1.知识与技能
(1)知道什么是凸，什么是凹透镜，用多种方法辨别凸透镜和凹透镜.
(2)认识凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用.
(3)知道透镜的光心、主光轴、焦点和焦距.
(4)通过探究，了解透镜对光具有会聚(或发散)作用的原因.
2.过程与方法
(1)让学生带着问题，通过实验与探究，体验科学探究的过程.
(2)培养学生的观察能力和探究物理规律的能力.
3.情感态度与价值观
(1)创设情景，鼓励学生提出质疑，养成学生主动思考、善于思考的习惯.
(2)在学生的探究过程中培养学生科学的研究方法，逐步建立学生对物理学习的兴趣.
【教学重点与难点】
重点：凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用.
难点：凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用的原因.
出：透镜
观察凸
透镜和
凹透镜1.用手摸透镜的中央与边缘的薄厚
2.将透镜靠近书本，观察课本上的字并提出问题，让学生思考并回答辨别凸透镜与凹透镜的方法让学生回答：看课本上的字时，凸透镜与凹透镜成像各有什么特点；提出问题：同学们还有什么新发现吗？学生回答问题，并在老师的引导下积极操作，认真思考，提出自己新的发现让学生们自己动手操作，认真观察，积极思考，认识凸透镜与凹透镜的不同之处学生动手操作中，积极主动的思考，使他们真实感受凸透镜与凹透镜的不同之处活动二
辨别凸
透镜与
凹透镜提出问题，让学生思考并回答辨别凸透镜与凹透镜的方法问题：你有几种简易的方法，辨别两种凹透镜讨论回答自己辨别凸透镜和凹透镜的方法使学生在试验观察的基础上自己总结出辨别的方法展示辨别透镜的几种方法，使学生们一目了然探究透
镜对光
线的作用提出问题：试猜想平行光线通过透镜后会有什么现象呢？引导学生观察平行光通过透镜后的现象利用动态图像形象展示，得出结论在老师的引导下认真观察画面，积极思考，对老师的提问做出自己的回答通过仔细观察，相互讨论归纳结论直观的动态画面，刺激学生的眼球，进一步验证透镜对光线的作用.归纳总结凸透镜对光有会聚作用，凹透镜对光有发散作用光心、
主光轴、
焦点和
焦距学生自觉教材上光心、主光轴、焦点和焦距的概念
利用多媒体演示平行于主光轴的光线通过透镜后的传播学生领会实焦点虚焦点的含义展示出平行于主光轴的光线分别通过凸透镜和凹透镜的情况，投影出各自的光心、主光轴、焦点和焦距在老师的引导下认真观察图像，分析透镜的焦点和焦距，即时回答老师的问题使学生清楚认识透镜的光心、主光轴、焦点和焦距直观的画面演示，使学生得以清楚认识焦点和焦距以及透镜对光线的作用透镜对
光作用
的原因1.引导学生画出光通过三菱镜时的光路
2.学生思考：两块三菱镜组合在一起，平行光通过它们后会怎样呢？
3.透镜可以看做是由多个棱镜组合而成的(课文图4-19)展示光通过三菱镜时的光路
展示光通过组合三菱镜时的光路在老师的引导下认真分析得出光通过三菱镜时的光路(学生回答：向底面偏折)
关键词：凸透镜成像；教学设计；探究
中国分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2013）5（S）-0030-5
1.教学内容分析
本节课的教学内容是上海科学技术出版社出版的《义务教育教科书物理·八年级》的“第四章·多彩的光”的第五节，主要包括凸透镜对光线的会聚作用、实验探究凸透镜成像及凸透镜成像的规律等。
学生在学习了光的反射、光的折射、平面镜成像等基本知识的基础上，进一步通过实验探究的方式学习凸透镜的不同成像情况。进一步总结出凸透镜成像的规律。在探究过程中，体验、感悟凸透镜对光线的会聚作用，提高学生对实验现象、数据的初步分析能力，养成实事求是的科学态度。这不仅是对光现象的深入学习，也是以后了解凸透镜成像规律应用的重要基础，是光学中重要的实验探究课之一。
2.学情分析
学生已具备了光的反射、光的折射、平面镜成像等基本知识，对“放大镜”也并不陌生。因此，通过“放大镜”来找各种不同的像也不会困难，通过实验观察自然能想到“凸透镜成像可能与物体到凸透镜的距离有关”；但要通过实验观察物体和凸透镜距离改变时的成像情况却并不容易，况且还要通过对实验现象及数据的分析归纳出凸透镜成像的规律。对于形象思维能力较强而抽象思维尚弱的八年级学生来说，如何顺利进行实验、获取数据，如何来处理实验中记录的这些现象及数据，尤其是确定在确定凸透镜成像的两个“分界点”上提出了很大的挑战。较为有利的是，学生对该学习内容的兴趣十足，学习动机易被激发。
3.设计思路
教材对于本节课的教学内容是这样安排的：首先是对凸透镜的认识，包括凸透镜对光线的会聚作用，凸透镜的焦点、焦距；然后是对凸透镜成像规律的实验探究。这样安排，知识的系统性虽好，却不完全符合初中学生的认知特点和规律，也不能很好地发挥学生的潜能。因此，笔者对这节课的教学内容进行了大胆的整合，首先从学生熟悉的“放大镜”开始，引导学生从具体事例中提出问题：同一凸透镜为什么能成大小、倒正不同的像？进而通过实验找到这些不同像并分别记录每种情况下物体的位置、像的位置、像的特点，通过对这些信息、数据的处理找出凸透镜成不同像的条件，进一步引导学生在观察现象、分析数据的基础上运用连续的思想完善并总结出凸透镜成像的规律；伴随着探究过程的不断深入，凸透镜、虚像和实像、焦点和焦距等概念的教学在学生认知过程中择机进行。这样的教学设计能更激发起学生自主探究的兴趣，也更符合学生研究这一问题时的认知顺序。
4.教学重点和难点
教学重点：经历探究凸透镜成像的规律的实验过程。
教学难点：正确地找到像的位置；实验现象和数据的分析处理。
5.教学目标
（1）经历探究凸透镜成像规律的实验过程，说出凸透镜成像的规律。
（2）在实验中辨认实像和虚像，说出实像和虚像的区别。
（3）知道凸透镜，说出焦点的位置和焦距。
（4）通过探究凸透镜成像规律提高实验操作能力，学会对实验现象、数据的分析处理方法。
（5）在探究凸透镜成像规律的过程中，渗透“连续”的物理思想。
6.教学方法
任务驱动法、实验探究法、讲授法。
7.教学准备
课件：关于《科学探究：凸透镜成像》教学的PPT、多媒体投影、实物展台。
学生实验器材：光具座、大蜡烛、凸透镜、大光屏、火柴（1组）。
学生实验器材：光具座、蜡烛、凸透镜、光屏、火柴（共16组）。
8.教学过程设计
8.1创设情境，激发兴趣
活动1 学生透过“放大镜”观察老师
教师站在讲台前引导学生透过他们熟悉的“放大镜”观察老师，并试着描述出“清晰”看到的老师的样子。
学生坐在教室不同的位置，透过“放大镜”观察老师，并说出看到的老师的样子（老师是倒立放大的、倒立缩小的和正立放大的）
教师指出，学生透过“放大镜”看到的“清晰”的老师实际上是老师通过凸透镜成的像。观察表明：“放大镜”不只成放大的像。所以这类元件称为放大镜不科学，物理学中叫“凸透镜”。
教师引导学生认识到用相同的凸透镜能成不同性质的像，是因为老师到凸透镜的距离不同。
[设计意图]1.透过“放大镜”观察熟悉的老师，激发学习兴趣；
2.在学生意识到“放大镜”不仅能成放大的像，也能成缩小的像时，“放大镜”这一称谓显然不能代表这类透镜，此时给出“凸透镜”，符合学生认知；
3.发现用凸透镜成不同的像，确定研究方向。
8.2设疑击思，点拔探究
活动2 探究了解凸透镜成像的大体情况
教师提出问题：怎样知道凸透镜在什么情况下成倒立放大的像，什么情况下凸透镜成倒立缩小的像？
学生知道要通过实验的方法进行探究。
