軍校激光原理課程教學改革實踐探索*

◆殷建玲 李經 沈學舉 周冰

軍校激光原理課程教學改革實踐探索*

◆殷建玲 李經 沈學舉 周冰

針對軍校學員的心理特征和思維規(guī)律，提出網絡虛擬實驗、基于Ngrin互動平臺的可操控激光設備、Matlab_GUI激光仿真平臺、定制化板書等一系列較為新穎的方法和手段，并在激光原理與技術課程中加以實踐，證實上述方法可有效增強軍校教學效果。

教學改革；軍校；激光原理；網絡虛擬實驗；實驗仿真平臺；MATLAB

1 前言

軍隊院校教育是當代教育的重要組成部分，它擔負著培養(yǎng)高素質軍事人才的任務，其重要目的是培養(yǎng)學員創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識，提高學員的創(chuàng)新能力，求新、突破、開放和超越是對軍校教育的重要要求。

最新問卷調查表明，目前軍校學員的主體是95后，他們的身心呈現出許多新特點：

1）自尊心強、好面子，同時渴望得到關注；

2）對第一任職需求存在認識不足，就業(yè)壓力小，求知欲不足；

3）對軍事裝備內容格外關注；

4）信息化程度高，接受新事物速度快，習慣網絡交流和學習等。

在此前提下，繼續(xù)沿用舊的教學思維和理念，已經無法滿足軍校學員的心理和知識需求，必將導致教學效果的不斷削弱。

教育心理學表明，改進教學方法和手段是培養(yǎng)學員學習興趣和學習動機的有效手段之一?，F代教育技術和教育理念無疑是深化教學改革、增強教學效果的突破口。在激光原理與技術課程教學過程中，在引入信息化方法和手段的同時，改進傳統(tǒng)教學手段，并努力將兩者相融合，從而有效增強課堂教學效果。

2 虛實結合的網絡虛擬實驗

網絡虛擬實驗是利用人工生成接近真實效果的實驗環(huán)境，并將其置于網絡，便于遠程操作的一種實驗形式。這種實驗形式借助信息化教學手段的優(yōu)勢，突破了傳統(tǒng)理論課程對演示實驗的時空限制，能夠將實驗直接引入課堂。

激光器屬于精密光學設備，其相關實驗設備體積大，調試困難，不易搬進課堂，所以各學校的激光技術課程大都將理論與實驗分別開設。教學實踐表明，這種教學模式不利于學生對理論知識的理解。

網絡虛擬實驗的出現無疑為激光技術課程的改革提供了突破口，筆者在這方面也做了一些有益探索。在制作過程中，使用Solidwrks三維模型制作軟件、Okino PolyTrans格式轉換軟件、NGRAIN Producer三維交互動畫制作軟件、會聲會影視頻制作軟件及Dreamweaver網頁制作軟件等工具，將等比例實驗設備與真實測量結果相結合，開發(fā)了He-Ne激光器特性、普通脈沖激光器輸出特性、調Q激光器輸出特性等一系列虛實結合的虛擬實驗（見圖1），并其放在網絡平臺上供學員學習。

兩年的教學結果表明，上述網絡虛擬實驗既可以增加學員對理論知識的形象認知，又可以讓學員與后續(xù)實驗課程前后呼應，同時有助于學員課下自主學習，因而可以獲得良好的教學效果。

3 基于Ngrin互動平臺的可操控激光設備

三維制作工具NGRAIN Producer是NGRAIN公司生產的一款能夠直接從現有產品的各種CAD三維數據模型，快速生成交互的產品功能展示、維修和學習培訓材料的軟件。它可幫助普通用戶在普通計算機上快速創(chuàng)作出富含大量信息元素的虛擬設備，提高現有的電子教學素材質量，同時保證新手在第一時間正確操作。

