《激光原理》課程教學(xué)改革初探

摘 要 《激光原理》是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，提高該課程的教學(xué)質(zhì)量具有重要的意義。本文針對(duì)該課程教學(xué)過程容易出現(xiàn)的問題，從更新教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核方式等幾個(gè)方面進(jìn)行改革，提高《激光原理》課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 激光原理 教學(xué)改革 課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2012）24-0004-02

激光是二十世紀(jì)人類的重大科技發(fā)明之一，被譽(yù)為繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”“最準(zhǔn)的尺”“最亮的光”，它對(duì)人類社會(huì)生活產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響。作為高技術(shù)的研究成果，它不僅廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)研究的各個(gè)前沿領(lǐng)域，而且已經(jīng)在人類生產(chǎn)和生活的許多方面得到了大量的應(yīng)用，與激光相關(guān)的產(chǎn)業(yè)已在全球形成了超過千億美元的年產(chǎn)值。由于各行各業(yè)都應(yīng)用激光進(jìn)行技術(shù)改造和新技術(shù)的開發(fā)研究，除了文科的幾乎所有理工農(nóng)醫(yī)的高等院校都開設(shè)了激光原理和應(yīng)用的課程。

《激光原理》是光信息科學(xué)與技術(shù)和應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生對(duì)激光的基本概念、基本技術(shù)和基本器件有比較全面、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程技術(shù)問題的能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課打下基礎(chǔ)。然而，《激光原理》又是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程物理概念抽象和理論性強(qiáng)，基礎(chǔ)知識(shí)面廣，學(xué)生往往因缺乏感性認(rèn)識(shí)，不易理解，感到難學(xué)，這對(duì)老師的教學(xué)水平和教學(xué)方法提出了考驗(yàn)。筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，從以下幾個(gè)方面對(duì)《激光原理》課程教學(xué)改革進(jìn)行了探索。

一、教學(xué)內(nèi)容的改革

《激光原理》課程主要介紹激光的產(chǎn)生條件、激光器的工作原理和激光器的輸出特性，這部分內(nèi)容理論性強(qiáng)，需要應(yīng)用原子物理、量子力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理、光學(xué)和高等數(shù)學(xué)等課程的結(jié)論和基礎(chǔ)，公式繁多、推導(dǎo)復(fù)雜、理論抽象，具有相當(dāng)?shù)碾y度和深度。在《激光原理》的教學(xué)過程中，我們還增加了部分激光技術(shù)的內(nèi)容，比如激光器輸出的選模技術(shù)、激光器的穩(wěn)頻、激光束的光束變換，以及激光的調(diào)制、偏轉(zhuǎn)、調(diào)Q和鎖模技術(shù)等，這部分內(nèi)容是從事光信息科學(xué)與技術(shù)人員必須掌握的基本知識(shí)，通過對(duì)這些知識(shí)的學(xué)習(xí)能夠加深學(xué)生對(duì)激光器原理的理解和掌握。為了進(jìn)一步加深印象，我們對(duì)典型的激光器進(jìn)行了介紹，比如紅寶石激光器、汝玻璃激光器、Nd：YAG激光器等固體激光器，He-Ne激光器、CO2激光器、Ar+激光器等氣體激光器，以及燃料激光器和半導(dǎo)體激光器等都做了簡(jiǎn)要的介紹。

在教材方面，我們選擇了上海理工大學(xué)陳家璧教授編寫的《激光原理及應(yīng)用》（電子工業(yè)出版社）作為教材。這本教材的內(nèi)容章節(jié)安排合理，知識(shí)點(diǎn)覆蓋面廣，理論體系較為完整，同時(shí)這本教材是在大學(xué)的普通物理學(xué)的基礎(chǔ)上編寫的，從激光的物理學(xué)基礎(chǔ)出發(fā)，著重闡明物理概念以及激光輸出特性與激光器的參數(shù)之間的關(guān)系，盡量避免過多的理論計(jì)算，以掌握激光器的選擇和使用為主要目的。因此這本教材的內(nèi)容對(duì)學(xué)生來講不難理解，所講授的內(nèi)容比較容易掌握。我們還增加了一本國(guó)際公認(rèn)的經(jīng)典教材作為參考書：Christopher C. Davis編寫的《Lasers and Electro-Optics：Fundamentals and Engineering》， Cambridge University Press。

