時間：2023-07-03 15:50:35
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數(shù)字工程的原理與方法（簡稱數(shù)字工程）是空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的主干課程，使用《數(shù)字工程的原理與方法》為教材進行授課[1]，課程具有以空間信息科學、計算機科學、通信科學、軟件工程等為基礎的交叉特色，且以基于案例庫的案例教學法為實踐教學依托[2]，以省級精品課程為網(wǎng)絡教學平臺，結(jié)合大量的實踐案例支撐，實現(xiàn)了教學資源與實踐案例資源的相互轉(zhuǎn)化與促進。
1 課程的專業(yè)定位
從模擬時代進入數(shù)字時代，科技的發(fā)展促進了各行業(yè)信息化建設的進程。在此背景下，信息應用也從傳統(tǒng)的模擬及相對孤立的狀態(tài)，實現(xiàn)“載體是數(shù)字的，信息是共享的，網(wǎng)絡是連通的，傳遞是實時的，應用是可視的，決策是智能的”更高層次狀態(tài)轉(zhuǎn)變?？臻g信息技術(shù)主要解決具有地理定位特征的數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析與應用。在信息化建設初期，3S（即地理信息系統(tǒng)GIS、遙感RS及全球定位系統(tǒng)GPS）及其共享集成技術(shù)在很多領(lǐng)域得到應用，發(fā)揮了重要的作用。例如，在一些國土、規(guī)劃、防災減災等與空間信息應用關(guān)系密切的企事業(yè)單位，建設了大量部門級應用工程。但是，由于建設過程中一些標準、規(guī)范都不太完善，技術(shù)方法、基礎平臺軟件也千差萬別，導致這些應用工程存在孤立性。在目前信息化應用需求背景下，這些工程已不能符合應用需求，需要對已有的空間信息應用相關(guān)的軟件平臺、數(shù)據(jù)平臺、網(wǎng)絡平臺等進行整合、集成。為解決這些問題，應借助軟件工程技術(shù)，結(jié)合空間信息應用領(lǐng)域的特殊性，對其加以理論化、系統(tǒng)化、規(guī)范化，形成數(shù)字工程技術(shù)的核心內(nèi)容，見圖1?？臻g信息與數(shù)字技術(shù)需要培養(yǎng)基礎牢固、知識面廣、有動手能力的復合型人才。數(shù)字工程的原理與方法作為專業(yè)主干課程，在理論、技術(shù)、方法、工程管理等方面講述了數(shù)字工程建設的指導策略和方法，是專業(yè)培養(yǎng)的綱領(lǐng)性課程，為后續(xù)課程的深入教學提供了索引[3]。該課程從數(shù)字工程產(chǎn)生的背景入手，以實現(xiàn)數(shù)字地球為目標框架，全面介紹數(shù)字工程技術(shù)中的基本概念、總體框架、支撐技術(shù)和實施方法，重點教授數(shù)字工程建設中信息的數(shù)字化存儲、實時化傳輸、可視化表達與智能化應用，充分反映出本專業(yè)多學科交叉的特色。但該課程教學的一個主要問題是內(nèi)容面廣且部分概念抽象，如果教學設計及教學配套設施不到位，會達不到理想的教學效果。
2 教學內(nèi)容
數(shù)字工程原理與方法教學內(nèi)容的安排包括核心內(nèi)容和擴展內(nèi)容兩方面，其中核心內(nèi)容以教材為基礎，是完成課程學習的基本目標；擴展內(nèi)容從現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展的要求出發(fā)，教師可結(jié)合空間信息技術(shù)發(fā)展的最新動態(tài)，講授與課程內(nèi)容密切相關(guān)的最新前沿技術(shù)。
在核心內(nèi)容的教學上，需要講解清楚數(shù)字工程的基本概念，從數(shù)字工程產(chǎn)生的背景入手，讓學生掌握數(shù)字工程的總體框架，并結(jié)合軟件工程技術(shù)，理解數(shù)字工程技術(shù)支撐體系中3類技術(shù)方法（計算機、網(wǎng)絡通訊及空間信息處理）的集成應用；從“建立平臺、搭建應用”的基本原理出發(fā)，講解數(shù)字工程基礎平臺的概念與內(nèi)容；從數(shù)字工程領(lǐng)域應用角度，學習數(shù)字工程可視化方法、智能化方法的原理及其在數(shù)字工程中的作用；熟悉數(shù)字工程建設的組織過程，學習其實施過程，了解數(shù)字工程的應用領(lǐng)域；通過實踐項目訓練，形成數(shù)字工程應用軟件項目的設計、實施、控制等實踐能力。為此，在教學內(nèi)容組織上，應密切結(jié)合專業(yè)的培養(yǎng)方案，體現(xiàn)交叉學科的特色，把分散在多學科中與數(shù)字工程技術(shù)相關(guān)的共同知識點提煉出來，作系統(tǒng)化分析與處理，使其轉(zhuǎn)換為教學內(nèi)容，見表1。在完善知識體系的基礎上，還要突出課程的專業(yè)特點，在課程與相關(guān)專業(yè)知識之間實現(xiàn)統(tǒng)一的學習平臺，使學生的知識體系結(jié)構(gòu)有牢固的基礎。
然而，信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，在講授核心教學內(nèi)容基礎上，課程教學也應緊跟相關(guān)技術(shù)發(fā)展，保證課程內(nèi)容與時俱進。為了實現(xiàn)課程內(nèi)容的新穎性、現(xiàn)勢性，在課堂教學過程中應將新技術(shù)、新應用補充進來，將最新的數(shù)字工程應用項目的技術(shù)細節(jié)、實施過程更新到教學內(nèi)容及實踐教學內(nèi)容中，作為教學上的擴展內(nèi)容。例如，最近幾年來，云平臺和大數(shù)據(jù)技術(shù)是解決時空信息存儲、管理、分析與應用的基礎設施和技術(shù)手段，在核心教學內(nèi)容中，這些方面均未涉及，而隨著信息獲取手段、硬件存儲和網(wǎng)絡傳輸能力的快速發(fā)展，這些新設施、新技術(shù)的應用，已經(jīng)進入數(shù)字工程的項目實施中。因此，在新的教學內(nèi)容上，引入大數(shù)據(jù)（大數(shù)據(jù)應用背景、大數(shù)據(jù)應用目標、大數(shù)應用特點、大數(shù)據(jù)應用原則、大數(shù)據(jù)應用途徑）、云計算（云計算互操作和集成標準、云計算服務目錄管理、云計算安全和隱私、MapReduce計算框架）內(nèi)容作為擴展層次的教學知識點，既滿足了?n程教學的需求，也開闊了學生的視野，保證了教學內(nèi)容的現(xiàn)勢性。
