應用物理學專業課程中的微課程教學探索

□屠煒巍

我國高校的應用物理學專業(光電方向)主要培養光電類科研或技術工作者，其課程中包含專業基礎課《光學》，專業課《激光原理與技術》《信息光學》等課程。這些課程是應用物理學專業(光電方向)的核心課程，其教學效果直接影響人才培養的質量。而這些課程的相同點是難度大，概念和理論比較抽象，僅憑課堂授課，學生無法很好的掌握。在新媒體蓬勃發展的大環境下，各種新型教學模式給傳統教學模式帶來很大的沖擊。尤其是翻轉課堂這種模式，將傳統的教育教學的主體從教師向學生傾斜，能夠更大程度地挖掘學生的主觀能動性，對于培養具有創新創業能力的新型人才非常有益。然而單純的反轉課堂并不能滿足所有課程的教學需求，而且對學生的知識基礎和學習態度有很高的要求。因此，本文探索了結合實驗的微課程輔助教學的方法，并達到了提高教學質量的結果。

一、教學現狀分析

(一)概念抽象，學生難以理解。例如，《光學》課程是專業基礎課，該課程主要講授幾何光學的基本原理，光闌、像差以及成像光學儀器的基本原理，光波以及光的干涉、衍射和偏振的特征，光的吸收、色散和散射特征；《信息光學》課程是利用信息學的概念，在光學研究中引入傅里葉變換這一數學工具，將光學在空域的研究拓展到了頻域，并且利用這些變換域理論來進行光學成像分析和光學圖像處理；《激光原理與技術》課程的教學內容包括激光產生的基本原理、光學諧振腔和激光模式的基礎理論、激光的應用領域與典型應用技術等。在實際的教學過程中，由于這些課程的理論性較強，對學生的物理分析能力和數學計算能力都有著較高的要求，傳統的“填鴨式”教學也容易引起學生的厭學情緒。天津職業技術大學是公辦普通本科院校，應用物理學專業非學校特色專業，學生入校分數較低。學生的知識基礎和理解能力較重點本科院校學生有很大差距。而學校的課程大綱和重點本科學校的課程大綱相差無幾。因此，學生學習困難很大。很多學生靠死記硬背達到及格，教學效果不佳。本文對正在學習《激光原理和激光技術》的2016級學生進行問卷調查，調查以該課程的若干個知識點為例，考查學生的學習狀況。調查結果顯示，學生掌握狀況并不好，測試題目正確率僅為60%。

(二)容易遺忘，對知識點掌握不牢。通過考試并不是教學的真正目的，讓學生能在未來的科研或生產中用到知識才是教學的真正目的。由于很多學生靠死記硬背通過考試，通過考試后，大部分知識被很快遺忘。以學校2015級學生為例，對其進行問卷調查，調查內容為已學習一年的《激光原理與激光技術》和已學習半年的《信息光學》中的若干知識點。調查結果顯示，學生均表示對知識點有印象，但具體內容遺忘很多，測試題目正確率僅為50%。

(三)缺少興趣，不知道知識點在生產生活中的應用。很多專業課的內容在生產中有廣泛應用，但是授課主要以理論知識為主，涉及應用部分相對較少。這也造成了學生缺乏興趣，間接影響了教學效果。

(四)實驗對教學的輔助有一定局限性。實驗對學生掌握知識有很大的幫助，但也存在一定的局限性。由于課程總課時有限，實驗課時量也非常少，大量知識點無法被實驗覆蓋，課時數量僅夠學生進行一次實驗，無法讓學生透徹地理解知識點；實驗場地和設備數量有限，光學實驗儀器價格相對較高，無法保證人手一臺，需要多人一組進行實驗，由于部分學生依賴心理較強，沒有能夠通過實驗加深對知識點的理解；實驗課時和理論課課時時間搭配也有一定局限性，由于實驗教學需要固定的實驗室，所以實驗課時需要根據實驗室的使用情況進行安排，通常安排在某個固定的時間段統一實驗。這樣的結果是學生在實驗前學習的理論知識可能已經遺忘，通過實驗提高教學效果的目的并沒有達到。

二、教學改革的探索和若干實例

根據以上現狀，學校進行了通過實驗視頻微課程輔助授課的探索。在探索中放棄了傳統的反轉課堂的形式，因為反轉課堂對學生的自覺性要求很高。本文探索的方式是錄制簡短的實驗視頻作為微課程，每段微課程約3分鐘左右，內容大多為較難理解的知識點或在生產生活中有應用的內容。在課上由教師播放并講解，學生也可以在課下反復觀看復習。以《激光原理與技術》中“高斯光束的透鏡變換”這個知識點為例，以往教師授課主要注重公式推導，學生因為不了解這個知識點的應用，因此興趣不高，影響教學效果。通過對正在學習該課程的2016級學生進行調查，大部分學生對該知識點有印象，但掌握情況不佳。針對此知識點，錄制了激光打標機的實驗視頻微課程。學生通過視頻學習和教師的講解，了解到很多商品標識等都是通過激光打標機打標而成。而激光打標的原理就是將光纖激光器產生的激光光束，經透鏡組變換后束腰變小，大幅提高能量密度。學生了解了該知識點在激光加工、激光打標等領域有廣泛應用，提高了學習的積極性，達到了較好的教學效果。

《光學》中，法布里珀羅干涉是干涉部分的重要知識點，而且與很多后序課程關系緊密。傳統授課模式中，教師以理論推導為主，且沒有實驗課時。學生很難想象到其干涉現象，對實驗裝置印象也不深刻。對過去已修過《光學》的學生進行調查，結果顯示大部分學生對法布里珀羅干涉的實驗裝置和干涉現象遺忘嚴重。因此錄制了這個知識點的實驗現象微課程，包括實驗裝置、實驗現象以及微調前后腔鏡角度后干涉條紋的變化。在課堂由教師播放并結合理論講解，課下學生觀看復習。經過視頻學習后的學生對該知識點理解較好。

《信息光學》中，余弦振幅光柵是標量衍射理論中的一個知識點。該知識點是信息光學夫瑯和費衍射的重要例子，但是實驗較困難，理論運算出的結果無法用實驗現象驗證。學生如果沒有看過實驗現象，對這個知識點理解不夠深刻。教學中用空間光調制器模擬余弦振幅光柵，進行其夫瑯和費衍射實驗，并制作微課程。學生學習時不但驗證了余弦振幅光柵的衍射計算結果，還了解了信息光學的常用實驗器件——空間光調制器，對其未來的學習也會產生幫助。

三、結語

綜上所述，本文通過應用物理學專業若干課程錄制實驗微課程輔助教學的改革探索，介紹了改革實踐中的經驗和獲得的教學效果，并且分享了三個微課程的案例，以達到提高教學質量的目的。