教师介绍实验器材：光具座、凸透镜、蜡烛（火柴）。布置实验任务并提醒学生注意：（1）通过前后移动光屏找到在光屏中心最清晰的像（教师也可演示）；（2）先从远到近不断改变烛焰的位置，了解物距不同对所成的像有哪些影响；（3）在光屏上找到像时，撤掉光屏看能否用眼直接看到这个像？（4）简单概括出实验中你实验小组观察到的现象。
学生以小组为单位，进行实验，从整体上了解凸透镜成像的情况。
学生交流各实验小组实验中观察到的现象：烛焰离凸透镜远时，成倒立缩小的像，用眼睛能看到；烛焰离凸透镜不太远时，成倒立放大的像，用眼睛能看到；烛焰离凸透镜近时，光屏上找不到烛焰的像，但用眼睛透过凸透镜能看到放大的像。
教师汇总实验中观察到的现象，让刚才没有观察全的小组快速补充观察。
教师介绍实像、虚像及其特点。平面镜成的虚像是反射形成的，所以要在镜前（物体同侧）看；凸透镜成的虚像是折射形成的，所以要透过凸透镜（物体另一侧）看。
学生初步了解实像、虚像及其特点，并用来描述凸透镜成像的整体情况。
[设计意图]在学生实验中，倒立放大的像、倒立缩小的像都能在光屏上呈现，而正立放大的像不能在光屏上呈现，而需要透过凸透镜观察到像在烛焰的同侧，此时给出“虚像”、“实像”并体会二者的不同，符合学生的认知需求。
活动3 探究凸透镜成倒立放大的像、倒立缩小的像的条件
教师指出刚才我们通过实验了解到的凸透镜成像的整体情况过于粗糙，我们要能找出物体距离凸透镜多远成哪种像就更好了。为了更细致的研究出什么情况下成什么像，我们采用分工合作的方式进行。单数实验组同学通过实验分别找多个倒立放大的实像，并分别记录下你认为最具代表意义的三个像时物体的位置、像的位置及像的大小情况，将实验现象及数据记录到表格中，同时将各成像情况下物体的位置、像的位置及像的大小画在印有方格标记的透明胶片上；双数实验组同学通过实验找倒立缩小的像，要求与单数实验组相同。
学生分组实验，完成各自的任务。
完成后实验先由成倒立放大实像的实验组学生展示用胶片记录的成像情况，并说明为什么认为这三个像最具代表意义。
教师通过即时性评价引导学生理解“最具代表意义的三个像”。
教师将所有研究成倒立放大实像的实验组的胶片重叠后，让学生观察并思考：看到了什么，说明了什么？
再由成倒立缩小实像的实验组学生展示用胶片记录的成像情况，并自己说明自己组记录的三个像是否最具代表意义，为什么？
教师将所有研究成倒立缩小实像的实验组的胶片重叠后，让学生观察并思考：看到了什么，说明了什么？
学生总结出看到的现象及发现的规律：成不同的像时，物体的位置和像的位置好像都有个范围，比较集中；成倒立放大的实像时，物体到凸透镜的距离小于20cm；成倒立缩小的实像时，物体到凸透镜的距离大于20cm。
教师让学生知道通过记录的实验数据也能发现同样的规律，从而让学生意识到处理实验数据可以有不同的方法。
[设计意图]1.通过实验前的提醒，降低实验难度，便于学生在光屏上正确的找到像，使实验得以顺利进行；
2.本实验采用分工合作的方式，一是为了有充足的动手动脑时间让学生找到“最具代表意义的三个像”；另一方面也是培养学生加强合作的团队精神；
3.本实验中多数学生记录的数据大多杂乱无序，将实验数据以图示的方式展示更易发现其中蕴含的规律，再通过评估环节让学生了解有序的数据便于发现和总结规律，形成有序实验的科学意识。
活动4 找到凸透镜成倒立放大的像、倒立缩小的像的分界点
教师引导学生认识到凸透镜成倒立放大的实像和倒立缩小的实像之间应该存在一个分界点，在这个分界点上会成一个与物体一样大的实像。这个分界点会在哪里呢？如何证实我们的判断？
学生多数能意识到这个分界点大约在距离凸透镜20cm处。
教师引导学生说出实验方案：在这个分界点的两侧多尝试几次，仔细观察所看到的像的变化。
学生通过实验来验证：物体距离凸透镜20cm处时，成倒立等大的实像。
教师说明20cm是个关键点，是成倒立放大的实像和倒立缩小的实像的分界点。在这个点上，成倒立等大的实像。实验中，像与物体的明亮程度不同，仅凭眼睛观察不足以确认成的像是与物体是等大的，但并不妨碍结论的得出。
[设计意图]引导学生运用“连续”的思想，认识到成倒立放大的实像和倒立缩小的实像之间应该有个分界点，并猜想分界点的位置，通过实验证实这个分界点的存在。
活动5 探究凸透镜成正立放大的像的条件、找出凸透镜成实像和虚像的分界点
教师引导学生认识到物体到凸透镜的距离小于20cm时，除了成倒立放大的实像外，还能成正立放大的虚像。物体在怎样的范围内，通过凸透镜成的是正立放大的虚像？凸透镜成倒立放大的实像和正立放大的虚像之间有无分界点？
教师要求学生通过实验分别找出多个正立放大的虚像，并分别记录下你认为最具代表意义的三个像时物体的位置、像的大小，将实验现象及数据记录到表格中，同时将各成像情况下物体的位置画在印有方格标记的透明胶片上。
学生分组实验，记录实验数据及效果信息。
学生完成实验后结合胶片记录的成像情况展示各组的实验结果，并自己说明自己组记录的三个像是否最具代表意义。为什么？
教师将所有研究成正立放大的虚像的实验组的胶片重叠后。让学生观察并思考：看到了什么，说明了什么？
学生总结出：观察到正立放大的虚像时，物体更靠近凸透镜：观察到正立放大虚像时，物体到凸透镜的距离要比10cm小。
教师在学生充分认识的基础上，概括出：物体到凸透镜的距离小于10cm时，成正立放大的虚像。
教师进一步让学生意识到凸透镜成正立放大的虚像和倒立放大的实像也应有个分界点，分析这个分界点应该在距离凸透镜10cm处。
学生通过实验观察物体在距离凸透镜10cm处的成像情况，确认此时既不能成实像，也不能成虚像。
[设计意图]引导学生自觉运用“连续”的思想。意识到成正立放大的虚像和倒立放大的实像应该有个分界点，猜想这个分界点的位置，通过实验确认分界点。
活动6 对上述探究过程的评估
；在实验数据的记录上按照由大到小或由小到大的顺序较好；处理实验数据可以有多种不同的方法；在对实验数据进行处理时，“连续”的物理思想很重要；自己实验中的各种经验教训。
[设计意图]引导学生养成对科学探究过程及时进行反思的习惯。
8.3拓展延伸，归纳升华
教师告诉学生，对于任何一个凸透镜成像情况进行研究，都会发现这个“分界点”，但不同的凸透镜这个“分界点”到凸透镜的距离并不相同。我们今天各实验组实验的是相同的凸透镜，所以我们找到的“分界点”都在距离凸透镜10cm处。这个“分界点”叫做凸透镜的焦点，这个“分界点”到凸透镜的距离叫做凸透镜的焦距。10cm是就是大家实验中所用的凸透镜的焦距。
教师引导学生以小组为单位总结完善凸透镜成像的规律。
教师强调说明。我们所使用的凸透镜的焦距都是10cm，换用焦距不同的凸透镜做实验，虽然数据可能不同，但所得到的结论是相同的。科学家大量实验的结果充分证明了这一点。
[设计意图]1.学生通过分析，发现了凸透镜成像中两个关键点：即成倒立缩小实像和倒立放大实像的分界点、倒立放大实像和正立放大虚像的分界点，此时结合这两个分界点给出凸透镜的焦点、焦距这些名词，符合学生认知需求。至于这个点为什么叫焦点，到学习凸透镜对光线的作用时才会明白：
2.给出科学名词后，学生再次归纳总结，规范语言，得到初步的规律；
3.对于不同焦距的凸透镜仍能得到相同的规律，使结论具有普遍性，渗透严肃认真的科学态度。
教师提出新问题，为下节课的教学埋下伏笔：凸透镜为什么既能成实像又能成虚像？。
9.形成性练习
1.小军和小民用图1甲所示的装置来“探究凸透镜成像的规律”。
（1）开始时，他们决定先用眼睛来观察一下凸透镜成像的各种情况。于是，他们先把凸透镜固定在光具座上0cm处，小军负责将蜡烛从透镜一侧50cm处逐渐向透镜靠近，小民从另一侧透过透镜观察烛焰，并按照观察到的像的大小进行编号，然后整理记录观察到的几个像的情况如图1乙所示。小军想知道观察到的各个像的先后顺序，小民有些已记不清楚。请你帮他排列出来：
