葉海 凌東雄 王紅成
(東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院,廣東東莞 523808)
《激光原理》作為光信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)及光電子相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)課程,在教學(xué)活動(dòng)中起到承上啟下的作用,它是基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課之間的橋梁,在培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)、理論知識(shí)、基本技能等方面處于核心地位。課程教學(xué)包括輻射理論、光學(xué)諧振腔、高斯光束、激光器工作原理、激光調(diào)制技術(shù)、典型激光器及激光應(yīng)用等內(nèi)容。該課程理論性強(qiáng),概念多而且抽象,公式多而復(fù)雜,學(xué)生往往看了都頭痛,對(duì)其原理缺乏形象認(rèn)知,難以理解。因此必須根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)水平和專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)開(kāi)展教學(xué)計(jì)劃。
推行教育思想觀念和教學(xué)模式改革,培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才是目前我國(guó)教育的指導(dǎo)策略。因此在教學(xué)中不能僅僅灌輸知識(shí),更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合素質(zhì)。研究性學(xué)習(xí)是國(guó)際比較普遍推崇的一種學(xué)習(xí)模式,在教學(xué)過(guò)程中以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力為基本目標(biāo),強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)和探索性學(xué)習(xí)的精神。學(xué)生在生活中選擇和確定研究問(wèn)題,在解決問(wèn)題中學(xué)習(xí)有效的科學(xué)方法,能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題,培養(yǎng)多方面的科學(xué)技能。這種新型學(xué)習(xí)模式改變了傳統(tǒng)教師課堂教學(xué)為中心的單一模式,學(xué)生也從“填鴨式”學(xué)習(xí)過(guò)度到能力學(xué)習(xí)和興趣學(xué)習(xí),建立一種終身受用的學(xué)習(xí)方法。
針對(duì)目前我國(guó)大學(xué)從精英教育改變?yōu)榇蟊娀逃胤叫栽盒F毡榇嬖趯W(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)比較薄弱且水平參差不齊的現(xiàn)狀,本著“全面加強(qiáng)大學(xué)生素質(zhì)和能力培養(yǎng)”的原則和培育實(shí)用型、應(yīng)用型人才的指導(dǎo)思想,結(jié)合多年《激光原理》課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行深入研究,從興趣學(xué)習(xí)、啟發(fā)式學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、考察調(diào)研、科研創(chuàng)新五方面提出建議,經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐,學(xué)生總體反映良好,教學(xué)效果優(yōu)秀。
從教育心理學(xué)角度來(lái)說(shuō),興趣是一個(gè)人傾向于認(rèn)識(shí)、研究,獲得某種知識(shí)的心理特征,是推動(dòng)人類(lèi)求知的一種內(nèi)在力量。學(xué)生對(duì)某一學(xué)科感興趣,就會(huì)持續(xù)專(zhuān)心致志地鉆研,從而提高學(xué)習(xí)效果?!都す庠怼氛n程教學(xué)對(duì)學(xué)生的物理基礎(chǔ)要求較高,就地方本科院校的學(xué)生而言學(xué)習(xí)難度大。因此激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情和積極性尤為重要。根據(jù)以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn),第一印象非常關(guān)鍵,倘若一開(kāi)始便給學(xué)生留下出色地第一印象,會(huì)引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,使以后的教學(xué)效果事半功倍。因此第一次上課和學(xué)生見(jiàn)面,要做充分準(zhǔn)備。課堂上對(duì)激光的產(chǎn)生、發(fā)展、奇異特點(diǎn)和應(yīng)用做科普介紹,充分調(diào)動(dòng)他們的好奇心和探知心理;利用實(shí)例、多媒體課件等視覺(jué)形象資源和生動(dòng)的語(yǔ)言描述,讓學(xué)生體會(huì)到本課程的實(shí)用性和趣味性,勾起學(xué)生的求知欲,進(jìn)而提高學(xué)習(xí)積極性,建立起學(xué)好本課程的良好心理環(huán)境,這也是啟動(dòng)研究性學(xué)習(xí)的第一步。
