增加《激光原理》課程課堂教學趣味性的探索

摘 要：該文分析了當前《激光原理》課程課堂教學中存在的問題，探索了增加《激光原理》課堂教學趣味性的方法，并在教學實踐中進行了驗證，結果表明這些方法能夠增加《激光原理》課堂教學的趣味性，有利于提高教學質量和效果。

關鍵詞：激光原理 課堂教學 趣味性

中圖分類號：TM6文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-0-02

激光技術[1]與原子能技術、計算機技術和半導體技術并稱為20世紀世界科學技術的四大發明。由于激光具有相干性好、方向性好、單色性好和亮度高等優點，而廣泛應用于激光制導、激光加工、激光通信、激光精密測量和激光醫學等重要領域。

1 存在的問題

激光技術是以激光原理為基礎，《激光原理》[2]課程是高校光信息科學與技術、光電子技術、光學工程和光電信息工程等專業本科生的專業基礎必修課，也是最能體現專業特色的一門課程。由于該課程理論性很強，學生普遍感到抽象難懂、枯燥乏味，導致該課程的到課率低下，教學效果差，學生成績很不理想。更為嚴重的是，有部分學生因為這門主干課程的成績不及格而對后續相關專業課程的學習失去信心，最終因為多門課程不及格而延遲畢業，有的甚至被退學。

因此，如何增加課堂教學的趣味性，提高課堂教學的質量和效果，是當前《激光原理》課程教學中一項十分緊迫而又有重要意義的研究課題。

2 增加課程教學趣味性的方法

2.1 采用多媒體教學手段

由于《激光原理》課程的理論性很強，教材中公式很多，如果采用傳統的教學方式，老師將這些理論和公式一字不漏地在黑板上進行推導，不僅會讓學生覺得枯燥乏味，而且教學效率也很低下，最終很難在規定的有限課時內順利完成教學任務。

現代多媒體教學手段能夠將課堂內容以圖、文、聲并茂，甚至活動影像的形式展示出來，這樣不僅增加了課堂教學的知識容量，而且使整個教學過程生動形象，是增加課堂教學趣味性、提高課堂教學效果和質量的有效途徑。另外，多媒體教學還可以將一些因為缺乏實驗設備而無法實現的實驗內容以動畫的形式在課堂演示，有利于學生快速理解和掌握實驗內容，從而加深對實驗的印象和理解，最終提高課堂教學的趣味性和教學效果。

筆者在講授《激光原理》中“紅寶石固體激光器的工作原理”部分時，總是采用多媒體教學，將激光產生過程中激活離子的能級躍遷過程用動畫的形式演示，這樣不僅增加了對激光產生過程的感性認識，而且讓學生深刻領會了激光產生的物理機理。另外，在講授激光的軍事應用時，以“激光駕束制導”為具體應用實例，采用flash軟件制作了激光駕束制導導彈攻擊目標全過程的動畫，這樣，不僅增加了課堂的趣味性，而且讓學生深深體會到激光技術在現代戰爭中的重要性，從而增加了對此課程的學習興趣。

2.2 巧用激光發展史

從1960年世界上第一臺激光器誕生到現在已經歷50多年了，如今，激光增益介質從最初的紅寶石發展到數百種，激光器的功率從幾毫瓦到數萬瓦，激光器的壽命也從幾分鐘發展到幾萬小時以上，激光器工作方式從最初的只能脈沖工作發展到既能脈沖又能連續工作。這些成果的取得凝聚了無數科學家的心血，如果在教學過程中巧妙地穿插這些科學家研究生涯中的趣聞佚事，不僅能夠增加課堂教學的趣味性，而且可以培養學生的科學素養和為科學獻身的精神，是對學生進行養成教育的良好素材。

筆者在講授第一章“緒論”時，首先介紹美國科學家梅曼發明世界上第一臺紅寶石激光器所經歷的漫長奮斗歷程，以此為契機教育學生對待科學研究一定要有持之以恒的精神和不怕困難頑強毅力。然后，以我國科學家在世界上第一臺激光器誕生后一年多時間內就研制成功了我國自己的紅寶石激光器為例，告訴學生我們國家的激光技術與世界上最先進的技術之間的差距很小，以此喚起學生強烈的愛國意識和研究熱情。每當我講授這些內容時，我發現幾乎所有的學生都在全神貫注的聽講。

