《激光原理》課程教學(xué)研究

葉海 凌東雄 王紅成

(東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院，廣東東莞 523808)

《激光原理》作為光信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)及光電子相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)課程，在教學(xué)活動(dòng)中起到承上啟下的作用，它是基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課之間的橋梁，在培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)、理論知識(shí)、基本技能等方面處于核心地位。課程教學(xué)包括輻射理論、光學(xué)諧振腔、高斯光束、激光器工作原理、激光調(diào)制技術(shù)、典型激光器及激光應(yīng)用等內(nèi)容。該課程理論性強(qiáng)，概念多而且抽象，公式多而復(fù)雜，學(xué)生往往看了都頭痛，對(duì)其原理缺乏形象認(rèn)知，難以理解。因此必須根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)水平和專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)開(kāi)展教學(xué)計(jì)劃。

推行教育思想觀念和教學(xué)模式改革，培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才是目前我國(guó)教育的指導(dǎo)策略。因此在教學(xué)中不能僅僅灌輸知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合素質(zhì)。研究性學(xué)習(xí)是國(guó)際比較普遍推崇的一種學(xué)習(xí)模式，在教學(xué)過(guò)程中以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力為基本目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)和探索性學(xué)習(xí)的精神。學(xué)生在生活中選擇和確定研究問(wèn)題，在解決問(wèn)題中學(xué)習(xí)有效的科學(xué)方法，能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)多方面的科學(xué)技能。這種新型學(xué)習(xí)模式改變了傳統(tǒng)教師課堂教學(xué)為中心的單一模式，學(xué)生也從“填鴨式”學(xué)習(xí)過(guò)度到能力學(xué)習(xí)和興趣學(xué)習(xí)，建立一種終身受用的學(xué)習(xí)方法。

針對(duì)目前我國(guó)大學(xué)從精英教育改變?yōu)榇蟊娀逃胤叫栽盒Ｆ毡榇嬖趯W(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)比較薄弱且水平參差不齊的現(xiàn)狀，本著“全面加強(qiáng)大學(xué)生素質(zhì)和能力培養(yǎng)”的原則和培育實(shí)用型、應(yīng)用型人才的指導(dǎo)思想，結(jié)合多年《激光原理》課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行深入研究，從興趣學(xué)習(xí)、啟發(fā)式學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、考察調(diào)研、科研創(chuàng)新五方面提出建議，經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生總體反映良好，教學(xué)效果優(yōu)秀。

1 教學(xué)方法改革措施

1.1 引導(dǎo)學(xué)生興趣，開(kāi)展自主性學(xué)習(xí)

從教育心理學(xué)角度來(lái)說(shuō)，興趣是一個(gè)人傾向于認(rèn)識(shí)、研究，獲得某種知識(shí)的心理特征，是推動(dòng)人類(lèi)求知的一種內(nèi)在力量。學(xué)生對(duì)某一學(xué)科感興趣，就會(huì)持續(xù)專(zhuān)心致志地鉆研，從而提高學(xué)習(xí)效果?！都す庠怼氛n程教學(xué)對(duì)學(xué)生的物理基礎(chǔ)要求較高，就地方本科院校的學(xué)生而言學(xué)習(xí)難度大。因此激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情和積極性尤為重要。根據(jù)以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，第一印象非常關(guān)鍵，倘若一開(kāi)始便給學(xué)生留下出色地第一印象，會(huì)引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使以后的教學(xué)效果事半功倍。因此第一次上課和學(xué)生見(jiàn)面，要做充分準(zhǔn)備。課堂上對(duì)激光的產(chǎn)生、發(fā)展、奇異特點(diǎn)和應(yīng)用做科普介紹，充分調(diào)動(dòng)他們的好奇心和探知心理;利用實(shí)例、多媒體課件等視覺(jué)形象資源和生動(dòng)的語(yǔ)言描述，讓學(xué)生體會(huì)到本課程的實(shí)用性和趣味性，勾起學(xué)生的求知欲，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)積極性，建立起學(xué)好本課程的良好心理環(huán)境，這也是啟動(dòng)研究性學(xué)習(xí)的第一步。

《激光原理》課程與生產(chǎn)、生活密切相關(guān)。在后續(xù)的授課過(guò)程中，應(yīng)多穿插一些生活和生產(chǎn)的實(shí)例，刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如在課堂上穿插介紹生活中的激光打印機(jī)、老師上課的激光筆、舞臺(tái)的鐳射燈等，或拿出一個(gè)精美工藝品向?qū)W生介紹激光加工的優(yōu)點(diǎn)，或展示激光打標(biāo)的精致圖案，或介紹激光在醫(yī)學(xué)上美容和治療近視等我們常見(jiàn)和關(guān)心的案例，并結(jié)合學(xué)科建設(shè)的研究?jī)?nèi)容給學(xué)生介紹國(guó)際最熱門(mén)的飛秒激光器和國(guó)內(nèi)大力推行的LED 照明的最新研究進(jìn)展。與此同時(shí)，向?qū)W生提出各種趣味問(wèn)題，比如激光武器發(fā)出的激光光束射到反射鏡上將會(huì)怎樣等，引導(dǎo)學(xué)生去思考和討論。通過(guò)教學(xué)手段激發(fā)學(xué)生的濃厚興趣，并適當(dāng)提出問(wèn)題，讓他們自主的去思考和探索問(wèn)題的答案。

