互作用的方式：S＜0可能为氢键和范德华力；S＞0可能是疏水力和静电作用力；H≈0或较小，H＜0时静电作用力为主要作用力。H＞0，S＞0为典型的疏水作用力；H＜0，S＜0为范德华力和氢键作用；H＜0，S＞0，为静电作用力。蛋白质的结构很复杂，包含有多种官能团，因此多数情况下是多种作用力共同作用的结果[3]。

二、合成色素与蛋白质相互作用研究

1.荧光光谱法

荧光光谱法是利用物质发射荧光的特性进行分析的光学方法。荧光光谱法能够提供反映分子成键、结构及发光特性的参数，包括激发光谱、发射光谱及荧光强度、量子产率、荧光寿命、荧光偏振等。测定这些参数不仅可以做一般的定量分析，而且对于蛋白质分子在各种环境中的构象变化的推断，阐明蛋白质结构与功能的关系具有非常重要的意义；同时，荧光光谱法还具有灵敏度高、选择性好、用样量少、方法简单等优点。在蛋白质与有机小分子作用机理的研究中可以引入外源性荧光物质作为指示探针，也可利用蛋白质自身的内源性荧光，借助荧光猝灭法可以测得有机小分子与蛋白质的结合常数K及结合位点数n，依据Forster能量转移理论可求出给体-受体间的结合距离r及能量转移效率E等参数。

2.紫外-可见吸收光谱法

紫外-可见吸收光谱法是研究小分子与蛋白质相互作用机理常用、方便的方法，是各种光谱方法的基础。紫外-可见吸收光谱法是通过测定物质对紫外、可见区波长的选择性吸收，并借助吸收光谱对物质进行定性或定量分析。紫外-可见光谱法对于解释蛋白质结构与功能的关系及蛋白质与各种配体的作用机制具有重要的意义。一些小分子配体与蛋白质结合后其分子结构变化，利用吸收峰位移或者谱峰宽度变化来研究蛋白质与小分子之间的结合强弱和结合机理。在蛋白质分子中某些氨基酸残基和许多小分子中的生色团在紫外光谱中能产生吸收峰，一般肽键的强吸收峰位于210 nm处，根据峰形和峰位的变化即可判定小分子是否与蛋白质发生作用。氨基酸残基的微环境由蛋白质分子的构象决定，构象改变造成微环境的改变，生色基团的紫外吸收光谱也随之发生改变。

三、色素与蛋白质相互作用研究的应用

1.食用合成色素对药效的影响

药物和蛋白质相互作用的研究是研究药物动力学时不可缺少的内容。药物进入血液后，与白蛋白迅速、可逆地结合。结合型药物不被代谢和消除，只有游离型药物能发挥药理活性。药物与蛋白质的结合程度直接影响到药物储存于血浆中的含量，从而决定了药物的最大作用强度和作用时间。生物体内，药物与蛋白质的相互作用可能会受到食物或医药制剂中的其它物质成分的影响，单纯针对小分子配体与蛋白质二元体系开展研究具有一定的局限性。

2.测定蛋白质的含量

由于蛋白质本身在可见光区没有吸收，且其荧光量子效率也较低。检测微量的蛋白质，必须借助光谱探针，而染料是最常用的光谱探针[4]。因此，研究蛋白质与色素的相互作用，并将其应用于微量蛋白质的分析吸引了许多化学科研工作者的目光。蛋白质与有机小分子反应的研究主要是利用染料光谱探针小分子与蛋白质发生反应生成复合物，从而使体系的光信号发生改变，再用相应的检测技术检测出信号的改变从而应用于定量分析体液中蛋白质的含量。一般来说，该类方法能够用于蛋白质的测定是因为白蛋白含有碱性氨基酸残基，在酸性条件下带有正电荷，具有与阴离子染料结合的能力，而白蛋白以外的其它蛋白质缺乏这种性质。

四、结论与展望

小分子配体与蛋白质的相互作用是研究生命现象和物质作用机理的一个基本问题，基于对小分子与蛋白质作用研究的了解，结合现代技术的发展，我们认为今后应做的工作主要有：

1.目前的研究工作普遍局限于小分子配体与蛋白质的二元体系。食用合成色素等物质也有可能会影响药物与蛋白质间的相互作用。因此，另外一种成分存在时药物-蛋白质组成的三元体系需进一步进行研究。

2.荧光猝灭光谱法得到的白蛋白的荧光光谱只能反映出部分氨基酸的荧光性质，但其他几种氨基酸也可能参与到结合过程中。

3.研究小分子配体与蛋白质的相互作用方法虽然很多，但各有不足。联合运用多种实验方法研究同一课题，扬长避短，可以获得更多、更可靠的信息。

4.借助计算机技术，，进一步完善小分子配体与蛋白质结合的分子模拟效果，深化小分子配体对蛋白质活性部位结合特征的探讨。

参考文献

[1]朱铿,李娜,李克安,童沈阳.蛋白质与有机小分子反应机理的研究.1999,21(1):20-21.

[2]Scatchard G,Scheinberg I H,Armstrong S H.J.Am Chem Soc[J].1950,72:535.

[3]肖建波等.多酚类化合物与血清白蛋白相互作用的结构-结合力关系、理论模型和应用研究.

光合作用的结论篇5

Abstract： Engineering optics， which has strongly technology and practice， is a major curriculum for optical information science and technology. In this paper， the problems arising during the teaching process of engineering optics in college of science in CTGU are analyzed. We discuss the optimization of the contents and the transformation of teaching method. Furthermore， we propose the methods for virtual practical education， which require students to take into practice to improve their ability of practical and also to train their scientific thinking.

