軍隊(duì)院?！凹す庠砼c技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

韓宏偉，張曉暉，孫春生，饒炯輝

（海軍工程大學(xué) 兵器工程系，湖北 武漢 430033）

軍隊(duì)院?！凹す庠砼c技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

韓宏偉，張曉暉，孫春生，饒炯輝

（海軍工程大學(xué) 兵器工程系，湖北 武漢 430033）

為了達(dá)到培養(yǎng)學(xué)員動手能力、創(chuàng)新能力與滿足部隊(duì)建設(shè)需求相統(tǒng)一的目的，海軍工程大學(xué)兵器工程系激光原理與技術(shù)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)新修訂的專業(yè)人才培養(yǎng)方案，對該課程進(jìn)行了大幅度改革。該文從優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置、統(tǒng)籌實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法及完善實(shí)驗(yàn)管理制度4個方面進(jìn)行改革創(chuàng)新，力求擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度和廣度。改革后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案已應(yīng)用到2012級本科生的教學(xué)實(shí)踐中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)將視教學(xué)效果進(jìn)行進(jìn)一步的修改完善，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

高等院校；激光原理與技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

激光作為20世紀(jì)的三大發(fā)明之一，在短短50年的時間里已經(jīng)發(fā)展成為現(xiàn)代光電裝備必不可少的光源，在偵察、警戒、瞄準(zhǔn)、導(dǎo)航、通信、制導(dǎo)、對抗等作戰(zhàn)全過程中都承擔(dān)了十分重要的角色，學(xué)習(xí)激光發(fā)射的原理和技術(shù)、掌握激光器件的工作特性、了解激光裝備的應(yīng)用是海軍光電專業(yè)學(xué)員必須完成的功課，因此激光原理與技術(shù)一直是我校軍用光電工程專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)課程。該課程自1981年開課至今歷經(jīng)了多次教學(xué)內(nèi)容的改革和學(xué)時數(shù)的調(diào)整，在2013年制訂的課程標(biāo)準(zhǔn)中，鑒于激光器件和技術(shù)在現(xiàn)代海軍裝備中的重要地位，將該課程的學(xué)時數(shù)由50學(xué)時調(diào)整為70學(xué)時。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是大學(xué)教學(xué)的一種重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)造能力的主要手段，對人才培養(yǎng)具有重要作用［1］。由于建立在“測不準(zhǔn)”量子理論之上，激光原理與技術(shù)課程內(nèi)容復(fù)雜、物理概念抽象、理論性強(qiáng)、學(xué)習(xí)難度較大，學(xué)生往往缺乏感性認(rèn)識，不易理解，所以只靠課堂講授很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果［2］。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為該課程的重要組成部分，是學(xué)員真正認(rèn)識激光器、理解激光理論與技術(shù)的必經(jīng)步驟［3］，對于提高課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新能力具有重大作用。

近年來，激光原理與技術(shù)教學(xué)團(tuán)隊(duì)借鑒先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合軍隊(duì)院校專業(yè)針對性強(qiáng)、軍事特色鮮明的特點(diǎn)，在該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)上進(jìn)行了一些改革探索，取得了一定成績。

1 需要解決的主要問題

與本課程相配套的實(shí)驗(yàn)始建于1985年，當(dāng)時只能開出一個演示實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過多年的建設(shè)，到2013年，本課程已能開設(shè)3個基本實(shí)驗(yàn)（6學(xué)時），分別是高斯光束光強(qiáng)空間分布的測量、固體激光器的工作特性和激光調(diào)制技術(shù)（包括電光調(diào)制、磁光調(diào)制和聲光調(diào)制等），其中前2個為學(xué)生實(shí)做實(shí)驗(yàn)，后1個是演示實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課存在著與理論課配合不緊密，自主性和綜合性實(shí)驗(yàn)欠缺，學(xué)員只滿足于簡單重復(fù)教員講授的實(shí)驗(yàn)步驟，不善于思考，不能主動探索的問題。

當(dāng)前，新軍事變革對軍校人才培養(yǎng)提出了更高的要求，激光器件和技術(shù)也在海軍裝備中充當(dāng)了更加重要的角色。為了順應(yīng)這種發(fā)展趨勢，新一輪人才培養(yǎng)方案修訂后，在軍隊(duì)院?！?110工程”經(jīng)費(fèi)支持下，激光原理與技術(shù)教學(xué)團(tuán)隊(duì)對教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法進(jìn)行大幅度改革。其中，實(shí)驗(yàn)課學(xué)時數(shù)增加為10學(xué)時，且為了提升教學(xué)層次，培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新能力，對實(shí)驗(yàn)課提出了新的要求，不能僅滿足于教員教，學(xué)員照著做的模式，而且擴(kuò)展了實(shí)驗(yàn)課的深度和廣度。