3 配套教學條件
配套的教學條件是數(shù)字工程課程教學質(zhì)量的重要保障，該內(nèi)容主要體現(xiàn)在教材建設（包括實踐教材）、特色（專業(yè)）實驗室、網(wǎng)絡教學平臺及實踐案例庫建設4個方面。
3.1 教材建設
作為教育部特色專業(yè)，學校對空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)建設非常重視，而數(shù)字工程的原理與方法是空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的主干課程，因此我們課程的教材建設走在了全國前列。2006年，課程組就主持編著了《數(shù)字工程原理與方法》，并成為“十一五”規(guī)劃教材及教育部精品教材；2011年我們對該教材進行了改版（第二版），突出了新技術(shù)的發(fā)展，為順利完成課程教學奠定了良好的基礎。此外，配套的實驗講義《數(shù)字工程原理與方法實驗指導》也已成型，為理論教學的實踐指導提供了關(guān)鍵的素材，目前，實踐教學教材也納入國家規(guī)劃教材?？傮w上，通過課程的理論、實踐教材建設，保證了學生使用該教材時更容易理解和掌握數(shù)字工程的實施技術(shù)與手段，提高了學生的動手能力，激發(fā)了學生學習的積極性和主動性。
3.2 課程實踐基地與特色（專業(yè)）實驗室
通?^多年的課程建設，結(jié)合不斷的科學研究活動，我們?yōu)檎n程開展創(chuàng)造了良好的硬件環(huán)境，先進的實驗儀器設備直接向課程教學與實踐開放。在課程教學中，國家地理信息局數(shù)字工程研究中心為本課程的實踐學習提供了良好的設施基礎。此外，武漢大學智能可視化和空間信息移動服務等特色實驗室，也專門針對教學中的智能化和可視化技術(shù)、數(shù)字工程平臺建設等主要教學主題，提供了現(xiàn)實的項目應用藍本，在教學中發(fā)揮了重要作用，使學生通過課程實踐，親身體會到利用先進教學設備展示的數(shù)字工程應用效果。此外，數(shù)字考古研究室的最新成果也為數(shù)字工程應用（數(shù)字考古）提供了直觀的范例，很好地促進了課程教學效果。
3.3 網(wǎng)絡平臺
網(wǎng)絡平臺為快速、高效地實現(xiàn)師生互動、展示教學內(nèi)容提供了良好的途徑。為促進課程教學，學校建立了開放式的課程網(wǎng)站（湖北省精品課程），為學生提供教學資源和交流平臺。教學過程中，教師還利用即時通訊工具為學生在線答疑，例如每屆學生都建立了師生課程學習群（QQ群），教師可以通過文字、語音與學生實時進行信息交流和互動。除了針對每個年級的通用交流平臺以外，我們在教學過程中通過精品課程網(wǎng)站，針對學生提問較多的知識點，設置了專門的討論空間作為答疑、學習以及其他交流通道，充分利用了互聯(lián)網(wǎng)資源，提高了問題解答的效率。
3.4 教學案例庫
案例庫對于促進理論教學具有重要的作用。為提高教學效果[4]，本課程教學中建立了教學案例庫，并給學生提供實際項目的全套需求、設計文檔及源代碼。在10多年數(shù)字工程項目開發(fā)實踐基礎上，我們針對“數(shù)字工程”理論教學需求，在教學過程中開發(fā)配套的案例庫系統(tǒng)，選取的應用領(lǐng)域均來自多年來項目建設的實例，主要包括數(shù)字城市、數(shù)字電力、數(shù)字水利、數(shù)字環(huán)保、數(shù)字國土、數(shù)字農(nóng)業(yè)等重點數(shù)字行業(yè)應用，從行業(yè)應用的背景介紹、支撐技術(shù)（如網(wǎng)絡技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、軟件服務架構(gòu)等）、應用需求、設計、維護等各個方面，對案例的內(nèi)容進行系統(tǒng)的闡述；對于部分大型工程項目，甚至包括招、投標信息，也進行了針對性的編輯和精簡處理，提取與理論教學知識點相對應的案例庫，較真實地還原數(shù)字工程項目建設涉及的理論知識、關(guān)鍵技術(shù)、流程和內(nèi)容，為學生提供全面的知識點深入學習和實踐項目建設參考[2]。
案例教學效果體現(xiàn)在兩個方面：首先，課程的實踐內(nèi)容都來源于歷年來的實際工程項目，實踐內(nèi)容對學生非常具有吸引力，通過參觀項目的演示，學生了解了項目的大致內(nèi)容及實際作用，激發(fā)了學生探索技術(shù)細節(jié)方面的熱情，教師在教學中作適當引導，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識；其次，對于某些優(yōu)秀的成果，可以應用在實際項目中，或參與國內(nèi)技能大賽，促進學生的學習積極性，加強其動手能力，不少學生的課程實踐作品多次獲得業(yè)內(nèi)頂級公司或教育部組織的頂級行業(yè)技能大賽獎，該方式不但提高了學生的學習興趣和積極性，優(yōu)秀實踐成果也可以轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，促進了案例建設。
4 教學方法
本課程在教學中采用課堂教學與實驗、實習等實踐性環(huán)節(jié)相結(jié)合的方式，注重理論聯(lián)系實際。利用本專業(yè)校級精品課程網(wǎng)站的豐富資源，教師在主講的單模式中，逐漸滲入討論式、啟發(fā)式、參與式等多種教學方法；組織學生利用各種工具重構(gòu)知識，將視聽媒體教學與傳統(tǒng)教學結(jié)合、數(shù)字化學習與傳統(tǒng)學習結(jié)合、自主學習與協(xié)作學習結(jié)合[5-6]；采用案例教學、基于問題學習、任務驅(qū)動式教學、情景模擬教學、合作式學習等多種形式的教學策略，激發(fā)學生的學習興趣，提升學生對知識的綜合運用能力和實踐操作能力。
