基于系統(tǒng)論理念的多彩教學(xué)模式在研究型激光課程中的教學(xué)設(shè)計(jì)研究

摘 要：中國正在從工業(yè)大國向工業(yè)強(qiáng)國穩(wěn)步邁進(jìn)，教育教學(xué)邁入改革的新工科建設(shè)階段。根據(jù)北京航空航天大學(xué)人才培養(yǎng)的價(jià)值觀塑造、能力培養(yǎng)和知識傳授三個(gè)方面的要求，在研究性教學(xué)中進(jìn)行基于系統(tǒng)論的多彩教學(xué)設(shè)計(jì)，其中，紅色引領(lǐng)包括創(chuàng)新理念、課程思政兩個(gè)方面，綠色實(shí)踐是從實(shí)踐需求出發(fā)，以應(yīng)用目標(biāo)和核心問題為導(dǎo)向構(gòu)建綠色版塊以解決激光器和激光技術(shù)的系統(tǒng)應(yīng)用和安全問題；將教學(xué)內(nèi)容分為三個(gè)層次：通用基礎(chǔ)階段，器件演化，系統(tǒng)應(yīng)用，將激光要件與激光專業(yè)基礎(chǔ)知識點(diǎn)和創(chuàng)新、系統(tǒng)論和方法論有機(jī)結(jié)合構(gòu)成金色基礎(chǔ)。通過以踐行創(chuàng)新引領(lǐng)和課程思政為靈魂，人文關(guān)懷為潤滑，構(gòu)建堅(jiān)實(shí)立體的激光專業(yè)教學(xué)體系。提出的基于系統(tǒng)論理念的多彩教學(xué)模式除在激光專業(yè)課程中實(shí)踐外，也在創(chuàng)新課程中的實(shí)踐取得好的效果。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)論；課程思政；創(chuàng)新；教學(xué)模式；研究型激光課程

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）21-0138-05

Abstract： China is making steady progress from a big industrial country to an industrial power country， and new era of education and teaching entered new engineering construction stage of reform. According to the requirements of Beihang university in three aspects of personnel training： value shaping， ability training and knowledge teaching， a colorful teaching design based on system theory is carried out in the research course， in which the red lead includes two aspects： innovative ideas and curriculum ideology and politics. The green practice starts from the practical needs， guided by the application objectives and core problems， build a green section to solve the system application and safety problems of laser and laser technology; The teaching content is divided into three levels： general basic stage， device evolution and system application. The basic knowledge points are organically combined with innovation， system theory and methodology to form the golden foundation. With the practice of innovation leadership and curriculum thinking as the soul， and humanistic care as the lubrication， to build a solid three-dimensional laser professional teaching system. The proposed colorful teaching mode based on the concept of systems theory has achieved good results in the practice of the laser professional course in addition to the practice in the innovative course. By practice， this colorful teaching mode has achieved good results in the practice of both innovative course and laser professional courses.

Keywords： system theory; ideological and political education; innovation; teaching model; aresearch-based laser course

進(jìn)入新時(shí)代，中國正在從工業(yè)大國向工業(yè)強(qiáng)國穩(wěn)步邁進(jìn)。激光在為人類帶來了地球上前所未有的高質(zhì)量光源的同時(shí)，激光及激光技術(shù)的應(yīng)用使得過去很多不能實(shí)現(xiàn)的事不斷地演變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)——從信息高速公路到激光雷達(dá)，包括三維全息攝影的信息高密度存取及引力波探測等，這些均離不開激光。特別是進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，激光已經(jīng)成為社會(huì)生活中的常見工具，應(yīng)用遍及科研、國計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域與方面。與此同時(shí)，我國高等院校工科的人才培養(yǎng)已經(jīng)邁入改革的新階段——實(shí)施以應(yīng)對國家新需求為根本的新工科建設(shè)階段。為深入落實(shí)新工科建設(shè)深化教育教學(xué)改革，北京航空航天大學(xué)對人才培養(yǎng)提出了明確的要求，概括起來包括價(jià)值觀塑造、能力培養(yǎng)和知識傳授三個(gè)方面的內(nèi)容。作為當(dāng)今社會(huì)新時(shí)代的必不可少的工具，激光與互聯(lián)網(wǎng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相結(jié)合是加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效手段，筆者為此進(jìn)行了不斷地研究和深入探索[1-2]，對激光相關(guān)課程應(yīng)用基于系統(tǒng)論理念的多彩教學(xué)模式進(jìn)行研究性教學(xué)，并在創(chuàng)新思維課程與激光專業(yè)課程中進(jìn)行了實(shí)踐，取得一定成果。