关键词： 工程光学；理论教学体系；虚拟实践教学

Key words： engineering optics；theoretical teaching system；virtual practical education

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）06-0240-03

0 引言

“工程光学”是光信息科学与技术专业一门十分重要的专业课，要求学生不仅从理论上掌握几何光学和物理光学的基本概念、基本理论和基本思想[1][2]。更重要的是掌握一些相关的实践技术，为后续的光学检测，光纤通讯等课程的教学打下基础。

目前在国内的高校中，浙江大学[3]，天津大学[4]等重点院校在工程光学的教学上积累了丰富的经验，在以下几个方面值得学习和借鉴，一是注重科学思想的培养；二是注重课堂教学和网络教学相结合；三是注重动手能力的培养。

从我院该课程的教学现状来看，目前存在两方面的问题，其一是将理论和应用两门课程分开教学，一定程度上割裂了其内在的联系；其二是限于经济条件，在实验室建设上还存在很大的困难，导致学生动手能力缺失，与我校培养“应用型”学生的目标不符合。本文为解决这一问题，探索了课程的优化和教学方式的转变与虚拟实践教学，加入仿真实验相结合的教学方法，加强学生的科学思维的培养，提高学生的动手能力。

1 理论教学体系优化

1.1 《物理光学》和《应用光学》的理论课教学的优化

“工程光学”课程主要讲授几何光学和物理光学方面的基础理论、基本方法和典型光学系统的实例和应用。因此，该课程不但是学习专业基础理论必不可少的，更是培养学生工程应用和实践能力的重要课程。[5][6]

我院对“工程光学”课程的讲授主要是《物理光学》和《应用光学》这两门课。这两门课程特点各异，因此，有必要优化《应用光学》和《物理光学》的理论课教学，找出它们的逻辑联系和知识延续性，加强其内在联系，使之成为一个体系，从而在学习上具有连续性，提高教学效果；另外，通过合理的选择教学章节以及安排教学课时，从而在教学中做到有的放矢，加强学生科学思想的形成。比如：对于全反射这部分内容的教学，在应用光学和物理光学的教学中都有涉及，在应用光学中偏重于其条件与结果，在物理光学的中重点讲授其物理本质，这样做到前后结合，由浅入深，逐步推进。做到能懂、会用。

1.2 课堂教学方式的优化 现代教学理念主张教学活动以学生为主体，以培养学生的创新思维和科研能力为目标，突破以知识传授为主的传统教学模式，教师的主要作用是启发与引导学生去自主学习和探索研究。[8]

1.2.1 开展启发讨论式教学 教师采取由问题带动教学的方法。从问题的引出、分析到寻找解决的方案，努力引导学生去积极思考与讨论，培养他们自主分析问题和解决问题的能力。

教师在介绍一个知识点之前，针对部分重点内容灵活采取课堂小讨论和专题研讨的教学模式[8]，发挥教师的主导地位，提高学生的主体地位，体现以教师为主导，学生为主体，媒体为核心的教学原则，进而有效的提高教学效果。比如：在对应用光学像差理论进行教学时，由于像差的种类很多，条件不同，现象各异，学生容易混淆概念且对产生各种像差的条件以及现象思路不清晰。因此，在课堂教学时，可以让学生讨论各种像差产生的条件及现象。

1.2.2 归纳总结法 教学过程中突出重点和难点，并根据教学大纲课时数及其前导与后继课程的关系，合理安排各章节内容。每学完一章后引导学生对所学的内容及时进行总结、归纳，让学生对本章有一个总体的把握，以便学生复习[9]。比如：对于平行平板的干涉中关于定域的概念，对于初学者而言，这个概念较为晦涩难懂，因此，可以引导学生对于平行平板干涉的定域，楔形平板的定域进行画图分析，这样可以加深学生对定域的理解，并使学生更深入的理解平行平板干涉和楔形平板干涉的区别。

1.2.3 理论和实践相结合 工程光学与技术课程理论性较强，概念较为抽象，公式推导繁杂。传统的“填鸭式”教学方式难以取得良好的教学效果。这是因为一方面，学生对于抽象的光学概念没有一个具体的认识，对复杂的数学公式推导容易产生畏惧心理，从而降低了学习的兴趣；另一方面，在教师授课过程中过于重视课本上的理论知识讲解，大多采用灌输式教学方式。虽然课堂信息量较大，但是学生对于光学知识的理解仍然停留在表面，无法应用理论知识去解决实际的问题，最终，导致理论教学与实际应用存在严重的脱离现象[10]。因此教师在课堂教学中，向学生传授基础理论和实际应用两者之间的联系，培养学生具有理论联系实际的本领，明确教学的目的，锻炼学生的动手能力。

1.2.4 传统教学与多媒体课件相结合使用 “工程光学”课程图多、知识面广、公式推导复杂且具有一定抽象性[11]。应用多媒体课件借助颜色、图像、动画等多种技术将授课内容图文并茂的展示给学生，将抽象的教学内容形象化，从而使学生加深了对关键知识点的理解和记忆，在感性认识的基础上，水到渠成地上升到理性认识，极大程度的避免对知识“生吞硬咽”现象的产生[12]；同时还可以节约课堂板书、推算和复杂的做图的时间，能够大幅度扩展单位学时的授课信息量，从而有效提高了课堂效率和教学质量，并解决了课程容量大与有限学时的矛盾。

优化《应用光学》和《物理光学》的理论课教学，优化课堂教学的方式，利用课程的特色将学生从被动的学习状态中解放出来，留一部分章节让学生自由学习并进行讨论，教师在过程中起到监考和组织引导的作用，在一定程度上改变传统的教学模式，避免“满堂灌”。例如通过采用让学生阅读英文文献的方式等；始终坚持启发式教学，施行教师教学和学生自学并行的方法。

2 虚拟实践教学

2.1 虚拟光学实验平台的创建 光学实验是学习光学知识的重要环节，但是我院限于经济条件，在实验室建设上还存在很大的困难，导致学生动手能力缺失，使教学效果受到很大的限制，而虚拟实验教学作为传统实验教学的辅助手段，可以克服传统实验的制约和弊端，可有效地解决传统实验教学中存在的诸多问题，提高实验教学的效果。目前有的高校基于虚拟技术展开了虚拟实验的研究[13]，但对于光学实验系统建设来说，效果并不理想。

基于以上的分析，本文采用MATLAB软件技术，结合光学实验的特点，对光学虚拟实验系统进行了设计和研究，并实现了系统的构建，创建虚拟光学实验平台，通过该虚拟实验平台的使用，学生可以加深对光学知识的理解，启发学习的兴趣，可为学生在实际实验中建立良好的实验习惯，为获取实验技能打好基础，同时也为相关实验系统的设计研发提供了一条新的途径。