（1）個性化培養(yǎng)教學法。在教學中采用教師為主導、學生為主體、學教并重、個體差異化的教學模式，重視網(wǎng)絡環(huán)境下的自主學習與協(xié)作學習，實現(xiàn)教師主導地位和學生主體地位的和諧統(tǒng)一。轉(zhuǎn)變教學觀念，變以教師為主體的“滿堂灌”教學方式為“互動”式教學，以提示、引導、啟發(fā)、討論的方式激發(fā)個體的學習積極性和主動性，及時支持和肯定，幫助學生參與討論，活躍課堂氣氛。
（2）融合實踐與案例教學。在掌握課堂教學理論知識的前提下，充分利用特色實驗室和課程實踐基地的功能，加深學生對教學知識點的理解和運用能力。在教學中采用知識體系概論（總體）―知識點強化訓練―分組項目實踐集成（總體）的“總分總”教學設計，兼顧理論講解和實踐過程的系統(tǒng)化。將案例教學法應用于理論教學環(huán)節(jié)中，在案例教學中，通過對教學過程的詳細分析，采用“案例導入、理論講授、案例分析、案例討論和理論歸納”五步教學流程，用實際案例輔助純理論教學的不足，進行案例實證刺激，使教學內(nèi)容易于理解，便于學生掌握。
（3）突出教學重點、難點，采用由淺入深、由基礎到應用的漸進式教學思路。教學過程中，針對重、難點知識點，設計了“教師預講―學生課外查閱資料―學生課堂發(fā)言―教師點評與總結(jié)”的探索式教學理念，調(diào)動學生的學習積極性和主動性。例如，課程教學內(nèi)容中的數(shù)字工程“可視化技術(shù)”和“智能化技術(shù)”是兩個教學難點，在教學時除理論教學外，還要組織學生參觀相關(guān)項目成果，鼓勵學生搜集相關(guān)領(lǐng)域項目信息，對可視化技術(shù)和智能化技術(shù)在實際工程應用中反映的設計思路、功能表達以及面向的業(yè)務領(lǐng)域進行討論分析。
（4）多種形式考核，綜合評判學生能力。除平時布置思考題外，教師鼓勵學生主動提問，并在實踐中尋找解決方法。例如，作為教學環(huán)節(jié)，項目工程投標就是一項鍛煉學生總體把握綜合實效的策略。常規(guī)的教學和實踐活動往往從知識、技能角度考慮學生的培養(yǎng)，很難從整個項目的宏觀角度考慮整個項目的技術(shù)思路、成本等問題。為了鍛煉學生這方面的能力，采取教師提出工程項目，從技術(shù)、成本、環(huán)境、規(guī)模等方面提出一些具體要求，學生以小組為單位，進行模擬投標競爭、答辯，最后進行評比。此方式既鍛煉了學生的團隊協(xié)作，也提高了教師對數(shù)字工程項目建設的總體把握能力。
1. 理論教學
1.1 優(yōu)化教學內(nèi)容
《數(shù)字電子技術(shù)》課程內(nèi)容包括邏輯代數(shù)、門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時序邏輯電路、半導體存儲器、可編程邏輯器件、脈沖波形的產(chǎn)生和整形、數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路等。隨著近年來數(shù)字電子技術(shù)飛速發(fā)展，知識更新周期縮短，數(shù)字器件不斷更新?lián)Q代，使得該課程授課內(nèi)容多課時少的矛盾更顯突出，因此，有必要對該課程的教學內(nèi)容進行優(yōu)化，我們選用的教材是由清華大學余孟嘗教授主編，高等教育出版社的《數(shù)字電子技術(shù)基礎簡明教程（第三版）》。在保證《數(shù)字電子技術(shù)》基本知識、基本分析方法和設計方法的前提下，對教學內(nèi)容進行優(yōu)化：內(nèi)容選取上力求少而精，對于學生學過的知識（如：數(shù)的表示方法、二極管、三極管、場效應管的結(jié)構(gòu)等）以及無法在較少的學時里充分闡述的知識（如：脈沖產(chǎn)生與整形電路、數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等）做了較大的刪減，并壓縮集成器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)容，重點放在集成器件的外特性及其應用。組合邏輯電路、時序邏輯電路的分析、設計是本課程的重點，特別是時序邏輯電路的分析、設計是本課程的核心內(nèi)容，因此這部分安排了較多學時。同時根據(jù)學科專業(yè)特點增加了電子設計自動化EDA。
1.2 采用現(xiàn)代化教學手段
《數(shù)字電子技術(shù)》課程中有大量用圖形、表格表述的知識，如電路圖、波形圖、時序圖、真值表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖等，如果僅借助板書手繪圖表，不僅費時、費力，效果卻一般。而且，數(shù)字邏輯電路的知識和前面所學的電路分析、模擬電子技術(shù)的知識密切相關(guān)，利用黑板不方便引用、回顧前面所學知識。
多媒體技術(shù)能夠?qū)⒋罅康募呻娐贰D形、波形、真值表等預先存放在計算機中，上課時教師可以方便、快捷地調(diào)用，減少了很多耗時的板書和畫圖，節(jié)省了大量的時間，從而提高教學效率。《數(shù)字電路》中組合邏輯電路及時序邏輯電路的分析及設計過程和其他一些章節(jié)都存在大量邏輯圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、時序圖及動畫等，用多媒體教學無疑能很好地將這些章節(jié)的內(nèi)容講解得更具體、清晰、生動。
2 實驗教學
2.1完善教學內(nèi)容
實驗教學擔負著鞏固和加深對所學理論知識的理解、培養(yǎng)學生用理論知識分析解決實際問題的能力的任務?？紤]到普遍存在的大學生動手能力弱的問題，實驗內(nèi)容中安排了基礎性驗證性實驗；此外，為了適應數(shù)字電路的發(fā)展和學生就業(yè)的需要，在實驗中還引入EDA的內(nèi)容。