《激光原理》課程與生產(chǎn)、生活密切相關(guān)。在后續(xù)的授課過(guò)程中,應(yīng)多穿插一些生活和生產(chǎn)的實(shí)例,刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如在課堂上穿插介紹生活中的激光打印機(jī)、老師上課的激光筆、舞臺(tái)的鐳射燈等,或拿出一個(gè)精美工藝品向?qū)W生介紹激光加工的優(yōu)點(diǎn),或展示激光打標(biāo)的精致圖案,或介紹激光在醫(yī)學(xué)上美容和治療近視等我們常見(jiàn)和關(guān)心的案例,并結(jié)合學(xué)科建設(shè)的研究?jī)?nèi)容給學(xué)生介紹國(guó)際最熱門(mén)的飛秒激光器和國(guó)內(nèi)大力推行的LED 照明的最新研究進(jìn)展。與此同時(shí),向?qū)W生提出各種趣味問(wèn)題,比如激光武器發(fā)出的激光光束射到反射鏡上將會(huì)怎樣等,引導(dǎo)學(xué)生去思考和討論。通過(guò)教學(xué)手段激發(fā)學(xué)生的濃厚興趣,并適當(dāng)提出問(wèn)題,讓他們自主的去思考和探索問(wèn)題的答案。
激光原理內(nèi)容繁多復(fù)雜,公式推導(dǎo)晦澀難懂,如果照本宣科,很難引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,還會(huì)引起知難而退的心理。為此按照學(xué)校的“培養(yǎng)實(shí)用型應(yīng)用型人才”的指導(dǎo)精神,加強(qiáng)多媒體教學(xué),將傳統(tǒng)的教學(xué)方法和現(xiàn)代教學(xué)媒體有機(jī)結(jié)合起來(lái),以點(diǎn)帶線,以圖明理,采用生動(dòng)直觀的動(dòng)畫(huà)、視頻、實(shí)物圖、原理圖等直接展示激光的物理過(guò)程,模擬物理情景,將復(fù)雜的數(shù)理推導(dǎo)直觀形象的展示出來(lái),學(xué)生更容易理解和學(xué)習(xí)。這樣使教學(xué)的知識(shí)性和趣味性有機(jī)結(jié)合,提高了學(xué)生對(duì)激光課程的興趣,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。
此外,在課堂上不能只讓學(xué)生被動(dòng)的接受灌輸,還要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與性。“授人以魚(yú)不如授人以漁”,我們應(yīng)教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)的方法。為此課堂上要準(zhǔn)備一些基本問(wèn)題。例如:對(duì)于開(kāi)放腔,同樣的泵浦源、He-Ne 管和反射鏡,什么情況會(huì)出現(xiàn)激光?如果激光出不來(lái)將是什么現(xiàn)象?又例如:同樣規(guī)格的He-Ne 激光器為什么有的是綠光,有的是黃光,有的是橙光?這些簡(jiǎn)單的問(wèn)題在內(nèi)容講授前提出來(lái),學(xué)生帶著問(wèn)題聽(tīng)課,在上課過(guò)程中不由自主地分析問(wèn)題尋求答案。
理論教學(xué)必須配合實(shí)驗(yàn)操作,才能將抽象概念轉(zhuǎn)化為形象記憶。這是學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系,加深印象理解中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。為了配合激光原理理論教學(xué),在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中針對(duì)激光器的工作原理、光束特性、增益損耗、激光調(diào)制等方面,我們開(kāi)設(shè)了激光器諧振腔調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)、功率穩(wěn)定性和測(cè)量、激光發(fā)射角的測(cè)量、激光器模式分析、He-Ne 放電管的增益特性研究、激光器譜線光譜實(shí)驗(yàn)、激光器譜線選擇輸出實(shí)驗(yàn)、聲光調(diào)制、電光調(diào)制等實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中與理論相對(duì)比驗(yàn)證,就能明白激光的出光條件是增益大于損耗,否則就是熒光;諧振腔可采用鍍有特定反射膜端面鏡或者用色散棱鏡等方法可以對(duì)不同的激光模式起選擇作用,所以得到幾種不同的特定顏色的激光。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中,采用教師提問(wèn)引導(dǎo),學(xué)生動(dòng)手操作的形式進(jìn)行。有利于學(xué)生培養(yǎng)獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,培養(yǎng)理論指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的科研精神。實(shí)驗(yàn)原則要求學(xué)生獨(dú)立操作,養(yǎng)成認(rèn)真細(xì)致地工作態(tài)度,訓(xùn)練敏銳入微的觀察能力,加強(qiáng)基礎(chǔ)操作技能與技巧,為以后工作學(xué)習(xí)奠定一定基礎(chǔ)。