一 激光教學(xué)中的系統(tǒng)論理念

狹義的激光教學(xué)的系統(tǒng)論理念是針對激光原理與技術(shù)本身而言的。將包括工作物質(zhì)、諧振、泵浦、制冷等組成要件的激光器視為一個(gè)包含以上系統(tǒng)的整體，以激光具體的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用為目標(biāo)，為滿足實(shí)際參數(shù)、功能與環(huán)境要求，從激光系統(tǒng)與各組成要件、各要件與要件之間進(jìn)行研究，通過構(gòu)建涵蓋激光技術(shù)的模型進(jìn)行不同階段及優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析，最終達(dá)到最優(yōu)處理。從這段文字描述中不難看出，這個(gè)狹義的系統(tǒng)論理念主要覆蓋的是知識層面。

廣義的激光教學(xué)的系統(tǒng)論理念除針對激光系統(tǒng)本身外，還需要與“教”“學(xué)”兩個(gè)方面相融合，即從新時(shí)代對“教”“學(xué)”雙方出發(fā)，將激光系統(tǒng)專業(yè)知識與“教”“學(xué)”系統(tǒng)相結(jié)合，并且結(jié)合激光要件、功能、環(huán)境等進(jìn)行再構(gòu)造，形成有效的研究型激光教學(xué)系統(tǒng)。這樣不僅瞄準(zhǔn)專業(yè)知識，還將創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高、立德樹人在同一個(gè)教學(xué)過程進(jìn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)價(jià)值觀塑造、能力培養(yǎng)和知識傳授的目標(biāo)。

在實(shí)踐中，經(jīng)過認(rèn)真分析不斷學(xué)習(xí)和探索，從研究當(dāng)代師生的特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合筆者在教學(xué)過程中教學(xué)與教改項(xiàng)目（諸如“激光原理及應(yīng)用系列課程的設(shè)計(jì)及建設(shè)”、創(chuàng)新課程教改項(xiàng)目“著重創(chuàng)新思維培養(yǎng)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，全方位提升學(xué)生綜合素質(zhì)，增強(qiáng)核心競爭力”等）、教學(xué)與科研（光纖激光實(shí)驗(yàn)平臺）、教學(xué)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維新教法的應(yīng)用相結(jié)合；面向未來的“教”與“學(xué)”，“教”“學(xué)”相長，注重學(xué)生的思想道德建設(shè)。通過幾年不懈地努力，激光課程已經(jīng)形成獨(dú)特的具有激光教學(xué)系統(tǒng)論理念的教學(xué)體系，達(dá)到了價(jià)值觀塑造、能力培養(yǎng)和知識傳授“三位一體”的目標(biāo)。下面進(jìn)行具體地介紹。

二 新時(shí)代“教”與“學(xué)”的全過程分析——雙向相互作用及備學(xué)生的必要性

（一） “教”“學(xué)”主體在教學(xué)基本過程中的雙向相互作用

“教”“學(xué)”主體在教學(xué)過程中涉及教師與學(xué)生兩大主體；無數(shù)的教學(xué)實(shí)踐已經(jīng)證明，教師的任務(wù)是傳道、授業(yè)、解惑，其主導(dǎo)地位不言而喻。教學(xué)在國家教育教學(xué)規(guī)范下以教材為媒介進(jìn)行“教”與“學(xué)”而形成的一種共同活動(dòng)，涉及教師和學(xué)生雙方。

