“激光原理與技術(shù)”混合式教學(xué)探索與實(shí)踐

摘 要 文章結(jié)合中國(guó)計(jì)量大學(xué)教學(xué)實(shí)際，對(duì)“激光原理與技術(shù)”課程線上線下混合式教學(xué)進(jìn)行探索與實(shí)踐。采用線上線下混合式教學(xué)模式，將多媒體教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)，結(jié)合書本知識(shí)解決實(shí)際問題，小組合作專題研究等多種手段和方式相結(jié)合，分別在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)和成績(jī)?cè)u(píng)定等環(huán)節(jié)進(jìn)行了改革和創(chuàng)新。實(shí)施后的教學(xué)效果表明，混合式教學(xué)激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣，提升了學(xué)生解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力，同時(shí)也為提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量提供了有效的途徑。

關(guān)鍵詞 激光原理與技術(shù)；線上線下混合式教學(xué)；教學(xué)研究

中圖分類號(hào)：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.03.020

Exploration and Practice of Mixed Teaching in Laser Principles and Technology

LIU Chen， XU Ben， FANG Bin

（College of Optical and Electrical Technology， China Jiliang University， Hangzhou， Zhejiang 310018）

Abstract Combining with the teaching practice of China Jiliang University， this paper explores and practices the online and offline mixed teaching of Laser Principle and Technology. The mixed teaching mode of \"MOOC+SPOC+ offline teaching\" has been adopted， combining multimedia teaching， practical teaching， problem-solving training based on textbook knowledge， and group collaborative project research， innovation and reform have been carried out in teaching content， teaching design and performance evaluation. From the implementation of the teaching effect shows that the mixed teaching mode stimulates the students' interest in independent learning， improves the students' ability to solve practical application problems， and also provides an effective way for schools to improve the quality of application-oriented talent training.

Keywords laser principles and technology; online and offline mixed teaching; teaching research

“激光原理與技術(shù)”是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)核心課，也是從事光學(xué)和光電子領(lǐng)域的科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)所必須掌握的基礎(chǔ)內(nèi)容[1-2]。其主要內(nèi)容包括激光的產(chǎn)生及特性、激光諧振腔理論、激光振蕩及增益理論、激光應(yīng)用技術(shù)等。該課程于2008年和2011年先后作為校級(jí)重點(diǎn)、校精品課程建設(shè)，課程也由最初的純理論講授向理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式發(fā)展。隨著近年來各種課程建設(shè)平臺(tái)的興起與逐步完善，自2021年起，該課程開始進(jìn)行線上教學(xué)平臺(tái)建設(shè)，并于2022年通過“浙江省線上線下混合式一流課程”認(rèn)定，現(xiàn)已完成兩輪線上線下混合式教學(xué)。

從過往的教學(xué)過程發(fā)現(xiàn)該課程存在以下問題：首先，課程的物理概念抽象、理論性強(qiáng)、基礎(chǔ)知識(shí)面廣，學(xué)生學(xué)習(xí)理解困難；其次，教學(xué)過程對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)存在不足，需在基礎(chǔ)知識(shí)傳授的同時(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力；再次，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)單一，對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握情況、處理問題能力等的過程評(píng)估較少；最后，教與學(xué)互動(dòng)性不強(qiáng)，學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐的能力。

針對(duì)以上問題，課程組從培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力出發(fā)，提出構(gòu)建一種以學(xué)生需求為中心，線下線上聯(lián)動(dòng)的教學(xué)模式[3-5]。優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，制定合理的考核評(píng)價(jià)方法，以解決學(xué)生學(xué)習(xí)理解困難、無法全面評(píng)估學(xué)生能力等問題，從而提升教學(xué)質(zhì)量。