首先，開設基礎性驗證性實驗，鍛煉學生的基本技能。通過開設3～4個基礎性驗證性實驗，使學生熟悉實驗儀器設備如實驗箱、面包板等的使用，掌握基本門電路邏輯功能的測試方法。
其次，開設綜合設計性實驗，目標是培養(yǎng)學生運用理論知識分析問題和解決問題的能力。實驗室根據(jù)該課程的應用要求及學生學習興趣，安排了數(shù)字鐘、搶答器、裁判電路、交通燈控制電路設計等，并利用計算機對設計電路進行仿真調(diào)試。
通過這樣設計的實驗內(nèi)容，使學生的學習由淺入深，由易到難，循序漸進，學生將理論知識與實踐相結(jié)合，加深了對所學知識的理解，提高了學習積極性。很好地培養(yǎng)了他們的主動性及動手能力。
2.2改革考核方式
【關(guān)鍵詞】樸實；穩(wěn)?。挥哪?；謙遜；學生為本；人格魅力
數(shù)字影像技術(shù)教學中如何把知識更好的傳播給學生，我們除了一顆熱愛教育的熾熱之心，還需要講究方法技巧，結(jié)合本專業(yè)掌握教學設計的藝術(shù)，體現(xiàn)“做中學，做中教”的職業(yè)教育特色。堅持“專業(yè)與產(chǎn)業(yè)、職業(yè)崗位對接，專業(yè)課程內(nèi)容與職業(yè)標準對接，教學過程與生產(chǎn)過程對接，學歷證書與職業(yè)資格證書對接，職業(yè)教育與終身學習對接”的職業(yè)教育教學改革方向。適應人才培養(yǎng)模式、教學模式、評價模式的改革需要，貼近崗位工作過程，打破單純學科片面強調(diào)系統(tǒng)性、邏輯性的局限。探索以項目、任務、活動、案例為主的教學方式，理論與實踐相結(jié)合。適應以學生為主體的自主學習、探究學習、過程性評價等教學方法的實施。
教學過程細化：學習目標啟發(fā)思考與認識（教師演示）確定學習任務（教師引導）項目實踐1（學生做，子任務1）互動1（教師提問、學生回答、學生討論、教師總結(jié)）項目實踐2（學生做，子任務2）互動2項目相關(guān)理論知識（教師講）項目評價（課內(nèi)考核）課后作業(yè)。
教育家第斯多惠說過“教師必須有創(chuàng)造性”。實踐證明，創(chuàng)造性是教學藝術(shù)的重要的品質(zhì)。因為藝術(shù)的生命力就在于創(chuàng)新。因此，每一位教師都應當具有創(chuàng)新意識，使自己運用教學方法的藝術(shù)具有獨特的風格。教師在教學中應注意培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識，科學地運用教學方法，形成高超的技能技巧，取得優(yōu)良的教學效果。
一個班級的學生，大致可分為三類：第一類是愛學習、并能夠主動學習的類型。對于這樣的學生要在班級里樹立典范，可以起到帶頭作用，有的時候可以當教學的小幫手。有些基礎弱的學生更愿意找他們來講解知識難點，他們也很愿意來教。既緩解了教師反復教學的勞累，也很好地促進了學生們自身之間的交流和溝通。第二類是邊學邊玩型。這類學生自覺性差，對于學習惰性十足。但只要對他們多督促，他們還是能夠在規(guī)定時間內(nèi)完成教學任務的。在教學中，可以采用一些容入時尚元素的案例，甚至可以直接向?qū)W生了解他們最感、最希望學的內(nèi)容，把這樣的內(nèi)容結(jié)合知識點做為教學實例，吸引學習的注意，調(diào)動學生學習興趣。第三類是不學習型。這類學生基礎差，甚至是無基礎，也有點自暴自棄的心理。對于這類學生我在講課時運用現(xiàn)代媒體技術(shù)，進行全程的視頻錄像。把錄像拷貝給大家，課后可以一邊看一邊學。這樣的學生有著極強的個性，不愿循規(guī)蹈矩。我在教學中盡量發(fā)掘他們身上的優(yōu)點對他們采用多鼓勵，多表揚的方法。比如在二維動畫教學過程中，有個學生就不按我課堂講的內(nèi)容去練習，他說自己美術(shù)不好畫不好人物形象，自己用圓圈、線條畫小人并錄了動畫，我不但沒有批評他，反而在階段小結(jié)時對他提出了表揚。這下有了意想不到的效果，在日后的學習中，這位同學居然用這種方式創(chuàng)作了一系列的動畫，大家說原來他這么有才呀。在藝術(shù)的教學中由為重要的是尊重每一個獨立的個體，教師應該根據(jù)學生的個性差異進行引導，從而達到教學目的。
教學藝術(shù)是教學領(lǐng)域的藝術(shù)，它基本上繼承了藝術(shù)的含義。如果從上述“ 藝術(shù)” 的兩層含義出發(fā)，結(jié)合教學活動的具體特點來考慮，我們可以將教學藝術(shù)表為師生交互作用、緊密合作，遵循教學規(guī)律，創(chuàng)造性利用各種教學變項，最佳完成教學任務的活動特征。在這個定義中，“師生交互作用，緊密合作，遵循教學規(guī)律”是教學藝術(shù)存在和發(fā)展的前提和基礎，而“ 創(chuàng)造性地利用各種教學變項，最佳完成教學任務”則是教學藝術(shù)最高境界的和結(jié)構(gòu)內(nèi)核。
教學藝術(shù)的創(chuàng)造，同其他藝術(shù)中的創(chuàng)造一樣，具有求異性和原創(chuàng)性。但由于教學的對象是身心特點各異的活生生的青少年，因而教學藝術(shù)遠比其它藝術(shù)更為復雜，是一切藝術(shù)中最復雜最精細的藝術(shù)。教學藝術(shù)的創(chuàng)造性，內(nèi)容十分廣泛，它涉及教學工作的各個環(huán)節(jié)。教師每一次課，都必須進行一次創(chuàng)造性的勞動，經(jīng)歷一次藝術(shù)加工的過程。首先，要使這堂課的教學內(nèi)容為學生掌握教師就要對教學內(nèi)容進行分析和綜合，深入鉆研，既要考慮教學內(nèi)容的邏輯序列，又要考慮學生心理發(fā)展的序列，選擇適合教學目的的教學方法和教具。其次，教師還要考慮在傳授知識的過程中怎洋啟發(fā)學生，積極發(fā)展學生的智力。這就要為學生創(chuàng)設問題情境，設置疑點。疑點引出后，教師還要考慮如何幫助學生解決疑點，這也要講求教學藝術(shù)。正如《學記》所言，教學要“道而弗牽，強而弗抑，開而弗達”。再次，教學過程中，教師往往會遇到意外事件，需要教師迅速決斷的處理，這要求教師必須有相當?shù)慕逃龣C智。由此可見，教學過程是一個教師進行創(chuàng)造性勞動的過程，離開了教師的創(chuàng)造性思維品質(zhì)和教學藝術(shù)修養(yǎng)，要獲得教學成功是不可思議的。