1.2 加強(qiáng)多媒體教學(xué)，開(kāi)展啟發(fā)式學(xué)習(xí)

激光原理內(nèi)容繁多復(fù)雜，公式推導(dǎo)晦澀難懂，如果照本宣科，很難引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還會(huì)引起知難而退的心理。為此按照學(xué)校的“培養(yǎng)實(shí)用型應(yīng)用型人才”的指導(dǎo)精神，加強(qiáng)多媒體教學(xué)，將傳統(tǒng)的教學(xué)方法和現(xiàn)代教學(xué)媒體有機(jī)結(jié)合起來(lái)，以點(diǎn)帶線，以圖明理，采用生動(dòng)直觀的動(dòng)畫(huà)、視頻、實(shí)物圖、原理圖等直接展示激光的物理過(guò)程，模擬物理情景，將復(fù)雜的數(shù)理推導(dǎo)直觀形象的展示出來(lái)，學(xué)生更容易理解和學(xué)習(xí)。這樣使教學(xué)的知識(shí)性和趣味性有機(jī)結(jié)合，提高了學(xué)生對(duì)激光課程的興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

此外，在課堂上不能只讓學(xué)生被動(dòng)的接受灌輸，還要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與性。“授人以魚(yú)不如授人以漁”，我們應(yīng)教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)的方法。為此課堂上要準(zhǔn)備一些基本問(wèn)題。例如:對(duì)于開(kāi)放腔，同樣的泵浦源、He－Ne 管和反射鏡，什么情況會(huì)出現(xiàn)激光?如果激光出不來(lái)將是什么現(xiàn)象?又例如:同樣規(guī)格的He－Ne 激光器為什么有的是綠光，有的是黃光，有的是橙光?這些簡(jiǎn)單的問(wèn)題在內(nèi)容講授前提出來(lái)，學(xué)生帶著問(wèn)題聽(tīng)課，在上課過(guò)程中不由自主地分析問(wèn)題尋求答案。

1.3 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，訓(xùn)練基本實(shí)驗(yàn)技能

理論教學(xué)必須配合實(shí)驗(yàn)操作，才能將抽象概念轉(zhuǎn)化為形象記憶。這是學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系，加深印象理解中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。為了配合激光原理理論教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中針對(duì)激光器的工作原理、光束特性、增益損耗、激光調(diào)制等方面，我們開(kāi)設(shè)了激光器諧振腔調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)、功率穩(wěn)定性和測(cè)量、激光發(fā)射角的測(cè)量、激光器模式分析、He－Ne 放電管的增益特性研究、激光器譜線光譜實(shí)驗(yàn)、激光器譜線選擇輸出實(shí)驗(yàn)、聲光調(diào)制、電光調(diào)制等實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中與理論相對(duì)比驗(yàn)證，就能明白激光的出光條件是增益大于損耗，否則就是熒光;諧振腔可采用鍍有特定反射膜端面鏡或者用色散棱鏡等方法可以對(duì)不同的激光模式起選擇作用，所以得到幾種不同的特定顏色的激光。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，采用教師提問(wèn)引導(dǎo)，學(xué)生動(dòng)手操作的形式進(jìn)行。有利于學(xué)生培養(yǎng)獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)理論指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的科研精神。實(shí)驗(yàn)原則要求學(xué)生獨(dú)立操作，養(yǎng)成認(rèn)真細(xì)致地工作態(tài)度，訓(xùn)練敏銳入微的觀察能力，加強(qiáng)基礎(chǔ)操作技能與技巧，為以后工作學(xué)習(xí)奠定一定基礎(chǔ)。

1.4 加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)考察，擴(kuò)充專(zhuān)業(yè)技能視野

