第5卷增刊 广东工业大学学报(社会科学版) Vol 5 Suppl 2005年9月 Journal of Guangdong University of Technology( Social Sciences Edition) Sept 2005 “激光原狸”实验教学改革的探索与实践 居桂方 (广东工业大学物理与光电工程学院,广东广州,5100 摘要:文章针对“激光原理”课程的特点,对激光原理实验的教学方法、实验设置、以及实验内容 等进行了探索,并在实际教学中进行了实践 关键词:激光原理课程实验教学教学改革 中图分类号:G642文献标识码:A 激光原理实验是“激光原理”教学的重要组成 实验完全按老师设计好的模式操作,学生的积 部分,是检验理论正确与否的重要途径,也是学生真极性和主动性不能发挥实验过于死板。实验涉及 正认识激光器、理解激光理论的必经步骤。在“激光的知识面太窄,综合性比较差。这种实验极大地限 原理”的教学过程中,必须两者兼顾,不可偏废。激制了学生思考、总结、分析问题等能力的培养。 光原理是一门理论性很强的课程,内容比较抽象,只 靠课堂讲授很难达到预期的教学效果。因此让学生 、实验教学的改革 接触真正的激光器,并在实验中通过练习掌握调试 1.重新认识和思考实验教学在激光原理课程的 测试激光器的各种方法,对于帮助学生真正掌握这中的作用 门课程无疑是有重要意义的。 激光原理课程是电子、信息、物理等专业的本科 生课程,它一般在高年级开设。主要是阐述激光器 实验教学中存在的主要问题 的基本原理和理论,内容一般包括激光器的光谐振 1.对于实验课的重要性认识不足 腔理论速率方程理论和半经典理论,同时也对典型 由于传统教育观念的影响,在实验教学过程中,激光器和激光技术做简单介绍。其先导课程为原子 教师总是注重向学生讲解理论知识实验仪器的使物理学、电动力学、量子力学和统计物理学。理论 用以及实验技巧,而忽略对学生兴趣的激发、思维的课讲到的结论一般是通过复杂的数学推导得到的 开拓特别是创新意识和实践能力的培育。2学生只很抽象如果没有实验印证,学生很难真正理解。当 满足于记住教师所教的知识,只注重做出实验结果,前的教学实践中,只重视理论无异于纸上谈“激光”, 简单重复教师讲授的实验步骤不善于主动思考和很难达到预期的教学效果。激光器是一种非常精密 质疑不能积极探索实验本质和设计实验等。这样的仪器实验教学对于学生动手能力的培养、创造性 就难以达到教学目的。 思维的形成以及操作技能都有着理论课不能替代的 2实验设备陈旧,设备台套数太少 作用。基于这种认识,我们必须改变过去那种轻实 激光器价格昂贵,有些实验课受限于仪器难以验重理论的教学观念。要知道,科学源于实践,验证 开设。即使能开设,也往往由于台套数较少影响了于实践,而这种实践,主要是指科学实验 教学效果。造成很多学生没有机会动手操作,一般 2实验设置和实验设备的改革 是少数人操作,多数人看,有时候甚至退化为演示实 实验教学是以实验仪器为基础的。为了服务于 验。这使得激光实验很难和理论教学相配合,成了教学目的,需要合理地设置实验,而实验的设置受制 激光原理教学的瓶颈问题。 于实验仪器。激光原理实验需要的各种激光器和光 3.设计性实验和综合性实验少 学配件都是精密仪器,价格昂贵。因此必须全面统 收稿日期:200505-20 作者简介:居桂方(1975-),男,汉族,助教,硕士;主要研究方向:超短脉冲激光技术 140方数据
第5卷增刊 2005年9月 广东工业大学学报(社会科学版) Journ柚of G岫嚷d∞g University 0f T划。留(Soci8l sden嘴Edi幽n) V01．5 Suppl． Sept．2005 “激光原理" 实验教学改革的探索与实践 居桂方 (广东工业大学物理与光电工程学院，广东广州，510006) 摘要：文章针对“激光原理”课程的特点，对激光原理实验的教学方法、实验设置、以及实验内容 等进行了探索，并在实际教学中进行了实践。 关键词：激光原理课程实验教学教学改革 中图分类号：G 642 文献标识码：A 激光原理实验是“激光原理”教学的重要组成 部分，是检验理论正确与否的重要途径，也是学生真 正认识激光器、理解激光理论的必经步骤。在“激光 原理”的教学过程中，必须两者兼顾，不可偏废。激 光原理是一门理论性很强的课程，内容比较抽象，只 靠课堂讲授很难达到预期的教学效果。因此让学生 接触真正的激光器，并在实验中通过练习掌握调试、 测试激光器的各种方法，对于帮助学生真正掌握这 门课程无疑是有重要意义的。… 一、实验教学中存在的主要问题 1．对于实验课的重要性认识不足 由于传统教育观念的影响，在实验教学过程中， 教师总是注重向学生讲解理论知识、实验仪器的使 用以及实验技巧，而忽略对学生兴趣的激发、思维的 开拓、特别是创新意识和实践能力的培育。旧。学生只 满足于记住教师所教的知识，只注重做出实验结果， 简单重复教师讲授的实验步骤，不善于主动思考和 质疑，不能积极探索实验本质和设计实验等。这样 就难以达到教学目的。 2．实验设备陈旧．设备台套数太少 激光器价格昂贵，有些实验课受限于仪器难以 开设。