韓宏偉，張曉暉，孫春生，饒炯輝

（海軍工程大學 兵器工程系，湖北 武漢 430033）

軍隊院?！凹す庠砼c技術(shù)”課程實驗教學改革探索

韓宏偉，張曉暉，孫春生，饒炯輝

（海軍工程大學 兵器工程系，湖北 武漢 430033）

為了達到培養(yǎng)學員動手能力、創(chuàng)新能力與滿足部隊建設(shè)需求相統(tǒng)一的目的，海軍工程大學兵器工程系激光原理與技術(shù)課程教學團隊根據(jù)新修訂的專業(yè)人才培養(yǎng)方案，對該課程進行了大幅度改革。該文從優(yōu)化實驗內(nèi)容設(shè)置、統(tǒng)籌實驗條件建設(shè)、改進實驗教學方法及完善實驗管理制度4個方面進行改革創(chuàng)新，力求擴展實驗教學的深度和廣度。改革后的實驗教學方案已應用到2012級本科生的教學實踐中，教學團隊將視教學效果進行進一步的修改完善，以達到更好的教學效果。

高等院校；激光原理與技術(shù)；實驗教學；教學改革

激光作為20世紀的三大發(fā)明之一，在短短50年的時間里已經(jīng)發(fā)展成為現(xiàn)代光電裝備必不可少的光源，在偵察、警戒、瞄準、導航、通信、制導、對抗等作戰(zhàn)全過程中都承擔了十分重要的角色，學習激光發(fā)射的原理和技術(shù)、掌握激光器件的工作特性、了解激光裝備的應用是海軍光電專業(yè)學員必須完成的功課，因此激光原理與技術(shù)一直是我校軍用光電工程專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)課程。該課程自1981年開課至今歷經(jīng)了多次教學內(nèi)容的改革和學時數(shù)的調(diào)整，在2013年制訂的課程標準中，鑒于激光器件和技術(shù)在現(xiàn)代海軍裝備中的重要地位，將該課程的學時數(shù)由50學時調(diào)整為70學時。

實驗教學是大學教學的一種重要組成部分，是培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)造能力的主要手段，對人才培養(yǎng)具有重要作用［1］。由于建立在“測不準”量子理論之上，激光原理與技術(shù)課程內(nèi)容復雜、物理概念抽象、理論性強、學習難度較大，學生往往缺乏感性認識，不易理解，所以只靠課堂講授很難達到預期的教學效果［2］。實驗教學作為該課程的重要組成部分，是學員真正認識激光器、理解激光理論與技術(shù)的必經(jīng)步驟［3］，對于提高課程教學質(zhì)量，培養(yǎng)學員創(chuàng)新能力具有重大作用。

近年來，激光原理與技術(shù)教學團隊借鑒先進經(jīng)驗，結(jié)合軍隊院校專業(yè)針對性強、軍事特色鮮明的特點，在該課程實驗教學上進行了一些改革探索，取得了一定成績。

1 需要解決的主要問題

與本課程相配套的實驗始建于1985年，當時只能開出一個演示實驗。經(jīng)過多年的建設(shè)，到2013年，本課程已能開設(shè)3個基本實驗（6學時），分別是高斯光束光強空間分布的測量、固體激光器的工作特性和激光調(diào)制技術(shù)（包括電光調(diào)制、磁光調(diào)制和聲光調(diào)制等），其中前2個為學生實做實驗，后1個是演示實驗。在教學實踐中，發(fā)現(xiàn)實驗課存在著與理論課配合不緊密，自主性和綜合性實驗欠缺，學員只滿足于簡單重復教員講授的實驗步驟，不善于思考，不能主動探索的問題。

當前，新軍事變革對軍校人才培養(yǎng)提出了更高的要求，激光器件和技術(shù)也在海軍裝備中充當了更加重要的角色。為了順應這種發(fā)展趨勢，新一輪人才培養(yǎng)方案修訂后，在軍隊院?！?110工程”經(jīng)費支持下，激光原理與技術(shù)教學團隊對教學內(nèi)容及教學方法進行大幅度改革。其中，實驗課學時數(shù)增加為10學時，且為了提升教學層次，培養(yǎng)學員的創(chuàng)新能力，對實驗課提出了新的要求，不能僅滿足于教員教，學員照著做的模式，而且擴展了實驗課的深度和廣度。