要學(xué)生能真正理解激光原理，認(rèn)識(shí)激光的重要性和實(shí)用性，除了重視理論教學(xué)和安排實(shí)驗(yàn)操作，還必須讓學(xué)生走出校園，走進(jìn)工廠，走進(jìn)社會(huì)。多年來(lái)，我們與東莞勤上光電股份有限公司、星宇光電科技有限公司、廣東電子工業(yè)研究院有限公司、東莞宏威數(shù)碼機(jī)械有限公司、東莞龍昌數(shù)碼科技有限公司、東莞華纖光電傳感技術(shù)有限公司、廣東德生電子科技股份有限公司等企業(yè)都有多方面的交流合作，建立多個(gè)校外實(shí)習(xí)基地，引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)工廠參觀、實(shí)習(xí)，切身感受激光和光電子技術(shù)對(duì)我們社會(huì)的促進(jìn)改革力量。此外，利用一切可能的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)同學(xué)參加相關(guān)的博覽會(huì)和學(xué)術(shù)會(huì)議，及時(shí)了解最新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和創(chuàng)新成果，吸取最新科技知識(shí)。如近年的亞洲(東莞)國(guó)際激光技術(shù)博覽會(huì)、激光技術(shù)創(chuàng)新論壇等，組織有能力感興趣的同學(xué)參加學(xué)習(xí)。通過(guò)企業(yè)產(chǎn)品和專(zhuān)家學(xué)者的學(xué)術(shù)報(bào)告，同學(xué)們了解這些知名的激光企業(yè)的研究方向，掌握激光技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢(shì)，學(xué)會(huì)如何解決企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新問(wèn)題。一方面擴(kuò)展了同學(xué)的視野，使同學(xué)直接面對(duì)本領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域最新產(chǎn)品和高水平的專(zhuān)家，了解最新科技成果和前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)，另一方面提高了同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，加深理論內(nèi)容的理解和記憶。

1.5 運(yùn)用多種教學(xué)方法，鍛煉科研創(chuàng)新能力

《激光原理》課程以理論教學(xué)為主，但在教學(xué)過(guò)程要轉(zhuǎn)變角色，從教師為主的教學(xué)模式轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心的引導(dǎo)模式。為了培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力，引導(dǎo)學(xué)生去思考相關(guān)問(wèn)題，并結(jié)合所學(xué)知識(shí)，充分利用圖書(shū)館、網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)的專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)，從而找到問(wèn)題答案。特別在激光的應(yīng)用，其發(fā)展日新月異，要學(xué)生了解最新最前沿知識(shí)，最直接快捷的方法就是閱讀文獻(xiàn)。所以將激光的發(fā)展和應(yīng)用等內(nèi)容布置為若干專(zhuān)題，學(xué)生分成若干小組，讓他們自己收集資料，進(jìn)行整理和提煉，并運(yùn)用多媒體技術(shù)制作成PPT 文件，向教師和其他小組成員做匯報(bào)，交流和討論研究進(jìn)展以及遇到的技術(shù)問(wèn)題。教師在討論中通過(guò)縱向深入、橫向聯(lián)系的啟發(fā)式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)糾正和解決。最后要求每個(gè)學(xué)生按正規(guī)格式，撰寫(xiě)科技小論文。根據(jù)學(xué)生搜集與處理信息能力、分析解決問(wèn)題能力、應(yīng)用多媒體能力、演講水平等幾方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。學(xué)生撰寫(xiě)論文過(guò)程中不僅擴(kuò)大了專(zhuān)業(yè)視野，及時(shí)了解到本學(xué)科的最新成果和科技動(dòng)態(tài)，也培養(yǎng)和訓(xùn)練了他們文獻(xiàn)檢索、科技論文撰寫(xiě)的能力。

另外，對(duì)部分拔尖和綜合能力較強(qiáng)的同學(xué)，應(yīng)給予他們一定的發(fā)展空間，結(jié)合課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新人才培養(yǎng)項(xiàng)目、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯等，鼓勵(lì)他們參與教師相關(guān)課題研究，通過(guò)精心組織精心指導(dǎo)使其得到嚴(yán)格訓(xùn)練，培養(yǎng)科學(xué)研究素質(zhì)和科技創(chuàng)新能力。

2 結(jié)語(yǔ)

以上幾點(diǎn)是我們?cè)诩す庠斫虒W(xué)中的一些初步探索和實(shí)踐。在具體教學(xué)過(guò)程中，以學(xué)生為中心，以研究性學(xué)習(xí)、啟發(fā)式教育為主，配合實(shí)驗(yàn)操作和校外的實(shí)訓(xùn)考察，達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力和提高綜合素質(zhì)的目的。當(dāng)然，在此過(guò)程中還存在很多問(wèn)題，涉及教學(xué)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)室儀器經(jīng)費(fèi)投入和維護(hù)、校外實(shí)習(xí)基地等諸多方面。要建立一套符合自身切實(shí)情況、有地方院校特色的教學(xué)方法，取得卓有成效的教學(xué)成果，還有很多問(wèn)題要解決，需要我們不停的摸索、總結(jié)和改進(jìn)。

［1］周炳琨. 激光原理［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2004.

［2］陳家璧. 激光原理及應(yīng)用［M］. 北京:電子工業(yè)出版社，2009.

［3］于文兵. 激光原理與技術(shù)課程中開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)的探索［J］. 湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2008(3):116－118.

［4］鐘先瓊，胡曉飛，蘿莉，等.《激光原理與激光技術(shù)》課程建設(shè)與教學(xué)改革的實(shí)踐探索［J］. 成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009(8):422－426.