增加《激光原理》課程課堂教學(xué)趣味性的探索

摘 要：該文分析了當(dāng)前《激光原理》課程課堂教學(xué)中存在的問題，探索了增加《激光原理》課堂教學(xué)趣味性的方法，并在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明這些方法能夠增加《激光原理》課堂教學(xué)的趣味性，有利于提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

關(guān)鍵詞：激光原理 課堂教學(xué) 趣味性

中圖分類號(hào)：TM6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（c）-0-02

激光技術(shù)[1]與原子能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)并稱為20世紀(jì)世界科學(xué)技術(shù)的四大發(fā)明。由于激光具有相干性好、方向性好、單色性好和亮度高等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于激光制導(dǎo)、激光加工、激光通信、激光精密測量和激光醫(yī)學(xué)等重要領(lǐng)域。

1 存在的問題

激光技術(shù)是以激光原理為基礎(chǔ)，《激光原理》[2]課程是高校光信息科學(xué)與技術(shù)、光電子技術(shù)、光學(xué)工程和光電信息工程等專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，也是最能體現(xiàn)專業(yè)特色的一門課程。由于該課程理論性很強(qiáng)，學(xué)生普遍感到抽象難懂、枯燥乏味，導(dǎo)致該課程的到課率低下，教學(xué)效果差，學(xué)生成績很不理想。更為嚴(yán)重的是，有部分學(xué)生因?yàn)檫@門主干課程的成績不及格而對后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)失去信心，最終因?yàn)槎嚅T課程不及格而延遲畢業(yè)，有的甚至被退學(xué)。

因此，如何增加課堂教學(xué)的趣味性，提高課堂教學(xué)的質(zhì)量和效果，是當(dāng)前《激光原理》課程教學(xué)中一項(xiàng)十分緊迫而又有重要意義的研究課題。

2 增加課程教學(xué)趣味性的方法

2.1 采用多媒體教學(xué)手段

由于《激光原理》課程的理論性很強(qiáng)，教材中公式很多，如果采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，老師將這些理論和公式一字不漏地在黑板上進(jìn)行推導(dǎo)，不僅會(huì)讓學(xué)生覺得枯燥乏味，而且教學(xué)效率也很低下，最終很難在規(guī)定的有限課時(shí)內(nèi)順利完成教學(xué)任務(wù)。

現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段能夠?qū)⒄n堂內(nèi)容以圖、文、聲并茂，甚至活動(dòng)影像的形式展示出來，這樣不僅增加了課堂教學(xué)的知識(shí)容量，而且使整個(gè)教學(xué)過程生動(dòng)形象，是增加課堂教學(xué)趣味性、提高課堂教學(xué)效果和質(zhì)量的有效途徑。另外，多媒體教學(xué)還可以將一些因?yàn)槿狈?shí)驗(yàn)設(shè)備而無法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以動(dòng)畫的形式在課堂演示，有利于學(xué)生快速理解和掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從而加深對實(shí)驗(yàn)的印象和理解，最終提高課堂教學(xué)的趣味性和教學(xué)效果。

筆者在講授《激光原理》中“紅寶石固體激光器的工作原理”部分時(shí)，總是采用多媒體教學(xué)，將激光產(chǎn)生過程中激活離子的能級躍遷過程用動(dòng)畫的形式演示，這樣不僅增加了對激光產(chǎn)生過程的感性認(rèn)識(shí)，而且讓學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)了激光產(chǎn)生的物理機(jī)理。另外，在講授激光的軍事應(yīng)用時(shí)，以“激光駕束制導(dǎo)”為具體應(yīng)用實(shí)例，采用flash軟件制作了激光駕束制導(dǎo)導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)全過程的動(dòng)畫，這樣，不僅增加了課堂的趣味性，而且讓學(xué)生深深體會(huì)到激光技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的重要性，從而增加了對此課程的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 巧用激光發(fā)展史

從1960年世界上第一臺(tái)激光器誕生到現(xiàn)在已經(jīng)歷50多年了，如今，激光增益介質(zhì)從最初的紅寶石發(fā)展到數(shù)百種，激光器的功率從幾毫瓦到數(shù)萬瓦，激光器的壽命也從幾分鐘發(fā)展到幾萬小時(shí)以上，激光器工作方式從最初的只能脈沖工作發(fā)展到既能脈沖又能連續(xù)工作。這些成果的取得凝聚了無數(shù)科學(xué)家的心血，如果在教學(xué)過程中巧妙地穿插這些科學(xué)家研究生涯中的趣聞佚事，不僅能夠增加課堂教學(xué)的趣味性，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和為科學(xué)獻(xiàn)身的精神，是對學(xué)生進(jìn)行養(yǎng)成教育的良好素材。

筆者在講授第一章“緒論”時(shí)，首先介紹美國科學(xué)家梅曼發(fā)明世界上第一臺(tái)紅寶石激光器所經(jīng)歷的漫長奮斗歷程，以此為契機(jī)教育學(xué)生對待科學(xué)研究一定要有持之以恒的精神和不怕困難頑強(qiáng)毅力。然后，以我國科學(xué)家在世界上第一臺(tái)激光器誕生后一年多時(shí)間內(nèi)就研制成功了我國自己的紅寶石激光器為例，告訴學(xué)生我們國家的激光技術(shù)與世界上最先進(jìn)的技術(shù)之間的差距很小，以此喚起學(xué)生強(qiáng)烈的愛國意識(shí)和研究熱情。每當(dāng)我講授這些內(nèi)容時(shí)，我發(fā)現(xiàn)幾乎所有的學(xué)生都在全神貫注的聽講。