2 改革措施

以緊跟現(xiàn)代激光領(lǐng)域前沿理論和技術(shù)，緊貼部隊實際光電裝備，突出軍用光電工程專業(yè)特色，培養(yǎng)學員認真態(tài)度、實作技巧、創(chuàng)新能力為指導思想，教學團隊從實驗內(nèi)容設(shè)置、實驗條件建設(shè)、教學方法改進和實驗制度管理等4個方面入手改革創(chuàng)新激光原理與技術(shù)實驗課教學。

2.1 實驗內(nèi)容設(shè)置

在頂層實際上，根據(jù)理論課和實驗課交替進行，每學完一部分基礎(chǔ)理論就進行相應實驗，以加深學員理解的構(gòu)想，激光原理與技術(shù)實驗課共設(shè)置了“激光諧振腔調(diào)整及其模式分析”“激光光束空間分布特性測量、激光光束通過光學元件的傳輸”“固體激光器的工作特性”“半導體激光器工作特性”和“激光調(diào)Q、倍頻、OPO技術(shù)”共5個實驗題目。

針對每一個具體的實驗題目，采取兩種措施來細化其具體內(nèi)容。

1）首先，實驗內(nèi)容應與激光在軍事上的具體應用結(jié)合起來。由于激光原理和技術(shù)中的大部分理論和技術(shù)都在新型的激光測距、激光制導、光電對抗等裝備中得到應用，對提高武器裝備的探測能力和精確打擊能力起到了關(guān)鍵作用［4］。因此實驗內(nèi)容的設(shè)計要緊扣這一特點。如半導體激光器小型化和高頻調(diào)制特性使其應用于激光通信和激光駕束制導中，因此半導體激光器工作特性實驗應將半導體激光器的調(diào)制特性作為一個知識點進行設(shè)計，使學員不僅理解其特性還明白其軍事應用。

2）其次，將實驗分為基礎(chǔ)性實驗與自主性實驗兩部分。為提高學員學習積極性，培養(yǎng)其探索精神和創(chuàng)新能力，將每一次的實驗課分為基礎(chǔ)理論性實驗和自主設(shè)計性實驗兩部分。綜合性、設(shè)計性實驗室是培養(yǎng)學生綜合能力和創(chuàng)新能力的重要途徑［5－6］。其中基礎(chǔ)性實驗用于驗證理論課的某些結(jié)論，以加深學員對基本理論的感性認識。要求學員認真操作，以培養(yǎng)其科學實驗方法和嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。自主性實驗由教員提出問題，學員通過查找資料，在現(xiàn)有實驗設(shè)備基礎(chǔ)上設(shè)計實驗來尋找答案。如在諧振腔調(diào)整及其模式分析實驗中，將縱模數(shù)目測量作為驗證性實驗，而將縱橫模頻率測量作為設(shè)計性實驗，教員只給出思路，由學員動腦、動手來實現(xiàn)。又如在半導體激光器工作特性實驗中設(shè)計了激光通信系統(tǒng)的搭建這一自主設(shè)計實驗內(nèi)容。

2.2 實驗條件建設(shè)

實驗內(nèi)容的設(shè)置受制于實驗儀器。激光原理與技術(shù)實驗需要的各種激光器和光學配件都是精密儀器，價格昂貴［3］。因此必須全面統(tǒng)籌，有效地利用有限的“2110工程”課程建設(shè)資金為教學目的服務。在實驗條件建設(shè)過程中，教學團隊遵循了3個原則。

1）著眼于在軍事上具有較大應用價值的新型激光器和新的激光技術(shù)，引進相關(guān)實驗設(shè)備，開設(shè)相關(guān)實驗。如可實現(xiàn)波長調(diào)諧的光學參量振蕩器（optical parametric oscillator，OPO）技術(shù)在人眼安全激光測距和激光對抗中具有廣闊的應用前景。為此，我們與國營238廠合作，開發(fā)了釔鋁石榴石（yttrium aluminate garnet，YAG）固態(tài)激光器泵浦OPO實驗系統(tǒng)。該實驗系統(tǒng)可以工作在普通YAG固體激光器、調(diào)Q的YAG固體激光器、調(diào)Q的YAG固體激光器倍頻、調(diào)Q的YAG固體激光泵浦OPO和調(diào)Q的YAG固體激光泵浦OPO倍頻等5種工作模式下，輸出1 064 nm、532 nm、1 570 nm和785 nm共4種波長的光脈沖，可以完成測量YAG脈沖固體激光器、OPO工作特性、測量各種工作模式下的激光波長、脈寬、峰值功率等特性參數(shù)和演示磷酸鈦氧鉀（potassium titanyl phosphate，KTP）晶體倍頻效應等6個實驗內(nèi)容的示教。