1" 混合式教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

課程教學(xué)設(shè)計(jì)主要圍繞如何構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容與前沿技術(shù)的應(yīng)用聯(lián)系，加強(qiáng)知識(shí)的融會(huì)貫通，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用與協(xié)同創(chuàng)新能力；如何改變教學(xué)模式，加強(qiáng)教與學(xué)的互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和提升其實(shí)踐能力而進(jìn)行。實(shí)現(xiàn)以教為主向以學(xué)為主轉(zhuǎn)變，以課堂教學(xué)為主向課內(nèi)外結(jié)合轉(zhuǎn)變，以結(jié)果評(píng)價(jià)為主向過程與結(jié)果結(jié)合評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變。

1.1" 線上平臺(tái)

本課程的線上部分基于超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)開展，該平臺(tái)集成網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、師生交流互動(dòng)、答疑和管理等功能，依托該平臺(tái)可以開展作業(yè)、考試、答疑、討論、評(píng)價(jià)等互動(dòng)教學(xué)活動(dòng)。同時(shí)該平臺(tái)兼容超星“學(xué)習(xí)通”手機(jī)App，對(duì)于教師和學(xué)生在課堂內(nèi)外即時(shí)反饋教學(xué)互動(dòng)的需求提供了便捷的移動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境。

1.2" 線上線下內(nèi)容安排

針對(duì)目前課程教學(xué)中存在的問題，我們對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新規(guī)劃。本課程的課堂總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，其中線上10學(xué)時(shí)，線下38學(xué)時(shí)。線上課堂學(xué)時(shí)部分包括專題學(xué)習(xí)、學(xué)術(shù)講座、激光應(yīng)用的模擬仿真和專題任務(wù)翻轉(zhuǎn)課堂[6]，同時(shí)基于超星平臺(tái)還建設(shè)了課程相關(guān)的作業(yè)、測(cè)試、互動(dòng)話題討論等內(nèi)容。除此之外，課程還引用了國(guó)家級(jí)線上一流課程資源（MOOC），并根據(jù)中國(guó)計(jì)量大學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)和特點(diǎn)，形成了差異化的特色線上SPOC異步學(xué)習(xí)平臺(tái)。線上以基本知識(shí)講述和背景拓展為主，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)的廣度。線下以重點(diǎn)難點(diǎn)講授、綜合應(yīng)用、思政教育為主，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的深度[7]。線上側(cè)重課前和課后教學(xué)，線下側(cè)重課中教學(xué)，具體內(nèi)容安排如下。

1.2.1" 課前準(zhǔn)備

課前學(xué)習(xí)主要依靠線上平臺(tái)開展，教師提前發(fā)布導(dǎo)學(xué)任務(wù)，給出學(xué)習(xí)目標(biāo)、重點(diǎn)難點(diǎn)。學(xué)生利用線上資源以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行自學(xué)，完成相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)及測(cè)試。

1.2.2" 課堂教學(xué)

課堂教學(xué)以線下教學(xué)為主，教師針對(duì)課前預(yù)習(xí)的情況對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握知識(shí)點(diǎn)的情況作一個(gè)預(yù)判，對(duì)教學(xué)任務(wù)進(jìn)行分級(jí)處理：對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行詳講精講，配合習(xí)題確保學(xué)生學(xué)懂、學(xué)透；對(duì)一般難度的知識(shí)點(diǎn)，幫助學(xué)生進(jìn)行歸納總結(jié)。教師應(yīng)注意在教學(xué)過程中強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)物理過程和物理意義的理解，不局限于死記硬背復(fù)雜公式。

