◆殷建玲 李經(jīng) 沈?qū)W舉 周冰

軍校激光原理課程教學(xué)改革實(shí)踐探索*

◆殷建玲 李經(jīng) 沈?qū)W舉 周冰

針對軍校學(xué)員的心理特征和思維規(guī)律，提出網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)、基于Ngrin互動平臺的可操控激光設(shè)備、Matlab_GUI激光仿真平臺、定制化板書等一系列較為新穎的方法和手段，并在激光原理與技術(shù)課程中加以實(shí)踐，證實(shí)上述方法可有效增強(qiáng)軍校教學(xué)效果。

教學(xué)改革；軍校；激光原理；網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)仿真平臺；MATLAB

1 前言

軍隊(duì)院校教育是當(dāng)代教育的重要組成部分，它擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)高素質(zhì)軍事人才的任務(wù)，其重要目的是培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識，提高學(xué)員的創(chuàng)新能力，求新、突破、開放和超越是對軍校教育的重要要求。

最新問卷調(diào)查表明，目前軍校學(xué)員的主體是95后，他們的身心呈現(xiàn)出許多新特點(diǎn)：

1）自尊心強(qiáng)、好面子，同時渴望得到關(guān)注；

2）對第一任職需求存在認(rèn)識不足，就業(yè)壓力小，求知欲不足；

3）對軍事裝備內(nèi)容格外關(guān)注；

4）信息化程度高，接受新事物速度快，習(xí)慣網(wǎng)絡(luò)交流和學(xué)習(xí)等。

在此前提下，繼續(xù)沿用舊的教學(xué)思維和理念，已經(jīng)無法滿足軍校學(xué)員的心理和知識需求，必將導(dǎo)致教學(xué)效果的不斷削弱。

教育心理學(xué)表明，改進(jìn)教學(xué)方法和手段是培養(yǎng)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動機(jī)的有效手段之一?，F(xiàn)代教育技術(shù)和教育理念無疑是深化教學(xué)改革、增強(qiáng)教學(xué)效果的突破口。在激光原理與技術(shù)課程教學(xué)過程中，在引入信息化方法和手段的同時，改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)手段，并努力將兩者相融合，從而有效增強(qiáng)課堂教學(xué)效果。

2 虛實(shí)結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)

網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)是利用人工生成接近真實(shí)效果的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并將其置于網(wǎng)絡(luò)，便于遠(yuǎn)程操作的一種實(shí)驗(yàn)形式。這種實(shí)驗(yàn)形式借助信息化教學(xué)手段的優(yōu)勢，突破了傳統(tǒng)理論課程對演示實(shí)驗(yàn)的時空限制，能夠?qū)?shí)驗(yàn)直接引入課堂。

激光器屬于精密光學(xué)設(shè)備，其相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備體積大，調(diào)試?yán)щy，不易搬進(jìn)課堂，所以各學(xué)校的激光技術(shù)課程大都將理論與實(shí)驗(yàn)分別開設(shè)。教學(xué)實(shí)踐表明，這種教學(xué)模式不利于學(xué)生對理論知識的理解。

網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)無疑為激光技術(shù)課程的改革提供了突破口，筆者在這方面也做了一些有益探索。在制作過程中，使用Solidwrks三維模型制作軟件、Okino PolyTrans格式轉(zhuǎn)換軟件、NGRAIN Producer三維交互動畫制作軟件、會聲會影視頻制作軟件及Dreamweaver網(wǎng)頁制作軟件等工具，將等比例實(shí)驗(yàn)設(shè)備與真實(shí)測量結(jié)果相結(jié)合，開發(fā)了He-Ne激光器特性、普通脈沖激光器輸出特性、調(diào)Q激光器輸出特性等一系列虛實(shí)結(jié)合的虛擬實(shí)驗(yàn)（見圖1），并其放在網(wǎng)絡(luò)平臺上供學(xué)員學(xué)習(xí)。

兩年的教學(xué)結(jié)果表明，上述網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)既可以增加學(xué)員對理論知識的形象認(rèn)知，又可以讓學(xué)員與后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程前后呼應(yīng)，同時有助于學(xué)員課下自主學(xué)習(xí)，因而可以獲得良好的教學(xué)效果。

3 基于Ngrin互動平臺的可操控激光設(shè)備

三維制作工具NGRAIN Producer是NGRAIN公司生產(chǎn)的一款能夠直接從現(xiàn)有產(chǎn)品的各種CAD三維數(shù)據(jù)模型，快速生成交互的產(chǎn)品功能展示、維修和學(xué)習(xí)培訓(xùn)材料的軟件。它可幫助普通用戶在普通計算機(jī)上快速創(chuàng)作出富含大量信息元素的虛擬設(shè)備，提高現(xiàn)有的電子教學(xué)素材質(zhì)量，同時保證新手在第一時間正確操作。