2.2 MATLAB与“工程光学”课程教学的结合 MATLAB是一种演算纸式科学算法语言[14]， 由于它编写简单，编程效率高，易学易懂而被广泛应用。[15]

本文尝试将其作为辅助手段应用在教学中，一方面教师可利用MATLAB仿真光学现象制作多媒体课件，另一方面课后可让学生利用该软件模拟学习中遇到的光学问题，以此巩固已学知识。在光学仿真与教学过程中，通过下列方式将MATLAB与光学课程教学有机地结合起来：一是以MATLAB为平台，开发制作了光波导和激光等高等光学现象仿真程序，并运用于计算机所支持的课堂教学中，以其作为演示实验配合光学理论的讲授，很好地解决了真实实验因环境限制而不能进入课堂的难题。二是利用的仿真与计算功能，鼓励学生通过自主探索去研究光学课程中的一些更深入的问题。在掌握理论知识的前提下，让学生建立相应的物理模型和数学模型，然后利用MATLAB编写程序，去完成对知识的巩固与拓宽。这是一种探索过程，也是为学生以后的研究工作奠定基础。三是利用MATLAB的计算绘图与优化功能，启发学生对数学模型中的参数进行改变，根据实际物理条件选择符合要求的最优值，并获得最优条件下的参数值，最终通过理论仿真来指导实践。[16]

完成实践（参数获取）—理论（物理模型建立）—仿真（MATLAB数值计算及绘图）——优化（MATLAB参数改变及优化）——实践（最优参数选取）的过程，让学生真切感受科学技术是第一生产力。

3 结束语

该课程体系的整合，将有利于光信息专业学生的专业素质的提高，加强专业课程的学习和考核，学生的专业实习及就业。课程体系的整合及建设是任重而道远的系统工程，只有进一步改进和完善两课整合教学工作，从课程体系、学时分配、实验建设、教学手段和教学方法等各个环节总体规划、协调建设和深化改革后，才能取得更好的教学效果。

参考文献：

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[8]王泽锋，耿美华.以科技竞赛为依托推进本科学生创新教育[J].高等教育研究学报，2010，33（3）：10-12.

[9]武旭华，肖韶荣，张仙玲.“工程光学”教学改革初探与实践[J].电气电子教学学报，2009，（31）：35-37.

[10]张建寰，颜黄苹，黄元庆.突出 “实践”特色建设工程光学精品课程[J].高等理科教育，2009，（2）：108-111.

[11]石智伟，唐露新，康亮，等.工程光学教材及其课堂教学改革探讨[J].广东工业大学学报：社会科学版，2004，4（6）：72-73.

[12]郭婧.运用现代教学手段，改进工程光学教学[J].中国现代教育装备，2010，（1）：57-59.

[13]莫秋云，张应红.基于虚拟仪器技术的光学成像测试系统[J].光学技术，2007，33（8）：102-103.

[14]陈怀琛.MATLAB及其在理工课程中的应用指南[M].西安：西安电子科技大学出版社，2000.

光合作用的结论篇6

关键词：无机及分析化学；学、做一体；应用示例

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）22-0127-02

在无机及分析化学的教学过程中，经常采用学、做一体的教学模式，现以“邻二氮菲分光光度法测定微量铁”这次课的教学过程为例，作一介绍。

一、课的引入

紫外可见分光光度技术在各行各业应用很广泛。可用于药品分析、食品分析、石油油品分析、环境监测、饲料成分的检测、农药及其残留物分析等。药品分析可测定的药物有：维生素、抗生素、解热药、去痛药、降血压药、安定药、镇咳药、滴眼药、磺胺类药、利尿药、某些妇科药、痢疾药、腹泻药、抗肿瘤药、抗结核药等。食品分析：紫外可见分光光度技术用于海水、淡水鱼类、贝类、虾类、海蜇类等水产品。如苯、多氯联苯、氟、汞等的测定；婴幼儿乳品中烟酸，烟酸胺的检测；对灭菌乳中乳果糖含量的测定；测定乳品中酪蛋白；目前乳发酵制品的滋味与香味的双乙酰含量的测定等。石油油品分析时，紫外可见分光光度计是石油工业中非常重要的质量控制仪器。石油的两个特征吸收峰（225nm和254nm）是测定炼油厂污水中的含油量时要选用的吸收波长。还有，在炼油过程中，石油在320nm附近有一个芳烃杂质，也是必须要用紫外可见分光光度计来检测的。环境监测时，紫外可见分光光度计可检测环境中有害物质，如检测自来水中的单宁、表面活性剂、酚类、苯胺类、硝基酚类化合物等对人体有毒害的物质。还可以测定自来水中，所含的氨氮、亚硝酸盐、总酚、总苯胺、硝基酚类等对人体有毒害的物质。饲料工业中，饲料的原料、添加剂、混合饲料等中的维生素A、维生素C、维生素E、维生素K、山梨酸、苯甲酸、胡萝卜素、总氨基酸等，微量元素钾、铁、硒、碘、铜、磷、锰等。还有，饲料添加剂中的磺胺类药物以及普鲁卡因等的测定。农药及其残留物分析：如吸收性农药六六六等，农药残留代谢物、降解物滴滴依、1601，这些代谢物的毒性都比原体更强。有机磷农药、氨基甲酸酯类农药。由此可见分光光度技术是非常重要的一种分析方法。

二、告知教学内容与教学目标

教学内容：邻二氮菲紫外可见分光光度法测定微量铁两个学时。教学目标：①知识目标：理解紫外可见分光光度法测定微量铁含量的基本原理。熟悉可见分光光度计的结构及工作流程。②能力目标：会使用紫外―可见分光光度计；会吸收曲线的测绘方法；能利用标准曲线进行微量成分光度测定的基本方法和有关计算。③素质目标：在小组完成工作任务过程中，培养学生科学的世界观、爱护仪器设备、吃苦耐劳、团结协助、严谨的工作作风和创新意识。

