增加《激光原理》课程课堂教学趣味性的探索

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摘 要：该文分析了当前《激光原理》课程课堂教学中存在的问题，探索了增加《激光原理》课堂教学趣味性的方法，并在教学实践中进行了验证，结果表明这些方法能够增加《激光原理》课堂教学的趣味性，有利于提高教学质量和效果。

关键词：激光原理 课堂教学 趣味性

中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-0-02

激光技术[1]与原子能技术、计算机技术和半导体技术并称为20世纪世界科学技术的四大发明。由于激光具有相干性好、方向性好、单色性好和亮度高等优点，而广泛应用于激光制导、激光加工、激光通信、激光精密测量和激光医学等重要领域。

1 存在的问题

激光技术是以激光原理为基础，《激光原理》[2]课程是高校光信息科学与技术、光电子技术、光学工程和光电信息工程等专业本科生的专业基础必修课，也是最能体现专业特色的一门课程。由于该课程理论性很强，学生普遍感到抽象难懂、枯燥乏味，导致该课程的到课率低下，教学效果差，学生成绩很不理想。更为严重的是，有部分学生因为这门主干课程的成绩不及格而对后续相关专业课程的学习失去信心，最终因为多门课程不及格而延迟毕业，有的甚至被退学。

因此，如何增加课堂教学的趣味性，提高课堂教学的质量和效果，是当前《激光原理》课程教学中一项十分紧迫而又有重要意义的研究课题。

2 增加课程教学趣味性的方法

2.1 采用多媒体教学手段

由于《激光原理》课程的理论性很强，教材中公式很多，如果采用传统的教学方式，老师将这些理论和公式一字不漏地在黑板上进行推导，不仅会让学生觉得枯燥乏味，而且教学效率也很低下，最终很难在规定的有限课时内顺利完成教学任务。

现代多媒体教学手段能够将课堂内容以图、文、声并茂，甚至活动影像的形式展示出来，这样不仅增加了课堂教学的知识容量，而且使整个教学过程生动形象，是增加课堂教学趣味性、提高课堂教学效果和质量的有效途径。另外，多媒体教学还可以将一些因为缺乏实验设备而无法实现的实验内容以动画的形式在课堂演示，有利于学生快速理解和掌握实验内容，从而加深对实验的印象和理解，最终提高课堂教学的趣味性和教学效果。

笔者在讲授《激光原理》中“红宝石固体激光器的工作原理”部分时，总是采用多媒体教学，将激光产生过程中激活离子的能级跃迁过程用动画的形式演示，这样不仅增加了对激光产生过程的感性认识，而且让学生深刻领会了激光产生的物理机理。另外，在讲授激光的军事应用时，以“激光驾束制导”为具体应用实例，采用flash软件制作了激光驾束制导导弹攻击目标全过程的动画，这样，不仅增加了课堂的趣味性，而且让学生深深体会到激光技术在现代战争中的重要性，从而增加了对此课程的学习兴趣。

2.2 巧用激光发展史

从1960年世界上第一台激光器诞生到现在已经历50多年了，如今，激光增益介质从最初的红宝石发展到数百种，激光器的功率从几毫瓦到数万瓦，激光器的寿命也从几分钟发展到几万小时以上，激光器工作方式从最初的只能脉冲工作发展到既能脉冲又能连续工作。这些成果的取得凝聚了无数科学家的心血，如果在教学过程中巧妙地穿插这些科学家研究生涯中的趣闻佚事，不仅能够增加课堂教学的趣味性，而且可以培养学生的科学素养和为科学献身的精神，是对学生进行养成教育的良好素材。

笔者在讲授第一章“绪论”时，首先介绍美国科学家梅曼发明世界上第一台红宝石激光器所经历的漫长奋斗历程，以此为契机教育学生对待科学研究一定要有持之以恒的精神和不怕困难顽强毅力。然后，以我国科学家在世界上第一台激光器诞生后一年多时间内就研制成功了我国自己的红宝石激光器为例，告诉学生我们国家的激光技术与世界上最先进的技术之间的差距很小，以此唤起学生强烈的爱国意识和研究热情。每当我讲授这些内容时，我发现几乎所有的学生都在全神贯注的听讲。