綜上，教學方法要具有鮮明的職業(yè)特色、勇于創(chuàng)新，教學藝術(shù)要具有創(chuàng)造性。在事業(yè)中放大自己的個性，在“做中學，做中教”的教學模式中培養(yǎng)自己的人格魅力。學為人師，清風兩袖養(yǎng)浩氣；行為世范，熱血一腔育棟梁。
參考文獻：
新課程改革已經(jīng)實施多年，農(nóng)村學校的課改一直是個難點。特別是數(shù)學這個理性化比較強的學科，想要提高學生的綜合素質(zhì)確實很難。雖然我們舉著課程改革和素質(zhì)教育的大旗，但是仍然在走老路。教學效率低下，主要表現(xiàn)在教師一味地灌輸，不注重學習方法的培養(yǎng)，不能把學生自主學習作為教學重點培養(yǎng)。學生成為一個接受知識的容器，沒有辨別、發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造的能力。綜觀整個學習階段，笛а習最終極的目標無非是讓學生自主探究，發(fā)現(xiàn)問題并能通過自主、合作、交流等方式完成學習任務，而我們的日常教學則一點一點地剝奪了學生的學習能力，讓學生失去自主學習的能力，從而在數(shù)學學習上舉步維艱。
在新課程改革下的課堂上，學生是課堂的主人、學習的主體，他們應學得輕松，身心自由。教師是學生學習的引導者，是學生學習的合作者，是學生學習的促進者。教師要面向全體，不落下任何一個學困生，真心幫助每一個學生，既幫助學生明白想要學什么和獲得什么，又要幫助學生尋找、收集和利用學習資源，還要幫助學生以適當?shù)姆椒ㄌ岣邔W習效率。作為一名農(nóng)村中學的教師，我深感培養(yǎng)學生自主學習方法的重要性，為此，我將這幾年的點滴經(jīng)驗作一總結(jié)，希望能起到拋磚引玉之效。
創(chuàng)設民主和諧的課堂氛圍。課堂上和諧、寬松的學習氛圍，可以使學生有一種心理安全感，可以促使學生自由發(fā)表意見，給學生正當?shù)睦碛?，放松學生的頭腦和思想。教師一個肯定的眼神和幾句贊許的話語、同學們熱烈的掌聲，都會給學生以鼓勵，使其感到成功的喜悅，增強自信心。教師要多問些“你是怎么想的”“你認為怎樣做更好”……讓學生真正感到教師對他們的信任，從而調(diào)動他們的積極性，充分利用他們好勝心強的特點，最大限度地挖掘他們的潛能，培養(yǎng)他們的自主學習意識。
突出培養(yǎng)學生的自主學習能力和教師的學法指導。學生學習水平的提高，需要經(jīng)過自我“內(nèi)化”這個環(huán)節(jié)。所以在教學過程中，教師必須引導學生自主學習，讓學生自由發(fā)現(xiàn)、提出問題，自己設計探究的方法、程序，自己獲得結(jié)論和總結(jié)規(guī)律，自己應用知識解決問題。教師要努力為學生挖掘?qū)W習的載體，諸如活動、觀察、思考、合作、實驗、交流討論、探究發(fā)現(xiàn)、轉(zhuǎn)換角色、分析歸類、情境體驗、社會實踐等，使學生完成學習任務，發(fā)展創(chuàng)造力。教師應該成為學生學習的幫助者、引路人、指導者。教學過程中要注意方法指導，比如設疑、反思、疏導、激勵等，都是訓練學生自主學習的有效方法。教師的學法指導不局限于學習技巧的傳授，還要加強對學習觀念、學習態(tài)度、學習習慣、學習品質(zhì)和學習能力的指導，促使學生想學習、會學習、善學習、學得好，最終能創(chuàng)造。
優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)，提高學生自主學習的能力。在教學中，我恰當?shù)靥岢鼍哂袉l(fā)性的問題，激發(fā)學生的學習興趣；不斷創(chuàng)設問題情境，激發(fā)學生的學習動機和好奇心。圍繞教學環(huán)節(jié)，充分利用圖表、教具、多媒體等現(xiàn)代化教學手段，創(chuàng)設能啟迪學生思維的教學情境，鼓勵學生自覺思考，放手讓學生去猜想，積極思考，提出假設。善于運用點撥和留空等教學藝術(shù)，“以虛當實，虛實相生”。優(yōu)化解題方法，有利于促進學生創(chuàng)造力的發(fā)展。自覺產(chǎn)生的思維火花，往往是走向成功的捷徑，在培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的過程中，還可以使學生學會“觀察―猜想―證明”的思考方法。在解題教學中，教師應留有余地讓學生去思考和猜想問題的規(guī)律、解題的方法、問題的結(jié)論。在教學中，教師要鼓勵學生善思、善疑、自主質(zhì)疑，創(chuàng)設質(zhì)疑的情境，讓學生由過去的機械接受向主動探索發(fā)展。值得注意的是：由于學生的知識水平有限，他們提出的問題有時不夠全面，甚至是錯誤的，這時，教師應幫助他們找出產(chǎn)生錯誤的原因，將其思維引到正確的軌道上來，對學生萌發(fā)的創(chuàng)新精神要加以扶持和培養(yǎng)，這樣有利于學生自主能力的培養(yǎng)。
言傳身教，愛生如子，使學生早日成才。數(shù)學教師必須用自己淵博的知識、高尚的人格魅力和師德去垂范、熏陶和感染學生，以身作則，言傳身教。在學習上對學生嚴要求，紀律上強管理，在生活上多關(guān)心，從各方面給予學生無微不至的關(guān)懷，給學生創(chuàng)造一個溫馨的家園，發(fā)展個性的家園，為學生成長營造良好的氛圍，使學生每時每刻都能體會到教師的關(guān)心和愛護，同學們的理解與支持，激勵全體學生在書山攀登，在學海遨游。
綜上所述，為了培養(yǎng)學生的自主學習方法和能力，數(shù)學教師應該在平時的教學中有意識地培養(yǎng)和引導學生養(yǎng)成創(chuàng)造性思維方式，充分發(fā)揮學生的主體作用，不斷創(chuàng)設問題情境，引導學生發(fā)現(xiàn)和探索問題，引發(fā)學生質(zhì)疑，提出問題或發(fā)表自己的獨特見解，點燃學生創(chuàng)造性思維的興奮點，不失時機地培養(yǎng)和發(fā)展學生的自主學習能力，提高數(shù)學素質(zhì)，養(yǎng)成探索習慣，使學生終身受益。
參考文獻：
