課程模塊化教學探索與實踐
——以《激光原理與技術》課程為例

郭 杰，張美鳳，劉珂琴，袁洪春

(常州工學院 電氣與光電工程學院，江蘇 常州 213032)

0 引言

《激光原理與技術》是常州工學院開設的面向光電信息科學與工程、光信息科學與技術、光電子技術等專業(yè)本科生的一門核心專業(yè)基礎課程。本課程以應用光學、物理光學等課程為基礎，為后續(xù)信息光學課程奠定基礎，在專業(yè)人才培養(yǎng)中起到承上啟下的作用。從課程內(nèi)容上分為“激光原理”與“激光技術”兩大部分，理論學時為42學時，同時配置有He-Ne激光器裝調(diào)與參數(shù)測量、高斯光束的變換與參數(shù)測量、半導體泵浦固體激光器的裝調(diào)與調(diào)Q等實驗環(huán)節(jié)。然而，該課程內(nèi)容理論性很強，公式多，理解難度大，采用傳統(tǒng)的填鴨式講授、教師一言堂的方式不能適應教學需要；對學生來講，單純死記硬背公式與結論，照搬課本或尋求統(tǒng)一解答，十分枯燥，不利于知識的消化理解與靈活創(chuàng)新。國內(nèi)外各高校相關專業(yè)都在積極進行教學改革[1-4]。常州工學院是一所地方應用型本科高校，學生與雙一流大學學生存在差異，因此，需要針對學生特點，結合地方特色定位對課程教學方式進行改革，對教學內(nèi)容進行梳理，力爭實現(xiàn)“教為主導，學為主體”；同時，隨著現(xiàn)代教育技術的發(fā)展，需要引入手機課堂、電腦網(wǎng)絡課堂、虛擬仿真實驗等教學手段，從而實現(xiàn)學生的課下自主學習。本文團隊在《激光原理與技術》課程教學過程中，對國內(nèi)優(yōu)秀經(jīng)驗進行了借鑒，對該課程的內(nèi)容設置進行了模塊化梳理，對課堂教學方法與手段進行了改革，力圖找出一種適合工科“強理論性”專業(yè)課程的教學模式。

1 課程模塊化教學

1.1 課程內(nèi)容模塊化梳理

根據(jù)學校應用型創(chuàng)新型本科人才培養(yǎng)目標定位，在課程教材選擇上使用陳鶴鳴教授編寫的《激光原理及應用》(第2版)[5]，同時輔以陳家璧教授編寫的《激光原理及應用》(第2版)[6]與周炳琨院士的《激光原理》(第7版)[7]作為參考書。根據(jù)教學大綱知識體系結構，將課程按照模塊化方式分為：激光的發(fā)展史與課程地位、激光產(chǎn)生的基本原理、開放式光腔與高斯光束、電磁場與物質(zhì)的共振相互作用、激光振蕩特性、激光放大特性、激光特性的控制與改善、典型激光器8個部分，如表1所示。

1.2 教學方法與手段改革

將“教為主導，學為主體，形式多樣，應用為重”的觀念引入課程教學過程中，依托畢博平臺、團隊開發(fā)的虛擬仿真實驗項目等各類優(yōu)質(zhì)教學資源，設計了圖1所示的“課前-課中-課后”3階段層次化教學過程。具體如下：

(1)課前。學生提前一周通過畢博平臺發(fā)布的模塊知識點，理清該模塊的重點、難點知識，在課堂教學之前對所學內(nèi)容做到心中有數(shù)，實現(xiàn)重點難點帶著學，這樣不僅有利于學生克服畏難情緒，還能激發(fā)學習興趣，提高學習效率。

表1 《激光原理與技術》課程內(nèi)容模塊化分配

圖1 課程教學模式的層次結構

(2)課中。教師在課堂上以啟發(fā)、引導與提出問題相結合的方式，將課程中繁瑣的公式推導、深奧的原理進行分解，以PPT、錄像、動畫、實驗仿真等形式展現(xiàn)出來。例如，使用PPT彩色圖片展現(xiàn)光學諧振腔的結構；采用Flash動畫演示原子發(fā)光機理中能級躍遷過程，不僅直觀展示了激光產(chǎn)生的物理機理，而且可以增加學生對激光產(chǎn)生過程的感性認識；在講授到高斯光束及其變換過程的時候，利用MATLAB開發(fā)仿真實驗軟件，讓學生在學習理論公式的同時，直接觀察到基模-高斯光束、厄米-高斯光束、拉蓋爾-高斯光束；通過錄像展現(xiàn)日常生活中常見的激光應用案例，如激光加工、激光顯示、激光美容等。同時，教師結合自己在激光科學或新型應用中的研究進展，給學生留出充分的思維空間，留出一定余地讓學生思考、反饋并提出若干問題，激發(fā)學生的求知欲望與創(chuàng)造欲望。

(3)課后。學生自行整理復習，通過畢博平臺與虛擬實驗系統(tǒng)，自主訓練;教師及時答疑輔導，并為學生補充學科前沿進展，鼓勵學生自主動手制作小型激光儀器，使其在“知其然，知其所以然”的基礎上能夠“造其然”。

2 教學改革關鍵點

(1)課堂教學是教學過程的最核心環(huán)節(jié)。3步走模式并不意味著課堂教學不重要。教師授課方法很大程度上決定了學生學習成功與否。能制作豐富多樣的PPT課件并不意味著萬事大吉，應避免制作華而不實、夸夸其談的PPT，不能徒有其表，還應注重基礎知識點、基本概念、基本現(xiàn)象的講解，要注重提醒學生所講授公式的物理意義，不要被形式所局限從而忽略其內(nèi)涵本質(zhì)。

(2)實驗課與理論課盡可能實現(xiàn)一體化同步教學[8]。由于激光光學儀器價格昂貴，受實驗室經(jīng)費所限，臺套數(shù)不可能太多，一般采用分批次、分組進行，學生在做實驗時，往往一人做實驗，其他人觀摩，實驗效果較差。同時，指導教師受職稱晉升、績效考核等壓力，很難有足夠時間與精力投入實驗教學。采取一體化同步教學，可以讓指導教師在課堂上把實驗課與理論課統(tǒng)籌安排，將實驗相關技術與理論協(xié)調(diào)，實驗中采用教師提問引導理論知識、學生動手操作、報告撰寫理論聯(lián)系實驗現(xiàn)象、驗證并拓展研究，達到理論指導與實驗驗證的有機統(tǒng)一。

(3)改革課程考核評價方式。在考核方式上，采取“階段自測+理論考試+實驗”的多元化考核方式，適當降低筆試卷面理論的考核比例，加重階段測驗與實驗環(huán)節(jié)，注重過程與動手應用的考核。此外，還可通過申報大學生創(chuàng)新實踐、參與學科競賽、撰寫專利等形式，作為該課程考核的附加分，從而最大限度拓展激光原理課程的理論與應用學習，鍛煉學生創(chuàng)新實踐能力，達到人才培養(yǎng)目標。

3 結語

本文根據(jù)《激光原理與技術》課程的定位，分析了教學中存在的問題，提出了課程的模塊化教學新模式，并從授課方法、實驗動手及考核方式等方面進行改革嘗試。教學相關部門反饋信息表明，學生學習效果明顯提高，評教成績突出，學生滿意度很高，證明模塊化教學模式行之有效。今后將繼續(xù)探索更為嚴謹?shù)慕虒W方法，設計更有趣味性的拓展項目，以提高學生的學習興趣，為工程教育創(chuàng)新改革，特別是應用型本科高校理工融合型人才培養(yǎng)提供一種新思路。