2）知識本身是不斷創(chuàng)新和發(fā)展的，這一規(guī)律決定了教學和科研是密不可分的［7］。教學需要科研，科研促進教學［8］。因此，在實驗條件建設(shè)中我們以教學實驗設(shè)備服務科研，科研項目引入教學為原則，一方面購買了如泰克1 GHz帶寬示波器這樣的科研用儀器，另一方面依托軍口科研，開設(shè)了水下激光成像、激光引偏干擾兩個演示性實驗內(nèi)容。

3）對原有的實驗設(shè)備進行二次開發(fā)，充分發(fā)揮其性能。如購買了倍頻晶體，并將原有固體激光器實驗平臺改造，與電壓表、正－本征－負（positive－intrinsic－negative，PIN）二極管、示波器及激光能量計搭配起來后充實了固體激光器的工作特性實驗，可以訓練學員測量激光能量、脈沖寬度和計算激光器電光轉(zhuǎn)換效率等，從而培養(yǎng)其使用多種科學測量儀器的技能。

2.3 教學方法改進

為了激發(fā)學員的學習興趣和實驗熱情，實驗課同樣需要重視教學方法、教學手段的使用和改進。教學團隊主要從以下3個方面著手。

1）營造和諧的課堂氛圍，努力做到以學員為中心，增進溝通，加強交流，增強互動，充分調(diào)動學員的積極性［9］。

2）充分發(fā)揮多媒體教學的優(yōu)勢。多媒體具有生動直觀、快速高效、信息量大、方便靈活、過程虛擬等優(yōu)勢。將多媒體技術(shù)應用在實驗課的兩個時間段。首先是剛上課時教員講解實驗操作的時候，這樣做既生動、直觀、有趣，還可以縮短教員講解過程，將更多時間留給學員實作；其次是快下課之前，教員通過PPT向?qū)W員展示其他可行的實驗方案，以拓寬學員的思路。如在激光光束空間分布特性測量、激光光束通過光學元件的傳輸實驗中，為了測量高斯光束的光斑半徑，學員所采用的方法是使用硅光電池在二維平面內(nèi)掃描，并經(jīng)數(shù)據(jù)擬合后得到光斑半徑。但在課程最后，教員會利用多媒體課件向?qū)W員介紹刀口法、小孔法和電荷耦合器件（charge－coupled device，CCD）測量法［10］。

3）重視對青年教員的培養(yǎng)，堅持崗前培訓、督導聽課、教授單獨輔導的制度。

2.4 實驗制度管理

為了充分利用實驗室，調(diào)動學員積極性和體現(xiàn)以人為本的教育思想，實行開放式的實驗室管理制度［11］。對課上沒有做完或者感興趣的實驗，學員可向教員申請進行指導和實驗，從而使學員的實驗時間不局限于10個課上學時。

此外，對于科研感興趣或素質(zhì)較高的學員，讓其參與到科研項目中，以得到更好的培養(yǎng)。如2010級一名本科生參與了YAG固態(tài)激光器泵浦OPO實驗系統(tǒng)的構(gòu)建，據(jù)此完成的本科畢業(yè)設(shè)計獲得了湖北省優(yōu)秀學士學位論文［12］。

3 結(jié)束語

針對軍隊院校人才培養(yǎng)方式轉(zhuǎn)變和激光原理與技術(shù)課程改革的需要，對該課程的實驗教學進行了一系列的改革探索。目前，改革后的實驗教學方案正在2012級本科教學中實踐。教學團隊將根據(jù)教學效果和學員反饋進一步優(yōu)化改革措施，以達到更好的教學效果。

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Reform Exploration of Experimental Teaching in Course of Laser Principle and Technique at Military College

HAN Hongwei，ZHANG Xiaohui，SUN Chunsheng，RAO Jionghui
（Department of Weaponry Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China）

In order to expand the depth and breadth of experimental teaching and to integrate the ability training and meeting the need of navy development，according to the new personnel training program，the teaching term of laser principle and technology course in department of weapons engineering of Naval Engineering University have reformed this course greatly.the experimental teaching reform focuses on optimizing the settings of experiment content，planning the experimental condition construction as a whole，improving experimental teaching methods and perfecting the experimental management system.The experimental teaching program after reform is being carried on the undergraduates of grade 2012 and the teaching term will improve and perfect it further according to the teaching effects.

university；laser principle and technique；experimental teaching；teaching reform

G642

A

10.3969／j.issn.1672－4550.2016.06.037

2015－06－24；修改日期：2016－10－24

軍隊院?！?110”實驗室建設(shè)項目。

韓宏偉（1983－），男，博士，講師，主要從事水下激光成像與圖像處理方面的研究。