高職院校“激光原理與技術(shù)”課堂革命的實(shí)踐與探索

任婷婷 黃 焰

武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院 湖北武漢 430205

課堂革命是對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的全面重構(gòu)和創(chuàng)新發(fā)展,從教師能力提升、課程內(nèi)容重構(gòu)、教學(xué)關(guān)系轉(zhuǎn)變、教學(xué)模式創(chuàng)新以及評(píng)價(jià)體系構(gòu)建等方面,以全新視角構(gòu)建的新時(shí)代課堂。“激光原理與技術(shù)”課程是智能光電技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)核心課程,本文在“激光原理與技術(shù)”課程教學(xué)中積極開(kāi)展課堂革命實(shí)踐。在教學(xué)理念和教學(xué)內(nèi)容上,貫徹“崗課賽證”綜合育人要求,整合教學(xué)內(nèi)容與激光設(shè)備裝配工崗位相對(duì)應(yīng),與光電技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)課程體系結(jié)合,與激光設(shè)備裝調(diào)與加工技術(shù)技能競(jìng)賽相匹配,與激光加工技術(shù)“1+X”證書(shū)相融通,使教學(xué)過(guò)程職業(yè)化、生產(chǎn)化,從“知識(shí)本位”向“能力本位”轉(zhuǎn)變,從“理論”向“實(shí)踐”轉(zhuǎn)變。在教學(xué)組織和教學(xué)設(shè)計(jì)上,通過(guò)智慧職教平臺(tái)和騰訊課堂直播構(gòu)建混合式教學(xué)平臺(tái),采用BOPPPS有效教學(xué)法和問(wèn)題式PBL教學(xué)模式(以問(wèn)題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)),借助頭腦風(fēng)暴、討論區(qū)、問(wèn)卷調(diào)查等形式,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高課堂活躍度,從“以教為中心”向“以學(xué)為中心”轉(zhuǎn)變,從“無(wú)趣”向“有趣”轉(zhuǎn)變。在教學(xué)評(píng)價(jià)上,開(kāi)展校內(nèi)校外、教師學(xué)生多維度評(píng)價(jià),從“教學(xué)評(píng)價(jià)”向“學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)”轉(zhuǎn)變。

一、重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容,打造有崗、有料課堂

“激光原理與技術(shù)”作為智能光電技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)核心課程,共計(jì)72學(xué)時(shí),授課對(duì)象是智能光電技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)大二學(xué)生。分析該階段學(xué)生特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)他們已經(jīng)學(xué)習(xí)了高等數(shù)學(xué)、工程光學(xué)等前導(dǎo)課程,掌握了部分光學(xué)基本知識(shí),但對(duì)器件的工作原理缺乏學(xué)習(xí)興趣,工程應(yīng)用能力較弱,夠熟練操作網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái),喜歡動(dòng)手操作,但對(duì)理論性較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)缺乏分析判斷能力,工程應(yīng)用能力不足,喜歡趣味性較強(qiáng)的課堂環(huán)節(jié),不喜歡枯燥的公式,創(chuàng)新創(chuàng)造意識(shí)有待加強(qiáng)。

課程對(duì)應(yīng)的崗位為激光設(shè)備裝調(diào)工程師及激光設(shè)備操作師,崗位要求如下:

(1)進(jìn)行激光器的光機(jī)部件的裝配和調(diào)試,開(kāi)展光束質(zhì)量檢測(cè),進(jìn)行激光器的整機(jī)調(diào)校。

(2)進(jìn)行激光加工設(shè)備的總裝和調(diào)試。

(3)操作激光設(shè)備完成激光打標(biāo)、焊接、雕刻等,并依據(jù)加工效果進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)置。

基于以上分析,結(jié)合激光裝配調(diào)試工的崗位能力要求,對(duì)照激光加工技術(shù)“1+X”技能等級(jí)證書(shū)考證內(nèi)容,將講學(xué)內(nèi)容整合為基礎(chǔ)篇和應(yīng)用篇兩大部分,六大項(xiàng)目。

教學(xué)內(nèi)容從激光的基本知識(shí)出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地學(xué)習(xí)激光器的裝配與調(diào)試、激光光路的裝調(diào)與檢測(cè)、激光加工工藝的應(yīng)用等內(nèi)容。教學(xué)中以實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為主線,融合了激光加工技術(shù)“1+X”技能等級(jí)證書(shū)內(nèi)容。課程思政貫穿整門(mén)課程,激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷,倡導(dǎo)科技創(chuàng)新,弘揚(yáng)工匠精神。

圖1 “激光原理與技術(shù)”課程內(nèi)容重構(gòu)