2.3 注重學(xué)科交叉

由于《激光原理》課程的理論性很強(qiáng)，而且具有很強(qiáng)的多學(xué)科交叉性，要學(xué)好這門課程，不僅需要具備幾何光學(xué)和物理光學(xué)基礎(chǔ)，而且，還需要固體物理、半導(dǎo)體物理、電磁場和電磁波理論方面的知識(shí)。教學(xué)過程中如果僅僅局限于《激光原理》課程本身，其教學(xué)效果必然不容樂觀。如果能夠?qū)⑾嚓P(guān)學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)與《激光原理》進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，用其它學(xué)科中分析、解決問題的方法來分析、解決《激光原理》中的問題，有時(shí)會(huì)有事半功倍的效果。

筆者在講授《激光原理》中“激光的模式理論”時(shí)，總是引入機(jī)械波和電磁波的理論來解釋激光模式的概念，讓學(xué)生感覺到一種激光模式實(shí)際上類似機(jī)械波（或者電磁波理論）中所存在的一種機(jī)械波形（或者電磁波形），這樣的講解使得本來抽象的激光模式理論變得形象生動(dòng)。

2.4 緊密聯(lián)系國防軍事應(yīng)用

世界上第一臺(tái)激光器的研發(fā)動(dòng)機(jī)主要是因?yàn)榈诙问澜绱髴?zhàn)期間戰(zhàn)爭的需要，激光器誕生后首要的應(yīng)用領(lǐng)域是激光武器。目前，許多發(fā)達(dá)國家都在研究高能激光武器以滿足未來高科技戰(zhàn)爭的需要。美國曾將激光器用于國家導(dǎo)彈防御系統(tǒng)來攔截對方導(dǎo)彈，這種用激光進(jìn)行導(dǎo)彈攔截不僅可以提高攔截的命中率，而且可以大幅度降低費(fèi)用。另外，空間激光保密通信也是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中十分有效的一種通信方式。這些重要的軍事應(yīng)用其實(shí)就是基于激光具有很好的方向性這一特點(diǎn)。筆者在講授《激光原理》中“激光的四大特性之一—方向性好”這節(jié)內(nèi)容時(shí)，經(jīng)常將激光的方向性好與軍事應(yīng)用緊密聯(lián)系起來，讓學(xué)生感覺到課程內(nèi)容的重要性，從而增加學(xué)習(xí)

興趣。

2.5 緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)踐

“理論與實(shí)踐相結(jié)合”是馬克思主義的精髓，任何一種理論的最終目標(biāo)都是要為生產(chǎn)實(shí)踐服務(wù)。目前，激光技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域，如：激光加工、激光醫(yī)學(xué)、激光育種、激光通信和激光光譜學(xué)等領(lǐng)域。《激光原理》課堂教學(xué)中如果能夠緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)踐，必然會(huì)增加課堂教學(xué)的趣味性。

筆者在講授《激光原理》課程中的“激光聚焦與準(zhǔn)直”這節(jié)內(nèi)容時(shí)，緊密聯(lián)系激光聚焦在激光切割機(jī)的應(yīng)用實(shí)例，并給學(xué)生介紹自己為桂林某激光技術(shù)公司設(shè)計(jì)的激光切割機(jī)光路系統(tǒng)，給出設(shè)計(jì)步驟和最終設(shè)計(jì)的系統(tǒng)光路圖（見圖1），讓學(xué)生深刻體會(huì)到這一節(jié)理論的重要性。

2.6 緊密聯(lián)系科技前沿

科學(xué)研究要“頂天立地”，所謂“頂天”就是說要站在國際國內(nèi)科技前沿，不斷創(chuàng)造高水平的科技成果；“立地”就是要從經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需要出發(fā)，切實(shí)解決發(fā)展過程中所面臨的實(shí)際科學(xué)和技術(shù)

問題。

《激光原理》課堂教學(xué)過程中必須有“頂天”意識(shí)，教師應(yīng)該有很強(qiáng)的科研敏銳性，要緊跟當(dāng)前激光領(lǐng)域的科技前沿，在教學(xué)過程中應(yīng)該適當(dāng)增加與授課內(nèi)容相關(guān)的國際前沿科技問題，這樣不僅可以豐富課堂內(nèi)容，而且能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)的質(zhì)量。如果還是照本宣科地按照幾年前出版的教材內(nèi)容進(jìn)行講述，必然缺乏新穎性和趣味性，最終會(huì)降低課堂教學(xué)的效果和質(zhì)量。

筆者在講授“典型激光器”這一章內(nèi)容時(shí)將“飛秒光纖激光器”作為重點(diǎn)，并將其與當(dāng)前光學(xué)和電磁波領(lǐng)域世界公認(rèn)的一個(gè)科學(xué)前沿-“太赫茲波技術(shù)”緊密聯(lián)系

起來。

因?yàn)樘掌澆ň叽┩感院?、安全性好以及可以用作進(jìn)行物質(zhì)識(shí)別的指紋譜等特性，而成為當(dāng)前世界各國投巨資進(jìn)行研究的一個(gè)重要的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域，而飛秒光纖激光器則是太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)的一個(gè)核心器件。這樣，學(xué)生感覺到飛秒光纖激光器的重要性之后，會(huì)帶著濃厚的興趣去主動(dòng)學(xué)好這一節(jié)內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

[1] 藍(lán)信鉅.激光技術(shù)[M].3版.北京：科學(xué)出版社，2009-01.

[2] 周炳琨，高以智，陳家驊，等.激光原理[M].6版.北京：國防工業(yè)出版社，2009-01.