2 改革措施

以緊跟現(xiàn)代激光領(lǐng)域前沿理論和技術(shù)，緊貼部隊(duì)實(shí)際光電裝備，突出軍用光電工程專業(yè)特色，培養(yǎng)學(xué)員認(rèn)真態(tài)度、實(shí)作技巧、創(chuàng)新能力為指導(dǎo)思想，教學(xué)團(tuán)隊(duì)從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置、實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)、教學(xué)方法改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)制度管理等4個方面入手改革創(chuàng)新激光原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置

在頂層實(shí)際上，根據(jù)理論課和實(shí)驗(yàn)課交替進(jìn)行，每學(xué)完一部分基礎(chǔ)理論就進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，以加深學(xué)員理解的構(gòu)想，激光原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)課共設(shè)置了“激光諧振腔調(diào)整及其模式分析”“激光光束空間分布特性測量、激光光束通過光學(xué)元件的傳輸”“固體激光器的工作特性”“半導(dǎo)體激光器工作特性”和“激光調(diào)Q、倍頻、OPO技術(shù)”共5個實(shí)驗(yàn)題目。

針對每一個具體的實(shí)驗(yàn)題目，采取兩種措施來細(xì)化其具體內(nèi)容。

1）首先，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)與激光在軍事上的具體應(yīng)用結(jié)合起來。由于激光原理和技術(shù)中的大部分理論和技術(shù)都在新型的激光測距、激光制導(dǎo)、光電對抗等裝備中得到應(yīng)用，對提高武器裝備的探測能力和精確打擊能力起到了關(guān)鍵作用［4］。因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計要緊扣這一特點(diǎn)。如半導(dǎo)體激光器小型化和高頻調(diào)制特性使其應(yīng)用于激光通信和激光駕束制導(dǎo)中，因此半導(dǎo)體激光器工作特性實(shí)驗(yàn)應(yīng)將半導(dǎo)體激光器的調(diào)制特性作為一個知識點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計，使學(xué)員不僅理解其特性還明白其軍事應(yīng)用。

2）其次，將實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)與自主性實(shí)驗(yàn)兩部分。為提高學(xué)員學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)其探索精神和創(chuàng)新能力，將每一次的實(shí)驗(yàn)課分為基礎(chǔ)理論性實(shí)驗(yàn)和自主設(shè)計性實(shí)驗(yàn)兩部分。綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力的重要途徑［5－6］。其中基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)用于驗(yàn)證理論課的某些結(jié)論，以加深學(xué)員對基本理論的感性認(rèn)識。要求學(xué)員認(rèn)真操作，以培養(yǎng)其科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。自主性實(shí)驗(yàn)由教員提出問題，學(xué)員通過查找資料，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備基礎(chǔ)上設(shè)計實(shí)驗(yàn)來尋找答案。如在諧振腔調(diào)整及其模式分析實(shí)驗(yàn)中，將縱模數(shù)目測量作為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而將縱橫模頻率測量作為設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，教員只給出思路，由學(xué)員動腦、動手來實(shí)現(xiàn)。又如在半導(dǎo)體激光器工作特性實(shí)驗(yàn)中設(shè)計了激光通信系統(tǒng)的搭建這一自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

2.2 實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置受制于實(shí)驗(yàn)儀器。激光原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)需要的各種激光器和光學(xué)配件都是精密儀器，價格昂貴［3］。因此必須全面統(tǒng)籌，有效地利用有限的“2110工程”課程建設(shè)資金為教學(xué)目的服務(wù)。在實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)過程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)遵循了3個原則。

1）著眼于在軍事上具有較大應(yīng)用價值的新型激光器和新的激光技術(shù)，引進(jìn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。如可實(shí)現(xiàn)波長調(diào)諧的光學(xué)參量振蕩器（optical parametric oscillator，OPO）技術(shù)在人眼安全激光測距和激光對抗中具有廣闊的應(yīng)用前景。為此，我們與國營238廠合作，開發(fā)了釔鋁石榴石（yttrium aluminate garnet，YAG）固態(tài)激光器泵浦OPO實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以工作在普通YAG固體激光器、調(diào)Q的YAG固體激光器、調(diào)Q的YAG固體激光器倍頻、調(diào)Q的YAG固體激光泵浦OPO和調(diào)Q的YAG固體激光泵浦OPO倍頻等5種工作模式下，輸出1 064 nm、532 nm、1 570 nm和785 nm共4種波長的光脈沖，可以完成測量YAG脈沖固體激光器、OPO工作特性、測量各種工作模式下的激光波長、脈寬、峰值功率等特性參數(shù)和演示磷酸鈦氧鉀（potassium titanyl phosphate，KTP）晶體倍頻效應(yīng)等6個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的示教。

2）知識本身是不斷創(chuàng)新和發(fā)展的，這一規(guī)律決定了教學(xué)和科研是密不可分的［7］。教學(xué)需要科研，科研促進(jìn)教學(xué)［8］。因此，在實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)中我們以教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備服務(wù)科研，科研項(xiàng)目引入教學(xué)為原則，一方面購買了如泰克1 GHz帶寬示波器這樣的科研用儀器，另一方面依托軍口科研，開設(shè)了水下激光成像、激光引偏干擾兩個演示性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