二、創(chuàng)建闖關(guān)式、體驗(yàn)式教學(xué),打造有趣課堂

課程通過(guò)智慧職教平臺(tái)和騰訊課堂直播構(gòu)建混合式教學(xué)平臺(tái)。課前通過(guò)職教云平臺(tái)發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù),掌握學(xué)生預(yù)習(xí)效果;課中采用BOPPPS有效教學(xué)(導(dǎo)學(xué)、目標(biāo)、前測(cè)、參與式學(xué)習(xí)、后測(cè)、總結(jié))和問(wèn)題式PBL教學(xué)模式(以問(wèn)題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)),通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng),設(shè)計(jì)頭腦風(fēng)暴、問(wèn)卷調(diào)查、分組討論、游戲闖關(guān)等“以學(xué)生為主體”教學(xué)環(huán)節(jié),激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo);課后利用職教云平臺(tái)布置課后作業(yè)及拓展任務(wù)。

本文以任務(wù)5《激光光學(xué)諧振腔》為案例,介紹從教學(xué)方法和教學(xué)設(shè)計(jì)方面開(kāi)展課堂革命的具體做法和過(guò)程。

(一)課前自主學(xué)習(xí)

教師通過(guò)職教云平臺(tái)發(fā)布微課視頻、課件、課前測(cè),即通過(guò)QQ群發(fā)布課前預(yù)習(xí)通知,分析學(xué)生課前測(cè)完成情況,整理預(yù)習(xí)問(wèn)題,制定教學(xué)策略。學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù),瀏覽微課視頻、課件、電子教材,完成課前測(cè)試,提出預(yù)習(xí)疑問(wèn)。通過(guò)該環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí),引導(dǎo)學(xué)生掌握光學(xué)諧振腔的基本知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力。教師根據(jù)學(xué)生掌握情況,調(diào)整課堂教學(xué)。

(二)課中引導(dǎo)學(xué)習(xí)

(1)任務(wù)引入。教師組織學(xué)生開(kāi)展頭腦風(fēng)暴,提出問(wèn)題1:要想激光器產(chǎn)生激光,必須具備的三個(gè)條件是什么?通過(guò)回答問(wèn)題1,介紹我國(guó)第一臺(tái)紅寶石激光器的結(jié)構(gòu)及誕生歷史,開(kāi)展愛(ài)國(guó)主義教育,同時(shí)引入任務(wù)--光學(xué)諧振腔的工作原理。學(xué)生在職教云討論區(qū)回復(fù)激光產(chǎn)生的三個(gè)條件,查看“詞云”,找到正確答案。觀看我國(guó)第一臺(tái)紅寶石激光器的研發(fā)過(guò)程網(wǎng)站資源,通過(guò)該環(huán)節(jié)回顧舊知引發(fā)學(xué)生思考激光的產(chǎn)生過(guò)程。通過(guò)20世紀(jì)60年代我國(guó)老一輩科學(xué)家在艱苦條件下克服困取得卓越的科研成果,激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情和科技報(bào)國(guó)決心。

圖2 課堂頭腦風(fēng)暴活動(dòng)截圖

(2)發(fā)布任務(wù)。教師發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)單:光學(xué)諧振腔的概念;光學(xué)諧振腔的分類(lèi);穩(wěn)定條件及應(yīng)用;不同腔體的應(yīng)用;氦氖激光器的諧振腔調(diào)校。并對(duì)導(dǎo)學(xué)任務(wù)單提出評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生明確學(xué)習(xí)任務(wù),知曉評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)該環(huán)節(jié)羅列學(xué)習(xí)目標(biāo),讓學(xué)生帶著問(wèn)題學(xué)習(xí),開(kāi)展自主探究式的學(xué)習(xí)過(guò)程。

(3)學(xué)前測(cè)。教師查看職教云課前測(cè)任務(wù),提出問(wèn)題2:光學(xué)諧振腔的結(jié)構(gòu)是怎樣的?通過(guò)分析學(xué)生答案,了解學(xué)生對(duì)諧振腔概念的理解。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下掌握諧振腔的基本概念和結(jié)構(gòu),分析自己答案的錯(cuò)誤原因,找到本次課的學(xué)習(xí)重點(diǎn)。通過(guò)該環(huán)節(jié)教師能充分了解學(xué)生預(yù)習(xí)情況,及時(shí)調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)策略。