即使能开设，也往往由于台套数较少影响了 教学效果。造成很多学生没有机会动手操作，一般 是少数人操作，多数人看，有时候甚至退化为演示实 验。这使得激光实验很难和理论教学相配合，成了 激光原理教学的瓶颈问题。 3．设计性实验和综合性实验少 实验完全按老师设计好的模式操作，学生的积 极性和主动性不能发挥，实验过于死板。实验涉及 的知识面太窄，综合性比较差。这种实验极大地限 制了学生思考、总结、分析问题等能力的培养。 二、实验教学的改革 1．重新认识和思考实验教学在激光原理课程的 中的作用 激光原理课程是电子、信息、物理等专业的本科 生课程，它一般在高年级开设。主要是阐述激光器 的基本原理和理论，内容一般包括激光器的光谐振 腔理论、速率方程理论和半经典理论，同时也对典型 激光器和激光技术做简单介绍。其先导课程为原子 物理学、电动力学、量子力学和统计物理学。”1理论 课讲到的结论一般是通过复杂的数学推导得到的， 很抽象，如果没有实验印证，学生很难真正理解。当 前的教学实践中，只重视理论无异于纸上谈“激光”， 很难达到预期的教学效果。激光器是一种非常精密 的仪器，实验教学对于学生动手能力的培养、创造性 思维的形成以及操作技能都有着理论课不能替代的 作用。基于这种认识，我们必须改变过去那种轻实 验重理论的教学观念。要知道，科学源于实践，验证 于实践，而这种实践，主要是指科学实验。 2．实验设置和实验设备的改革 实验教学是以实验仪器为基础的。为了服务于 教学目的，需要合理地设置实验，而实验的设置受制 于实验仪器。激光原理实验需要的各种激光器和光 学配件都是精密仪器，价格昂贵。因此必须全面统 收稿日期：2005JD5-20 作者简介：居桂方(1975一)，男，汉族，助教，硕士；主要研究方向：超短脉冲激光技术。 140万方数据
课程与教树研究 激光原理”实验教学改革的探索与实践 筹有效地利用有限的资金为教学目的服务。当前可以进行激光放大、调制、倍频等实验,在实验中学 实验窒开设的实验有三个模块第一,激光器谐振腔生还可以了解到固体激光器的常见泵浦方式、脉冲 设计、调整、横模观察、发散角测量、纵模间隔测量激光器的特点等知识。半导体激光器是实用中最重 (He-Ne)。;第二,全固体调Q倍频激光器(Nd:要的一种激光器。它体积小寿命长,可采用简单的 YAG);第三,半导体激光器特性(CaAs)。学生在这电流是泵浦,可以在电流之间调制。由于这些优点 些实验中可以接触到气体激光器、固体激光器和半半导体激光器在光通信、光存储、光陀螺、激光打印 导体激光器这三类典型的激光器。实验内容几乎涵等方面获得了广泛的应用。在实验中学生可以实际 盖了理论课涉及到的主要内容包括激光谐振腔理观察半导体激光器的光束特点和调制特性。从上文 论激光束的传输与变换、激光模式激光放大,同时可以看出我们的实验围绕着激光原理的三个主要部 还包括一些激光技术的内容。和学生人数相比,由分展开每个具体的实验在具有明确的实验目的的 于台套数较少,我们采取了小组多批次实验的方法,同时,还会穿插本课程的其他部分的多个知识点,使 这样虽然增加了教师的工作量但却有效地利用了实验具有很强的综合性,调动学生把整个激光原理 仪器,使每个学生都能接触到仪器,都能动手操作,课程学到的理论知识贯穿起来。在我们的激光实验 从而取得了较好的教学效果 课程中综合实验和设计性实验的比重比较大,再辅 3实验内容和实验形式的改革 以演示性实验,实验形式灵活多变,极大地促进了学 激光原理课程的的内容有三个主要部分,一是生思考、分析、总结问题能力的培养取得了很好的 激光谐振腔理论,二是激光振荡和放大理论,三是激教学效果。 光技术。激光谐振腔理论的实验我们利用的是外腔 三、结语 式He-Ne激光器,它输出的是连续激光束,He-Ne 激光器激光器是继红宝石激光器之后出现的第二种 在我们的激光原理实验的教学过程中,通过改 激光器,目前应用广泛在气体激光器里面有很强的革实验教学方法,优化配置实验内容提高了学生的 代表性。在进行谐振腔理论、激光束传输变换理论学习兴趣,进而增加了学生的学习积极性培养了学 的验证的同时,学生还应了解He-Ne激光器的结生观察问题思考问题解决问题的能力,也促进了 构熟练掌握谐振腔光路调整的一些方法和技巧。理论教学质量的提高。 激光放大理论和激光技术的实验我们利用半导体激 光器侧面泵浦的Nd:YAG激光器,它输出的脉冲式 参考文献 的Nd:YAG激光器具有结构紧凑,可靠性高、稳定性1,2曾海燕材料力学实验教学改革实践理工高教研究 强、寿命长等特点,4在科研和工业领域有着广泛应 2004,23(2):124 用它在激光器市场上的占有率和销售率都是第一3周炳琨等激光厚理北京:国防工业出版社,201 位的是固体激光器的典型代表。