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  • 大学物理光学思维导图
    2021-01-15 01:07:36

    [摘要]地方高等院校非物理专业大学物理课程教学中普遍存在课时少进度快、学生学习难度大等问题。针对以上问题,从优化教学内容,重视课堂教学活动和教授大一新生好的学习方法等方面入手,探讨大学物理课程的教与学,旨在提高教学效果,完成课程教学目的。

    [关键词]大学物理;课堂教学;学习方法

    大学物理课程是工科类专业的必修基础课程,由于此课程本身具有的特点,使得非物理专业的工科学生觉得这门课程是比较难的。近年来,同行们从分析大学物理课程教学中存在的问题入手[1,2],针对课程特点提出相应的教学办法[3-5],探讨各类课程改革和教学改革[6-12],旨在提高学生的学习兴趣,保证教学质量。安徽财经大学定位为具有财经特色的地方高等院校,工科专业少。以“计算机大类”招生的学生在一年级第二学期时进行自主专业分类。在设置课程培育方案时,大学物理放在大一第一学期,学时压缩至30个学时。同期,实验课程单独另设18个学时。这样大学物理课程教学存在的问题一是课时过少,二是课程设置靠前,学生基本没有微积分的数学基础。此外,大部分新生还不能很好地适应大学的授课方式和学习方式,这使得本来就比较抽象和复杂的物理课程更是难上加难。因此我们必须思考如何在极少的课时里完成有难度的教学任务,且要保证学生学习质量。

    一、优化教学内容

    事实上,对于非物理专业的本科教育来说,大学物理的教学任务最主要的不是要把全部课程内容传授给学生,而是希望在基础课程教学过程中,培育学生科学思维能力,培育学生尊重科学,尊重事实,尊重数据和事物发展规律的科学素养。1.大学物理课程教学课时被大幅压缩,这在地方高校非物理专业工科的培养方案中是普遍现象。在缩水的课时里想完成完整的课程知识体系,包括质点动力学、电磁学、机械震动和机械波、光学、相对论与量子力学等,大约十几章的教学内容是不可能的。安徽财经大学计算机类本科生培养方案中分配给大学物理30个课时,因此我们必须针对有限的课时,对教学内容进行优化。课程教学组选取了比较基础的动力学部分和电磁学部分进行教学。主要教学内容有质点运动学、质点动力学、刚体力学基础、静电场、稳恒磁场和变化的电磁场。这些内容基本上是在高中物理基础上进行了提升,对于学生而言不完全陌生和抽象。2.一般来说,大学物理要求学生具备微积分等高等数学知识基础,正常设置课程是等学生修了相应的高等数学再开设大学物理。但即便如此,学生在学习大学物理课程时仍会觉得数学要求高,有难度。对于安徽财经大学来说,考虑到学校财经类院校的特点,计算机类本科生也开设了少量的财经类课程;因而在权衡设置课程的时候把大学物理课程提前到大一第一学期,大部分学生此时并不具有微积分数学思维。为了解决这个问题,我们把教学中需要用到的微积分知识进行小结,把用到的公式单独列出来发给学生备查,如图1。授课教师在首次讲授到用微积分思路解题时,预留半小时对微积分的定义进行讲解。在这里要给学生传达一个思想:对于大学物理,数学是工具,不是目的,所以大可不必因为微积分的缘故而觉得物理难学。

    二、重视课堂教学

    为了更好地了解学生对大学物理课程的学习情况,我们对修完这门课程的安徽财经大学计算机类同学做了一个问卷调查。从收回的215份有效问卷中可以看出,只有19%左右的同学高中物理成绩比较差,但却有79%的同学觉得大学物理比较难或非常难。这种难主要是因为物理现象复杂,要求我们有“透过现象看本质”的分析能力和活用公式解题的能力。在多选题“你觉得大学物理学习过程中比较关键的是什么”的问卷所提供的几个选项中,“老师的课堂讲授”是学生认为最关键的因素(占比81%),其次分别是“积极的学习态度”(占比67%)和“课后知识梳理”(占比67%),再次是“多做习题”。其中占比为67%的“积极的学习态度”和“课后知识梳理”两个选项同时出现,可能是由于很多学生把“课后知识梳理”等同于具有“积极的学习态度”。其他占比较小的是“高中物理基础好”和“数学基础好”。可以看出,有没有微积分数学知识并不是主要因素,只要处理得当,数学基础不是问题。授课教师课堂讲授至关重要。授课教师必须课前备好课,对教学内容烂熟于心;在课堂上不照本宣科,而是把各种教学手段灵活结合使用,使得教学知识点之间的逻辑关系清晰展示出来,并要注重学生的听课状态,不放弃任何一个角落里的学生,在教室里走动,通过提醒、提问等方式把注意力不集中的同学拉回来。虽然我们没有办法保证每一个同学时刻全神贯注地听课,但老师表现出的态度很重要,与疏于管理的课堂相比,效果是很明显的。另外,在设计课堂教学内容的时候,要预留问题给同学思考;在每小节授课内容结束时,也要预留一些课堂时间给同学向老师提问。“打铁需要自身硬”,授课教师自身素质的提高和教学水平的提升,对于学生大学物理课程的学习是至关重要的。