(4)新知探究。課堂開(kāi)展“連連看”小游戲:根據(jù)腔體反射鏡類(lèi)型、腔體的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性,將圖片上的諧振腔與名稱(chēng)連起來(lái)。利用動(dòng)畫(huà)講解諧振腔的分類(lèi),講授諧振腔的穩(wěn)定條件、穩(wěn)定圖的概念,引導(dǎo)學(xué)生畫(huà)出思維導(dǎo)圖,梳理穩(wěn)定條件的相關(guān)知識(shí)點(diǎn),分析不同類(lèi)型諧振腔的用途。然后提出問(wèn)題4:算一算穩(wěn)定圖中各個(gè)區(qū)域代表何種類(lèi)型的諧振腔。學(xué)生完成連連看小游戲,自主探究諧振腔的分類(lèi);觀看動(dòng)畫(huà)演示學(xué)習(xí)諧振腔的分類(lèi);在教師的引導(dǎo)下繪制思維導(dǎo)圖,總結(jié)穩(wěn)定條件的定義,掌握穩(wěn)定圖的畫(huà)法,自主分析諧振腔的用途。最后通過(guò)計(jì)算分析各種類(lèi)型的諧振腔在穩(wěn)定圖中屬于什么區(qū)域。該環(huán)節(jié)通過(guò)“連連看”小游戲,讓學(xué)生自主探究諧振腔的分類(lèi)方法。PBL問(wèn)題式教學(xué)模式貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程,通過(guò)動(dòng)畫(huà)講解知識(shí)點(diǎn)更直觀形象地幫助學(xué)生理解,通過(guò)思維導(dǎo)圖和穩(wěn)定圖的繪制,使學(xué)生變被動(dòng)為主動(dòng),在繪制的過(guò)程中掌握諧振腔穩(wěn)定性的判斷方法,分析諧振腔的用途。鍛煉學(xué)生的公式計(jì)算能力,掌握常見(jiàn)的幾種諧振腔類(lèi)型,突出教學(xué)重點(diǎn)。

(5)工程演練。教師通過(guò)工程案例演示,提出問(wèn)題5:在給定條件下如何計(jì)算穩(wěn)定腔的參數(shù)范圍。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組練習(xí),計(jì)算光學(xué)諧振腔穩(wěn)定腔的參數(shù)范圍,完成問(wèn)題的計(jì)算題。計(jì)算過(guò)程中,教師進(jìn)行巡回指導(dǎo),通過(guò)騰訊課堂討論區(qū)解答學(xué)生疑問(wèn),對(duì)計(jì)算過(guò)程中的錯(cuò)誤進(jìn)行針對(duì)性的分析講解。針對(duì)學(xué)生錯(cuò)誤產(chǎn)生較多的地方,開(kāi)展課程思政教育--“失之毫厘謬以千里”,小小的失誤可能造成結(jié)果的巨大差異,計(jì)算過(guò)程中要注意認(rèn)真仔細(xì),才能保障激光器結(jié)構(gòu)正確。學(xué)生學(xué)習(xí)穩(wěn)定腔的參數(shù)范圍計(jì)算方法,分組完成課堂練習(xí)題,在討論區(qū)提出不理解的問(wèn)題。計(jì)算練習(xí)中要注重?cái)?shù)學(xué)運(yùn)算的準(zhǔn)確性。該環(huán)節(jié)通過(guò)實(shí)際工程案例,將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)分組練習(xí),使學(xué)生牢固掌握穩(wěn)定腔的設(shè)計(jì)方法,突破教學(xué)難點(diǎn)。通過(guò)針對(duì)性的答疑,對(duì)不同層次的學(xué)生展開(kāi)教學(xué)。通過(guò)學(xué)生在計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)的失誤,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的辦事態(tài)度、精益求精的工匠精神。

(6)仿真實(shí)驗(yàn)。教師利用激光原理實(shí)驗(yàn)虛擬仿真系統(tǒng),演示進(jìn)行氦氖激光器光學(xué)諧振腔的調(diào)節(jié),使之發(fā)出激光。學(xué)生在仿真系統(tǒng)上實(shí)際操作,練習(xí)對(duì)氦氖激光器光學(xué)諧振腔進(jìn)行調(diào)節(jié)出光,學(xué)生練習(xí)過(guò)程中教師針對(duì)性地進(jìn)行答疑解惑。通過(guò)虛擬仿真系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn),考查學(xué)生對(duì)光學(xué)諧振腔結(jié)構(gòu)、工作原理的掌握情況,鍛煉學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

(7)實(shí)踐操作。使用半外腔式氦氖激光器調(diào)節(jié)平臺(tái),演示并講解半外腔式激光器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)過(guò)程、調(diào)整方法。引導(dǎo)學(xué)生分組調(diào)節(jié)激光諧振腔出光,提升學(xué)習(xí)獲得感。課堂上教師巡回指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展實(shí)踐操作,通過(guò)理論計(jì)算、仿真實(shí)驗(yàn)、任務(wù)實(shí)操,由淺入深、由易到難,使學(xué)生掌握激光諧振腔的設(shè)計(jì)、調(diào)整和維護(hù)方法,與實(shí)際崗位能力銜接對(duì)應(yīng)。

(8)課后測(cè)驗(yàn)。通過(guò)騰訊課堂的答題卡,開(kāi)展課堂小測(cè)驗(yàn),學(xué)生完成測(cè)驗(yàn)答題,檢測(cè)學(xué)生對(duì)光學(xué)諧振腔的作用、參數(shù)計(jì)算方法的掌握情況。