1.2.3" 課程思政

專業(yè)課教學(xué)中應(yīng)注重思政元素的融入。例如對(duì)第六章第5節(jié)激光在科學(xué)技術(shù)前沿問題中的應(yīng)用，開展了主題為《激光慣性約束核聚變工程——中國(guó)“神光”點(diǎn)亮未來》的思政教學(xué)。教師首先提出兩個(gè)啟發(fā)思考問題：①人類可利用的能源主要有哪些？各有什么特點(diǎn)？②結(jié)合已經(jīng)學(xué)習(xí)的相關(guān)激光知識(shí)，思考提高激光輸出功率的方法。圍繞啟發(fā)思考問題，教師引導(dǎo)學(xué)生思考核聚變作為新型能源的重大意義，從而介紹引出我國(guó)的激光慣性約束核聚變裝置——“神光”計(jì)劃。通過介紹“神光”計(jì)劃的研究背景、基本知識(shí)和發(fā)展歷程，融入國(guó)家重大科學(xué)工程對(duì)綜合國(guó)力和國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略意義，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感和愛國(guó)主義精神，鼓勵(lì)學(xué)生將自己的人生發(fā)展融入國(guó)家發(fā)展潮流。

1.2.4" 課后復(fù)習(xí)

課堂教學(xué)結(jié)束后，教師結(jié)合線上教學(xué)資源，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的難易程度和需要學(xué)生掌握的程度將其分為必學(xué)、選學(xué)和拓展部分，給不同層次的學(xué)生以指導(dǎo)，以學(xué)生為中心，滿足學(xué)生的個(gè)性化需求。

1.2.5" 拓展訓(xùn)練

課程除了重要的激光原理理論知識(shí)外，其涉及的許多問題符合“復(fù)雜工程問題”的多個(gè)特征，需要深入的工程原理分析、建模、綜合、創(chuàng)新，具有較高的綜合性，要求學(xué)生在注重基礎(chǔ)的同時(shí)與應(yīng)用相結(jié)合。線上課程中針對(duì)這一需求和專業(yè)特色，增加了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、專題任務(wù)翻轉(zhuǎn)和前沿學(xué)術(shù)講座三個(gè)部分。

針對(duì)激光應(yīng)用的虛擬仿真部分，教師在線下授課中已引入相應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例，結(jié)合虛擬仿真部分深入講解，同時(shí)適當(dāng)延伸一些內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生通過后續(xù)的線上模擬仿真尋找答案，并嘗試?yán)美碚撝R(shí)對(duì)仿真結(jié)果給出合理的解釋，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和協(xié)同創(chuàng)新的能力。

針對(duì)專題任務(wù)翻轉(zhuǎn)課堂部分，教師以分組任務(wù)的形式進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂，引入組內(nèi)自評(píng)和組間互評(píng)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與討論，形成更加客觀、學(xué)生參與度更高的評(píng)價(jià)方式。

針對(duì)學(xué)術(shù)講座部分，學(xué)?？裳?qǐng)行業(yè)相關(guān)的專家學(xué)者對(duì)學(xué)科相關(guān)前沿專題作學(xué)術(shù)講座，通過提前向?qū)W生征集問題、講座中專家答疑、與學(xué)生互動(dòng)、提出開放性問題等形式促使學(xué)生主動(dòng)了解學(xué)科前沿、拓寬知識(shí)面，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考、勇于發(fā)問，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

2" 混合式教學(xué)考核方式設(shè)計(jì)

針對(duì)成績(jī)?cè)u(píng)定過分依賴期末考試的問題，課程組構(gòu)建了過程性考核與期末考試相結(jié)合的方式以全面評(píng)估學(xué)生的成績(jī)。過程性考核分布于教學(xué)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括專題視頻學(xué)習(xí)點(diǎn)、課堂表現(xiàn)、課后練習(xí)及測(cè)試、翻轉(zhuǎn)課堂、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等。期末考試安排在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后進(jìn)行，通過閉卷考試的方式量化學(xué)生對(duì)激光知識(shí)的理解，對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面細(xì)致的考核。