三、教师检查学生课前准备情况

课前教师设计教学思路，制定工作任务内容，以课页工作单的形式发放给学生，内容包括：①紫外可见分光光度法测定微量铁的原理。②完成紫外可见分光光度法测定微量铁的方法和注意事项。③如何做光的吸收曲线？④如何做工作曲线？学生借助于手头现有资料、网络查寻、图书馆中阅读有关资料，制定计划，填写课页工作单，而后学生通过分组讨论，对组内成员的材料进行整合处理，制订工作计划，确定工作步骤。得出较完整的任务完成的思路。这样学生完成了自主学习的过程，获得了自主学习的能力。为了激励同学们自主学习的积极性，避免滥竽充数的现象发生，课堂上教师必须检查学生课前准备的情况。采用普遍检查与重点检查的方式，首先对所有同学课前查找的资料进行检查，给出评价成绩。而后组内代表发言，介绍紫外可见分光光度法测定微量铁的工作步骤，老师补充，最后得出合理的任务完成的思路。

四、进行操练，掌握初步能力

模拟工厂工作流程，按下列工序完成邻二氮菲分光光度法测定微量铁的任务。化学试剂的准备紫外―可见分光光度计的预热测量Fe2+―邻二氮菲吸收曲线绘制标准曲线样品中微量铁的测定数据及处理。学生领取所需配制溶液的仪器及化学试剂，小组内成员团结协助，配制系列溶液，教师巡回指导；预热紫外―可见分光光度计。教师和实验员根据配制完溶液的先后顺序，在各组内分别讲授示范分光光度计的使用方法，包括：分光光度计的结构组成及工作流程，比色皿的洗涤装液，仪器的调试，测定光的吸收曲线所需数据，绘制标准曲线所需数据，样品中微量铁的测定过程，同时说明操作过程中应该注意的事项。学生按照教师和实验员的指导，小组边讨论，边一起合作进行操练，以学会分光光度计的操作，掌握初步能力。

五、进一步深化，加深体会基本能力

小组成员轮回单独操作分光光度计，并记录邻二氮菲分光光度法测定微量铁光的吸收曲线数据、绘制标准曲线数据、样品中微量铁测定数据。通过学生单独操作，可进一步深化，提高分光光度计的操作能力。

六、数据处理，归纳和总结邻二氮菲分光光度法测定微量铁的能力与知识

以学生为主体，小组合作，进行数据处理，做出邻二氮菲分光光度法测定微量铁光的吸收曲线、标准曲线，并在标准曲线上查出微量铁的含量。小组推荐成员总结邻二氮菲分光光度法测定微量铁所用的知识，学到的分光光度计的操作技术、数据处理过程中获得的能力。教师随时补充总结内容。在此过程中同时进行小组评价、组间评价、教师评价。

七、布置作业，巩固所学内容，完成下次课的课页工作单

教师布置作业：完成邻二氮菲分光光度法测定微量铁的实验报告；借助开放的实验室，课下完成平行任务“微量磷含量的测定”；完成“分光光度法测定混合液中Co2+和Cr3+的含量”的课页工作单，以小组为单位制定出工作计划。通过微量铁含量的测定过程，我们可以看到，整个教学过程以“任务驱动”为主线，将理论知识与实训项目结合，在实践过程中教会学生相关理论知识与实训技能，并在实训过程中深入指导学习，教师与学生在教学过程中处于“做中教”、“教中学”、“学中做”的良性循环，从而使课堂教学现场化，真正实现了学生为主体，教师为主导，学、做一体化的教学思路，将理论融于实践，动脑融于动手，做人融于做事，在“所学”与“所用”之间建立了一个近乎“零距离”的通道。为培养高技能人才打下了良好的基础。

参考文献：

[1]王秀敏.高职高专“十一五”规划教材：应用化学[M].北京：化学工业出版社，2010.

[2]刘斌.高等职业教育应用型人才培养培训工程系列教材：无机及分析化学[M].北京：高等教育出版社，2006.

光合作用的结论篇7

【关键词】光纤光栅；温度传感；重复性

1.引言

光纤光栅传感器的研究国外始于20世纪70年代，我国的研究起步于20世纪80年代初。光纤光栅传感器抗电磁干扰、耐高温、体积小灵活方便。以光纤布拉格光栅为主的光纤光栅传感器，传感信号为波长调制，复用性强，其好处在于抗干扰能力强，测量信号不受光纤弯曲损耗、连接损耗、光源起伏和探测器老化等因素的影响，易于与时分复用和波分复用技术相结合构成光纤光栅智能传感网络，实现分布式多点实时在线传感，广泛应用于温度，应力，应变等物理量的测量。温度传感是光纤光栅传感器最主要和最直接的应用之一，因此，研究温度与光纤光栅反射波长漂移量的关系对光纤光栅传感器具有重要意[1-3]。

良好的重复性，线性度和灵敏度是对传感器的基本要求，为了检验光纤光栅在被封装为传感器后波长温度特性的重复性，线性度和灵敏度，进行温度试验是必要的。

2.光纤光栅温度传感的理论分析

当光源发出的连续宽带光谱通过光纤射入FBG时，光场与FBG发生耦合作用的同时，对该宽带光选择性地反射回相对应FBG周期的一个窄带光谱，反射光沿原传输光纤返回，其它的则直接透射过去。返回的特定波长光，其反射布拉格波长可以表示为：

是FBG的温度灵敏度系数[4]。因为弹光效应和波导效应对FBG温度灵敏度系数的影响较热光系数和热膨胀系数小得多，所以可以完全忽略它们对的影响。这样式（5）就变为。当材料确定后，基本上为与材料系数相关的常数，所以FBG温度传感器具有很好的线性输出，即布拉格波长的变化与温度之间的变化有着良好的线性关系。

3.光纤光栅温度传感的实验研究

3.1 实验方法

掺铒光纤宽带光源作入射光波。从宽带光源发出的中心波长为1320nm（阈值为7.7dB）的红外光通过3dB耦合器入射的单模光纤，入射到加热箱内的FBG，反射的光通过耦合器，进入光谱分析仪（分辨率为0.05nm）测量反射波波长。

光纤光栅是用准分子激光器的紫外光在掺锗单模光纤上采用相位掩膜板技术紫外侧写入的。

在-20℃-140℃范围内，我们对光纤光栅反射波波长与温度的关系进行了测量，对光纤光栅器件的重复性进行了温度循环实验。温度升降程序控制器的精度0.1℃，进行了多次-20℃-140℃再回到起始温度的循环实验。先做升温过程实验，以-20℃作为温度的起点，控制温度升降程序控制器的温度，使控制器内的温度逐渐升高，每升高20℃让控制器保持恒定温度10min左右，记录一次波长，升温到120℃后停止升温；然后降温，同样每20℃降一次，在每个温度点让控制器保持恒定温度10min左右，直到温度降到-20℃。