(9)梳理總結(jié)。教師回顧本次課主要內(nèi)容,強(qiáng)調(diào)易錯(cuò)點(diǎn)。根據(jù)小組PK成績(jī)?cè)u(píng)選“工程設(shè)計(jì)之星”。通過(guò)彈幕分享經(jīng)驗(yàn)與不足,訓(xùn)練學(xué)生養(yǎng)成自我總結(jié)的習(xí)慣。多維評(píng)價(jià)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

(三)課后拓展學(xué)習(xí)

教師在職教云發(fā)布課后作業(yè):不同情況下光學(xué)諧振腔的參數(shù)取值范圍。布置預(yù)習(xí)任務(wù),激光器是如何實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的?學(xué)生完成課后作業(yè),自學(xué)激光器的能級(jí)系統(tǒng)工作原理。通過(guò)該環(huán)節(jié)鞏固激光器光學(xué)諧振腔的計(jì)算方法,培養(yǎng)自學(xué)能力,為新課做準(zhǔn)備。

三、多維度評(píng)價(jià),打造有效課堂

課程考核從知識(shí)、技能、素養(yǎng)、態(tài)度四個(gè)維度,從學(xué)生自評(píng)、小組互評(píng)、教師評(píng)價(jià)三個(gè)層面,對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行多元化的評(píng)價(jià)。知識(shí)維度上采用線上職教云平臺(tái)考查學(xué)生課前、課中、課后對(duì)理論知識(shí)的掌握情況,占總評(píng)分的30%;技能維度上在課堂開(kāi)展任務(wù)實(shí)施的時(shí)候逐一對(duì)學(xué)生開(kāi)展任務(wù)進(jìn)行評(píng)價(jià),占總評(píng)分的30%;素養(yǎng)維度上采用線上職教云平臺(tái)從自評(píng)、互評(píng)、教師評(píng)價(jià)三個(gè)層面綜合開(kāi)展評(píng)價(jià),占總評(píng)分的20%;態(tài)度維度上通過(guò)職教云的簽到、拓展任務(wù)完成情況開(kāi)展評(píng)價(jià),占總評(píng)分的20%。

表1 課程考核分項(xiàng)表

四、課堂革命成效及反思

“激光原理與技術(shù)”課程的教學(xué)課堂以“職教云”為載體進(jìn)行了課程的內(nèi)容重構(gòu)、教學(xué)設(shè)計(jì)和方法改革。通過(guò)平臺(tái)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),學(xué)生課前測(cè)試和課后測(cè)試成績(jī)提升;通過(guò)課堂活動(dòng)參與度看,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有所提高;通過(guò)課后問(wèn)卷發(fā)現(xiàn),學(xué)生的課堂滿(mǎn)意度有所提升,自主學(xué)習(xí)能力也顯著提高。

(一)開(kāi)展課堂革命前后學(xué)生期末成績(jī)對(duì)比

對(duì)比智能光電技術(shù)應(yīng)用2020級(jí)學(xué)生(開(kāi)展課堂革命后)和2018級(jí)學(xué)生(開(kāi)展課堂革命前)期末考試成績(jī),分析表明:課堂革命改革后,學(xué)生期末成績(jī)有了顯著提升,平均成績(jī)從70分提升到79.2分,最低分由52分提升到65分,及格率由92%提升到100%,80分以上的比例由40%提升到61.29%,課堂革命成效顯著。

表2 智能光電技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)2020級(jí)與2018級(jí)學(xué)生期末成績(jī)對(duì)照表

(二)教學(xué)反思

在開(kāi)展“激光原理與技術(shù)”課程課堂革命過(guò)程中,使用了豐富的信息化教學(xué)手段,利用原理動(dòng)畫(huà)和視頻解決原理枯燥問(wèn)題,利用虛擬仿真軟件解決實(shí)踐操作的安全問(wèn)題,融入實(shí)際生產(chǎn)生活中的案例提高操作技能。課堂注重課程思政,在工科教學(xué)過(guò)程中潤(rùn)物無(wú)聲地融入歷史實(shí)事,激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情,不忘初心,牢記當(dāng)代年輕人的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。精細(xì)化的學(xué)情分析,合理的小組劃分,精彩紛呈的游戲環(huán)節(jié),讓學(xué)生在競(jìng)爭(zhēng)與合作中快樂(lè)學(xué)習(xí)。

課堂革命過(guò)程圍繞智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展變革,契合企業(yè)崗位需求,堅(jiān)持教學(xué)方法改革,開(kāi)展多元化教學(xué)評(píng)價(jià),有效推動(dòng)了課堂革命進(jìn)程,為職業(yè)教育課堂教學(xué)改革提供了參考。