線上各項(xiàng)成績(jī)的評(píng)定也采取過程為主的評(píng)定方式，將線上學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、活躍度、活動(dòng)參與度等納入考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)專題翻轉(zhuǎn)課堂采用知識(shí)準(zhǔn)確性（50%）、論述合理性（30%）、問題的深入及拓展性（10%）和表達(dá)多樣性（10%）四方面評(píng)價(jià)，同時(shí)引入組內(nèi)自評(píng)和組間互評(píng)環(huán)節(jié)，并將自評(píng)和互評(píng)結(jié)果進(jìn)行綜合構(gòu)成最終成績(jī)，形成更加客觀、學(xué)生參與度更高的評(píng)價(jià)方式。將線上虛擬仿真部分涉及的知識(shí)作為附加知識(shí)點(diǎn)在期末考試中適當(dāng)體現(xiàn)，形成線上線下考核的聯(lián)動(dòng)。注重過程考核，多元化的教學(xué)評(píng)價(jià)體系可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自主性，鼓勵(lì)學(xué)生利用豐富的線上資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

3" 混合式教學(xué)改革的效果

經(jīng)過2輪線上線下混合式教學(xué)建設(shè)，中國(guó)計(jì)量大學(xué)2019級(jí)和2020級(jí)學(xué)生的課程目標(biāo)達(dá)成度如表1所示，2020級(jí)課程目標(biāo)1―4的達(dá)成度均大于0.7，目標(biāo)5超過0.8。與第一輪線上線下混合教學(xué)相比，課程目標(biāo)的達(dá)成度均有提升，其中目標(biāo)1的達(dá)成度提升7.4%；目標(biāo)2和3的達(dá)成度提升7.6%；目標(biāo)4的達(dá)成度提升7.1%；目標(biāo)5的達(dá)成度提升8.6%。

從實(shí)踐結(jié)果來看，混合式課堂線上線下的有機(jī)融合初見成效，線下教學(xué)與線上教學(xué)的結(jié)合讓學(xué)生有充足的時(shí)間完成各項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)。此外，課程評(píng)價(jià)深入每個(gè)階段，很好地促進(jìn)了學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中投入精力，認(rèn)真完成本門課程，最后獲得一個(gè)相對(duì)客觀真實(shí)的評(píng)價(jià)。學(xué)生比以往展示出更多的主動(dòng)性，分析問題和解決問題的能力也有相應(yīng)提高。

4" 思考與改進(jìn)

總結(jié)線上線下混合式教學(xué)建設(shè)的初步經(jīng)驗(yàn)，考慮從以下幾個(gè)方面繼續(xù)對(duì)課程進(jìn)行改進(jìn)：①在保證課程基礎(chǔ)內(nèi)容的同時(shí)，不斷加強(qiáng)相關(guān)前沿知識(shí)和進(jìn)展的學(xué)習(xí)。在有限的課時(shí)內(nèi)，兼顧課程內(nèi)容的基礎(chǔ)性和前沿性，合理安排教學(xué)內(nèi)容。②將課程混合式教學(xué)的線上學(xué)習(xí)和線下教學(xué)有序合理地安排分配，在建設(shè)過程中通過學(xué)生的學(xué)習(xí)情況反饋對(duì)教學(xué)安排作出持續(xù)調(diào)整，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。③繼續(xù)發(fā)展完善課程評(píng)價(jià)方法和體系，勇于嘗試新的評(píng)價(jià)方法和準(zhǔn)則，在過程評(píng)價(jià)中促進(jìn)教師與學(xué)生共同進(jìn)步。利用過程評(píng)價(jià)尋找學(xué)生的優(yōu)勢(shì)，充分利用小班化教學(xué)的優(yōu)勢(shì)因材施教，激勵(lì)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

5" 結(jié)語(yǔ)

激光原理與技術(shù)課程的線上線下混合式教學(xué)模式從實(shí)際出發(fā)，通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和考核方式，對(duì)混合式教學(xué)進(jìn)行了探索和實(shí)踐。從目前的教學(xué)效果來看，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與自主學(xué)習(xí)能力得到了提升，理論知識(shí)和實(shí)踐能力也有一定的進(jìn)步，工程應(yīng)用與協(xié)同創(chuàng)新的能力得到了多層次培養(yǎng)，為建成一流本科課程以及對(duì)本校其他專業(yè)課程的混合式教學(xué)建設(shè)提供了依據(jù)和參考。

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