要學(xué)生能真正理解激光原理,認(rèn)識(shí)激光的重要性和實(shí)用性,除了重視理論教學(xué)和安排實(shí)驗(yàn)操作,還必須讓學(xué)生走出校園,走進(jìn)工廠,走進(jìn)社會(huì)。多年來(lái),我們與東莞勤上光電股份有限公司、星宇光電科技有限公司、廣東電子工業(yè)研究院有限公司、東莞宏威數(shù)碼機(jī)械有限公司、東莞龍昌數(shù)碼科技有限公司、東莞華纖光電傳感技術(shù)有限公司、廣東德生電子科技股份有限公司等企業(yè)都有多方面的交流合作,建立多個(gè)校外實(shí)習(xí)基地,引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)工廠參觀、實(shí)習(xí),切身感受激光和光電子技術(shù)對(duì)我們社會(huì)的促進(jìn)改革力量。此外,利用一切可能的機(jī)會(huì),鼓勵(lì)同學(xué)參加相關(guān)的博覽會(huì)和學(xué)術(shù)會(huì)議,及時(shí)了解最新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和創(chuàng)新成果,吸取最新科技知識(shí)。如近年的亞洲(東莞)國(guó)際激光技術(shù)博覽會(huì)、激光技術(shù)創(chuàng)新論壇等,組織有能力感興趣的同學(xué)參加學(xué)習(xí)。通過(guò)企業(yè)產(chǎn)品和專(zhuān)家學(xué)者的學(xué)術(shù)報(bào)告,同學(xué)們了解這些知名的激光企業(yè)的研究方向,掌握激光技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢(shì),學(xué)會(huì)如何解決企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新問(wèn)題。一方面擴(kuò)展了同學(xué)的視野,使同學(xué)直接面對(duì)本領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域最新產(chǎn)品和高水平的專(zhuān)家,了解最新科技成果和前沿發(fā)展動(dòng)態(tài),另一方面提高了同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力,加深理論內(nèi)容的理解和記憶。
《激光原理》課程以理論教學(xué)為主,但在教學(xué)過(guò)程要轉(zhuǎn)變角色,從教師為主的教學(xué)模式轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心的引導(dǎo)模式。為了培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力,引導(dǎo)學(xué)生去思考相關(guān)問(wèn)題,并結(jié)合所學(xué)知識(shí),充分利用圖書(shū)館、網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)的專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn),從而找到問(wèn)題答案。特別在激光的應(yīng)用,其發(fā)展日新月異,要學(xué)生了解最新最前沿知識(shí),最直接快捷的方法就是閱讀文獻(xiàn)。所以將激光的發(fā)展和應(yīng)用等內(nèi)容布置為若干專(zhuān)題,學(xué)生分成若干小組,讓他們自己收集資料,進(jìn)行整理和提煉,并運(yùn)用多媒體技術(shù)制作成PPT 文件,向教師和其他小組成員做匯報(bào),交流和討論研究進(jìn)展以及遇到的技術(shù)問(wèn)題。教師在討論中通過(guò)縱向深入、橫向聯(lián)系的啟發(fā)式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生,對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)糾正和解決。最后要求每個(gè)學(xué)生按正規(guī)格式,撰寫(xiě)科技小論文。根據(jù)學(xué)生搜集與處理信息能力、分析解決問(wèn)題能力、應(yīng)用多媒體能力、演講水平等幾方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。學(xué)生撰寫(xiě)論文過(guò)程中不僅擴(kuò)大了專(zhuān)業(yè)視野,及時(shí)了解到本學(xué)科的最新成果和科技動(dòng)態(tài),也培養(yǎng)和訓(xùn)練了他們文獻(xiàn)檢索、科技論文撰寫(xiě)的能力。
另外,對(duì)部分拔尖和綜合能力較強(qiáng)的同學(xué),應(yīng)給予他們一定的發(fā)展空間,結(jié)合課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新人才培養(yǎng)項(xiàng)目、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯等,鼓勵(lì)他們參與教師相關(guān)課題研究,通過(guò)精心組織精心指導(dǎo)使其得到嚴(yán)格訓(xùn)練,培養(yǎng)科學(xué)研究素質(zhì)和科技創(chuàng)新能力。
以上幾點(diǎn)是我們?cè)诩す庠斫虒W(xué)中的一些初步探索和實(shí)踐。在具體教學(xué)過(guò)程中,以學(xué)生為中心,以研究性學(xué)習(xí)、啟發(fā)式教育為主,配合實(shí)驗(yàn)操作和校外的實(shí)訓(xùn)考察,達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力和提高綜合素質(zhì)的目的。當(dāng)然,在此過(guò)程中還存在很多問(wèn)題,涉及教學(xué)環(huán)境,實(shí)驗(yàn)室儀器經(jīng)費(fèi)投入和維護(hù)、校外實(shí)習(xí)基地等諸多方面。要建立一套符合自身切實(shí)情況、有地方院校特色的教學(xué)方法,取得卓有成效的教學(xué)成果,還有很多問(wèn)題要解決,需要我們不停的摸索、總結(jié)和改進(jìn)。
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