光学实验是中学物理实验教学的重点内容，从初中的镜面反射、透镜等到高中的折射定律、全反射，教学中需要通过一系列演示和分组实验才能满足学生的认知建构规律。但是，演示器材不足、光路不易控制调整、可视性不高、维护不便等问题一直困扰着中学物理教师。本人经过近2年教学实践的多次改进，尝试融合机械自动控制技术、移动终端信息技术进行突破创新，设计制作了可用于中学阶段几何光学所有定性现象和定量测量的全功能实验器（图1）。
　　设计原理
　　配套光学组件
　　根据中学物理课程标准要求，从8年级物理到高二年级选修3-4，教学中需要通过实验探究获得的光学规律知识包括镜面反射、漫反射、反射定律、凹面镜、凸面镜、凹透镜、凸透镜、潜望镜、折射现象、折射定律、折射率、全反射、临界角、光纤原理、彩虹原理等。将这些光学规律的探究实验整合在一套光学实验系统中，只要设计统一的可控激光光源入射、在磁吸背板上更换不同的配套光学组件，就可以进行各种光学现象的演示与探究。光学组件可以自制，有利于初高中连贯的光学体系实验教学。
　　一体化雾化系统显示光路
　　原本用于加湿、造景、药剂雾化的雾化器由雾化片及驱动电路组成。驱动电路产生100kHz的超声波高频振荡，雾化片采用压电陶瓷材质，把周围的水打散，从几微米的细小孔径喷出，形成水雾。通过风扇将雾气定向引导，可以用来显示激光光路。雾化系统包括1个贮水箱、2个雾化器和1个引导风扇，在风扇对面开孔即可将雾气释放向光路系统。
　　光路系统由1个竖立的带平面坐标和角度的圆形钢板及支架组成。在钢板上的坐标原点处可吸附不同的光学组件。圆形钢板的后方是由电机控制的平行激光源，它可以沿着圆形钢板的边缘，始终指向钢板圆心，在竖直平面内进行360°旋转，其产生的激光光路将在雾气中显示出来。
　　电机遥控控制平行激光源
　　平行激光源由3个50mW红色激光模块并联组成，各设置开关通断选择入射激光条数。激光源设置在以钢板中心为圆心的刻度面板边缘上，后侧由配套2.4G遥控驱动的控制面板带动直流减速电机工作，从而能够十分便捷准确地用遥控器控制平行光源入射的方向和角度。
　　信息技术融合观察与测量
　　通过移动终端和无线互联技术的应用融合，演示的光学实验现象可全程同时分享在互动屏幕上，便于观察。移动终端和无线互联技术支持学生分组实验用不同折射率的介质进行探究，APP所支持的数据分析和图线拟合功能提高了科学探究的便捷性、趣味性。
　　实验演示
　　放入镜面和漫反射面光学组件，用单束光或平行光入射，即可清晰观察到2种反射现象。光学组件的正反两面分别是镜面和漫反射面，翻转即可改变光路结果，磁吸在背板上很容易调节（图2和图3）。放入凹面镜和凸面镜光学组件，用平行光入射，即可清晰观察到会聚与发散现象。光学组件的正反两面分别是凹面和凸面，翻转即可改变光路结果（图4和图5）。其他例如凹透镜与凸透镜现象见图6和图7，潜望镜和全反射三棱镜现象见图8和图9。另外，实验器还可以定量测量反射与折射定律。
　　创新点
　　◇自顶部向下的定向水雾化系统，覆盖实验视野的开放立体空间，借助水雾漫反射直接显示和观察光路。
　　◇使用磁吸光学元件、自制平行激光源，2.4G遥控驱动带动直流减速电机工作，机械控制激光360°入射方向，实验过程便捷准确。
　　◇信息技术深度融合，通过iPad和无线互联技术的应用，演示的光学实验现象可全程实时分享在教室的屏幕上，让班级坐在各个位置的学生都能以正视视角观察。
　　◇APP可摄录采集入射角、反射角、折射角数据，并进行图像分析。支持学生分组实验用不同折射率的介质进行探究，具有数据分析和图线拟合功能。
　　◇能将中高考中出现的各种几何光学问题进行真实实验探究，辅助初高中教学。
　　总结
　　中学阶段的绝大部分光学实验都能通过本实验器演示，在定量测量、数据处理方面能较好地完成高中所需的实验功能，实验误差较小。今后可进一步完善APP的采集和处理功能，将之应用到学生自主探究实验中;还可制作各种形状的光学介质，用实验还原试题中的理论光路图。
　　该项目获得第33届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科教制作类一等獎。
　　该项目设计制作了可用于中学阶段几何光学所有定性现象和光的折射等定量测量的全功能实验器。项目原理科学、概念清晰.构思巧妙、设计合理，作品实用性强。项目选题新颖，具有实质性创新，对传统方法有突破。作品效果显著，制作规范，具有示范推广价值。希望项目在工艺方面作出改进和提升。