正確認(rèn)識和處理好“教”與“學(xué)”的關(guān)系，是提高教學(xué)質(zhì)量的先決條件?！敖獭笔墙處熗ㄟ^教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、組織形式、教學(xué)方法和手段、作業(yè)（形式和順序）等[3]領(lǐng)導(dǎo)整個(gè)教學(xué)活動(dòng)并予以檢查和評定，顯而易見教師是這個(gè)過程的設(shè)計(jì)和管理主體。學(xué)生在“學(xué)”這一教學(xué)過程中居于主體地位。新時(shí)代這個(gè)學(xué)習(xí)過程不僅需要教師的組織和指導(dǎo)、有效地啟發(fā)和正確地引導(dǎo)，還需要學(xué)生自覺、積極地努力，以助力學(xué)生掌握知識，能力提升和發(fā)展，人生觀、價(jià)值觀和世界觀的形成等。將“教”與“學(xué)”二者作為一個(gè)系統(tǒng)，教師與學(xué)生在三個(gè)環(huán)節(jié)即學(xué)習(xí)過程、教學(xué)過程、評價(jià)/反思過程中相互作用、相輔相成，根據(jù)專業(yè)教學(xué)內(nèi)容構(gòu)成有機(jī)的、不可分割的課程動(dòng)態(tài)調(diào)控的系統(tǒng)整體。因此教師首先要了解學(xué)生，把握學(xué)生的特點(diǎn)。除此之外，整體的教學(xué)活動(dòng)還可以細(xì)分為教學(xué)過程和學(xué)習(xí)過程以及評價(jià)/反思過程。評價(jià)/反思過程及備教材在此不進(jìn)行贅述。

（二） 新時(shí)代學(xué)生的學(xué)習(xí)能力需求及其現(xiàn)狀

1 不同學(xué)歷階段的學(xué)習(xí)特點(diǎn)

通過對培養(yǎng)方案和課程教學(xué)大綱的分析，學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容：本科階段的學(xué)習(xí)可以概括為“現(xiàn)象學(xué)”，包括知識、問題解答、現(xiàn)象解釋等；碩士階段的學(xué)習(xí)重點(diǎn)在研究，需要追根溯源，簡稱為“溯源學(xué)”；博士階段稱為“方法學(xué)”，這是因?yàn)檫@個(gè)階段的學(xué)習(xí)重點(diǎn)在創(chuàng)新，需要博士研究生借助方法論作出屬于博士自己的創(chuàng)新性研究成果[4]。

信息時(shí)代信息高速且發(fā)達(dá)，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供便利的同時(shí)強(qiáng)化了自由，這里所謂的“自由”體現(xiàn)在，學(xué)生自身感興趣的內(nèi)容涉獵的范圍廣泛和可以利用多種渠道、多種媒體或者平臺“付費(fèi)”學(xué)兩個(gè)方面。這對教師從教學(xué)內(nèi)容和案例方面提出明確的與時(shí)俱進(jìn)的要求。

2 新時(shí)代的學(xué)生及能力需求

當(dāng)前普遍認(rèn)為大學(xué)生自我覺察及自控力弱，缺乏對自己情緒和行為的自我覺察，情緒表達(dá)方式單一[5]；時(shí)間感缺失及行動(dòng)力弱，較少思考未來，選擇性責(zé)任偏差，對家庭、學(xué)業(yè)、工作及生活缺乏控制感，但是在游戲中表現(xiàn)出強(qiáng)烈的“團(tuán)隊(duì)責(zé)任意識”[6]，特別是本校的學(xué)生大多認(rèn)為自己能力超強(qiáng)，無所不能，但是輕易不行動(dòng)。無論在學(xué)習(xí)、工作、還是生活的方方面面，社會(huì)均對學(xué)生提出所謂“student”的能力要求，這種明顯的情景對比直接擺在高等院校教師面前，對教師提出了服務(wù)國家戰(zhàn)略，實(shí)施立德樹人，進(jìn)行課程思政的明確部署。

3 基于系統(tǒng)論的多彩教學(xué)模式是解決能力需求與現(xiàn)狀問題的有效教學(xué)模式

面對學(xué)生的特點(diǎn)與對學(xué)生能力需求二者之間明顯的差距，在激光專業(yè)和創(chuàng)新通識教學(xué)過程中落實(shí)人才培養(yǎng)的價(jià)值觀塑造、能力培養(yǎng)的做法是以知識傳授為媒介，與學(xué)生雙向交流與溝通，這是整個(gè)教學(xué)過程中迫在眉睫需要解決的關(guān)鍵系統(tǒng)問題。