（2）小军和小民要探究凸透镜成像的规律，还缺少的实验器材是__；如果实验室里找不到这个器材，还可以用__来代替。
（3）小军又把蜡烛固定在光具座上30cm处，小民要在光屏上找到烛焰清晰的像，正确的操作是__。
（4）小民进行了正确的操作后，将他的实验数据记录在表2（实验次数1）中：小军看了小民找到的像后，感觉不够清晰，又继续进行了正确的操作后，也将实验数据记录在表2（实验次数2）中；小军和小民都认为自己的实验数据是正确的，二人争执不下，就请物理课代表来裁决，物理课代表又继续进行了正确的操作后，也将实验数据记录在表2（实验次数3）中。
于是，物理课代表认为小军的实验数据是正确的。你的看法是：__。
（5）根据小民、小军和物理课代表的实验数据，可以推断该凸透镜的焦距为__cm；为了证实这一推断的正确性，最简单的实验方法是将蜡烛固定在光具座上__cm处，__。
2.表3是对凸透镜成像规律的总结，请你将表格中的空白处填写上适当的内容。
10.自我点评
在课堂教学中如何将学习内容的掌握转换成学生的内在需求，是教师创设情境是否成功的重要标志；教师能否将教学内容还原成一个有探究价值的问题是科学探究课设计的核心问题。因此，本节课的设计大胆摈弃了先讲解后探究的做法，是因为那样的探究更像是走过场，学生探究的主动性、自发性荡然无存。
关键词：均匀照明；二次光学设计；自由曲面
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
LED（LightingEmittingDiode）即是发光二极管，是一种新型的绿色光源，与传统光源有着很大的区别。随着城市建设的不断发展， LED光源在照明领域的应用范围也在不断扩大。LED光源还具有具有效率高、寿命长、耐用性强、无污染以及控制灵活等优点，这使得其在现代社会中的需求量不断扩大。由于LED芯片的出光为朗伯发光体分布，不适合直接应用，需要对其进行光学系统处理后才能应用。但很多时候，LED光源都无法满足照明灯具的要求，因此，对LED光源进行二次光学设计十分必要。传统的设计方法设计周期很长，对设计人员的要求也比较高。
常用的设计方法介绍
微分方程法
微分方程法的设计基础理论是剪切法。就是通过建立微分方程计算设计值，利用计算值建立自由曲面模型。主要考虑的是建立空间坐标系，把LED光源当做空间坐标系的原点，选用球坐标系的表示方法来表示曲面上的点，用直角坐标系的表示方法来表示照明面上的点。同时设定入射光线、法向量等。从而可以推导出照射平面上的点和自由曲面上的点之间的关系式。由于光的传播遵守能量守恒定理，假设当没有能量损失时，光源发出的能量和照明面接收的能量在数值上是相等的，这样就可以建立能量守恒的表达式，从而得出折射光的角度与与自由曲面上的点的关系式，进而得出自由曲面上的点和照明面上的点的关系式，通过数学微分知识可以得出微分方程式，在利用数值求解法求出相关数据，根据求出的数据建立照明系统模型。
划分网络格法
划分网格法的主要设计基础是能量守恒原理。就是在不考虑能量损失的前提下，按照光源发出的能量和自由曲面接收的能量相等的规则，将光源和照明面进行网格划分，通过照明面上的点和光源的映射关系，再利用迭代计算法就算出光学系统中的各个数据点的坐标，进而计算出映射点的法线矢量，以确定透镜表面的模型。设计时要根据实际需求选择LED光源，尽量提高光能的利用率。该法比较直观，主要利用了能量守恒的原理，利用光源与照射面上的点的映射关系来进行设计。数据很精确，且设计效率很高，也不需要校验，可以有效地解决照明度的分布问题，是一种比较有效的设计方法。
二、基于均匀照明的LED透镜设计原理
（一）折射定律推导
根据边缘光线的原理，目标平面上的任意一点的能量都是由边缘光线所决定的。以光源所在的位置建立如图1横纵所示的横纵坐标系。
图1 自由曲面与入/出射光线之间的几何关系
用表示入射光线，和透镜面的焦点为A，坐标为（X，Z），出射光与平面相交于一点B（Xα，H），透镜曲面的法向量设为。根据这设定理有:
n1sinα1=n2sinα2 ⑴
其中，n1 ,n2为入射光何折射广的折射率，α1,α2 为入射角和折射角的角度。光经过透射镜射入空气，而空气的折射率是1，即n2=1，投射材料的折射率n1 也为n，即n1=n，将各个数据代入到公式（1）中，可以得到一个新的推导公式：
n sinα1= sinα2⑵
利用三角函数的公式经多次转换并两边求导可得：
⑶
由于方程实际上是一个f（X,Z,Xd）的函数，为了求得该方程，还需要建立一个附加的方程，即Xd=g（X，Z）。
（二）Xd=g（X，Z）方程的建立
透镜设计是建立在一个特定距离上的照明办法，一般可以认为目标面上的E是一个定值，因此，可以得到：
φ1=E·S⑷
式中的φ1指的是照射在目标面上的总的光强度，S指的是照明的总面积。要实现光能的最大利用目的，就必须使光源出射光的强度同目标面上的强度相同，也就是说出射光源φ0和总光强度φ1在数值上是相等的。用图2表示整个照明模型。
图2 照明模型
图中标注的R0是指目标面的半径。为了达到均匀照明的目的，在均匀的目标面上，E值是恒定的。照明目标面上的特定区域内的光强和整个照明目标面上的光强φ1之比与该特定区域的面积和整个照明目标面积之比相等，也就是：
⑸
如果从光源的角度考虑，在φ的光锥内出射的光强φ3，相对的总光强φ0的比例为：
⑹
经过推导换算可得：
⑺
则有： ⑻
(三)小结
将Xd的表达式（7）和（8）代入式（3）中化简以后，可以得到一个微分方程式dzldx=f（x.z）。由于该微分方程的比较复杂，如果要直接求解方程式比较困难，因而可采用数值求解方程式。可以设定自由曲面与z轴的交点坐标为一个定植，如（0，Z0），然后再使用数值法进行求解。可采用Runge-Kutta法等进行求解。
三、设计实例
对设计实例，采用了上述方法设计实现了均匀照明的设计。首先，选择3W的大功率白光LED作为白光芯片，发光效率为120lm/W,以PMMA作为透镜材料，利用Tracepro系统进行仿真模拟。在模拟过程中，选择0.1%的总光线亮进行显示，得到如图3所示的结果。根据图谱可以看到，产生的光斑比较均匀，有效半径在200mm左右，光斑的半角强度大约是26.5。，均匀照明度均优于90%，中心照明度大约是138lux，光学系统的效率大于90%。利用该自由面对LED进行裴匡，可以有效改善照明系统的照明均匀性，从而实现照明系统在特定的区域范围内的均匀照明，在很大程度上提高了照明系统的光能量的利用率，减少了能量损失。
图3 实验结果
图4 手电的均匀照明
除了上述的均匀照明灯的设计，设计一款均匀照明的手电。主要的性能指标是：在8米射程内，形成一个半径在1米以上的均匀光斑。选用3W的大功率白光芯片，发光效率100lm/W,透镜材料为PMMA，系统的折射率为1.49，采用Tracepro系统进行仿真模拟，得到如图4所示的结果。根据测试结果可见，得到的均匀光斑的射程为8米，光斑半径约为1米，整体的平均照明度大约是11lx，光学系统的效率大于90%，均匀照明度均在90%以上，光学系统的效率也大于90%。
四、结论
本文根据光的折射原理，推导出了关于LED光源实现均匀照明的透镜设计的设计方程式，然后通过MATLAB程序编程求解，3D设计软件利用计算出来的数据绘制出透镜曲面，从而建立光学透镜的模型。光学计算软件Tracepro可建立整个光学系统，准确地进行配光设计，并对设计结果进行验证，从而改善照明系统，以实现特定区域范围内的均匀照明。利用这种设计思路对LED光源进行设计，可以有效地减少设计周期，节约成本，提高LED光学系统的利用率。
参考文献：
[1] 李竞.实现LED矩形均匀照明的透镜设计[A].应用光学,2011,32(2):211-214.