    三、有效的学习方法

    地方高校大一新生在学习上普遍存在一时半会适应不了大学课程教学进度的问题。在这点上,不同类型课程教学老师要有针对性地教授学生快速适应的学习方法。例如:对于程序语言类课程的快速适应方法就是动手编写代码。大学物理课程的教学并不局限于掌握解题技巧和会解题,更主要的是借此培育学生科学思维能力,提高其尊重科学和找寻事物发展规律的科学素养。基于此,我们在教学过程中屡次强调,学习最首要的是掌握各知识点物理含义和知识点之间的逻辑关系,然后才用公式去解题。有些同学一看见复杂的公式就觉得学习有困难,其实就是把数学公式放在了学习的首要位置,这并不是大学物理课程教学目的。为了很好地掌握知识点和知识点之间的逻辑关系,我们在每章教学内容讲授完毕后,要求学生用类似思维导图的方式把所有知识点及其之间关联关系做出来,越详尽越好。这个要求可以使得学生课后主动进行知识梳理。思维导图是一种以总知识点为中心,关联知识点以一级分支、二级分支方式逐步发散,最终把所有知识点囊括在图中的认知工具。我们要求做的关系图,不单单有上级知识点往下扩散,还要求做出不同分支上知识点的关联关系。通过做类似思维导图的方式,学生可以把一章的所有知识点及关联关系展示在一页纸上,最后还可以找出动力学部分三章内容之间和电磁学部分三章之间的相互关联之处。学期结束时,学生能做到分别用左右手捏住一个知识点,即可拎起所有相关教学内容。事实显示,此方法效果非常好。图4即一同学做出的质点运动学部分的关系图简化版。在详尽图中,每个知识点尤其是还没掌握的知识点的物理含义要标注出来,知识点之间的相互关系和相关公式要标注在知识点之间的连线上。

    四、适用的考核方式

    大学物理课程在安徽财经大学计算机类本科生培养方案中属于考试课程。按照教务处统一要求,平时成绩与考试成绩的占比为2∶8。平时成绩基本由考勤、课堂表现和作业完成情况组成。期末考试试卷按照学校统一要求,至少有4种题型。多年积累下来,形成一个包括选择、填空、简答和计算等题型的题库。题量大,知识点覆盖全面,难易适中,不提供答案。事实显示,如此考核得出的成绩能客观地反映学生真实学习情况。五、结束语地方高校非物理类工科专业本科生大学物理的教学普遍存在课时少、学习难度大等问题。为了解决这个问题,提高教学效果,可以通过优化课程教学内容,注重课堂教学活动,指导学生快速掌握学习方法等方面入手,完成大学物理课程教学目的。

    作者:殷仕淑 许晓丽 段凯宇 单位:安徽财经大学

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    大学物理波动、振动、光学有关

    【思维导图】、【大纲】、【Xmind】源文件

    素材来源: 老师课件PPT、教材课本、百度文献、 高斯课堂知识汇总、猴博士知识汇总 九斗单元总结(建议看看AR演示)

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  • 大学物理光学章节思维导图
  • 大学物理上——知识点总结(思维导图)(已更新)

    万次阅读 多人点赞 2020-05-09 19:47:32
    (学校:河北工业大学) 前面的思维导图部分还是很全面的,欢迎大家借鉴学习,如发现错误内容,欢迎留言。共同学习进步! 我是根据我们学校的教材和目录,讲授重点进行归纳总结的。仅供参考。参阅的同时需要对照自己...

    学习资料分享

    由于复习时间紧张,而且老师给出了复习提纲,部分内容考试不会出现,所以光学部分内容,我只作出了PDF文档,并没有思维导图形式,而且只涉及部分重点内容。而不是如前面的力学,热学,机械波等部分,根据教材的章节和内容全面的整理而来。具体光学部分涉及到哪些知识点,我也会将我校的复习提纲上的内容截图放出来。(学校:河北工业大学)

    前面的思维导图部分还是很全面的,欢迎大家借鉴学习,如发现错误内容,欢迎留言。共同学习进步!