眾所周知，人才培養(yǎng)是一種全方位集綜合性、系統(tǒng)性為一體的教育過程，作為培養(yǎng)未來“雙領(lǐng)”人才重要基地的高等院校，需要營造多元化育人環(huán)境，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)造能力的“雙領(lǐng)”人才，最終落到具體的教學(xué)過程中去，需要通過具體的課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法來實(shí)現(xiàn)。從教育的“三個(gè)面向”出發(fā)，以“打牢基礎(chǔ)、適當(dāng)拓寬、突出重點(diǎn)、加強(qiáng)實(shí)踐”為原則，以創(chuàng)新意識、創(chuàng)造能力為重點(diǎn)，緊跟裝備和學(xué)科發(fā)展的前沿，積極、科學(xué)地構(gòu)建新的課程體系，提出的在研究性教學(xué)中進(jìn)行基于系統(tǒng)論的多彩教學(xué)模式，個(gè)人認(rèn)為是可能解決上面問題的行之有效的教學(xué)模式。

三 基于系統(tǒng)論理念的多彩教學(xué)模式

（一） 研究型激光專業(yè)課程的課程思政需求

將研究性教學(xué)與創(chuàng)新教育深度融合，研究型教育的核心是深度專業(yè)教育，研究型教學(xué)賦予教師的含義是需要充分挖掘社會(huì)和專業(yè)相關(guān)資源，更需要教師和學(xué)生雙方發(fā)揮自身優(yōu)勢，深化教育和教學(xué)改革，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)；創(chuàng)新則是從教學(xué)模式、教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容等教學(xué)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容和方面入手，是賦予教學(xué)過程活力的有力抓手。

考慮到作為工科院校的學(xué)生——未來的工程師對激光需要具備的基礎(chǔ)知識，以及專業(yè)學(xué)生需要具備的設(shè)計(jì)能力，需要激光專業(yè)教師進(jìn)行有針對性的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，要求引導(dǎo)學(xué)生思考。激光因其自身就帶有熱愛國家的特點(diǎn)以及激光發(fā)展史與科技創(chuàng)新的緊密聯(lián)結(jié)的特色使其成為創(chuàng)新與課程思政的有效專業(yè)學(xué)習(xí)陣地，是眾多專業(yè)課程中的“排頭兵”。根據(jù)國家創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略和教育部提出的立德樹人的要求，激光課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)以這兩點(diǎn)為核心，將專業(yè)、通識能力的培養(yǎng)等緊密圍繞著這兩個(gè)內(nèi)容，抓牢固不松懈，最終培養(yǎng)學(xué)生達(dá)到相關(guān)的能力需求。

（二） 踐行創(chuàng)新引領(lǐng)和立德樹人的教學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)

經(jīng)過六十年發(fā)展歷程，當(dāng)前的激光書籍很多，其中一本封面上直接印著“不創(chuàng)新 我何為”幾個(gè)大字的書吸引了我的目光。這也間接體現(xiàn)出來激光這門交叉學(xué)科的根本特點(diǎn)——?jiǎng)?chuàng)新。一個(gè)發(fā)展中國家必須提高科技創(chuàng)新能力，并且是基于為國家服務(wù)的科技創(chuàng)新能力才能實(shí)現(xiàn)激烈國際競爭中對自己命運(yùn)的把控，不受制于人。當(dāng)前創(chuàng)新是新時(shí)代的時(shí)代特色，立德樹人已經(jīng)成為新時(shí)代高校教育教學(xué)的中心環(huán)節(jié)，基于系統(tǒng)論理念的多彩教學(xué)模式研究型激光課程中的教學(xué)體系就是一種創(chuàng)新性的包含有思想政治教育目標(biāo)的教學(xué)體系：將激光系統(tǒng)、創(chuàng)新思維與立德樹人緊密結(jié)合，扎根創(chuàng)新通識教育以及激光專業(yè)課程教學(xué)的全過程。從激光專業(yè)內(nèi)容出發(fā)，圍繞各激光要件之間，激光要件與系統(tǒng)及其與功能、環(huán)境之間引入創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維及流程進(jìn)行深耕細(xì)作，系統(tǒng)化分析研究，將激光原理、技術(shù)與應(yīng)用緊密銜接；從中國第一臺激光器的誕生到錢學(xué)森為“激光”命名等，深度挖掘激光人物及事件、學(xué)習(xí)并講授好，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極向上的學(xué)習(xí)狀態(tài)，提高學(xué)生對激光的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力，通過小組合作讓學(xué)生團(tuán)隊(duì)責(zé)任意識落地。