二、教學(xué)手段的改革

在教學(xué)過程中建立師生平等的民主教學(xué)氛圍。改變“教師為主，學(xué)生從屬”的教學(xué)模式，本著師生平等的原則，以參與者的身份在教學(xué)活動(dòng)中創(chuàng)造一種愉快輕松的氛圍，挖掘和調(diào)動(dòng)學(xué)生的潛力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

教學(xué)方式以課堂授課為主，同時(shí)考慮到激光中有很豐富生動(dòng)的現(xiàn)象，注重和提倡采用多種手段進(jìn)行多種形式的教學(xué)，充分體現(xiàn)光學(xué)這門課豐富多彩、形象生動(dòng)的特性，輔助的教學(xué)手段主要是利用計(jì)算機(jī)的多媒體功能。比如為了增強(qiáng)激光原理教學(xué)中關(guān)于激光器的光場(chǎng)分布的直觀性，采用快速傅立葉變換法求解傍軸近似波動(dòng)方程，計(jì)算模擬激光器的光場(chǎng)分布，可以直觀地給出三維穩(wěn)態(tài)分布圖，融合計(jì)算機(jī)的靈活性、新穎性和光學(xué)現(xiàn)象的直觀性及趣味性。通過演示實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)們觀察到各種激光現(xiàn)象，展現(xiàn)了“百聞不如一見”的效果，使學(xué)生進(jìn)一步加深了對(duì)課程內(nèi)容的理解，激發(fā)學(xué)生的求知欲和好奇心，刺激同學(xué)們的思考。

另外，在教學(xué)過程中開展啟發(fā)式和討論式教學(xué)。從人才培養(yǎng)的角度來說，學(xué)生與老師應(yīng)該具有互動(dòng)性。開展啟發(fā)式和討論式教學(xué)，甚至適當(dāng)運(yùn)用跳躍式的教學(xué)方法來組織教學(xué)內(nèi)容。給學(xué)生留出鉆研的空間。這不僅有利于提高教師教學(xué)研究的積極性，更能挖掘?qū)W生的開放性思維和獨(dú)立、大膽地學(xué)習(xí)和思考問題的能力，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生全面的科學(xué)素質(zhì)和教學(xué)相長(zhǎng)的目的。

三、考核方式的改革

考核方式已成為課程改革的一部分，與課程的實(shí)施方法相輔相成。傳統(tǒng)理工科院校的考核主要以閉卷筆試加平時(shí)成績(jī)的形式進(jìn)行。在實(shí)際的考核過程中，我們逐漸加大平時(shí)成績(jī)的比例，減少閉卷筆試成績(jī)的比例。平時(shí)成績(jī)的考核形式可以多種多樣。比如，在授課過程中，對(duì)課程中某幾個(gè)重要的知識(shí)能力點(diǎn)，設(shè)立幾個(gè)小課題。讓學(xué)生們查找資料，撰寫論文，通過讓他們深入實(shí)踐，促進(jìn)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，強(qiáng)化學(xué)生自己思考的過程，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)意識(shí)、獨(dú)立科研意識(shí)和能力，達(dá)到素質(zhì)型人才培養(yǎng)之目的。

如何提高《激光原理》課程的教學(xué)質(zhì)量，如何優(yōu)化和深化理論教學(xué)是一個(gè)長(zhǎng)期的課題。針對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核方式等方面進(jìn)行改革，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維、從事科學(xué)研究和撰寫學(xué)術(shù)論文的能力，提高他們的綜合素質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力。

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[4]胡紹民，羅暉.《激光原理》課程教學(xué)體會(huì)[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2012，（1）.

基金項(xiàng)目：本文系重慶郵電大學(xué)教學(xué)研究與改革課題項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：XJG1128）的研究成果。

（責(zé)任編輯 劉 紅）