    我是根据我们学校的教材和目录,讲授重点进行归纳总结的。仅供参考。参阅的同时需要对照自己资料哦。

    图片应该是清楚的,为了以防万一,我提供一下以下四张思维导图的PDF

    链接:https://pan.baidu.com/s/1ZDM8okE3q9ijok5NLpA-CA
    提取码:i7xd
    整理不易,欢迎点赞奥!
    希望小伙伴们学习顺利啊!!!(捂脸哭)

    力学部分
    热学部分机械振动机械波


    更新……

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  • 里面有光学部分的光的干涉、衍射、偏振和相对论的PPT
  • 主要讲波动光学方面的内容 希望对大家有所帮助
  • 这是大学物理的一些课件包括 磁场 光学 量子学
  • .rar,第五篇波动光学,12光的干涉.ppt,菲涅尔双镜.exe,迈克尔逊干涉仪2.exe,迈克尔逊干涉仪1.exe,14光的偏振.ppt,洛埃镜实验.exe,劈尖条纹的变化.exe,等倾干涉.exe,半波损失问题讨论.ppt,迈克耳孙干涉仪.ppt,13光的...
  • 无线信道模型分类和建模方法介绍--附思维导图

    万次阅读 多人点赞 2020-11-16 16:32:18
    目录1 统计性模型(经验模型)1.1 模型分类(1)按衰落分类(2)按路径损耗和延迟拓展分类1.2 建模方法(1)方法一分类(2)方法二分类2 确定模型2.1 建模方法3 半确定模型3.1 建模方法4 思维导图PDF、xmind格式下载...

    在这里插入图片描述

    1 统计性模型(经验模型)

    1.1 模型分类

    (1)按衰落分类

    小尺度传播衰落模型
    描述小范围内信号的幅度和相位的快速衰落,在电波传播过程中,信号场强在短短(几个信号波长)或短时(秒级)上呈现出快速波动的状况,包括由移动台和基站相对运动造成多普勒频移引起的时间选择衰落和由多径引起的频率选择性衰落。
    它是由发射机与接收机之间的多条信号路径的相间尺度与载波波长相当时,会出现小尺度衰落,因此小尺度衰落与频率有关。

    大尺度传播衰落模型
    它是由随距离而变化的信号路径损耗和由建筑物、山脉等大型障碍物的阴影造成的,当移动台运动的距离与cell(蜂窝网中的单元)尺寸相当时,就会出现通常与频率无关的大尺度衰落,因此也叫做阴影衰落。

    • Longley-Rice模型(适合海上)Longley —Rice 模型考虑了更多 的与地形有关 的因素 ,包括地面折射率 、地 面导电率 、介电常数以及地面粗糙度等 ,还考虑了不同的气候 类型 和天线 的位置标准等。
    • Okumura模型
    • Durkin模型
    • Hata模型
    • Walfisch-Bertoni模型
    • LEE模型
    • Egli模型
    • Carey模型

    (2)按路径损耗和延迟拓展分类

    关于路径损耗的统计性模型

    • Okumura模型
    • 关于延迟拓展的统计性模型
    • Turin模型:基于实验结果的城市多径传播的统计模型.该模型说明超时延服从泊松分布,多径延迟扩展几乎完全取决于接收机周围的环境而与收发机问的距离无关
    • Saleh和Valenzuela模型:对位于同层的办公大楼内2个垂直极化的全向天线收发机的情况进行了实地测量,结果表明在没有视距传输的情况下信道的冲激响应与收发天线的极化型式无关.此模型假设多径分量以多径簇的形式到达接收机,且服从泊松到达过程
    • 任意距离对数正态模型
    • SIRCM模型

    (3)按IO数量分类

    参考书籍:MIMO-OFDM无线通信技术及MATLAB实现
    SISO(单输入输出)按信道种类划分

    • 室内:2-径模型和指数模型(在MIMO-OFDM无线通信技术书中23页)
      • 2径模型
      • 指数模型
      • IEEE802.11模型:其实双指数时延模型。发现时延分布存在多簇现象而提出。
      • Saleh-Valenzuela信道模型:多径时延分量的到达过程建模为泊松分布
      • UWB模型:修改S-V模型,使得多簇信号和每簇内的多径信号都服从独立的对数正态衰落。
    • 室外
      • FWGN信道模型:通过滤波后的高斯白噪声(Filtered White Noise)包括Clarke/Gans模型、改进的频域FWGN模型、时域的FWGN模型
      • Jakes信道模型:为了使得产生的信号幅度近似服从瑞利分布,正弦波的数量必须足够大。此外,必须对每个正弦波发生器进行加权,以便产生更多想要的多普勒谱。
      • 基于射线的信道模型:该模型能够考虑空-时相关性,所以常被用于MIMO信道的建模。同样适用SISO。基于射线的模型能够在各种散射环境下模拟移动台周围任意方向到达的平面波,而且通常不是均匀的功率方位谱。与jakes模型不同,它的多普勒谱不是U型谱。而是依据散射环境的不同而呈现出不同的形式。
      • 频率选择性衰落信道模型:对该信道建模时候,需要功率时延分布(PDP)
      • SUI信道模型:根据树的密度和路径损耗情形,可以将郊区路径损耗环境分为三种地形。斯坦福大学过渡( Stanford University Interim,sUI)信道模型与IEE802.l6d信道模型的应用环境相同。通过信道参数的不同组合,能够得到描述北美地区三种典型地形的六种不同信道模型。