3.2 实验结果分析

图一是反射的Bragg中心波长与温度的关系曲线，从图中可以看出布拉格波长与温度之间有着良好的对应关系。这与理论分析的结论是一致的。

图二是对同一封装6个器件进行4次循环升温和降温测试重复性的的实验的一组结果，两种不同的颜色分别代表了升温和降温的过程曲线。表一列出了详细的升温与降温过程中温度灵敏度系数。

图二 器件重复性实验结果

对器件进行4次循环的升温降温后的K值表如表一。

4.结论

重复性是衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续工作多次变动时，所得特性曲线间一致程度的指标。各条特性曲线越靠近，重复性越好。

从两组实验结果可以看出，当温度改变时，波长也有相应的漂移量，这与理论分析的结论一致；通过对相同封装的6个器件做重复性的实验，发现器件在升温与降温的过程曲线能够很好的重合，说明一致性和重复性都比较好。

器件升温K值的差值在0.8pm以内，一致性正常，另外4次循环的重复性非常好，4次循环的K值几乎保持不变，但是循环过程中同一器件升温和降温的k值相差约0.5pm左右，初步怀疑与高低温箱的升温和降温时间有关。在后续的研究中还有待进一步的实验验证。

参考文献

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[3]BAI-Ou Guan，HWA-YAW Tam，SIU-LIU Ho.Simultaneous strain and temperature measurement using a single fiber Bragg grating[J].Electron.Left.，2000（3）：1008-1010.

光合作用的结论篇8

1 发挥探究实验教学 培养学生的动手能力

实验除了具有直观、形象、生动和易于激发学生兴趣之外，还具有一种实践操作的特点，让学生在已学的理论知识的基础上，动手进行实验操作。随着新课程实施的推进，对实验教学提出了更高的要求。特别是探究性实验，它研究的对象是未知的，即是利用所学的知识为前提，去推理和探索一些未知结果的过程，主要目的是考查学生实验设计的能力。

利用实验的特点，培养学生思考的能力。例如，观察洋葱根尖细胞的有丝分裂，除了按实验步骤完成实验过程之外，教师还让学生带着问题引入实验探究。①能认出哪些细胞可能是根中正在分裂的细胞吗？这些细胞和其他部分的细胞有什么区别？②在根细胞核中出现的线状和棒状物是染色体。在几个细胞中观察这种结构。在有丝分裂中染色体发生了什么变化？③有丝分裂是一个连续的过程，根据你画出的彼此不同的细胞简图，尝试按有丝分裂顺序排列各个细胞。这样，学生通过显微镜观察洋葱根尖细胞有丝分裂的过程，根据自己观察的结果作进一步的探究。

利用实验的特点，强化学生的动手能力。例如讲到“有丝分裂过程中染色体形态和数目的规律性变化”时，这一部分知识较为抽象，学生不易理解。为了让学生更易掌握这一部分的知识，教师应充分利用挂图、自制的染色体模型，将教材中染色体抽象的静态过程变为直观的动态过程，让学生在掌握知识的同时，注重以问题带动学生积极思考，教师可简单说明自制教具过程，让学生根据已学的知识，学生自己选材。如：用什么材料代表染色质，用什么材料代表染色体，位置怎么样放才是正确等。学生根据这些问题亲自制作染色质及其教具。不但能让学生掌握了理论知识，还可以强化学生的动手能力。

2 发挥探究模式作用 提升学生自主学习的能力

对于高中生物来说，传统的教学模式，即单纯的讲授，满堂灌的教学模式，虽然可以完成某一部分的知识点的教学工作，但对于学生自主学习能力的培养，还是比较欠缺的。

2.1 尝试引导学生完成课本探究实验

现行高中生物必修1有9个验证性实验，其中有4个探究实验，1个模型建构，这些实验中将探究的各个环节渗透到不同的章节中，让学生在探究的过程中，不仅学习了生物理论知识的操作技能，还能让学生亲身体验科学探究的方法和过程。例如，光合作用的过程是高中生物课程最核心、最重要的学习内容之一，学生在初中已经学习了光合作用的基础知识，到了高中，应让学生更深入地了解光合作用的过程及其探究的历史进程，进一步探究提高光合效率的途径，引导学生讨论，拓展探究。“当光合作用的光反应过程被人为阻断，你认为暗反应会停止吗？反过来，当暗反应过程被人为阻断，你认为光反应会怎么样？”通过分析可以看出，光合作用的光反应与暗反应是相互联系的。而他们之间的联系纽带是ATP和还原性氢。当光反应停止时，暗反应的ATP和还原性氢的来源被阻断，暗反应会停止；反过来，暗反应停止，光反应也会随之停止。因此得出：从光合作用发生的生化反应可以看出，光合作用是一个氧化还原过程。通过学生自主讨论，总结，学生已经具备相应的知识，这时让学生继续探究：光反应与暗反应作为光合作用的不同阶段，它们有什么区别和联系呢？这类问题可由学生自己设计表格并进行分析、讨论，从而培养学生自主学习的能力。

2.2 拓展探究实验提高学生设计能力

在生物实验教学中，教师可以给出实验课题，让学生自己设计实验方案，自己选择实验材料、仪器、试剂等，鼓励学生用不同的方法设计同一个实验课题。例如，酶作为生物催化剂，具有催化剂的特点，在化学反应前后，酶本身不发生变化，那么它和无机催化剂相比，具有哪些不同的特点呢？下面通过表1中的实验来探究。

把实验过程用表格的形式表达出来，学生根据表格中的步骤进行实验探究。实验证明，过氧化氢酶的催化效率比Fe3+的催化效率要高很多。事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。上述实验说明了酶的一个特性――高效性。

另一方面，淀粉可在酶的作用下水解成麦芽糖；蔗糖在酶的作用下水解成葡萄糖和果糖，下面通过表2中的实验来探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的催化水解作用是否相同。

学生根据表格中的步骤实施探究实验的操作。通过观察实验现象、讨论实验结果，得出实验结论。实验证明，淀粉酶只能催化淀粉的水解，不能催化蔗糖的水解，酶的催化作用具有专一性。

