問(wèn)答式教學(xué)方法在《激光原理》課程實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

（國(guó)防科技大學(xué)前沿交叉學(xué)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410073 ）

自從1960年梅曼研制出第一臺(tái)激光器以來(lái)，激光相關(guān)理論與技術(shù)得到了異乎尋常的飛速發(fā)展。激光憑借其亮度高、方向性好、單色性好等優(yōu)點(diǎn)在信息存儲(chǔ)與傳輸、光學(xué)檢測(cè)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、軍事等諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，也帶來(lái)了交叉學(xué)科的發(fā)展。

《激光原理》我校光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。激光原理課程內(nèi)容側(cè)重激光器的基本原理和理論，比較抽象，只靠課堂講授很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。為了加深學(xué)生對(duì)激光原理知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，我們?cè)鲈O(shè)了激光原理課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。目前開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括半導(dǎo)體激光器、氦氖激光器與激光諧振腔、聲光調(diào)Q激光器。

《激光原理》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程理論教學(xué)的延續(xù)，所不同的是理論課程是大班教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課程是分組分批教學(xué)。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師可以與學(xué)生有更多的互動(dòng)過(guò)程。與學(xué)生溝通采用問(wèn)答式方法，不直接給出正確答案，更多地注重引導(dǎo)學(xué)生自己思考，學(xué)生思考的過(guò)程也是對(duì)課程基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)的一次回顧和反芻。

本文以“氦氖激光器與激光諧振腔實(shí)驗(yàn)”為例，介紹啟發(fā)問(wèn)答式教學(xué)方法在激光原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

氦氖激光器與激光諧振腔實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要包括三個(gè)環(huán)節(jié)：課前教師講解；學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作；課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫。

一、課前講解

課前講解是在學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)之前，由任課教師對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識(shí)做簡(jiǎn)要講解。講解的內(nèi)容主要包括激光器諧振腔的基本原理、光束準(zhǔn)直原理、實(shí)驗(yàn)用到的法布里-珀羅掃描干涉儀原理以及實(shí)驗(yàn)操作中的安全注意事項(xiàng)。

氦氖激光器與激光諧振腔實(shí)驗(yàn)的基本原理主要講解激光器的“三要素”、橫模、縱模。通過(guò)向?qū)W生提問(wèn)，了解學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。然后針對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)不清楚的點(diǎn)予以重點(diǎn)講解。“縱模間隔與諧振腔腔長(zhǎng)什么關(guān)系？”“增益曲線與縱模個(gè)數(shù)是什么關(guān)在氦氖激光器與激光諧振腔實(shí)驗(yàn)中系？”通過(guò)這樣的問(wèn)答引導(dǎo)學(xué)生回顧課程所學(xué)，明白諧振腔的選模作用以及激光器多縱模輸出的原理。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)激光器原理的過(guò)程，僅僅掌握激光運(yùn)轉(zhuǎn)原理、諧振腔理論還不夠，還需要了解光束準(zhǔn)直的原理。繼續(xù)通過(guò)提問(wèn)的方式逐步引導(dǎo)學(xué)生思考，進(jìn)而明白光束準(zhǔn)直的原理?！盀槭裁春つ始す馄鞯膶?shí)驗(yàn)中要用到半導(dǎo)體激光器？”“在氦氖激光器沒(méi)有出光以前如何調(diào)整諧振腔？”“如何判斷諧振腔的兩個(gè)斷面反射鏡已經(jīng)調(diào)平行？”。通過(guò)這樣一系列的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考，使其明白參考半導(dǎo)體激光器的作用以及與同一束激光垂直的兩個(gè)鏡子必然平行?！皩?shí)驗(yàn)中用到的所有器件都在導(dǎo)軌上，那么作為參考光束的半導(dǎo)體激光器如何調(diào)整其光束使其方向與導(dǎo)軌方向平行？”通過(guò)這一問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考，弄清楚光束準(zhǔn)直的原理。光束準(zhǔn)直原理本質(zhì)上是一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題。理清楚這個(gè)問(wèn)題的過(guò)程，也是激發(fā)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的一個(gè)過(guò)程。

氦氖激光器與激光諧振腔實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括觀察激光器縱模個(gè)數(shù)。觀察的手段是采用法布里-珀羅掃描干涉儀（FP掃描干涉儀）。通過(guò)理論講解結(jié)合仿真動(dòng)畫(huà)演示，重點(diǎn)講清楚“自由光譜范圍”和“精細(xì)度”兩個(gè)概念。

通過(guò)問(wèn)答式的方法強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)安全注意事項(xiàng)?！盀槭裁床荒軒щ姴灏坞娫床孱^？”通過(guò)這一問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考插拔電源插頭對(duì)儀器設(shè)備帶來(lái)的危害?！昂つ始す馄鞯墓╇姙槭裁葱枰锨Х碾妷?？”通過(guò)這一問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考氦氖激光器是通過(guò)高壓擊穿增益介質(zhì)，也就是氦氖氣體來(lái)工作的，讓學(xué)生對(duì)激光器的高壓有清晰的認(rèn)識(shí)[1]。

二、實(shí)驗(yàn)操作

理論與實(shí)驗(yàn)的關(guān)系就是“知”與“行”的關(guān)系，原理理論都知道，真正做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候也難免會(huì)有卡住的時(shí)候。因此，學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，教師要實(shí)時(shí)觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中卡住的話，要及時(shí)與學(xué)生溝通，了解問(wèn)題所在，并引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題。

另外，對(duì)于進(jìn)展“順利”的小組，也要及時(shí)地提問(wèn)，判斷學(xué)生是否對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象理解正確。有的學(xué)生第一次使用FP掃描干涉儀觀察激光器模式，不知道到底哪個(gè)是模式，容易把自由光譜區(qū)重復(fù)帶來(lái)的尖峰理解為不同的模式。這樣一來(lái)，雖然看上去學(xué)生沒(méi)有卡住，但其實(shí)并沒(méi)有真正理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還是存在知識(shí)盲點(diǎn)。這時(shí)候教師要及時(shí)與學(xué)生溝通，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到真正的縱模。

三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫

課前會(huì)發(fā)給學(xué)生實(shí)驗(yàn)講義，便于學(xué)生提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。但是，在實(shí)驗(yàn)原理的“高斯光束特征參數(shù)”表格中，故意設(shè)定一個(gè)計(jì)算錯(cuò)誤的束腰半徑值。要求學(xué)生在撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的時(shí)候予以找出來(lái)并給出正確的計(jì)算結(jié)果。這樣一個(gè)過(guò)程可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)的不足，鞏固學(xué)生對(duì)高斯光束模型的理解。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫要求學(xué)生不必抄寫講義中的實(shí)驗(yàn)原理，重點(diǎn)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果、自己對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析以及實(shí)驗(yàn)課程給自己帶來(lái)的啟發(fā)[2]。

結(jié)語(yǔ)

在激光原理課程實(shí)驗(yàn)中，引入了問(wèn)答式教學(xué)方法。在課前講解中通過(guò)啟發(fā)式問(wèn)答引導(dǎo)學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)原理；在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，通過(guò)啟發(fā)式問(wèn)答引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中的具體問(wèn)題以及對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有正確的認(rèn)識(shí)。教學(xué)實(shí)踐表明，問(wèn)答式方法提高了學(xué)生的課程參與度，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也提高了教學(xué)效果。