遷移―嘗試。蘇霍姆林斯基認為：教學就是教給學生借助已有知識去獲取知識的能力，并使學習成為一種思索的活動。教學時，要依據(jù)教材內(nèi)容與學生實際情況，大膽放手讓學生獨立嘗試，探究問題，培養(yǎng)學生自主探究的能力。例如教學“筆算乘法”第二課時，首先復習一位數(shù)乘法，即24×2=？然后再將它改為24×12=？問：兩位數(shù)乘兩位數(shù)又該怎樣計算呢？你能不能用已有的知識來解答這兩道題？試試看？學生興趣盎然。嘗試后，引導學生將例題與復習題進行比較，再通過老師點撥引導：即用2乘24得到48個什么？那么，用1乘24得到多少個什么？在豎式又該怎么寫，最后總結(jié)出乘數(shù)是兩位數(shù)的乘法法則。這樣由舊知遷移到新知，充實擴大了原有的知識結(jié)構(gòu)。
操作―體驗。小學數(shù)學中有很多知識點，適合選用操作的方法讓學生去進行探索，讓學生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，得出結(jié)論。如教學低年級學習20以內(nèi)加減法時，往往借助于小棒、小圓片等學具，讓學生通過操作的過程體驗算理的形成過程。再如教學“圓柱體的表面積”時，讓學生動手沿圓柱的高剪開，將它的側(cè)面展開，引導學生進行觀察，側(cè)面展開是什么圖形，再把它合攏起來，通過一剪、一展、一合，使學生領(lǐng)悟到長方形長相當于圓柱底的周長，長方形的寬相當于圓柱的高，從而推導出求圓的側(cè)面積計算的方法，即S側(cè)=C周長×h，再引導學生觀察分析得出圓柱表面積的計算方法，即S表=C周長×h+S底×2。這樣通過學生動手操作，自主探究獲取新知，同時也體驗到成功的喜悅與學習的樂趣。
討論―歸納。學生知識的掌握要經(jīng)過一個內(nèi)化的過程，教師要充分提供表象，遵循由具體到抽象的認知規(guī)律，使學生具體形象的感知過程內(nèi)化為學生頭腦中的智力活動。教學時要提供給學生討論的機會，通過討論達成共識，也促使學生學習新知識，形成新概念。如教學“商不變性質(zhì)”時，先讓學生計算幾道商相同的除法算式，然后引導學生觀察、討論這幾個除法算式中什么變？什么不變？怎樣變？最后引導學生歸納、概括出商不變性質(zhì)。
觀察―發(fā)現(xiàn)。在數(shù)學教學中，教師讓學生通過觀察大量具體事例，歸納發(fā)現(xiàn)事物的一般規(guī)律。在歸納探究過程中，培養(yǎng)學生對問題的抽象概括能力。如教學“小數(shù)的性質(zhì)”一課時，師出示：3分米=30厘米=300毫米。將它們化成以米作單位，即0.3米=0.30米=0.300米。讓學生觀察三個小數(shù)有什么不同？是怎樣變化的？通過觀察、比較，引導學生觀察并發(fā)現(xiàn)在小數(shù)的什么地方，怎樣變化，小數(shù)大小才不變，從而讓學生概括出小數(shù)的性質(zhì)。
猜想―驗證。學生合理的猜想是解決問題的開端，創(chuàng)造往往從猜想開始。教師要鼓勵學生“異想天開”提出獨特見解，然后讓學生用自己的方法去驗證。如教學“三角形內(nèi)角和”時。先讓學生提出猜想，（即三角形內(nèi)角和應為多少度），再讓學生自己去驗證，通過折一折，剪一剪，拼一拼，量一量、想一想等手段來驗證自己的猜想，從而學會新知，也培養(yǎng)學生探究能力。
爭論―統(tǒng)一。在教學過程中，誘發(fā)學生“爭論”定能使他們學習興趣高漲，呈現(xiàn)出人人想創(chuàng)造，個個能創(chuàng)造的局面。為此學生只有通過爭論，才能激發(fā)創(chuàng)造思維，而最后達成共識。如教學“分數(shù)的大小比較”時，先引導學生進行小組討論，如何比較分數(shù)的大??？讓學生各抒已見。然后，根據(jù)學生的反饋情況，教師有目的引導學生進行歸納、總結(jié)出比較分數(shù)大小的方法，再引導學生進行小組討論：課本為什么說1/2會大于1/3？通過學生討論、爭論，使學生統(tǒng)一認識：比較分數(shù)的大小有一個前提條件，即它們標準量要相同，從而使學生認識與掌握新知。
自學―研討。研究表明，通過教學而獲得的知識只有10%―20%，可見人的知識絕大部分是靠自學獲得的。數(shù)學知識的獲得，能力的形成與發(fā)展，更是要靠自學自練。因此，教學時能讓學生自學所學的內(nèi)容，大膽放手讓學生進行自學，或讓學生帶著幾個問題進行自學，然后發(fā)現(xiàn)不懂的問題，組織學生進行研討。如教學“因數(shù)與倍數(shù)的意義”，指導學生初讀時先了解因數(shù)與倍數(shù)的意義，再細讀、討論、思考教師提出的問題：倍數(shù)和因數(shù)為什么是相互依存的，不能單獨存在？這樣學生在自學研討中解決問題，學習新知。
比較―總結(jié)。通過比較事物之間的相同點和不同點，概括總結(jié)出本質(zhì)屬性或結(jié)論。這種方法是針對事物之間的異同點進行的探究，是一種重要的科學研究方法。教學中可以引導學生通過對具體實例的直接觀察，通過比較，進行歸納推理，得出結(jié)論；也可以讓學生對實際例子進行分析，歸納出結(jié)論，從而使學生理解和掌握所學知識。如一位教師在教學“質(zhì)數(shù)和合數(shù)”時，先讓學生找出1至20的因數(shù)，然后讓學生進行匯報，再引導學生根據(jù)因數(shù)個數(shù)進行分類。即①只有一個約數(shù)的；②只有1和它本身兩個約數(shù)的；③約數(shù)有三個或三個以上的。在此基礎上，引導學生根據(jù)三類數(shù)的不同特點，概括總結(jié)出“質(zhì)數(shù)”和“合數(shù)”的定義。
20世紀50年代開始，自主學習就已成為教育心理學研究的一個重要課題。隨著基礎教育課程改革的深入和教育實踐的需要，自主學習也被我國列入十分重要的位置上。目前自主學習已經(jīng)不僅作為一種學習方式存在于學習領(lǐng)域，而且作為一項重要的課程目標存在于課程論領(lǐng)域，還作為一種重要的教學方法存在于教學論領(lǐng)域中。盡管國內(nèi)外對自主學習的定義不盡相同，但其實質(zhì)都是學習者主導自己的學習，學習目標、過程及效果等諸方面進行自我設計、自我管理、自我調(diào)節(jié)、自我檢測、自我評價和自我轉(zhuǎn)化的主動建構(gòu)過程。