[2] 颜杰,叶兵.实现LED均匀照明的透镜设计[A].现代显示,2012,(2):38-42.
[3] 史永胜,买迪,宁磊.实现道路均匀照明的LED自由曲面透镜设计方法综述[J].照明工程学报,2010,21(5):73-76.
【关键词】半导体激光发射器；磁性底座；亲磁性；移动组合；光学实验
一、研制的背景
目前中学实验室中，光的反射折射透镜成像的激光光学演示仪，氦氖激光器光源固定在示教板的下端机箱内，光线竖直射向上端固定安装的五块介质膜分束反射镜上，靠转动反射镜改变出射光线的角度。由于光束出射位置固定，光束位置移动受限，不能灵活地组成各种光路。且一束光线分成五束后，一条比一条暗淡，实验效果不佳。为改变上述缺点，设计制作了《移动式激光光反射折射透镜成像演示组合装置》。
二、组合装置的结构和工作原理
1.组合装置的结构
本组合装置由小型的两个能发射一束光线的半导体激光发射器（图1）和一个能发射两束光线（其中一束光线可任意改变出射角度）的半导体激光发射器（图2）、反射镜、三棱镜、折射块、透镜、小孔、单双缝、劈尖、牛顿环、偏振器等光学组具、光度盘、水平量尺、垂直量尺、亲磁性示教板和光屏等组成。半导体激光发射器、各种光学组具和水平、垂直量尺均安装在磁性底座上，可任意移动放置在亲磁性示教板上，例如图3凸透镜成像演示实验。
2.半导体激光发射器的结构和工作原理
由图4可知，半导体激光发射器由壳体、外接电源插座、激光开关、纽扣电池夹、纽扣电池、电路板、半导体激光管、光斑大小调整部件、柱面镜、光起点调整伸缩镜头、伸缩镜头调整锁紧螺钉、高度调整锁紧螺钉、环型磁性底座等组成。打开开关，激光从半导体激光管射出，经过激光出口镜头内的柱面镜后，形成与亲磁性示教板垂直相交的扇形光束，在亲磁性示教板上显示出光束的径迹，在光束的径迹上放置各种光具，便可以做相应的光学实验。
3.半导体激光发射器的直流恒流驱动电路和工作原理
半导体激光管POT2内部由两个部分组成。如图5所示，1脚与2脚内部是激光发射部分，它的作用是发射激光。1脚与3脚内接半导体光敏元件，是激光接受部分，它的作用是监测发出的激光强度。POT2半导体激光管具有体积小、重量轻、耗电低、驱动电路简单、调制方便、耐机械冲击以及抗震动等优点，但它对过电流、过电压极为敏感。流经半导体激光管的电流会随工作温度的升高而增大，半导体激光管易因过流而损坏。因此，在使用时，要特别注意不要使其工作参数超过其最大允许值。采用直流恒流源驱动半导体激光管的方法能解决这一问题。图5是为POT2设计的直流恒流源驱动电路，其工作原理是：流经POT2的1、2脚电流因工作温度的升高而增大时，激光输出会随电流的增大而增加。激光输出强度的增加，使1、3脚内光敏元件电阻减小，A点电位升高，Q2导通量增大，B点电位下降，Q1集电极电流受控减小，致使流经POT2的1、2脚电流减小，反之亦然。调整可调电阻VR，使流经POT2的1、2脚电流为其典型值35MA。该电路结构简单、可靠，实际使用效果好。
三、半导体激光发射器调试和使用方法：
1.半导体激光发射器电路安装好后，在未装入壳体前，先调整激光光斑。打开电源开关，让激光射向远处墙壁，轻轻旋出或旋入光斑调整部件，得到最明亮、大小合适的激光光斑。
2.根据实验需要，选择单束或双束半导体激光发射器，放置在相应的位置上，扭松高度调整锁紧螺钉，调整半导体激光发射器的高度，以适应不同光具的需要，得到最清晰的光线径迹，合适后扭紧高度调整锁紧螺钉。
3.拧松双束激光发射器上端的发射器转动锁紧螺钉，拨动上端的激光发射器，可改变光束的方向。方向确定后，拧紧锁紧螺钉。
4.扭松半导体激光发射器伸缩镜头调整螺钉，调整激光出口伸缩镜头进出位置，可调整出射光线的起点位置，合适后扭紧伸缩镜头调整锁紧螺钉。
四、本组合装置创新点
1.自行设计组装的磁性底座半导体激光发射器，外形小巧，耗能低，造价低，发射的光束明亮，无须暗室，光束径迹能清晰地显示在示教板上，能调整其高度与光束径迹起点位置，使其能配合各种不同高度的光具；
2.能单独放置且能发射两束光线（其中一束光线可任意改变出射角度）的半导体激光发射器和单独放置能发射一束光线的半导体激光发射器，可移动放置和调整组合发出不同方向的光线，给各种光学实验提供合适的光源。克服了原实验室配置的光学演示仪由氦氖激光器发出一束光线后分成五束，一束比一束暗淡且不能随意移动的缺点；
3.半导体激光发射器和各种光具均安装在磁性底座上，可任意移动放置在亲磁性示教板上，组合成各种光路实验，克服了原实验室配置的光学实验装置光源固定，移动受限，光具只能悬挂在示教板的横梁上或固定在示教板中间，不便组合成多种光路实验的缺点；
4.设置测距、测高的水平、垂直量尺，便于读取实验数据；
5.在示教板左侧设置可改变方向的光屏，便于观看光的干涉衍射现象。
五、实验举例
1.光的反射定律演示实验
如图6所示，将带磁性底座的光度盘放置在亲磁性示教板中间，把带磁性底座的反射镜按图6位置安放在光度盘上。把半导体激光发射器放在合适位置，调整其高度，使光束的径迹清晰地落在光度盘正中位置，轻转光度盘，使入射光线以不同的入射角射向平面镜，读出反射角，分析对应的入射角和反射角的关系，得出光的反射定律。
2.杨氏双缝干涉实验
将扩束镜安置在带磁性底座的光具架上，将刻有双缝的照相片安置在带磁性底座的夹持架上。把半导体激光发射器、扩束镜、双缝的照相片按图7的位置摆放在亲磁示教板上。调整半导体激光发射器的高度和激光发射方向，调节夹持架，使双缝置于扩束镜光路中。调节扩束镜与双缝距离，使光束正好充满双缝。观察光屏上产生的干涉条纹。变更双缝间距，比较干涉条纹间距的变化，验证条纹间距的公式。
【关键词】运动镜头 摄像机稳定器 镜头语言 无人机航拍
1 摄像机运动镜头实现之一：摇臂
摇臂就是利用杠杆的平衡原理，摇臂一头挂载摄像机，别一头配上合适的配重，从而实现平衡。操作人员通过操纵臂杆的运动，利用上下和左右两段弧线运动轨迹，实现摄像机的运动并拍摄出运动镜头。拍摄中，臂杠的运动和摄像机的指向要相互配合，保持相对稳定，从而使被拍摄主体始终保持在画面中央。用好摇臂最基本的要求是三个字：稳、匀、准。稳，就是起幅、落幅时用力要稳，不能使摇臂晃动；匀，就是在运动过程中速度要匀，运动的目的性明确，不能忽快忽慢；准，就是运动过程中要对准所拍摄的主体，目的明确，特别是单一主体时，主体在屏幕中的相对位置要固定，绝不能在运动过程中将主体丢失。在拍摄中要表现好运动，还必须选好参照物，没有参照物就无法表现动感。首先，参照物距离摄像机越近越好，参照物越近，动感越强；其次，参照物也可作为画面的前景来使用。例如：广场大型活动中摇臂摄像机掠过观众头顶的镜头，参照物就是观众，机位越高则动感越弱，只有在观众头顶掠过才能产生很强烈的冲击力和动感；另外，舞台前的绿色盆景、舞台上空悬挂的道具，如伞、气球之类，也可作为参照物使用，同时也可作为画面的前景。只有选好参照物，才能产生事半功倍的效果，虽然臂杆运动速度不是很快，但镜头的冲击力很强烈，其效果是十分明显的。摇臂可以一人操控，也可两人配合操作。很多摄像人员都习惯于单枪匹马，但究竟是一人操控、还是两人配合操控好，要看具体情况而定。一个人操控时，他既要控制摇臂臂杆的运动，又要控制摄像机镜头的指向，如果是拍摄大场面，再用上广角镜，运动速度比较舒缓，一人操控也还是可以的。但是，如果对运动有更进一步的要求，例如：臂杆运动速度加快、起幅落幅时加速度提高、画面需要精确定位、使用变焦镜头往上推时，一个人恐怕就力不从心了，这时必需两人 配合才能完成这些镜头的拍摄，但两人操控有一个互相配合的问题。