（三） 多彩教學(xué)模式的內(nèi)涵與設(shè)計(jì)

多彩教學(xué)模式，主要包括紅色引領(lǐng)、綠色實(shí)踐、金色基礎(chǔ)三個(gè)版塊。其中，紅色引領(lǐng)包括創(chuàng)新理念、課程思政兩個(gè)方面，綠色實(shí)踐是從實(shí)踐需求出發(fā)，以應(yīng)用目標(biāo)和核心問題為導(dǎo)向構(gòu)建綠色版塊以解決激光器和激光技術(shù)的系統(tǒng)應(yīng)用和安全等問題；將教學(xué)內(nèi)容分為三個(gè)層次：通用基礎(chǔ)階段，器件演化，系統(tǒng)應(yīng)用，將激光要件與激光專業(yè)基礎(chǔ)知識點(diǎn)和創(chuàng)新、系統(tǒng)論和方法論有機(jī)地結(jié)合構(gòu)成金色基礎(chǔ)。多彩教學(xué)模式是以踐行創(chuàng)新引領(lǐng)和課程思政為靈魂，人文關(guān)懷為潤滑，構(gòu)建堅(jiān)實(shí)立體的激光專業(yè)教學(xué)體系。經(jīng)過實(shí)踐，這套基于系統(tǒng)論理念的多彩教學(xué)模式除在激光專業(yè)課程中實(shí)踐外，在創(chuàng)新課程中的實(shí)踐亦取得了好的效果。

1 紅色引領(lǐng)

積極打造紅色版塊，包括培養(yǎng)創(chuàng)新人才、服務(wù)國家兩個(gè)方面，這是教學(xué)模式設(shè)計(jì)的靈魂。激光的發(fā)展史上與較多的諾貝爾獎(jiǎng)直接或者間接相關(guān)，從負(fù)色散到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、光學(xué)泵浦、光學(xué)諧振腔，再到半導(dǎo)體激光器和量子電子學(xué)、激光冷原子捕獲……，涉及領(lǐng)域、功能、研究內(nèi)容、應(yīng)用范圍等諸多方面。從梅曼和他的第一臺紅寶石激光器，到賈萬和氦氖激光器，以及后續(xù)的激光器以及激光技術(shù)等的發(fā)展，可以說激光發(fā)展史就是一部科技創(chuàng)新簡史，通過激光發(fā)展史呈現(xiàn)的激光前沿研究的體系和邏輯是進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新必要且有效的手段。這部分內(nèi)容的講授，極大地帶動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和信心，并且為激光原理、技術(shù)與應(yīng)用的學(xué)習(xí)和了解構(gòu)筑了非常好的學(xué)習(xí)架構(gòu)，推動(dòng)學(xué)生愿意去付諸行動(dòng)。

中國激光的發(fā)展概括地說就是中國科研工作者在黨和國家的領(lǐng)導(dǎo)下不斷奮進(jìn)的過程，激光原理與技術(shù)在中國的發(fā)展和應(yīng)用，更是體現(xiàn)出科學(xué)創(chuàng)新源于實(shí)踐，源于科學(xué)知識的積累。中國人民不畏大國勢力，努力奮斗、敢于摒棄舊技術(shù)采用新技術(shù)、勇攀高峰的歷史，紅寶石晶體、直管式氙燈、激光高反射膜以及高平行度腔鏡、半球形聚光腔的設(shè)計(jì)制作，艱苦的年代科技人員從無到有，與第一臺激光器的誕生相隔僅僅一年就創(chuàng)造了歷史，激勵(lì)了世人進(jìn)一步研究激光器的熱情。這種從身邊的點(diǎn)滴做起的為國服務(wù)的紅色精神始終激勵(lì)著作為科技后備力量的學(xué)生們。從錢學(xué)森到王大珩、王之江、鄧錫銘等老一輩科學(xué)家對中國激光的貢獻(xiàn)的故事開始，一方面培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，同時(shí)也為其進(jìn)行了深度的創(chuàng)新、愛國教育和科技為國的紅色引領(lǐng)。