數(shù)學課堂的"自主學習"就是指教師根據(jù)學生身心發(fā)展特點及數(shù)學學科特點有的方矢地進行教學，使學生在自主活動中學會發(fā)現(xiàn)、學會探索、學會創(chuàng)新。所以教師應在堅持學生主體地位的前提下，變授"魚"為授"漁"，改變過去那種只注重知識傳授、忽略能力培養(yǎng)；只注重教師自身的主導作用、忽視學生的主體作用的做法，確立一種全新的"學生自主學生"的教學理念。
二、自主學習的特征
1.自主性
自主性是自主學習最基本的特征。表現(xiàn)為學習前的自我設計，學習中的自我監(jiān)控、自我管理和自我調(diào)節(jié)，以及學習任務完成后的自我評價、自我總結(jié)等。總之，自主學習的整個過程、所有活動都是學習者自主的。
2.能動性
能動性指人對自己發(fā)展的自覺意識和能動作用。能動性在人的具體活動中的表現(xiàn)形式是自覺自律與主動積極。需要是原動力，它引發(fā)人的期待欲望、選擇傾向和占有要求，推動主體去探尋和發(fā)現(xiàn)新問題。從這個角度說，自主學習是一種自律學習，一種主動學習，它走出了強迫性學習的沼澤地。
3.選擇性
自主學習將學習的主動權(quán)交給學生，讓學生根據(jù)自己的需要、興趣、特點和其它一些主客觀條件積極能動地選擇適合自己的教育，使教育由外層的強制力量內(nèi)化為學生主體自身的要求，轉(zhuǎn)化為學生能力體驗的過程，從而實現(xiàn)自身主體性的發(fā)展。
4.開放性
在自主性學習中，學習的目標和過程都是動態(tài)開放的，它在學習知識的基礎上，更著眼于學生能力與態(tài)度的提高；就主體學習的過程與結(jié)果來說，不僅要考慮結(jié)果，而且應更注重過程。自主性學習中，教師把選擇的權(quán)利還給學生。學生可以根據(jù)自己的學習情況和自身愛好，選擇不同層次的學習目標、學習任務和完成任務的方法，給學生得以施展個性的空間。
自主學了上述主要特征外，還具有獨特性、創(chuàng)造性、探究性和情感性等特征。
三、自主學習培養(yǎng)的途徑
通過上述對自主學習內(nèi)涵及特征的闡述，結(jié)合本人的教學實踐我總結(jié)出以下五個方面進行對學生自主學習方法的培養(yǎng)：
1.激發(fā)學習動機，在興趣中實現(xiàn)自主學習
教學中以學生主動、積極的學習活動為主，讓學生有目的、有計劃、有要求、多學、多練、多用，啟發(fā)學生通過自己的學習活動，培養(yǎng)學生的興趣，使他們越學越愛學。比如在"導數(shù)"這節(jié)內(nèi)容時，由于學生對現(xiàn)實生活的實際例子有濃厚的興趣，教師先描述好一個實際例子：直線運動的速度，讓學生思考，整理例子中有關(guān)數(shù)學量的變化，再換另外的一個例子切線問題，再讓學生繼續(xù)思考，學生整理其中的數(shù)學量的變化，興趣一下子就被調(diào)動起來，然后提問：你們發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？兩個不同的例子有什么相同之處？學生由直接觀察思考分析例子人手，由興趣引入，自主探討，極大地調(diào)動了學生的積極性和主動性，激發(fā)了學生創(chuàng)新思維的火花。從而產(chǎn)生自主學習的動機。
2.創(chuàng)設情景，在質(zhì)疑中實現(xiàn)自主學習
愛因斯坦曾強調(diào)："提出一個問題往往比解決一個問題更重要，因為解決問題也許僅是一個數(shù)學上或?qū)嶒炆系募寄芏?，而提出新問題，新的可能性，從新的角度去看問題，卻需要有創(chuàng)造性的想象力，而且標志著科學的真正進步"因此，在教學中，要鼓勵學生大膽質(zhì)疑，培養(yǎng)學生質(zhì)疑的思維品質(zhì)，開啟創(chuàng)新思維之門，激發(fā)理智感，使學生在探究中善于發(fā)現(xiàn)問題，敢于提出問題，精于分析問題，巧于解決問題。鼓勵學生生疑、質(zhì)疑，有利于引發(fā)學生思維火花的閃現(xiàn)，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，牢固地掌握所學的知識。
3.歸納總結(jié)，在系統(tǒng)知識中實現(xiàn)自主學習
將學生實驗、觀察、探究發(fā)現(xiàn)得到的個別的、具體的結(jié)論，經(jīng)過進一步的分析和綜合，歸納和總結(jié)，納入知識結(jié)構(gòu)體系的框架，使獲得的知識系統(tǒng)化、規(guī)律化、條理化，從而使學生在探究發(fā)現(xiàn)的過程得到真"經(jīng)"。
4.互相交流，在討論中實現(xiàn)自主學習
俗語說"三個臭皮匠，頂個諸葛亮"?？梢娊o學生創(chuàng)設合作學習的機會是非常重要的。在課堂數(shù)學要把握時機，選擇有價的內(nèi)容組織學生討論，使學生人人參與，各抒已見，不僅活躍了課堂氣氛，而且也擴大了學生交往的空間，培養(yǎng)了學生的合作意識和交往能力。使學生的思維能力提高到了一個新的境界。
比如，老師提出一個問題，學生討論求，先看問題適合應用的方法？通過幾分鐘的交流和討論，通過學生的討論，老師再總結(jié)，答案就很明顯。同時每個學生的思維都得到鍛煉。
5.開拓視野，在民主、寬松的環(huán)境中實現(xiàn)自主學習
關(guān)鍵詞：電子光學 計算機模擬 SIMION X射線管
中圖分類號：O484 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）10-0192-02
1、引言
經(jīng)典的幾何光學中運動粒子是光子，而電子光學是研究電子在電磁場中運動和電子束在電磁場中運動規(guī)律的學科。電子在電磁場中的運動也有反射、折射、偏轉(zhuǎn)、聚焦、成像等現(xiàn)象，因而可以將電子束類比成光束，將電磁系統(tǒng)類比成透鏡，從而將幾何光學中的研究手段用于研究電子光學。