2 摄像机运动镜头实现之二：航拍器
航拍能够实现高低空多角度运动镜头，能够达到摇臂无法实现的高度进行俯拍全景，给人以全新的视觉感受，画面表现力更强。相比传统坐直升机进行的航拍，目前应用最多的是无人机航拍技术。
无人机航拍是将运动摄像机搭载在四旋翼或六旋翼飞行器上，通过飞行器的运动以及自身轴向变化调整好角度，实现大场景的运动拍摄及特殊运动效果拍摄。无人机航拍，应用领域广泛，运动镜头效果更好。可实现从地面到高空连贯运动镜头拍摄，以及高空俯拍地面全景，以平视的角度拍摄处于高处的物体等。。但在使用无人机航拍时一定要遵守国家航空管理相关规定，在允许的范围内使用航拍器，并远离电磁干扰场所。航拍器起降应在相对空旷地带进行，避免伤人。
3 摄像机运动镜头实现之三：手持三轴陀螺仪稳定器
利用三轴陀螺仪稳定器具备稳定的特性，可将单反等拍摄设备搭载在稳定器上，通过拍摄者手持跑动拍摄出需要的运动镜头。由于这种运动镜头是通过拍摄者位置的移动来实现的，所以拍摄灵活性更强。。使用时，膝盖略屈，步子碎一点，短一点，别人走一步的频率和间距，咱们走两步，这样振动也和拍摄对象不同步，可以降低步法的高低起伏。手臂90度屈臂，力量适中，太放松控制不住，太僵硬稳定器反应太明显，人体手臂是有一定保持位置的功能的，虽然有一定的轻微抖动，但再通过放大的框架，作用在相机上就不大了。构图方面，机器尽量不要朝对象正前后拍摄，在正前、正后的镜头里，背景是基本不变的，这样的背景参照物会很明显，一丁点的变化，都会反映出来。最好是跟拍对象的斜前或斜后，这样拍出来的背景变化丰富，具有透视关系，画面变化复杂，难于捕捉震动的参考。当然，更好的路线是围绕跟拍对象角度不断变化，背景变化就更丰富了，这更是手持稳定器的优势。
4 摄像机运动镜头实现之四：斯坦尼康摄像机稳定器
相比于手持三轴陀螺仪稳定器只能搭载小型拍摄设备的局限性，斯坦尼康摄像机稳定器几乎可搭载各种拍摄设备，其优良的减震稳定性，可实现更加灵活的运动镜头拍摄。在直播和舞台演出中多有应用。STEADICAM（斯坦尼康）摄像机减震器通过伸缩钢丝来保持平衡及控制摄像机的升降，好像绑在身上的小型升降臂。。碳素纤维主支柱重量轻、承重高。
斯坦尼康有着极大的的灵活性、便利性。它可以拍摄比摇臂时间更长的长镜头，可以适应山地、台阶等更多的环境，可以完成更为复杂的移动镜头拍摄。
斯坦尼康是高度人机结合的设备，不是所有的人穿上就可以拍出理想的效果，斯坦尼康需要对走路姿势，腰肩的角度，手臂的随和程度，手指的分配，机器三轴向的配平等若干环节进行专门的训练和校调。
5 摄像机运动镜头实现之五：轨道拍摄
轨道拍摄，拍摄设备在事先铺好的滑轨上移动，从而实现特定轨迹的运动镜头的拍摄。轨道拍摄，运动镜头的实现受限于轨道铺设，灵活性较差。
全尺寸轨道车要求能承受两人以上的重量，一名摄像师，一名跟焦人员。大型全尺寸轨道车都相对比较重比较稳，使用的轨道多以2米长度0.65米间距为准。全尺寸轨道车多以三组驱动方式为主；轨道轮驱动，汽轮驱动，电动轨道轮驱动。
（1）轨道轮多以广告公司，电影公司，mv拍摄公司为主，需要摄像师和跟焦员和轨道车推手长期配合。
（2）汽轮多以需要多次变更场地，多景别的拍摄方式为主。
（3）电动轮多以演唱会，婚礼，大型演出，大型记录片使用为多，电动轮可脚控，方便摄像师快速换场地，或运动状态下拍摄，也可以用匀速控制器来控制轨道车的匀速运动。
一、光学镜头的设计原理
为了获得一个较理想的光学镜头,光学设计人员首先要清晰明确地了解使用要求、使用效果和设计结果。在设计要求方面,设计人员对镜头所要求的焦距、孔径、视场、最近成像距离等光学特性参数和分辨率、畸变、光学传递函数等成像质量特性参数都应熟悉。光学镜头设计者首先要从光轴上的某点开始追踪少量的光线,这里所假设的是每个物象点都会在胶片平面上形成与之相对应的点,所以发自物体的光线都将被转化为这样的成像点,并且具有同样的相对位置。光线是由不同波长的、有颜色光波组成的,而且当光线进入镜头时不同波长的光波具有其独特的光学路径,而且理想的光线不可避免地会被镜片所干扰而产生象差。镜头设计的第一要素就是对这些象差进行了解和控制。通过三角几何函数可以计算出校正的光线路径和现实的偏移量,这两者之差被称为光线路径差,使用来控制象差的依据。典型的象差有球面象差,晕光和失光。
在上世纪三十年代,尽管人们对象差进行了量化,但象差始终是镜头设计的困扰因素。对于设计者来说,如果想对象差进行校正,就必须知道特定象差对于成像会造成什么影响。球面象差会影响象场中央部分的成像,象面弯曲的程度说明了角部的校正情况。
更多的镜片给设计者带来了更大的自由度,由于有更多的镜片进行表面处理设计,设计者就可以在更大程度上控制象差。但是更多的镜片也意味着更高的造价,也更加趋于更小的生产宽容度。现在对新镜头的设计要求也越来越高。新的SummiluxR1.4/50要求到达2个设计目标:收缩光圈后像质的显著提高和全开光圈时整个画面要达到非常好的像质,这两项要求都是它们的前代们所未能达到的。目前光学设计部门大量使用了计算机,计算机及其计算机程序本身是无法找到全部答案的,也就是说设计者是不可能随心所欲地来操纵镜头的诸多变量的。但是借助于现代计算机的强大能力和对光学理论的进一步研究,光学设计人员对5级赛德尔(Seidel)象差的了解已经扩展到包含有60多种各种各样的象差。现代计算机可以做到每秒钟追踪计算200?郯000条光线,各种参数的数量也在增加,对于一个6片镜片的设计,计算机需要进行许多年的计算才能找到全部可能的结果,而所需的时间是天文数字――以1开头,后面有99个0。
自上世纪八十年代末至今的第三代光学镜头设计的特点是在镜头设计的两大制约因素――机械精度和可接受的成本――之中寻求更加优异的光学设计。现代Leica镜头的设计是用来挑战胶片颗粒的极限的。如果说有什么设计知道原则的话,那这个原则就是:对低频空间频率的极高的反差表现和对高频空间频率的高反差表现。这样的表现本身就不是容易达到的,而且有全开光圈时候对于象场的大部分区域要有如此的表现。