2 綠色實(shí)踐

二十一世紀(jì)以來，例如光纖激光器、半導(dǎo)體激光器、激光放大、超快等激光技術(shù)發(fā)展迅猛，已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室邁入商業(yè)化時(shí)代，激光市場每年達(dá)到幾十億美元。激光已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的普遍工具，從科技前沿到日常生活，隨處可見激光及其應(yīng)用。為此提出以激光及技術(shù)應(yīng)用為目標(biāo)和核心問題為導(dǎo)向分析出學(xué)生需要掌握的激光基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和應(yīng)用內(nèi)容，如圖1所示，從共性技術(shù)到個(gè)性單元，將激光器與激光技術(shù)的組合應(yīng)用從基本理論、需求參數(shù)指標(biāo)和環(huán)境需求，從設(shè)計(jì)仿真，搭建測試到操作使用，落實(shí)到激光要件和元器件，完整的系統(tǒng)的激光專業(yè)鏈條以及教學(xué)環(huán)節(jié)中的要點(diǎn)關(guān)聯(lián)，構(gòu)建綠色實(shí)踐版塊以解決激光器和激光技術(shù)的系統(tǒng)原理、技術(shù)與應(yīng)用和安全問題。

從激光工作物質(zhì)中最基本的能級理論出發(fā)，首先帶領(lǐng)學(xué)生了解玻爾和盧瑟福的原子模型，跟隨愛因斯坦的腳步了解受激輻射原理，將玻爾理論與愛因斯坦受激輻射理論進(jìn)行對比，學(xué)生就很容易掌握愛因斯坦系數(shù)和激光產(chǎn)生三個(gè)主要過程之間的關(guān)系；其次從工作物質(zhì)的光譜特性出發(fā)，明確線型函數(shù)、增益和損耗、激光的產(chǎn)生過程與激光器構(gòu)成之間的關(guān)系等；接著從激光諧振腔的作用出發(fā)，讓學(xué)生充分了解激光的模式特性，并進(jìn)行數(shù)值仿真；然后在仿真的基礎(chǔ)上進(jìn)行激光參數(shù)及激光束特點(diǎn)的成因和數(shù)值分析，在從速率方程的角度進(jìn)行具體激光器講解之后，最后以LIGO引力波測量系統(tǒng)為例，對具體的激光器和激光技術(shù)進(jìn)行技術(shù)分解。講授的知識點(diǎn)之間因果邏輯明確，有利于學(xué)生通過思維導(dǎo)圖進(jìn)行知識點(diǎn)的梳理形成自己在激光方面的專業(yè)技術(shù)圖譜，并且直接拉近了“高大上”諾貝爾獎(jiǎng)與相關(guān)技術(shù)的直線距離。

在教學(xué)過程中強(qiáng)化以激光器或者激光技術(shù)的實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)，從激光或激光技術(shù)構(gòu)成系統(tǒng)出發(fā)，從激光工作物質(zhì)、諧振腔及泵浦源三個(gè)方面進(jìn)行分析，比較器件變化的同時(shí)基本原理是否發(fā)生變化、增加激光安全常識講解，并針對高精尖應(yīng)用中激光的實(shí)際技術(shù)需求增加激光穩(wěn)頻、主振功率放大技術(shù)、激光輸出的主要參數(shù)及其測量方法、激光抽運(yùn)設(shè)計(jì)、連續(xù)激光輸出特性、LIGO激光系統(tǒng)中應(yīng)用的各種激光技術(shù)分析等內(nèi)容，至此就形成了完整的激光設(shè)計(jì)、激光技術(shù)應(yīng)用的多位一體的綠色目標(biāo)導(dǎo)向的創(chuàng)新實(shí)踐系統(tǒng)。

3 金色基礎(chǔ)

