簡析電力院校激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索與實(shí)踐

薛亮 胡安鐸 初鳳紅 焦哲晶 江超 卞正蘭 李高芳 朱武 宋小軍

摘 要：分析了上海電力學(xué)院激光技術(shù)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)課程的執(zhí)行情況及所存在的問題，擬結(jié)合電力行業(yè)背景，對(duì)該實(shí)驗(yàn)課的授課內(nèi)容及形式進(jìn)行改革。初步結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)改革對(duì)學(xué)生更深地掌握激光知識(shí)點(diǎn)有幫助。

關(guān)鍵詞：激光實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）04-0119-02

Abstract： The paper demonstrates the course experiments of laser technology in Shanghai University of Electric Power. For its background on electric power， it is necessary to reform the teaching method and contents of course. The results show that it is helpful for students to get the knowledge well.

Keywords： laser experiment； teaching reform； experiment teaching

《激光技術(shù)及應(yīng)用》是光電信息類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程之一，學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握激光產(chǎn)生的基本原理、輸出特性以及調(diào)制技術(shù)，并能將激光作為工具，觀察和分析各類光現(xiàn)象，為后續(xù)課程以及從事光學(xué)領(lǐng)域?qū)嶋H工作和科學(xué)研究打下專業(yè)基礎(chǔ)。激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)是課程的重要組成部分，對(duì)于學(xué)生理解基本原理、培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力起著至關(guān)重要的作用，且作為有電力行業(yè)背景的學(xué)校更應(yīng)該將有限的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與行業(yè)相結(jié)合，而我們實(shí)際所用的教學(xué)體系已經(jīng)不能滿足培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的要求，因此對(duì)原課程教學(xué)體系及教學(xué)方法進(jìn)行調(diào)整變得尤為必要[1]。

一、激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

現(xiàn)上海電力學(xué)院光電信息科學(xué)與工程專業(yè)設(shè)置了“激光技術(shù)及應(yīng)用”課程，總學(xué)時(shí)32，其中實(shí)驗(yàn)占6學(xué)時(shí)。與其他院校的對(duì)應(yīng)專業(yè)相比（同本科課程，清華大學(xué)總64學(xué)時(shí)，南京理工大學(xué)總48學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)課明顯偏少，且電力學(xué)院要培養(yǎng)出有競(jìng)爭(zhēng)力的學(xué)生，必須要結(jié)合行業(yè)背景，所以如何在有限的時(shí)間內(nèi)為學(xué)生篩選出既有電力特點(diǎn)又適合于本科生操作的激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)是亟待解決的問題[2-4]。

目前存在的主要問題如下：

1. 課時(shí)少：目前“激光技術(shù)及應(yīng)用”這門2學(xué)分的課里只含3個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別為光學(xué)諧振腔的仿真、激光輸出特性的仿真和基橫模光斑認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，調(diào)Q、鎖模、電光調(diào)制、聲光調(diào)制等技術(shù)性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)沒有，遠(yuǎn)不能覆蓋重要知識(shí)點(diǎn)。

2. 實(shí)驗(yàn)過程單一：現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生根本不預(yù)習(xí)，到了實(shí)驗(yàn)室后直接在儀器上對(duì)照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的步驟做，就能得到結(jié)果，不主動(dòng)思考問題也不熟悉儀器，做實(shí)驗(yàn)的過程沒有新鮮感，提不起學(xué)生的興趣，部分學(xué)生甚至不會(huì)實(shí)驗(yàn)原理，但只要能按步驟操作也能得出結(jié)果[5]。

3. 評(píng)分方式單一：目前在實(shí)驗(yàn)成績給定中，主要依據(jù)的是實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫和考勤情況。由于相互抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，或是通篇抄寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，或是“復(fù)制+粘貼文字+實(shí)驗(yàn)圖截屏”做出一份打印版報(bào)告，造成實(shí)驗(yàn)成績的高低無法匹配學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ母叩?，甚至出現(xiàn)自己動(dòng)手認(rèn)真做的學(xué)生盡管結(jié)果不是最完美的比抄襲的學(xué)生得分低。學(xué)生因此有情緒。