二、光学镜头的设计和使用必须紧密结合
自2007年发起第一笔收购至今，脸谱已完成13笔收购。其中，2011年之前的9笔收购都是为了提升其产品的用户体验和客户粘性。而从2011年开始，其收购方向发生非常明显的变化。一方面，更加注重挖掘营收价值。对于拥有亿万网民信息的脸谱来说，进一步收集丰富的用户行为数据，深入挖掘用户背景资料和社交行为，是提升其流量变现能力的重要途径。另一方面，更加注重和加速在移动互联网上布局。
一系列收购动作不仅体现了脸谱战略思路的转化，更折射了当前互联网发展两个不容忽视的趋势。
一是社交化趋势。脸谱的发展显示了互联网社交化趋势的到来，网民间的互动行为与信息传递开始基于人与人之间的真实社交关系来开展，改变了传统的互联网信息推送模式。为了应对挑战，谷歌也推出了新的社交产品。该产品能否撼动脸谱的地位姑且不论，但是谷歌显然已经意识到，在社交化浪潮下，将个人信息及其社交关系融合到信息推送的算法中，将大大提高信息推送效率和精准度，引发互联网营销和电子商务的重大革新。社交网络将会成为未来互联网的基础架构，谷歌需要在精密但机械的数据算法中加入社交化因素。
二是移动化趋势。移动化代表着互联网的未来，不仅基于手机上网的全面普及，同时也因为移动互联网领域已经呈现出不同于传统互联网的全新生态系统。苹果公司成功开启了整合硬件和软件、终端和云端、供应商和消费者的盈利模式。谷歌近期对摩托罗拉的收购，也显示其对产业链上下游全面整合的意图。在这种趋势和背景下，脸谱自然需要迅速抢占移动市场，年初以来对消息群发服务商贝鲁加和手机应用开发商斯那图的收购，以及群发短信服务的上线，都是其在移动互联网领域的布局之作。
至年底，全镇工农业总产值突破27.14亿元，其中：工业产值突破24.84亿元，增长率为164.26%；农业产值突破2.3亿元，增长率为12%；固定资产投资完成7.6亿元，增长率为16.92%；招商引资合同金额完成6.5亿元，占全年任务的107%；农村人均纯收入突破5918元，增长率为11%；完成本级税收617.04万元，增长率为58.13%。
在上半年，桥头镇各村委均出现了不同程度的水灾和旱灾。在这种情况下，桥头镇及时采取各种措施抗击灾情，通过全镇人民的共同努力，农作物仍实现较大丰收。其中：粮食总面积29303亩，总产量达9722吨；其中水稻面积24189亩，总产量达8314吨；玉米1500亩，蔬菜12587亩，花生5536亩，豆类1426亩，水果5674亩，全镇生猪出栏量32574头，三鸟饲养量186200万只，水产养殖3900亩。桥头镇坚持不懈地做好防洪、抗旱工作，全力推进灾后复产和灾后重建工作，使农业基础地位进一步得到巩固。
桥头镇经济延续了上一年的良好势头，镇域经济继续保持又好又快发展的态势。坚持以项目落实为依托，全面促进工业经济发展，并进一步加大招商引资力度，增强发展后劲。桥头镇在服务投产项目、跟踪在建项目的同时，千方百计加大招商引资力度，不断引进工业项目。
2011年，桥头镇扶贫开发“双到”工作在挂扶单位的大力支持下进展顺利，成绩良好。需要挂扶的294户贫困户全部实现提前一年脱贫，村集体经济收入达到脱贫标准，“广东省扶贫济困日”活动成功开展，低收入住房困难户住房改造工作进展顺利。桥头镇的低收入住房困难户51户，全面完成住房改造任务。此项工程的开展，极大改善了低收入住房困难户的居住环境，使住房困难户住有所居的愿望得以实现。
镇党委、政府心系人民，情系群众，高度重视民生工作，强化责任，把民生工作抓出实效、抓出成绩，让群众切实得到实惠。在全面完成农村安全饮水工程建设后，桥头镇继续加强建后管理，不断深入推进村村通自来水的规划和建设工作，进一步解决农村自来水饮用水问题；认真做好农村合作医疗和居民医疗保险报销工作，有效杜绝农民“因病致贫”现象发生，同时积极开展2012年城乡居民医疗保险工作，使其覆盖面达到100%，全面完成了市社保局下达的医疗保险任务；积极开展农村富余劳动力转移工作，全面完成上级下达的劳动力培训任务，加强农民工技能培训和农村青年技能培训，提高农民工和农村青年的就业率，增加农民经济收入；继续完善镇域公路建设，全年共投入公路建设资金510多万元，为促进农村经济发展奠定了坚实的基础；新农村建设得到加强，相关工作稳步推进，重新规划选址亚婆石廖屋幸福新居作为新农村建设示范村，力争打造一个符合现代化标准的新农村。
2011年，桥头镇还投入3000多万元进行墟镇建设，确保各项市政工程按时建成投入使用，使广大居民真正体会到实实在在的变化。
招商引资工作取得新突破
致远、神特、东桥、新东钢、实益长丰顺利生产并实现了工业产值24.8亿元，比2007年1.5亿增长了23.3亿元。
黑马涂料、启利达、精益五金、益旺畜牧、新东钢二期均建设顺利，前四家企业有望今年投产，新东钢二期预计明年可以投产，仅新东钢届时可实现产值70亿。
深粤华、亿利鸿源、清远优瑞、清远优立美克、英德天龙、英德立地木业、外岭山泉水等企业正在筹建之中。
此外，新材料基地正在征地之中，可容纳企业十多家，有望三年内达到100亿元的工业强镇。
“三农”工作得到强势推进，
农村基层工作成绩显著
农业基础地位得到进一步巩固。2011年实现农业产值2.3亿元，自2007年以来年均增长10%，农村人均纯收入5918元，自2007年以来年均增长11%，农民生活水平显著提高。五年来，全镇共投入资金1550万元，对博下水库、将军大塘、三叉塘、石角大塘、板甫水圳、红联水圳、潭坑劳绿圳等主要水利设施，进行了除险加固。
乡村桥梁道路跃上新台阶，交通环境得到彻底改善。五年来共投入资金4800多万元，铺设了45条道路，总里程160公里；投入1600万元，建设好博下大桥和板甫徐屋大桥。2010年被清远市老促会评为老区公路建设先进镇。
农村饮水安全，林权制度改革，扶贫“双到”工作顺利完成。投入3100多万元，解决了全镇24568人的饮水不安全问题，解决了长期困扰桥头发展的难题：108200亩的林权证得到顺利发放，17宗山林纠纷得到有效调解，得到市委市政府和人民群众的一致好评；博下、潭坑商业物流中心已建成投入使用，51户低收入住房困难住户已完成住房改造任务，亚婆石廖屋新村已动工建设。
城市化水平得到新提升
五年来，桥头镇投入资金3600多万元，强势推进城镇工程建设：投入1400多万元建设新行政服务大楼；投入450多万元建设南北中轴线；投入1000多万元建设人民广场和桥头公园；投入200多万元完成路灯安装；投入300多万元进行“三边”整治工作；投入30多万元打造样板街；。
社会各项事业取得全面进步
