高等理科教育 教育教学研究专辑 激光原理的立体化教学探索 田来科白晋涛董庆彦 摘要打破传统的教学方法,实行教育思想和教学模式的改革,更新教育观念,加强创新 思维,改革教学方法和手段,以全面提高学生的综合素质为宗旨,将计算机多媒体教学、实践教 学,结合所学知识进行科技论文写作训练,以导师制形式让学生参加科学研究进行强化培养等多 种手段和方式相结合,并在进行传授知识的同时,注意学生思想教育和良好人格的培养,进行激 光原理整体教学方案的立体化教学探索,取得了良好的效果。 关键词激光原理创新思维立体化教学实践探索 实行教育思想观念和教学模式的改革,培养创新型高素质人才,是迅猛发展的知识经济和日 新月异的高新科技对21世纪人才培养的要求,也是教育系统适应我国入世后的形势必须采用的方 针战略。本文介绍了我们通过实施激光原理的三个层次的立体化教学改革,将计算机多媒体教学、 实践教学、科技论文写作训练,以导师制形式让学生参加科学研究进行强化培养等多种手段和方 式相结合,并在进行传授知识的同时,教师以身作则,为人师表,注意学生思想教育和良好人格 的培养,进行了激光原理整体教学方案的立体化教学改革的尝试。 、激光原理立体化教学的三个层次 (一)基本训练层次 该层次主要通过书本知识教授,课后习题演练和相配套的实验来完成。它包括激光原理的基 本知识的深化理解和激光器件、技术中的一些实验的基本操作技能和技巧的训练,要求所有同学 必须掌握。它主要通过提问引导式教学和让学生亲自动手练习来实现,培养学生具备一定的独立 分析问题和解决问题的能力。 (二)提高训练层次 该层次主要通过参观实习,参加学术会议、听取专题学术报告和撰写科技小论文来完成。要 求所有同学必须参加,教授方式是通过纵向深入、横向联系的启发式教学来完成,培养学生具备 初步的科学研究能力 (三)强化培养层次 该层次主要通过同学参加老师的科研项目,接受严格的科研训练来完成。教授方式采用导师 制形式,通过严格要求、强化训练、开放式教授等形式,培养学生具备一定的独立进行科学研究 和科技创新的能力 二、三个层次的实施 (一)营造创新科学氛围,激发鼓励创新思维 *田来科白晋涛董庆彦西北大学物理学系 118
高等理科教育 激光原理的立体化教学探索 为了在学生学习过程中,培养他们观察思考,将日常生活中各种自然现象和所学理论知识联 系起来的能力,同时营造创新科学氛围、激发鼓励创新思维,我们在教学过程采取了以下措施: 1.讲述激光的发展历程,使学生认识到科学的发展是无止境的,引导学生养成善于观察发现 各种自然现象,多思、善思、深思联想的习惯,从中找出具有一定共性的规律来。 2.介绍科技发展最新成果,鼓励同学冲破传统观念束缚,激发创新思维,有所发现、有所发 明、有所创造、有所前进。在学习到不同章节内容时,结合书中所学内容,介绍相关科技发展最 新成果和前沿动态,并动员同学查阅相关资料,交流认识和学习体会,谈自己想法和观点,激发 创新思维。 (二)打破传统教学方式,实行计算机多媒体辅助教学 国家教育部教高[2001]4号文件明确提岀:国家重点建设的髙等学校所开设的必修课程,使 用多媒体授课的课时比例应达到30%以上,其它高等学校应达到15%以上。为什么教育部以文件 形式明确规定采用多媒体教学形式,多媒体教学和传统教学方式比较有哪些优点? 其一,信息的高度集成性与交互性。多媒体教学将要教授的内容以数值量化、图形表格、文 字符号、动态画面、声音话语、音乐音效等有机地融合在一起,是一个高度集成的信息载体。交 互性,一方面是指软件中有部分功能可通过读者输入数据,演示读者设定数据下的相应理论结果 如在激光振荡过程中,不同腔型结构,由读者输入振荡次数后,可给出输入振荡次数,腔内光场 的位相和振幅分布;再者是指信息的传播者(教师)和接收者(学生)之间通过特设的信息窗口 可进行实时交流和讨论。 其二,个别性、灵活性、多样性和广用途。它既可用于师生间面对面的课堂教学,又可用于 网上教学,还可由学生个人根据自己实际情况自选学习内容与重点,多次重复学习,这就从教学 方式上打破了过去以班为单位,集体授课的传统教学模式和单一教学环境,使学生学习具有更大 灵活性,师生间更增加了交互性,实现真正意义上的因材施教。 201年我们用自己开发研制的激光原理MCAI课件,在西北大学物理学系1998级进行试放 后,学生反映强烈。