現(xiàn)亟需解決上述問題，以行業(yè)為立足，設(shè)置實(shí)用性強(qiáng)、操作性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)來重新吸引學(xué)生的注意。

二、激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革

上海電力學(xué)院激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革應(yīng)以培養(yǎng)電力系統(tǒng)的信息類人才為方向，對(duì)課程體系進(jìn)行全面改革，并在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中驗(yàn)證效果。

（一）課程的特色與定位

通過調(diào)研、分析、比較國內(nèi)知名綜合性大學(xué)、行業(yè)大學(xué)相近專業(yè)激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)開設(shè)情況。調(diào)研結(jié)果顯示，國內(nèi)大學(xué)激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)或單獨(dú)設(shè)課、或與激光原理理論課合并設(shè)立，但至少60%的實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證型的（銷售激光學(xué)生實(shí)驗(yàn)儀器的廠家不多），其余為綜合性的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，前者比例在一般性的大學(xué)更高，而根據(jù)各校特點(diǎn)設(shè)立的實(shí)驗(yàn)微乎其微。

我們經(jīng)過資料調(diào)研發(fā)現(xiàn)，激光在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用很廣泛，體現(xiàn)在電力線除冰，煤堆體積估計(jì)等多方面，實(shí)驗(yàn)的設(shè)置應(yīng)該考慮到這類實(shí)際應(yīng)用。

（二）電力特色的教材編寫

將學(xué)生實(shí)驗(yàn)分為三類，分別為“基于Matlab的激光基本理論仿真實(shí)驗(yàn)”、“激光技術(shù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)”、“電力特色激光實(shí)驗(yàn)”。每一類實(shí)驗(yàn)的編寫注意覆蓋基本知識(shí)點(diǎn)，既有代表性又突出電力特色，添加“激光在面型檢測(cè)中的應(yīng)用”等與行業(yè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生知曉光電技術(shù)在電力行業(yè)也是常用的。

三、激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革是重中之重。如何在短短三個(gè)實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生了解激光、運(yùn)用激光是關(guān)鍵問題。

首先，根據(jù)三類實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，采用不同的指導(dǎo)方式。在“基于Matlab的激光基本理論仿真實(shí)驗(yàn)”中，以鼓勵(lì)學(xué)生自己查閱文獻(xiàn)為主，訓(xùn)練專業(yè)編程能力，考察其對(duì)基本理論的理解。在“激光技術(shù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)”中，啟發(fā)學(xué)生將激光作為光源，自主設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究各類光現(xiàn)象。在“電力特色激光實(shí)驗(yàn)”中，告知學(xué)生應(yīng)用背景及現(xiàn)有技術(shù)手段，由學(xué)生自行擬訂方案完成實(shí)驗(yàn)。

其次，充分利用互聯(lián)網(wǎng)世界多樣的豐富的教學(xué)資源，尤其是廣受好評(píng)的MOOC。由于課時(shí)、場(chǎng)地、儀器限制，許多經(jīng)典激光實(shí)驗(yàn)無法完成，但網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以部分解決這個(gè)問題，讓學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室中掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。此外，激光技術(shù)的儀器和設(shè)備主要是低功率的激光器和常見的光學(xué)元器件，安全性好，運(yùn)行成本低，除上課時(shí)間外也可向?qū)W生開放。

再者，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)要不在電腦前仿真，要不在操作臺(tái)前按照現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)步驟按部就班地操作，多數(shù)學(xué)生在整個(gè)過程中缺乏興趣也缺乏獨(dú)立思考，倘若我們能采用先進(jìn)的VR技術(shù)，讓學(xué)生身臨行業(yè)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，安全性好、可操作性強(qiáng)，又能提起學(xué)生的興趣。

激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程改革在上海電力學(xué)院2013級(jí)光電信息科學(xué)與工程專業(yè)進(jìn)行了實(shí)施，學(xué)生普遍反映較好，除了熟悉了Matlab這一強(qiáng)大軟件，還了解了面型檢測(cè)、散斑檢測(cè)等內(nèi)容，知曉激光在電力行業(yè)的應(yīng)用，對(duì)就業(yè)有一定參考意義。

參考文獻(xiàn)

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