Nd:YAG激光器 蓝信钜激光技术武汉:华中科技大学出版社,1995.57 The Exploration and Practice of Experimental Teaching Reform in the general Principles of Laser JU Gui-fang School of Physics and Optoelectronics Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou, Guangdong, 510006) Abstract: This paper studies the experiment setting, teaching method and contents of the course of the General Principles of Laser, and suggests the possible application of these research results Key words: laser principle course; experiment teaching; teaching reform (文字编辑、责任校对:简晓明 万方数据 141
课程与教材研究： “激光原理”实验教学改革的探索与实践 筹，有效地利用有限的资金为教学目的服务。当前 实验室开设的实验有三个模块：第一，激光器谐振腔 设计、调整、横模观察、发散角测量、纵模间隔测量 (He—Ne)。；第二，全固体调Q倍频激光器(Nd： YAG)；第三，半导体激光器特性(GaAs)。学生在这 些实验中可以接触到气体激光器、固体激光器和半 导体激光器这三类典型的激光器。实验内容几乎涵 盖了理论课涉及到的主要内容，包括激光谐振腔理 论、激光束的传输与变换、激光模式、激光放大，同时 还包括～些激光技术的内容。和学生人数相比，由 于台套数较少，我们采取了小组多批次实验的方法， 这样虽然增加了教师的工作量，但却有效地利用了 仪器，使每个学生都能接触到仪器，都能动手操作， 从而取得了较好的教学效果。 3．实验内容和实验形式的改革 激光原理课程的的内容有三个主要部分，一是 激光谐振腔理论，二是激光振荡和放大理论，三是激 光技术。激光谐振腔理论的实验我们利用的是外腔 式He—Ne激光器，它输出的是连续激光柬，He—Ne 激光器激光器是继红宝石激光器之后出现的第二种 激光器，目前应用广泛，在气体激光器里面有很强的 代表性。在进行谐振腔理论、激光束传输变换理论 的验证的同时，学生还应了解He—Ne激光器的结 构，熟练掌握谐振腔光路调整的一些方法和技巧。 激光放大理论和激光技术的实验我们利用半导体激 光器侧面泵浦的Nd：YAG激光器，它输出的脉冲式 的Nd：YAG激光器具有结构紧凑，可靠性高、稳定性 强、寿命长等特点，H o在科研和工业领域有着广泛应 用，它在激光器市场上的占有率和销售率都是第一 位的，是固体激光器的典型代表。Nd：YAG激光器 可以进行激光放大、调制、倍频等实验，在实验中学 生还可以了解到固体激光器的常见泵浦方式、脉冲 激光器的特点等知识。半导体激光器是实用中最重 要的一种激光器。它体积小、寿命长，可采用简单的 电流是泵浦，可以在电流之间调制。由于这些优点， 半导体激光器在光通信、光存储、光陀螺、激光打印 等方面获得了广泛的应用。在实验中学生可以实际 观察半导体激光器的光束特点和调制特性。从上文 可以看出我们的实验围绕着激光原理的三个主要部 分展开，每个具体的实验，在具有明确的实验目的的 同时，还会穿插本课程的其他部分的多个知识点，使 实验具有很强的综合性，调动学生把整个激光原理 课程学到的理论知识贯穿起来。在我们的激光实验 课程中，综合实验和设计性实验的比重比较大，再辅 以演示性实验，实验形式灵活多变，极大地促进了学 生思考、分析、总结问题能力的培养，取得了很好的 教学效果。 三、结语 在我们的激光原理实验的教学过程中，通过改 革实验教学方法，优化配置实验内容，提高了学生的 学习兴趣，进而增加了学生的学习积极性，培养了学 生观察问题、思考问题、解决问题的能力，也促进了 理论教学质量的提高。 参考文献 1，2 曾海燕．材料力学实验教学改革实践．理工高教研究． 2004，23(2)：124 3周炳琨，等．激光原理．北京：国防工业出版社，2000．1 4蓝信钜．激光技术．武汉：华中科技大学出版社，1995．57 The Exploration锄d Practice of Experimental Teaclling Reform in the Gener甜Principles of Laser 阿Gui一‰g (school 0f Physics蛐d optoelectmnics E晒nee血g，GuaIIgdong Univers畸 0f Techn她y，Gu蚰gzhou，Gu雠gdong，510006) Abstract：This p印er studies t}le experiment setting，teaching method and contents of tlle course of the General Principks of Laser，aIld suggests the possible印plication of tllese research resuhs． Key wOrtb：laser p五nciple course；experiment teaching；teaching refo咖 (文字编辑、责任校对：简晓明) 万方数据 14l