这两个实验有一定的难度，所以将实验过程以表格的形式总结出来，让学生根据自己设计的表格当中的步骤来操作，使实验步骤简单明了，达到一定的实验效果，从而提高学生设计实验的能力。

3 以师生互动为前提 展开师生互动式探究

在教学实践过程中，培养学生自主学习，让学生在探究中学，在合作中学，让学生学会探究，乐于探究。新课标强调合作学习，在能力要求中提出学生要分享信息，听取他人的意见，因此要注重培养学生的合作精神、动手能力和创新能力。如讲到“观察各细胞器的形态、结构”时，教师可利用挂图或课件展示细胞质内各种细胞器的图片，指导学生观察各种细胞器的形态、结构，讨论各种细胞器的功能，明确各细胞的功能，帮助学生确定细胞膜、细胞质、细胞核的位置和比例，要求学生根据各细胞器的形态、结构和功能，制作真核细胞三维结构模型。

（1）学生自行组织小组；

（2）讨论构建模型（理论模型或实物模型）；

（3）确定使用的材料用具；

（4）讨论技术难点：

①根据各细胞器的功能，它在细胞质内的分布如何？比例多大？数量怎样？理由是什么？②细胞器结构如何制作？③细胞结构之间如何连接？

（5）确定制作模型的具体方案，小组分工；

（6）模型制作；

（7）检查核对；

（8）表达、交流和评价；

（9）总结。

光合作用的结论篇9

在辨析、判断、提取、归纳论点过程中，要注意论点提出的位置、表达形式、构成要素等方面的特点。最为核心的特点是，论点必须由两个要素组合而成：论题（文中所论述的问题）加作者的观点和主张。

论点提出的位置，一般以开头、结尾为主，兼有在标题、文中等位置。例如：“同样的景物，有人觉得美丽，有人却觉得平淡；同样的事物，有人看到了机遇，有人却熟视无睹；同样的生活，有人活得坦然，有人却活得凄然……面对同一世界，为什么每个人的收获与感受如此不相同？这是因为每个人的眼光不同。你用什么样的眼光打量世界，世界就回馈什么样的东西给你。你想世界给你精彩的生活，你就得用智慧的眼光看待世界。”（《眼光》）论点就是文章开头最后一句“你想世界给你精彩的生活，你就得用智慧的眼光看待世界。”

在《谈慎独》一文结尾中：“所以，不要为自己找借口开脱，要想有所为，必先做到慎独。做到表里如一，毋自欺也，做到克己复礼，诚意处世，做到敏于事而慎于言，那么，离慎独的境界，也就不远了，离君子之道，也就不远了，离成功，也就不远了。因为――慎其独也，方能成其大业。”论点是本文最后一段中的语句“要想有所为，必先做到慎独”，或“慎其独也，方能成其大业”。

也有部分论点出现在文章中间的。在《阅读是一种定力》一文中，论点出现在文中第五段：“说到底，越是面临生活的快节奏，越是要有超强的定力。有定力，才能让我们慢下来、静下心来观察与思考。那么，这定力从哪里来？来源于阅读本身。不少人有这样的阅读经历：偶一日拿起一本书来，竟然一读就欲罢不能，超然物外沉浸书中，数小时流逝而不觉。而那一度浮躁的心气竟然也沉静下来，有一种难得的静谧，更仿佛有一种沁人心脾的馨香在缭绕。这便是阅读的力量。”第五段的首句“越是面临生活的快节奏，越是要有超强的定力”就是论点。

还有，议论文标题本身就是论点，如《大时代需要大担当》、《人生需要自我雕琢》、《阅读是一种定力》等。

论点的表达形式，通常是一个表意完整的判断句，以上的论点都可看出在表达形式上的这一特点。而设问句、比喻句、引用句、否定句等不适合直接作论点句，如果需要，则需要进行改写，使之符合论点句表达的形式要求。例如，《君子知“怕”》一文开头两段：朋友是个小心谨慎的人。生活中，家里没人他从不让家用电器工作，怕引发火灾；晚上睡觉他一定会关掉煤气，怕发生泄漏；上街绝对遵守交通规则，怕出现意外。工作中，他遵章守纪、秉公办事，怕一不留神成为阶下囚。

我非常赞赏朋友的做法，因为他知“怕”。其实，小到个人，大到国家，不都应该心存畏惧吗？

结合全文我们很容易看出，第二段结尾句是论点。但是此句是一个设问句，直接拿来主义是不行的，我们需要把语句改写为表判断的陈述句“小到个人，大到国家，都应该心存畏惧”，这样，就迎刃而解了。

有些文章，没有明确的论点句，需要学生自己归纳概括，这种论点考查方式能力要求很高。又应该如何应对呢？应对的方法主要有两点，一是要素提取组合法：论题（文中所论述的问题）加作者的观点和主张；二是分论点融合法。例如在《匠人与大师》一文中，文章开篇提出论题：“匠人与大师到底有和区别呢？”然后，从四个方面进行论述：匠人在重复，大师在创造；匠人在实践层面，大师在理论层面；匠人较单一，大师善综合；匠人成长为大师的意义。最后一段是这样解决问题的：“我们可能在实际业绩上达不到大师水平，但至少在思想方法上要循大师的思路，比如力求创新，不要重复，不要窃喜于小巧小技，沾沾自喜。对事物要有识别、有目标、有追求。力虽不逮，心向往之。在个人有了这样一种心理，就会有所上进；在民族有了这样一个素质，就会生机勃勃；在社会有了这样一个氛围，就是一个创新的社会。”纵观全文，我们发现没有明确的论点句，需要考生依据论点的知识进行独立概括。需要指出的是，对于关系型的标题，不能简单概括为“匠人与大师的区别”这样的笼统句，而必须结合文章具体内容，进行具体准确的概括，把“区别”具体化，根据上面提到的二点方法，重点参照文章结尾关键词句“要循大师的思路”、“力求创新”、“有识别、有目标、有追求”等，论点可概括为：“我们不满足于做匠人，要像大师那样力求创新，有识别，有目标，有追求。”