教育、卫生工作得到强势推进，完成各项目标任务，成绩显著。桥头镇认真贯彻实施“教育强镇，卫生护镇”理念。使广大群众实现“读者有其书，病者有其医”的目标。
计划生育得到强势推进，创建“双无”工作成绩显著。桥头镇率先出台了《桥头镇计划生育基金管理办法》，成功稳定桥头镇低生育水平，连续四年实现“双无”目标，连续多年被评为先进镇，并于2010年成功升为“计生”一类地区管理。
1．农村基础设施性质
（1）公共性与社会性。公共性是指基础设施的非竞争性，为公众共同享有，任何人都无权阻止他人使用基础设施；社会性是指基础设施面向整个社会几乎所有的部门，而非单独向个体提供服务。（2）长期性。相对于短期经济增长而言，基础设施投资对长期经济增长的推动作用更加明显。根据索罗经济增长模型可知，长期经济的增长取决于技术进步、储蓄率的提高与人口增长率，而对于基础设施投资的增加取决于储蓄率的提高。因此，从农村基础设施投资对经济增长发挥作用的期限而言，基础设施投资具有长期性。（3）间接性。基础设施投资对经济的增长具有间接性，基础设施投资并不像原材料那样一次性投入进去直接生产出产品，而是在每一批次产品的生产过程中一次次折旧进去。
2．农村基础设施投资对农村经济增长的作用
正如林毅夫在其发展论坛中所言，农业基础设施建设将使农村经济和社会事业长期受益，农村经济的发展进而可以扩大全国的市场规模，不断为全国经济增长提供新的空间，提升经济发展水平［4］。（1）农村基础设施投资对经济增长具有明显的推动作用农村基础设施投资对于农村经济的增长起着明显的推动作用，根据乘数理论，基础设施投资对经济增长具有乘数效应，基础设施投资的增加可以带动经济的数倍增加。（2）农村基础实施投资的增加促使国内总需求增加农村基础设施投资增加会使国内总需求增加，国内需求的增加促使产出水平增加，从而使国民收入水平提高。国民收入水平的提高会进一步刺激消费，提高投资水平，使经济得到新一轮的增长。（3）农村基础设施有利于改善农村环境，促进经济增长我国十六届三中全会就提出可持续发展的战略，其核心是强调社会、经济、生态、环境的可持续。农村基础设施条件的改善，就是农村生产和生活环境的改善。农村基础设施水平的提高可以使农村生产环境得以优化，基础设施条件的加强增加了农村抵御自然灾害的能力，给安全提供了更好的保障。环境的改善不仅可以体现出农村生产发展支撑力的提高，还能体现出农民生活质量的提高。
二、我国农村基础设施建设中存在的问题
1．农业基础设施投资水平比较落后
相对于城市基础设施投资而言，我国农村基础设施投资远低于城市的投资水平。部分地区不够重视农村的发展，造成了城乡基础设施建设上的巨大差距，形成了城乡有别的投资机制。不仅如此，一些地方政府的税收政策也明显偏向于城市建设，导致了农村基础设施投资水平的相对落后。由图1可见，我国近年来对于第一产业的固定资产投资呈持续增长的趋势，从2004年的投资额不到2000亿元，到2011年投资额接近9000亿。显然，我国政府已经意识到了问题的严重性，对于第一产业的投资额不断增加，投资总量不足的问题在未来有望得到缓解。从图2可以看出，2000年我国政府财政支出为1231．5亿元，其中农业支出占7．8％，到了2011年，我国政府财政支出已经达到10497．7亿元时，投资于农业的财政支出为9．6％。显然，“十五”以来，国家已经认识到投资在农业方面的资金不足，并且已经在很大程度上改善了农村基础设施的投。
2．我国农村基础设施融资渠道单一
由于农村基础设施具有建设周期长、投资金额巨大、资金周转慢、风险大且收益低等特点，使得基础设施建设在吸引农村社会闲散资金和民间资本上存在着一定难度，这也是农村基础设施建设多由政府主要投资的重要原因。同时，政府缺少对农村基础实施投资的激励措施，对于企业、居民投资于农村基础设施缺少相应的法律与政策，从而导致基础设施产权不明晰，从而降低了企业、居民对农村基础设施投资的意愿与倾向。
3．基础设施内部结构不合理
长期以来，农村基础设施投资主要投资于一些投资回收期短、投资回报率高、容易体现政绩的一些公共设施项目。而对于农村可持续发展的基础设施，如医疗、教育、环保等方面基础设施投资供给严重不足。由于政府、企业、居民对投资项目的不同偏好导致了农村地区的医疗设备、教育设施、卫生基础设施出现供给短缺的局面。基础设施内部结构的不合理体现在两方面：一方面，全国性和地方性的农村基础设施之间结构不合理。全国性的农村基础实施投资往往会受到重视，而对于地方性农村基础设施建设却得不到应有的重视，造成全国性与地方性农村基础设施建设投资不均衡。另一方面，农村基础设施内部各成分之间的结构也存在着不合理性。一些地区非常注重交通、农田水利等方面的建设，这当然是出于推动地方经济增长的动机，但同时却忽略了文化娱乐、环境保护、医疗卫生保健等设施的建设。在今天，更高更快的经济增长速度已经不再是这个社会的唯一追求，我们同时也需要建设一个令广大农村群众更具有幸福感的社会。无疑，这对农村社会性基础设施的建设提出了更高层次的要求。
4．建设资金使用效率低下
目前我国农村基础设施投资效率较低，基础设施建设资金管理混乱，部分地区还出现了严重的滥用、挪用现象，如国家合疗资金、支农资金经常被挪作他用，导致资金使用效率低下，严重影响了农村基础设施建设的正常有序进行，农村基础设施建设资金使用效率的低下阻碍了农村经济进一步发展。
三、我国农村基础设施投资对农村经济增长作用实证分析
农村基础实施投资对农村的经济增长具有明显推动作用，本文对农村基础实施投资各项投入与农村经济产出进行回归分析，得出各项基础设施投资对农村经济产出的贡献程度。。农村生产总值用农村经济产出指标表示。各项投入指标与产出指标见下表。以上数据选自于《中国统计年鉴》及《中国农村统计年鉴》中2000－2011年度的时间序列统计数据。我们对各项指标采取对数的形式对数据进行平滑处理以便进行分析。2．农村基础设施投资与农村经济产出回归分析本文采用Cobb－Douglas生产函数模型对我国农村基础设施建设对农村经济增长之间的关系进行实证分析。模型如下：LnY＝β0＋β1LnX1＋β2LnX2＋β3LnX3＋β4LnX4＋β5LnX5＋μ模型中，被解释变量Y表示农村经济产出；；β0、β1、β2、β3、β4、β5表示各项基础设施投资对农村经济产出的影响程度，μ是随机误差项。3．计量结果与分析通过运用Eviews6．0统计软件对上述模型数据进行实证检验，得到回归式如下：Y＝31．87＋0．17X1＋0．087X2＋0．31X3＋0．011X4＋0．015X5（1）线性回归方程（1）估计了农村基础设施各项投入对农村经济的贡献程度。从回归结果看，F值较大，说明方程通过了显著性检验。方程的拟合优度较高，R2＝0．998，调整后的R＝0．997，说明模型的整体解释能力较强。从方程可以看出，农村电力设施、农村机械设备投入对农村经济的产出影响较大。因此，如果国家在这两方面基础设施的投入力度能够持续加大，将更加有利于农村经济的进一步增长。