3）對原有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行二次開發(fā)，充分發(fā)揮其性能。如購買了倍頻晶體，并將原有固體激光器實(shí)驗(yàn)平臺改造，與電壓表、正－本征－負(fù)（positive－intrinsic－negative，PIN）二極管、示波器及激光能量計搭配起來后充實(shí)了固體激光器的工作特性實(shí)驗(yàn)，可以訓(xùn)練學(xué)員測量激光能量、脈沖寬度和計算激光器電光轉(zhuǎn)換效率等，從而培養(yǎng)其使用多種科學(xué)測量儀器的技能。

2.3 教學(xué)方法改進(jìn)

為了激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)熱情，實(shí)驗(yàn)課同樣需要重視教學(xué)方法、教學(xué)手段的使用和改進(jìn)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)主要從以下3個方面著手。

1）營造和諧的課堂氛圍，努力做到以學(xué)員為中心，增進(jìn)溝通，加強(qiáng)交流，增強(qiáng)互動，充分調(diào)動學(xué)員的積極性［9］。

2）充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)勢。多媒體具有生動直觀、快速高效、信息量大、方便靈活、過程虛擬等優(yōu)勢。將多媒體技術(shù)應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)課的兩個時間段。首先是剛上課時教員講解實(shí)驗(yàn)操作的時候，這樣做既生動、直觀、有趣，還可以縮短教員講解過程，將更多時間留給學(xué)員實(shí)作；其次是快下課之前，教員通過PPT向?qū)W員展示其他可行的實(shí)驗(yàn)方案，以拓寬學(xué)員的思路。如在激光光束空間分布特性測量、激光光束通過光學(xué)元件的傳輸實(shí)驗(yàn)中，為了測量高斯光束的光斑半徑，學(xué)員所采用的方法是使用硅光電池在二維平面內(nèi)掃描，并經(jīng)數(shù)據(jù)擬合后得到光斑半徑。但在課程最后，教員會利用多媒體課件向?qū)W員介紹刀口法、小孔法和電荷耦合器件（charge－coupled device，CCD）測量法［10］。

3）重視對青年教員的培養(yǎng)，堅持崗前培訓(xùn)、督導(dǎo)聽課、教授單獨(dú)輔導(dǎo)的制度。

2.4 實(shí)驗(yàn)制度管理

為了充分利用實(shí)驗(yàn)室，調(diào)動學(xué)員積極性和體現(xiàn)以人為本的教育思想，實(shí)行開放式的實(shí)驗(yàn)室管理制度［11］。對課上沒有做完或者感興趣的實(shí)驗(yàn)，學(xué)員可向教員申請進(jìn)行指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)，從而使學(xué)員的實(shí)驗(yàn)時間不局限于10個課上學(xué)時。

此外，對于科研感興趣或素質(zhì)較高的學(xué)員，讓其參與到科研項(xiàng)目中，以得到更好的培養(yǎng)。如2010級一名本科生參與了YAG固態(tài)激光器泵浦OPO實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建，據(jù)此完成的本科畢業(yè)設(shè)計獲得了湖北省優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文［12］。

3 結(jié)束語

針對軍隊(duì)院校人才培養(yǎng)方式轉(zhuǎn)變和激光原理與技術(shù)課程改革的需要，對該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了一系列的改革探索。目前，改革后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案正在2012級本科教學(xué)中實(shí)踐。教學(xué)團(tuán)隊(duì)將根據(jù)教學(xué)效果和學(xué)員反饋進(jìn)一步優(yōu)化改革措施，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

［1］厲旭云，梅汝煥，葉治國，等.高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的發(fā)展及趨勢［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，33（3）：131－135.

［2］蘇紅.《激光原理》教學(xué)方法的初探與實(shí)踐［J］.中國校外教育，2009（S1）：90.

［3］居桂方.“激光原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐［J］.社會工作與管理，2005，5（S1）：140－141.

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［11］謝青，吳元喜，楊廣笑.開放實(shí)驗(yàn)室管理模式的探索［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2013，11（4）：162－163.

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Reform Exploration of Experimental Teaching in Course of Laser Principle and Technique at Military College

HAN Hongwei，ZHANG Xiaohui，SUN Chunsheng，RAO Jionghui
（Department of Weaponry Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China）

In order to expand the depth and breadth of experimental teaching and to integrate the ability training and meeting the need of navy development，according to the new personnel training program，the teaching term of laser principle and technology course in department of weapons engineering of Naval Engineering University have reformed this course greatly.the experimental teaching reform focuses on optimizing the settings of experiment content，planning the experimental condition construction as a whole，improving experimental teaching methods and perfecting the experimental management system.The experimental teaching program after reform is being carried on the undergraduates of grade 2012 and the teaching term will improve and perfect it further according to the teaching effects.

university；laser principle and technique；experimental teaching；teaching reform

G642

A

10.3969／j.issn.1672－4550.2016.06.037

2015－06－24；修改日期：2016－10－24

軍隊(duì)院?！?110”實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目。

韓宏偉（1983－），男，博士，講師，主要從事水下激光成像與圖像處理方面的研究。