本實驗研究對象為X射線管的聚焦系統(tǒng)，該套旋轉(zhuǎn)陽極X射線管通過在陰極頭上加-50～-100kV的負高壓，與陽極靶之間形成聚焦電場，使電子束聚焦。由于這套系統(tǒng)是該廠通過多年加工經(jīng)驗總結(jié)出的，缺乏系統(tǒng)的分析方法，在使用中存在很多局限性。本實驗通過使用SIMION 8.0靜電透鏡分析模擬軟件進行模擬，給出不同電壓，不同電子能量以及不同發(fā)射距離下該系統(tǒng)的聚焦效果，以供廠家進行參照。
2、SIMION分析電場的方法
SIMION是一款靜電透鏡分析模擬軟件，能在給定透鏡電壓及粒子初始條件的情況下，計算靜電場的分布及場中帶電離子的運動軌跡。SIMION的應用非常廣泛，可以模擬電場和磁場中的離子運動，離子槍等。
使用3D建模軟件對X射線管陰、陽極進行建模，并導入SIMION軟件。在SIMION軟件中對陰、陽極加上相應的電壓，并模擬空間中的電場分布。在發(fā)射粒子（電子、離子）前可對粒子束發(fā)射參數(shù)進行設置，爾后可使用SIMION的模擬發(fā)射功能觀察粒子束在該電場中的運動軌跡。軟件可以將粒子打在陽極上的坐標記錄并導出，便于分析粒子發(fā)射的特性。
3、電場分析的過程
X射線陰極管中形成電場的部件主要是以下4個：①陰極頭，②大燈絲，③小燈絲，④陽極靶。使用3D建模軟件（本例為pro/E）建立模型并保存為STL格式文件，即可導入SIMION進行分析。
使用SIMION8.0中的SL工具，將4個零件分別加上U1、U2、U3、U4的電壓，保存為PA0格式文件。對導入的電極進行定義，接著進行快速調(diào)壓，在陰極頭和大燈絲、小燈絲上加-100kV的電壓，陽極靶接地為0V。發(fā)射電子之前先定義電子源的性質(zhì)，設定電子的質(zhì)量（m），電荷（e），發(fā)射源為圓形，沿燈絲螺線一周，電子的發(fā)射方向為沿x方向，錐形分布，半角為180度。
打開“數(shù)據(jù)記錄”（Data Recording）對話框，勾選記錄粒子碰撞電極Z坐標，則每次模擬飛行之后都會生成一個日志，記錄每個電子打在陽極上Z坐標。將數(shù)據(jù)導入至Excel，進行排序，找出每次飛行模擬后在陽極上坐標的最大值和最小值（去除偏離的離散點），得出聚焦線度d。
在分析中主要考慮電子能量、陰陽極間電壓和陰陽極間距離對電子束聚焦效果的影響。
（1）電子能量對聚焦效果的影響。實驗中使用陰極電壓-130kV，陽極始終接地，電勢為0，陽極靶底盤到陰極頭中心距離33mm，電子能量從2eV到18eV每2eV發(fā)射一次，得出電子聚焦線度與電子能量的關(guān)系（圖2-A）。電子能量越大，聚焦線度越大，但增長放緩，表明陰極頭對電子是有聚焦效果的。（2）電壓對聚焦效果的影響。固定電子能量2eV，陽極靶底盤到陰極頭中心距離33mm，陽極接地，陰極電勢從-50kV～-150kV每20kV變化，結(jié)果如圖2-B，即隨著陰極電壓的增大，電子的聚焦線度減小。（3）陰陽極幾何性質(zhì)對聚焦效果的影響。保持電極電壓和電子能量為2eV，陽極接地，陰極電壓-130kV，陰極到陽極距離從23mm～93mm每10mm增加，記錄電子的聚焦效果，如圖2-C，可見，隨著陰陽極距離的增大，電子的聚焦效果降低。
A聚焦線度與電子能量的關(guān)系B聚焦線度與陰極電壓的關(guān)系C聚焦線度與陰陽極距離的關(guān)系
4、電子束聚焦的本質(zhì)
由以上測試可得出初步結(jié)論，即提高本系統(tǒng)電子聚焦效果的方式是降低電子能量，增大陰極電壓和減小陰陽極間距。
進一步的分析指出，電子的聚焦效果與空間中的電勢梯度（即電場線分布）有關(guān)。由于陰極頭做成兩邊突起的形狀，電勢由兩邊向中央下降，形成一個電勢谷，電子要跑到谷外需要消耗能量，如果電勢谷又高又深，切在邊緣形成陡峭的“山峰”，則會形成較好的聚焦效果。
圖2可以看到，電子初始發(fā)射方向是全角度的，但是在經(jīng)過陰極頭的聚焦之后，變成了近似平行的電子束，電子束的寬度與電極電勢，電子能量有關(guān)，與陰極外部飛行距離關(guān)系不大，因為電子在陰極附近已經(jīng)形成近似平行的電子束。因此，這套系統(tǒng)的聚焦效果體現(xiàn)在將發(fā)散的電子聚焦為平行的電子束。
由圖12中可看出，發(fā)散電子被聚焦成平行電子束之后，在垂直于發(fā)射方向上的分布是有疏有密的，大致是兩邊較密，中間有一段較稀疏。下面是在U=-130kV，kE=2eV，L=33mm的條件下，取距離陰極頭10mm處的截面統(tǒng)計電子沿z方向的分布（有效電子數(shù)為3883個）。可見電子束在兩側(cè)形成了兩個峰。
取較少的電子（100個）發(fā)射，可以看到這一現(xiàn)象的形成：背對發(fā)射方向的電子在電場中反彈回去，偏離發(fā)射角較小的電子基本按原方向飛行，偏離發(fā)射角較大的電子在電場中被擠到發(fā)射通道中，與該通道中原有的電子重合，因而形成了較大的電子數(shù)密度。
按同樣方法，分析在陽極附近（距陰極頭32mm處），電子束的強度分布，如圖4-A所示?？梢娫陉枠O附近的電子束強度分布是單峰的，說明，經(jīng)過一段距離的飛行，原來的兩個分立波峰中的電子在電場的作用下被聚集在電子束中心。為了觀察由電子束強度分布由雙峰到單峰的變化，我們?nèi)【嚓帢O頭21mm處的界面考察，得到結(jié)果如圖4-C所示。對比圖4-A和圖4-B，可看到在電子飛行中段，有一個電子束強度分布由雙峰到單峰的變化。
對電子束的聚焦來說，強度分布為雙峰或多峰會使能量不集中，達不到聚焦的效果，而單峰的強度分布能將能量集中到一個較小的區(qū)域內(nèi)，起到較好的聚焦效果。因而，如果飛行距離過短，電子束的強度分布為雙峰或處在從雙峰向單峰轉(zhuǎn)變的過程中，則聚焦效果為不理想。
5、結(jié)語
使用SIMION軟件能較直觀地觀察X射線管中的電場分布和電子束的聚焦過程。類比經(jīng)典光學，燈絲相當于點光源，電子是四處發(fā)散的，陰極頭聚焦系統(tǒng)相當于一個凸透鏡，電子在經(jīng)過陰極頭聚焦之后形成平行光束，相當于凸透鏡將焦點附近的發(fā)散光匯聚成平行光。在該系統(tǒng)中，燈絲正好處在焦點處，因而得到較好的聚焦效果。
致謝：
感謝上海醫(yī)療器械九廠提供的陰極頭、燈絲及其圖紙，感謝九廠的趙科長在實驗中對我們提供的幫助。
感謝復旦大學物理系的王盾同學對我們在pro/E軟件使用上的幫助。
參考文獻