分论点的仿写，是一道能力要求高、综合能力强的题型。此题型即考查了分论点知识，又考查了仿写能力，区分度较好，应引起考生的重视。应对此题型，应注意两点，一是要注意作为示例句的其它分论点的句式结构，二是研读相关段落的论据内容，论据首先是用来证明本段分论点的。例如，在《眼光》一文中，要求根据另外两个分论点，补充第三段的分论点的内容。文章第二段、第四段的分论点分别是：“用智慧的眼光看世界，就是用欣赏的眼光发现美丽”，“用智慧的眼光看世界，就是用坦然的眼光对待生活”。第三段内容是：“冷战结束后，东德和西德之间的那道柏林墙也随即被推倒。那些被推倒后剩下的断壁残垣、碎石瓦砾，在旁人看来就是一堆废物，毫无用途。可是有一个年轻人却看到了它的价值，因为这些遗迹遗物是历史的见证，将来的价值不同寻常。于是，年轻人买下了它们，经过加工，这些废料摇身一变，变成了柏林墙推倒后的纪念品。人们为了记住这段历史，纷纷购买纪念品。正是因为那个青年有着敏锐独特的发展眼光，才发现并抓住了这个别人都抓不住的机遇。让我们用发展的眼光，关心生活的世界，这样，我们就会发现事物的价值，抓住人生的机遇。”根据第二段和第四段分论点的句式结构，第三段的分论点表达句式应该是“用智慧的眼光看世界，就是用……的眼光……”根据第三段旨在论述“正是因为那个青年有着敏锐独特的发展眼光，才发现并抓住了这个别人都抓不住的机遇”。可知，本段论述的观点是“用发展的眼光抓住机遇”。由此可知，此题的答案是：用智慧的眼光看世界，就是用发展的眼光抓住机遇。

光合作用的结论篇10

站在这块交叉学科的前沿高地，具备多重身份――南京大学物理学院教授、固体微结构物理国家重点实验室副主任、教育部新世纪人才的刘辉，凭着对科学的热爱和执著，引领我国光学超构材料前沿发展，使之在世界舞放异彩。

神奇的光学超构材料

从人类发明第一台计算机，到我们今天日常使用的笔记本电脑和手机，电子集成技术取得了巨大的成功。相比电子集成技术，光子集成技术却相对落后很多。现在，对光学领域的科学家而言，要面对的基本问题是：未来人们能否成功实现光子集成技术，并将其应用于光子计算呢？为了实现光子集成芯片，科学家提出了各种不同的结构体系，其中光学超构材料是目前国际上研究的热门领域。

“超构材料的基本方法是利用各种纳米结构单元，在小尺寸上实现光子的调控。”而刘辉这几年的研究主要是结合光子集成芯片的国家重大需求和超构材料的国际前沿领域，围绕超构材料光子集成芯片而开展的。

超构材料是科学家通过模拟自然界中的材料，设计并制造出来的一种新型人工微结构材料。由于这种材料的组成单元完全是人为设计的，可以实现许多自然材料所没有的新颖而独特的性质与应用，因此我们将这种材料称为超构材料。超构材料主要应用在对各种波进行调控，比如早期大多集中在声波、微波、和太赫兹波领域，随着波长减小，单元的尺寸越来越小，超构材料的制备越来越困难，特别是光学波段的超构材料，在加工与测量方面面临很多困难与挑战。

科技人才最重要的价值体现在他们的创造价值上，那就是利用掌握的专业知识进行创造性的劳动，提出新的理论和新的解决方法，并转化为新的生产力。在刘辉看来，光学超构材料的未来发展趋势也是如此――发挥本身的优势，与其他领域结合起来，为解决各种具体应用问题提供新的方法和手段。

他提到，目前光学超构材料在生物成像领域有一个很重要的应用――超分辨成像。刘辉谈到，最近几年，科学家利用光学超构材料制造出的超级透镜，可以突破光学成像的衍射极限，分辨出远小于波长尺寸的生物分子，这对分子生物学的发展具有很重要的意义。在光学超构材料的另一个重要的应用领域――光信息计算技术上如果有所突破，将提高计算机的计算速度。科学家提出量子计算机的构想，利用量子力学效应，可以大大提高计算机的处理速度，量子计算机将对未来信息技术的发展产生巨大的飞跃。为了实现量子计算机，有很多不同的结构体系，其中可以利用超构材料光子芯片上实现了控制非门的量子逻辑运算。刘辉说：“这是光学超构材料在量子计算机应用上一个很重要的进展。目前，我自己也正在抓紧时间，从事相关方面的研究。”

不容忽视的耦合作用

正因为超构材料为解决各种具体应用问题提供新的方法和手段，所以激发了很多研究者的兴趣，与其有关的应用也层出不穷，但其基本的研究思路却是非常简单的：将很多小的结构单元组成宏观上连续的介质，通过结构单元的设计控制材料的等效参数，以此来控制材料中光波的传播行为。

根据一般的等效介质模型，结构单元之间的耦合很小，可以被忽略，但在组成超构材料时情况就完全不一样，结构单元之间的耦合作用总是存在的，特别是当单元之间的距离很近的时候，这种耦合作用是不能被忽略的。刘辉说，因为它们会对材料的总体性质产生很大的影响。

那么，如何建立耦合超构材料理论模型？单元之间的耦合效应会给我们带来什么新奇的性质？我们能否在耦合超构材料中找到其他新的应用？这些以前没有考虑甚至被忽视的问题都一一呈现在刘辉眼前。

针对这些问题，这几年刘辉对超构材料中各种耦合效应进行了系统而深入的研究。经过仔细比较自然材料和超构材料，他发现，耦合效应其实在自然材料中是普遍存在的一种性质。

“就像化学中原子之间的轨道耦合会形成复杂的分子，晶体中原子的近邻耦合会形成格波一样，如果我们借用自然材料中一些现有的理论模型，有可能解决超构材料中的各种耦合问题。”科学间也许就存在很多异曲同工之妙，而唯有善于思考的人才能抓住其中的共通之处。

这几年，刘辉按照这个思路，成功地将量子化学的轨道理论和凝聚态物理中格波色散理论用于研究光学超构材料各种耦合效应，发现耦合超构材料的宏观性质可以看作是相互作用结构单元之间“杂化效应”的结果。同时经过系统研究，他还发现耦合超构材料会具有一系列传统无耦合超构材料所没有的新奇而有趣的性质。