激光教學小組將這種在裝備類或更復雜類課程中使用的技術引入激光原理課程，為激光器這類精密光學設備的教學提供服務。課程以虛擬實驗建設為基礎，將前期等比例制作的各類激光實驗設備通過一定的格式轉換放在遠程NGRAIN互動平臺上。這樣一來，在教學過程中，只要安裝一個很小的NGRAIN Viewer軟件，就可以通過遠程訪問的方式隨時調用實驗設備，并可以為學員提供設備現場的拆解、任意角度的翻轉等，讓學員更直觀地了解激光器等精密光學設備的內部結構，見圖2。

*項目來源：軍械工程學院2014年教學研究課題“教育心理學在軍校教學中的應用研究”（基金編號：Jxlx1438）。

作者：殷建玲，軍械工程學院電子與光學工程系講師，研究方向為激光技術應用及其教學研究；李經、沈學舉、周冰，軍械工程學院（050003）。

圖1 調Q激光器輸出特性網絡虛擬實驗相關圖

圖2 Nd：YAG激光器剖面及任意角度俯視拆解圖

4 基于GUI平臺的激光仿真實驗

激光原理與技術課程理論性很強，如果沒有實驗驗證，學員很難理解。但是，激光實驗設備非常昂貴，許多結論不具備實驗條件。如基于不同諧振腔的激光器、調Q激光器和鎖模激光器等工作特性均與激光器多個結構參數相關，但不可能買來所有樣品，對各個參數一一測試，而光學仿真實驗恰恰以其科學準確、簡單易行、操作靈活等諸多優(yōu)點彌補了這一不足。對此，利用MATLAB軟件，通過建模和編程，對激光原理與技術的部分實驗進行仿真模擬，并構建基于GUI用戶圖形界面的實驗仿真平臺，為激光原理與技術的教學提供一個新的途徑。

5 定制化的板書呈現形式

板書是最基本的傳統(tǒng)教學手段，可以給學員一個完整、系統(tǒng)的課堂教學內容框架，但是并非所有教學內容都適合以傳統(tǒng)形式加以呈現。為此，根據不同教學內容，進行定制化的板書設計，使板書形式更利于不同教學內容的展現，以及學員理解和記憶。如在激光原理與技術課程中，就設計有傳統(tǒng)型、圖表型、思維導圖型等多種形式，在“調Q原理”一節(jié)中就采用了思維導圖型板書。顯然，這種新穎的板書形式，不僅可以清晰地呈現整節(jié)課的思維過程，而且有助于學員理清脈絡，記憶內容。

6 結語

激光課程教學改革5年以來，取得明顯成效。

1）教員層面：筆者及小組成員以“激光調Q技術”“激光產生的基本原理”為授課內容，參加總裝備部舉辦的院校優(yōu)質授課評比，分獲二等獎和三等獎。

2）學員層面：學員學習積極性明顯提高，考研率顯著增加，說明學員對激光學科產生研究興趣。在對2006～2011屆學員做的問卷調查中，80%以上的學員對激光教學改革工作給予充分肯定。

圖3 基于GUI界面的MATLAB仿真平臺

圖4 思維導圖型板書

現代教育技術和教育理念無疑是深化教學改革、增強教學效果的突破口。本文以自身教學實踐為基礎，在激光原理與技術課程的教學過程中，在引入信息化方法和手段的同時，不斷改進傳統(tǒng)教學手段，并努力將兩者相融合，從而有效增強課堂教學效果，為進一步促進軍校教學改革提供參考。

［1］潘菽.教育心理學［M］.北京：人民教育出版社，1980.

［2］付建中.教育心理學［M］.北京： 清華大學出版社，2010.

［3］李朝陽，李巧玲.針對90后大學生特點改進教學方法的探討［J］.中國電力教育，2010（27）：90-91.

［4］頓占鋒，李燦，唐昆，等.淺析90后軍校學員的心理管理［J］.職業(yè)時空，2012，8（6）：84-85.

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