提出金色版塊是用來形容激光專業(yè)基礎(chǔ)版塊的學(xué)習(xí)的效果。激光技術(shù)作為高新技術(shù)，如激光測距、激光制導(dǎo)、電視跟蹤、微光夜視、紅外熱像和光電火控系統(tǒng)等，大大提高了裝備的性能，在國家信息化中起著十分重要的作用。特別是科技面向高精尖的發(fā)展趨勢，對激光專業(yè)基礎(chǔ)提出了更高的要求。經(jīng)過多年的教學(xué)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對教材的信賴和依賴格外高，但是根據(jù)常規(guī)書刊出版內(nèi)容的規(guī)律，教材與科學(xué)前沿相比較為滯后，這也提出了備教材的要求。滯后與前沿的專業(yè)內(nèi)容如何有效關(guān)聯(lián)，即如何讓學(xué)生能夠面向未來，適應(yīng)未來的技術(shù)需求，這個(gè)問題的答案并不難解。個(gè)人認(rèn)為在于打好厚實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，通過理論和技術(shù)圖譜的方式構(gòu)筑堅(jiān)實(shí)的激光基礎(chǔ)理論和技術(shù)基礎(chǔ)，此外還需要學(xué)生多讀多看多練。為此，在激光原理與技術(shù)、現(xiàn)代激光技術(shù)等課程的實(shí)踐中均將教學(xué)內(nèi)容細(xì)分為通用基礎(chǔ)階段、器件演化、系統(tǒng)應(yīng)用三個(gè)階段，通過課堂提問、研討、作業(yè)等方式進(jìn)行具體分析，如諧振腔的演化及激光器與放大器等，將專業(yè)理論和前沿實(shí)踐需求結(jié)合起來。

同時(shí)，還加大力度更新教學(xué)內(nèi)容：激光技術(shù)及激光裝備發(fā)展非常迅速，積極進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的修改，增加前沿新知識和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)內(nèi)容，減少記憶性知識分量，增加有助于提高分析能力、創(chuàng)造能力的內(nèi)容。將新技術(shù)內(nèi)容及時(shí)引入教學(xué)，使學(xué)生及時(shí)掌握新技術(shù)等知識，課程與課程邏輯和結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系與綜合，辯證地把握深度與廣度的關(guān)系，做到基礎(chǔ)要深、要扎實(shí)，技術(shù)方法則要深、要廣。如在教學(xué)過程中針對同學(xué)們感興趣的與激光專業(yè)相關(guān)的諾獎(jiǎng)，從系統(tǒng)的角度進(jìn)行分解，請學(xué)生對具體的單元技術(shù)進(jìn)行分析和研究甚至研討等。當(dāng)學(xué)生看到法布里-珀羅干涉儀的結(jié)構(gòu)有包括法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具、法布里-珀羅諧振腔、法布里-珀羅掃描干涉儀等好幾種形式時(shí)，從采用不同的參數(shù)進(jìn)行仿真到如何用、怎么用以及效果如何，一下子就抓住了學(xué)生的“眼球”。從簡單到復(fù)雜，從單元到系統(tǒng)，進(jìn)行具體的研討。這也就是實(shí)現(xiàn)將基礎(chǔ)知識點(diǎn)和創(chuàng)新、系統(tǒng)論和方法論有機(jī)地結(jié)合的過程。

（四） 人文潤滑在多彩板塊間助力學(xué)生“學(xué)”

基于系統(tǒng)論理念的多彩教學(xué)模式在激光課程中的教學(xué)設(shè)計(jì)的特質(zhì)是創(chuàng)新與合作。以研究型教改為突破口，融入設(shè)計(jì)思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維的教學(xué)方法，引發(fā)學(xué)生更深層次的學(xué)術(shù)思考。筆者總結(jié)出必須始終把學(xué)生的主體地位放在第一位，這也是設(shè)計(jì)思維的一種體現(xiàn)。在整個(gè)過程中，師生之間教學(xué)相長，還需要潤滑劑——人文關(guān)懷。如在激光課程的實(shí)踐中實(shí)施了以興趣為起點(diǎn)，發(fā)揮學(xué)生主體性的團(tuán)隊(duì)研討環(huán)節(jié)，從意識、行為上學(xué)生能夠摒棄對待知識的簡單復(fù)制、呆板僵化的方式方法。通過發(fā)現(xiàn)學(xué)生的差異化特質(zhì)，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、多種視角解讀問題、多樣化方法解決問題及融媒體多方式交流、溝通和表達(dá)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的意識和欲望；關(guān)注學(xué)生在現(xiàn)實(shí)能力基礎(chǔ)上的潛力開發(fā)，使不同層次的學(xué)生都能夠獲得愉悅，增強(qiáng)自主發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。在教學(xué)活動(dòng)中通過學(xué)生之間、師生之間相互合作和交流，培養(yǎng)學(xué)生探索、研究的興趣、“重構(gòu)”知識的綜合能力和準(zhǔn)備“開創(chuàng)未知”事物的創(chuàng)新科技能力。