2002年2~7月期间,在西北大学物理学系1999级激光原理课教学中,进行 多媒体教学尝试,取得了良好的效果 三)配合课堂教学,开展实习活动 为了增强学生记忆,加深对所学知识的理解,多年来,我们一直坚持组织学生进行参观实习 首先参观西北大学光电厂,通过工厂技术人员结合生产工艺流程的具体操作进行讲解,让学生动 手调试,使学生学习了解气体激光器制作的全过程,最后再让工厂技术人员当场为学生进行激光 美容、刻章等演示,让学生亲身体验激光的魅力。让学生参观我校光子学与光子技术研究所,通 过掺钛蓝宝石飞秒超短脉冲激光器、光参量振荡器、高功率半导体激光器、端面泵浦Nd:YV04 绿光激光器等高水平的器件的动态演示,加深了学生对半导体激光器、钛宝石激光器件及激光倍 频、调谐、锁模技术的理解。同时,带领学生到中科院西安光机所、兵器工业部应用光学研究所、 西北光电仪器厂、成都电子科大、四川大学、西南技术物理所、成都光电技术研究所、绵阳工程 物理研究院物理与化学研究所、上海光机所等单位参观学习。为活跃思维,扩大视野,还组织同 学参观了西安卫星测控中心、陕西天文台、绵阳长虹集团公司、西北有色金属研究所的磁悬浮列 车演示模型等。这些活动的开展,不仅激发了学生的学习兴趣,而且加深了学生对课堂所学内容 的理解和增强了对所学知识的记忆。 四)加强实验教学,训练基本实验技能 在实验教学中,为配合激光原理理论教学,我们先后开设了:固体激光器的装调、固体激光 器的参数测定、马达调Q;KDP晶体r系数测量、染料调谐激光器、He-Ne激光器旁侧光谱测 定、He-Ne激光器纵模间距测量、声光调制及光学谐振腔CAD等实验。在实验中要求学生注意 119
高等理科教育 教育教学研究专辑 养成认真、细致地工作作风,训练敏锐入微的观察能力,结合理论分析实验现象的能力及准确无 误地实际操作能力与技巧。 (五)认真演练习题,开展科技论文写作训练 习题演练是教学的一个重要环节,它不但可加深学生对课堂学习理论的理解、增强记忆,且 可锻炼学生面对实际问题,正确应用理论模型、分析、推导求得其正确解,对于学生综合分析能 力是一个锻炼和提高,尤其对于象激光原理这样的课程,其课后习题与实际问题紧密结合,难度 系数也远比基础课大,必须认真演练习题,根据存在问题,同学们交流讨论,老师进行及时提示 和讲解。在多年的激光原理教学中,我们一直坚持让学生结合所学知识,查阅相关资料(阅览室 的期刊和专业网站),掌握本学科最新动态,按正规论文格式,每人写一篇科技小论文,并作为平 时成绩的一部分。这样做的结果,既扩大了学生视野,使学生及时了解到本学科的最新成果和科 技动态,又激发了学生学习热情,培养和训练了他们撰写科技论文的能力。 (六)参加相关学术会议,及时吸取最新科技成果 让同学们利用一切可能的机会,参加相关学术会议,及时吸取最新科技成果,如98级99级 和部分200级学生参加陕西省光学、量子电子与光电子学术研讨会等活动,并在课堂上和同学 起交流讨论一些科技前沿领域的疑难问题。邀请国内外相关领域的专家学者,作专题学术报告,让 同学、研究生和教师一起听讲和参加讨论。这样做的结果,一方面扩展了同学的视野,使同学直 接面对本领域和相关领域高水平的专家,了解到最新科技成果和前沿发展动态;另一方面激发和 提高了同学学习科学理论与技术的兴趣和热情。 (七)参与教师科学研究课题,进行科学研究基本素质训练 让部分有精力的同学学习期间就参加教师课题研究,使其得到严格的科研训练,以培养加强 其科技创新和科学研究素质。 三、结束语 我们通过将计算机多媒体教学、实践教学、参加相关学术会议,及时吸取最新科技成果,让 同学们结合所学知识,査资料、看文献、进行科技论文写作训练和参与教师科学研究课题,进行 科学研究基本素质训练等活动,并在进行教授知识的同时,教师以身作则,为人师表,注意学生 思想教育和良好人格的培养,进行了激光原理整体教学方案的立体化教学改革的尝试,激发了学 生的创新意识,促进了教学相长,使同学对知识的理解和掌握、创新意识、创新思维、创新人格 和创新能力的培养等方面均取得了良好的效果,绝大多数同学提高了学习层次,部分同学经强化 培养后,科研能力和综合素质显著提高,有本科生署名的论文在核心期刊、重要期刊发表了多篇, 有的论文还被EI等国际权威检索刊物收录。 参考文献 1]周长发,多媒体计算机原理与应用[M].北京:电子工业出版社,1998 2]钟玉 体技术[M].北京:清华大学出版社,1999 3]三军.走近教育软件开发者[J.程序员,2002,(1) 4]侯崇峰.计算机立体视[J.程序员,2002,(1) 5]珍絮特·沃斯,戈登·德莱顿,顾瑞荣译.学习的革命[M.上海:上海三联书店,1998 120