    MIMO(多输入输出)

    • MIMIO统计信道模型

      • PAS(功率角度谱)模型
      • 在这里插入图片描述
    • I-METRA MIMO 信道: 利用ULA的空间相关性。生成相关MIMO衰落信道,其中ULA服从一簇或多簇,伴有均匀截断高斯分布或截断拉普拉斯分布的PAS。

      • 相关MIMO衰落信道的统计模型
      • I-METRA MIMO信道模型
      • 3GPP MIMO信道模型
      • SCM-MIMO信道模型:是由3GPP和3GPP2的联合Ad-Hoc Group(AHG)提出的,目的在于详细说明空间信道模型的参数和设计信道建模的过程。它是一个机遇射线的信道模型,在PDP、PAS和天线陈列结构的基础上叠加子径。

    1.2 建模方法

    (1)方法一分类

    • 基于物理传播的理论建模方法
    • 参数化的实际统计建模方法:将接收信号视为许多电磁波的迭加,以构建信道衰落的特征。将通过直射、反射和散射等方式传播的射线用幅度、时间、空间三维坐标上的脉冲序列来表示,直接对时延扩展、多普勒扩展和角度扩展等参数进行建模。
    • 广义平稳非相关散射(WSSUS)模型
    • Clarke模型

    (2)方法二分类

    • 信道冲激响应建模:侧重于无线信道多径衰落,建立的模型多为抽头延迟线模型
    • 随机信道建模:多用于窄带通信系统的建模,主要预测大范围内的信号强度变化规律或概率密度函数
    • Rayleigh模型
    • Rician模型
    • Clarke模型
    • 对数正态衰落模型
    • 莱斯对数正态模型

    2 确定模型

    确定性建模方法是利用传播环境的具体地理和形态信息,依据电磁波传播理论或者光学射线理论来分析并预测无线传播模型。与统计性建模的主要区别是确定性建模不需要进行大量的实测,只需传播环境的详细信息就可对信号的传播做出较为精准的预测。由于计算量的限制,确定模型方法大多应用于如室内等较小范围的信道建模

    2.1 建模方法

    • 射线追踪算法(RayRracing)
    • 时域有限差分法(FDTD)
    • 矩量法MoM
    • 降维法:为达到射线追踪法的效率和精度的要求,射线追踪可以不直接在三维(3一D≥空闻中进行,已有的方法为2.D/2.5一D法、2一D/3一D法和垂直平面发射(VPL)法
      • 2D-D/2.5-D法:城市微小区环境下当一个区域杰的建筑物的高度比发射机的高度大得多时,从建筑物顶端绕射到接收枕的射线将很少,此时射线跟踪没有必要在三维空间中进行,可以直接在城市的二维平面图内进行,所得的预测结果与测量结果符合较好
      • 2-D/3-D法:实际中的环境都为复杂的三维环境,但如果在射线追踪的开始就在三维空间内进行,将大大增加追踪的难度.因此在实际中可以先不考虑高度信息,即只考虑到环境投影到地面时的二维射线追踪,在找到二维射线传播路径后,再将二维变三维,在射线传播路径中加入高度信息,这样可以提高射线追踪的效率.这种方法在城市微小区和室内微微小区环境中都有应用
      • 垂直平面发射(VPL)法:为找出城市微小区环境下对场有贡献的主要射线路径,VPL这一模型先考虑垂直平面的反射和垂直边缘的绕射,并通过将反射射线和绕射射线限制在反射平面或绕射平面内来近似估计水平面的反射和水平边缘的绕射

    3 半确定模型

    3.1 建模方法

    随机几何建模方法
    对确定性模型中的射线追踪法的一种简化,其不需要信道环境的详细参数

    • C0ST259模型
    • IMT-Advanced模型
    • SCM/SCME模型
    • WINNER信道模型

    相关矩阵法
    相关矩阵法体现了空间信道之间的相关性,利用实际测量的数据或信道统计信息得到空间信道的路径时延、出入射角等参数,然后由这些参数推出信道空间相关矩阵

    • Kronecker模型
    • VCR模型
    • Weichselberg模型
    • 3GPPLTE信道模型
    • IEEE802.11n信道模型

    4 思维导图PDF、xmind格式下载

    无线信道模型分类和对应建模方法详解.zip

    5 参考文献

    [1]无线信道模型综述 朱春华
    [2]无线信道模型综述 蒋泽
    [3]海上移动通信预测模型的选择 徐艳红

    展开全文
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