四 沉浸式教學(xué)法和虛擬教室在教學(xué)中的應(yīng)用

（一） 沉浸式教學(xué)法的教學(xué)應(yīng)用

最簡單的諧振腔為法布里-珀羅諧振腔。為了幫助學(xué)生更好地將之前的學(xué)習(xí)過的工程光學(xué)內(nèi)容，利用教師的相對、其中一面有窗的墻壁作為諧振腔的兩個(gè)面，學(xué)生和老師一樣都是光場中的能量子。在理想情況下，光子碰到無窗墻壁發(fā)生反射，遇到有窗的墻壁會(huì)發(fā)生部分反射。在講解縱模和橫模時(shí)，為了讓同學(xué)能夠知其所以然，對工作物質(zhì)進(jìn)行縱向和橫向剖析，很輕易地就得到了縱向的規(guī)律表現(xiàn)為頻率，橫向的規(guī)律表現(xiàn)為衍射效應(yīng)的不斷疊加導(dǎo)致的光場分布等等。這種深入其中的教法，簡單、直接，無需額外的教具，效果直觀，極易接受。

（二） 虛擬教室

為滿足未來的創(chuàng)新教學(xué)需求，有必要將虛擬教室引入進(jìn)實(shí)際的教學(xué)過程中。相比較于在傳統(tǒng)教室式微背景下，這個(gè)利用現(xiàn)代信息技術(shù)以團(tuán)隊(duì)工作的形式助推課堂外教學(xué)組織創(chuàng)新，是高校教師教學(xué)學(xué)術(shù)需求日益凸顯的產(chǎn)物。它與傳統(tǒng)教室、傳統(tǒng)教研不同，可以進(jìn)行教法研究、教學(xué)改革先行先試、教學(xué)理念示范、基層教學(xué)組織創(chuàng)新等。需要注意的是在實(shí)踐的過程中虛擬教室建設(shè)須加強(qiáng)監(jiān)督，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整、除專業(yè)內(nèi)容外，保障立德樹人、課程思政的教學(xué)效果。這一過程是筆者在教學(xué)改革中的經(jīng)驗(yàn)，虛擬教室是體現(xiàn)在學(xué)生團(tuán)隊(duì)工作中——學(xué)生對相關(guān)感興趣的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)研分析總結(jié)，與教師進(jìn)行溝通，模擬課堂的過程。學(xué)生通過團(tuán)隊(duì)合作一方面學(xué)會(huì)了溝通和交流，另一方面對所學(xué)內(nèi)容有了深層次的理解和掌握，同時(shí)也加深了師生之間的溝通和理解，進(jìn)一步提高了教學(xué)效果。

五 結(jié)束語

以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新時(shí)代，要求高等教育從理念、內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)和方法實(shí)現(xiàn)全方位創(chuàng)新，新工科建設(shè)以創(chuàng)新和跨界融合為顯著特征，專業(yè)課程結(jié)合課程思政、立德樹人，同時(shí)注重過程教學(xué)，使得創(chuàng)新能力培養(yǎng)在教學(xué)上必然產(chǎn)生交叉式、融合式和創(chuàng)新性發(fā)展態(tài)勢。對于工科學(xué)生，創(chuàng)新的法寶是擴(kuò)大眼界，利用方法論和系統(tǒng)論進(jìn)行學(xué)習(xí)。基于系統(tǒng)論理念的多彩教學(xué)模式教學(xué)設(shè)計(jì)已經(jīng)在本科研究型課程創(chuàng)新思維、方法與實(shí)踐，激光原理與技術(shù)和校級研究生精品課現(xiàn)代激光技術(shù)中進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用，取得一定的教學(xué)成果，目前也在做將方法進(jìn)一步推廣至其他本科、研究生課程的工作。

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