四、结论和建议
谋求农村经济的发展，其基础性条件就是基础设施的建设，这对于促进农村经济的正常运行至关重要。通过农村基础设施投资对农村经济产出影响的实证分析，我们得出，基础设施投资是促进农村经济增长的重要推动力。
1．加大我国农村基础设施建设的投资力度
农村的基础设施建设，尤其是水利、电力、机械设备、道路等基础性设施，这些基础性设施对农村经济的增长具有明显的推动作用，应加大对以上各项的投资力度，以促进农村经济的持续稳定发展。
2．明确农村基础设施建设的投资重点
突出农村基础设施建设的重点领域，在农村的教育基础设施、农田水利设施、农业科技进步、农村卫生设施、文化设施及农村社会设施等方面加大投资力度，明确建设重点及优先建设领域，正如我们实证分析中提到的，尤其要加大对农村电力设施、农村机械设备的投入。在不为财政增加压力的前提下，合理推动农村经济增长。
3．建立健全农村基础设施建设的投融资机制
农村的基础设施建设投资，大多数以政府投资为主导，在地方财力有限的情况下，应逐步形成政府投资引导的多渠道、多元化投资体系。首先，应充分发挥居民、企业对基础设施建设的支持作用；其次，应开办以农村基础设施项目收益权或收费权为质押获取贷款的金融工具；最后，如许多学者所提出的那样，实施PPP融资方式［7］。
4．因地制宜，分步建设，整体规划，全面地推进农村基础设施的建设
化工建设一直以来都是国家财政主导的重点投资项目，但是目前我国已经全面进入了经济转型的新时期，市场中竞争压力不断加大，投资主体也发生了相应的变化。为了提高市场竞争能力，扩大经济效益，投资单位一定要充分的做好项目风险及收益的评测与分析工作。为此，文中对当前化工建设项目投资过程中常用的技术经济评价和实证分析工作进行了阐述，并对技术经济评价的方法进行了让说明，希望提高行业内的投资能力，以实现经济效益与社会效益的统一。
关键词：
化工建设；项目投资策略；经济评价；实证分析
与其它投资项目相比，化工建设投资项目对资金和技术具有极高的要求，只有投入充足才能保证资源的充分、合理利用，从而产生丰厚的投资回报[1]。但同时，化工建设项目投资可能会同时伴有较大的风险，只有选择合理的技术经济评价方式才能帮助投资者及时发现项目投资中可能存在的问题，规避投资风险，确保投资资金的有效回收。
一、技术经济评价与实证分析
技术经济评价工作的核心内容是对项目投资过程技术投入的经济合理性进行定量评价。技术经济评价工作主要分为微观技术经济评价和宏观技术经济评价。。但是随着市场经济的不断发展，化工建设项目的投资主体逐渐发生了改变，行业内部的竞争压力不断加大，不合理的投资方式将会导致投资者直接承受巨大的经济损失，为此，现阶段的技术经济评价工作已经逐渐由宏观评价向宏观与微观相互结合的方向转移。在投资过程中，企业、行业或是地区等应该以投资和收益主体的视野思考技术及经济投资的合理性，并对技术方案本身能够引起的经济利益关系进行全面的计算分析[3]。技术经济评价工作主要包括五方面的特性，即：除法和减法、总量和增量、静态与动态、总值和年值、综合优化。从技术评定的主要方法来看，宏观技术经济评价工作主要从化工项目所能产生的纯收入和国民收入两方面进行技术分析；微观技术经济评价主要从项目所能产生的实际利润的角度对技术进行评估。
实证分析（PositiveAnalysis)是指对某个具有实际操作价值的活动中，行为主体经济活动的评价和分析。从化工建设项目投资的角度来看，实证分析工作的主要目的分析投资活动的实际意义和价值，对现存的经济、技术、市场发展、投资者能力等客观的条件进行评定分析验证项目投资的可实施性，从而为项目投资主体的投资行为提供有价值的建议。项目实证分析的主要方法有四种，分别为：均衡分析与非均衡分析；静态分析与动态分析；静态均衡分析、比较静态均衡分析、动态均衡分析；定性分析与定量分析。在化工项目投资中，实证分析工作的主要的分析内容在于投入资金和技术之后，项目接下来的应该如何建设、如何规划，以及这种规划的方式将对项目的发展产生什么样的具体影响。为此分析者通常需要建立起一种假定的经济变量因果关系看，并对此种关系进行描述、分析、说明，并利用客观事实对实证分析所得出的结论进行验证。
二、化工建设项目投资中技术经济评价的主要方法
化工技术经济是技术经济学在化工领域运用发展的一种具体形式。评价工作需要充分明确化工生产技术的基本特征，分析这些技术方法对化工经济活动产生的影响，并总结其规律，找到化工项目中最有价值的技术方法或者技术设备[4]。技术经济评价工作通常需要贯穿于化工建设项目的整个过程，从技术投资的可行性到技术的运行与改良，都需要专业的技术经济评价工作。化工建设项目投资进行技术经济评价工作的过程中，需要充分明确技术经济研究的对象。在市场经济不断发展的条件下，技术经济评价的主要研究对象包括两方面内容，其一是对项目投资地区以及国家当前的化工行业整体布局和行业内部的技术经济特点进行分析；其二是对项目投资单位所使用的化工生产技术进行评价分析，找到当前化工技术存在的问题，并提取有效的经济分析数据，在此基础上对化工项目的技术方法和技术指标进行评价和判定。
现代化科学技术的发展提高了技术经济评价工作的效率和准确性，它将复杂的问题简单化，可以帮助工作工作人员在短时间内确定合理的项目资金投入方案[5]。因此，为了提高化工项目资金投入的合理性，实现投入成本的有效利用，技术经济评价人员必须学会使用评价软件，简化工作流程。举例来说，某石油开采投资项目开始之前，技术经济评价人员通过分析石油项目的特点，确定影响项目投资收益的主要技术问题在于精馏塔设计过程中回流比的选定：从技术角度进行分析可知，只有在R>Rmin的情况下，技术才具有可行性，此时便出了一个经济问题，即：当R上升时，塔板数量较少，因此在这方面所需经济投入较少，但此时所产生的能源消耗较高，因此需要投入较大的费用；而当R下降时，所需使用的塔板数量较多，材料方面的投资相应增大，但此时产生的能源消耗较低，技术操作方面的投资降低。为了解决这个问题，技术经济评价人员使用计算机模拟软件，将R>Rmin作为约束性条件，以经济指标为最终目标，得到了精馏塔的最佳回流比ROPT。
三、结语：
综上，为了提高化工建设项目的市场竞争能力，必须在项目开展之前进行科学的项目技术经济评价和实证分析。明确项目生产单位的实际技术水平，制定合理的资金投资方案，实现我国化工行业的良性发展。
参考文献：
[1]刘鹏伟.加强石油化工建设工程项目管理的几点思考[J].化工管理,2014,12:202.
[2]廖宁.化工建设项目投资决策分析研究[J].企业研究,2014,13（16）:208-209.