2.3 注重學科交叉

由于《激光原理》課程的理論性很強，而且具有很強的多學科交叉性，要學好這門課程，不僅需要具備幾何光學和物理光學基礎，而且，還需要固體物理、半導體物理、電磁場和電磁波理論方面的知識。教學過程中如果僅僅局限于《激光原理》課程本身，其教學效果必然不容樂觀。如果能夠將相關學科的知識點與《激光原理》進行有機結合，用其它學科中分析、解決問題的方法來分析、解決《激光原理》中的問題，有時會有事半功倍的效果。

筆者在講授《激光原理》中“激光的模式理論”時，總是引入機械波和電磁波的理論來解釋激光模式的概念，讓學生感覺到一種激光模式實際上類似機械波（或者電磁波理論）中所存在的一種機械波形（或者電磁波形），這樣的講解使得本來抽象的激光模式理論變得形象生動。

2.4 緊密聯系國防軍事應用

世界上第一臺激光器的研發動機主要是因為第二次世界大戰期間戰爭的需要，激光器誕生后首要的應用領域是激光武器。目前，許多發達國家都在研究高能激光武器以滿足未來高科技戰爭的需要。美國曾將激光器用于國家導彈防御系統來攔截對方導彈，這種用激光進行導彈攔截不僅可以提高攔截的命中率，而且可以大幅度降低費用。另外，空間激光保密通信也是現代戰爭中十分有效的一種通信方式。這些重要的軍事應用其實就是基于激光具有很好的方向性這一特點。筆者在講授《激光原理》中“激光的四大特性之一—方向性好”這節內容時，經常將激光的方向性好與軍事應用緊密聯系起來，讓學生感覺到課程內容的重要性，從而增加學習

興趣。

2.5 緊密聯系生產實踐

“理論與實踐相結合”是馬克思主義的精髓，任何一種理論的最終目標都是要為生產實踐服務。目前，激光技術已經廣泛應用于生產實踐的各個領域，如：激光加工、激光醫學、激光育種、激光通信和激光光譜學等領域。《激光原理》課堂教學中如果能夠緊密聯系生產實踐，必然會增加課堂教學的趣味性。

筆者在講授《激光原理》課程中的“激光聚焦與準直”這節內容時，緊密聯系激光聚焦在激光切割機的應用實例，并給學生介紹自己為桂林某激光技術公司設計的激光切割機光路系統，給出設計步驟和最終設計的系統光路圖（見圖1），讓學生深刻體會到這一節理論的重要性。

2.6 緊密聯系科技前沿

科學研究要“頂天立地”，所謂“頂天”就是說要站在國際國內科技前沿，不斷創造高水平的科技成果；“立地”就是要從經濟社會發展的實際需要出發，切實解決發展過程中所面臨的實際科學和技術

問題。

《激光原理》課堂教學過程中必須有“頂天”意識，教師應該有很強的科研敏銳性，要緊跟當前激光領域的科技前沿，在教學過程中應該適當增加與授課內容相關的國際前沿科技問題，這樣不僅可以豐富課堂內容，而且能夠激發學生的學習興趣，提高課堂教學的質量。如果還是照本宣科地按照幾年前出版的教材內容進行講述，必然缺乏新穎性和趣味性，最終會降低課堂教學的效果和質量。

筆者在講授“典型激光器”這一章內容時將“飛秒光纖激光器”作為重點，并將其與當前光學和電磁波領域世界公認的一個科學前沿-“太赫茲波技術”緊密聯系

起來。

因為太赫茲波具穿透性好、安全性好以及可以用作進行物質識別的指紋譜等特性，而成為當前世界各國投巨資進行研究的一個重要的前沿熱點研究領域，而飛秒光纖激光器則是太赫茲時域光譜系統的一個核心器件。這樣，學生感覺到飛秒光纖激光器的重要性之后，會帶著濃厚的興趣去主動學好這一節內容。

參考文獻

[1] 藍信鉅.激光技術[M].3版.北京：科學出版社，2009-01.

[2] 周炳琨，高以智，陳家驊，等.激光原理[M].6版.北京：國防工業出版社，2009-01.