2.3 注重学科交叉

由于《激光原理》课程的理论性很强，而且具有很强的多学科交叉性，要学好这门课程，不仅需要具备几何光学和物理光学基础，而且，还需要固体物理、半导体物理、电磁场和电磁波理论方面的知识。教学过程中如果仅仅局限于《激光原理》课程本身，其教学效果必然不容乐观。如果能够将相关学科的知识点与《激光原理》进行有机结合，用其它学科中分析、解决问题的方法来分析、解决《激光原理》中的问题，有时会有事半功倍的效果。

笔者在讲授《激光原理》中“激光的模式理论”时，总是引入机械波和电磁波的理论来解释激光模式的概念，让学生感觉到一种激光模式实际上类似机械波（或者电磁波理论）中所存在的一种机械波形（或者电磁波形），这样的讲解使得本来抽象的激光模式理论变得形象生动。

2.4 紧密联系国防军事应用

世界上第一台激光器的研发动机主要是因为第二次世界大战期间战争的需要，激光器诞生后首要的应用领域是激光武器。目前，许多发达国家都在研究高能激光武器以满足未来高科技战争的需要。美国曾将激光器用于国家导弹防御系统来拦截对方导弹，这种用激光进行导弹拦截不仅可以提高拦截的命中率，而且可以大幅度降低费用。另外，空间激光保密通信也是现代战争中十分有效的一种通信方式。这些重要的军事应用其实就是基于激光具有很好的方向性这一特点。笔者在讲授《激光原理》中“激光的四大特性之一―方向性好”这节内容时，经常将激光的方向性好与军事应用紧密联系起来，让学生感觉到课程内容的重要性，从而增加学习

兴趣。

2.5 紧密联系生产实践

“理论与实践相结合”是马克思主义的精髓，任何一种理论的最终目标都是要为生产实践服务。目前，激光技术已经广泛应用于生产实践的各个领域，如：激光加工、激光医学、激光育种、激光通信和激光光谱学等领域。《激光原理》课堂教学中如果能够紧密联系生产实践，必然会增加课堂教学的趣味性。

笔者在讲授《激光原理》课程中的“激光聚焦与准直”这节内容时，紧密联系激光聚焦在激光切割机的应用实例，并给学生介绍自己为桂林某激光技术公司设计的激光切割机光路系统，给出设计步骤和最终设计的系统光路图（见图1），让学生深刻体会到这一节理论的重要性。

2.6 紧密联系科技前沿

科学研究要“顶天立地”，所谓“顶天”就是说要站在国际国内科技前沿，不断创造高水平的科技成果；“立地”就是要从经济社会发展的实际需要出发，切实解决发展过程中所面临的实际科学和技术

问题。

《激光原理》课堂教学过程中必须有“顶天”意识，教师应该有很强的科研敏锐性，要紧跟当前激光领域的科技前沿，在教学过程中应该适当增加与授课内容相关的国际前沿科技问题，这样不仅可以丰富课堂内容，而且能够激发学生的学习兴趣，提高课堂教学的质量。如果还是照本宣科地按照几年前出版的教材内容进行讲述，必然缺乏新颖性和趣味性，最终会降低课堂教学的效果和质量。

笔者在讲授“典型激光器”这一章内容时将“飞秒光纤激光器”作为重点，并将其与当前光学和电磁波领域世界公认的一个科学前沿-“太赫兹波技术”紧密联系

起来。

因为太赫兹波具穿透性好、安全性好以及可以用作进行物质识别的指纹谱等特性，而成为当前世界各国投巨资进行研究的一个重要的前沿热点研究领域，而飞秒光纤激光器则是太赫兹时域光谱系统的一个核心器件。这样，学生感觉到飞秒光纤激光器的重要性之后，会带着浓厚的兴趣去主动学好这一节内容。

参考文献

[1] 蓝信钜.激光技术[M].3版.北京：科学出版社，2009-01.

[2] 周炳琨，高以智，陈家骅，等.激光原理[M].6版.北京：国防工业出版社，2009-01.