根据结构单元之间的耦合作用情况，超构材料被分成：超构分子、超构原子链和超构晶体。随着研究的深入，刘辉的灵感被激发出来，他对这些材料一一进行了相关的理论和实验研究，并取得了很多首创发现，在国内外引起了很大的反响。

刘辉本人因为在耦合超构材料方面的学术贡献，被多个国际光学期刊邀请撰写相关的综述文章，很多国际著名的研究组也对他的研究工作进行了正面的引用和评价。

美国工程院士Rice大学的Naomi J. Halas教授和Peter Norlander教授是surface plasmon领域国际知名学者，他们在多篇文章中引用了刘辉的工作，并进行了正面的评价。包括澳大利亚国立大学的Yuri Kivshar教授，E.Ozbay教授，英国南安普顿大学的N.I. Zheludev教授、台湾大学蔡定平教授、德国爱尔朗根大学E. Shamonina教授、荷兰原子与分子物理研究所的A. Koenderink教授在内的超构材料领域多位国际知名学者都在多篇文章中援引并高度肯定了他的工作和成果。

正是因为有了他们所做的前沿工作，超构材料中共振单元之间耦合作用所导致的杂化效应正在吸引越来越多的研究者的兴趣，一些新奇现象和性质不断被研究报道，促使产生了普通无耦合超构材料中所没有的应用。基于此，耦合超构材料已经发展称为微纳光子学中的一个重要的分支领域。

在实验室模拟天体扭曲光线

对刘辉来说，过去的2013年可圈可点的工作一定非光学超构材料莫属。他们的成果入选了由中国激光杂志社主办、多名国内一流光学专家组成评委会评选的“2013中国光学重要成果”。不仅如此，刘辉还受邀参加几个国际会议并作报告，介绍他们的工作和进展。

早期设计的超构材料的折射率都是均匀分布的，光子在超构材料中都是沿着直线传播。后来，人们将超构材料的设计方法进行推广后发现，如果控制折射率是非均匀分布，可以使光线弯曲传播，由此可以设计出许多有趣的变换光学效应，实现各种新奇的应用，比如电磁隐身衣、光学引力场等。虽然变换光学的理论方法听起来简单可行，但在实际材料中实现起来，却是非常地困难。

具体到光波段变换光学超构材料研究中，刘辉的思路是，通过控制材料的宏观参数来控制波的传播，具体到光学超构材料上，是通过控制材料的折射率，来控制光的传播。在这一前沿领域，刘辉不畏未知的风险，挑战了一项有趣的课题――利用变换光学材料来模拟天体引力场的弯曲时空，实现广义相对论所预言的引力透镜效应。科学的想法很多在存在于理论之中，将之付诸实践需要科学家的实力，更需要勇气，这一挑战在几年前，就有人提出过相关的理论模型，却并没有人在实验室完成过。

这3年来，为了在光波段变换光学的实验技术方面取得突破，刘辉指导学生盛冲尝试了各种制备工艺。通过不断尝试，最终在实验中，他们没有采用结构单元设计，而是采用平面波导来制作变换光学器件;通过光刻胶的旋涂工艺制作厚度变化的波导，以此来控制折射率分布。通过这种技术，他们在一块微小的光子芯片上，实现了折射率具有类似中心引力场分布的变换光学微腔，并终于找到了一种非常有效的方法来实现光波段变换光学器件。值得一提的是，实验结果与理论很好的符合，很好地印证了理论的科学性。

提到这项研究的前景和意义，刘辉告诉记者，与以前的大多数窄带共振光学微腔相比，非共振光学微腔具有宽波段特性，可以捕获较宽的连续波段内的光子，这也发展了光学微腔一种新的功能，可以应用于光子芯片上的宽波段激光器、光电探测、光伏器件等。

现在，他们将这项工作总结成文，发表在《自然―光子学》上，在国际上引起了高度关注，包括《自然》、《科学美国人》杂志、英国《新科学家》杂志、国际著名物理网站等主流的国际科学媒体对此进行了报道，评价他们的工作“第一次精确地在光子器件中模拟爱因斯坦广义相对论引力透镜效应”“第一次在光子芯片上，用简单的实验，精确而漂亮地演绎了爱因斯坦广义相对论所描述的部分思想”“用一种独特的光学结构模拟天体动力学性质”“科学家在实验室模拟天体扭曲光线”。同时，国内专家也给予了密切关注，《物理》杂志为此邀请刘辉撰写封面文章。

科研精神一脉相承

从世界格局来看，高端人才已经成为国家能否处于世界前列的决定性因素，谁能够拥有一批国际级的拔尖人才，谁就能占据科技创新的制高点。

在刘辉还在南京大学物理学院攻读研究生时，导师祝世宁院士学风严谨、工作踏实的精神潜移默化地感染学生时代的他。恩师郑重地告诉他，教育永远是比科研更重要的事情。科研的目的是出成果，教育的目的是培养人才，从长远的角度看，培养人才比出科研成果更重要。如今，已成为南京大学的教师和研究生导师的刘辉认为，需要培养的应该是研究型人才，仅仅上课传授知识是远远不够的，需要通过高水平的科研直接训练学生。

恩师的言传身教，让他懂得了如何成为一名优秀教师。因此，他非常重视老师与学生的交流，他认为，经常与学生谈谈自己对光学超构材料现状的认识、未来的发展，可以激发学生对这个研究课题的兴趣。另外，刘辉也会带学生参加国际会议、听学术报告，开阔他们的研究视野，认识这个领域中的一些优秀学者。他鼓励学生多独立思考，并提出自己的想法，并耐心地与他们讨论，指出其中不足，也找出有价值之处。在实验中，学生是主角，他只是在一旁指导和讨论。只有在学生完全不会的情况下，他才动手帮助其完成。刘辉说：“培养学生需要注意的关键问题是，既要不时地督促学生，同时又要有耐心，要给予学生一定的空间，让他们自主的学习和提高。”

除去老师的身份，刘辉把自己定义为是一个“实验工作者”，于他来说，科研创新就是花好几年时间去实现哪些聪明而富洞见的科学家在几十秒钟灵光一现而产生的想法。为此，他不得不耐心地解决各种复杂和繁琐的实验问题。当把所有实验环节都打通了，一项完整的科研创新工作就会水到渠成。而这个过程，需要团队协作，需要耐得住寂寞，经受得住失败的考验。