激光教學(xué)小組將這種在裝備類或更復(fù)雜類課程中使用的技術(shù)引入激光原理課程，為激光器這類精密光學(xué)設(shè)備的教學(xué)提供服務(wù)。課程以虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)為基礎(chǔ)，將前期等比例制作的各類激光實(shí)驗(yàn)設(shè)備通過一定的格式轉(zhuǎn)換放在遠(yuǎn)程N(yùn)GRAIN互動平臺上。這樣一來，在教學(xué)過程中，只要安裝一個很小的NGRAIN Viewer軟件，就可以通過遠(yuǎn)程訪問的方式隨時調(diào)用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并可以為學(xué)員提供設(shè)備現(xiàn)場的拆解、任意角度的翻轉(zhuǎn)等，讓學(xué)員更直觀地了解激光器等精密光學(xué)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，見圖2。

*項(xiàng)目來源：軍械工程學(xué)院2014年教學(xué)研究課題“教育心理學(xué)在軍校教學(xué)中的應(yīng)用研究”（基金編號：Jxlx1438）。

作者：殷建玲，軍械工程學(xué)院電子與光學(xué)工程系講師，研究方向?yàn)榧す饧夹g(shù)應(yīng)用及其教學(xué)研究；李經(jīng)、沈?qū)W舉、周冰，軍械工程學(xué)院（050003）。

圖1 調(diào)Q激光器輸出特性網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)相關(guān)圖

圖2 Nd：YAG激光器剖面及任意角度俯視拆解圖

4 基于GUI平臺的激光仿真實(shí)驗(yàn)

激光原理與技術(shù)課程理論性很強(qiáng)，如果沒有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，學(xué)員很難理解。但是，激光實(shí)驗(yàn)設(shè)備非常昂貴，許多結(jié)論不具備實(shí)驗(yàn)條件。如基于不同諧振腔的激光器、調(diào)Q激光器和鎖模激光器等工作特性均與激光器多個結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)，但不可能買來所有樣品，對各個參數(shù)一一測試，而光學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)恰恰以其科學(xué)準(zhǔn)確、簡單易行、操作靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了這一不足。對此，利用MATLAB軟件，通過建模和編程，對激光原理與技術(shù)的部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬，并構(gòu)建基于GUI用戶圖形界面的實(shí)驗(yàn)仿真平臺，為激光原理與技術(shù)的教學(xué)提供一個新的途徑。

5 定制化的板書呈現(xiàn)形式

板書是最基本的傳統(tǒng)教學(xué)手段，可以給學(xué)員一個完整、系統(tǒng)的課堂教學(xué)內(nèi)容框架，但是并非所有教學(xué)內(nèi)容都適合以傳統(tǒng)形式加以呈現(xiàn)。為此，根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行定制化的板書設(shè)計，使板書形式更利于不同教學(xué)內(nèi)容的展現(xiàn)，以及學(xué)員理解和記憶。如在激光原理與技術(shù)課程中，就設(shè)計有傳統(tǒng)型、圖表型、思維導(dǎo)圖型等多種形式，在“調(diào)Q原理”一節(jié)中就采用了思維導(dǎo)圖型板書。顯然，這種新穎的板書形式，不僅可以清晰地呈現(xiàn)整節(jié)課的思維過程，而且有助于學(xué)員理清脈絡(luò)，記憶內(nèi)容。

6 結(jié)語

激光課程教學(xué)改革5年以來，取得明顯成效。

1）教員層面：筆者及小組成員以“激光調(diào)Q技術(shù)”“激光產(chǎn)生的基本原理”為授課內(nèi)容，參加總裝備部舉辦的院校優(yōu)質(zhì)授課評比，分獲二等獎和三等獎。

2）學(xué)員層面：學(xué)員學(xué)習(xí)積極性明顯提高，考研率顯著增加，說明學(xué)員對激光學(xué)科產(chǎn)生研究興趣。在對2006～2011屆學(xué)員做的問卷調(diào)查中，80%以上的學(xué)員對激光教學(xué)改革工作給予充分肯定。

圖3 基于GUI界面的MATLAB仿真平臺

圖4 思維導(dǎo)圖型板書

現(xiàn)代教育技術(shù)和教育理念無疑是深化教學(xué)改革、增強(qiáng)教學(xué)效果的突破口。本文以自身教學(xué)實(shí)踐為基礎(chǔ)，在激光原理與技術(shù)課程的教學(xué)過程中，在引入信息化方法和手段的同時，不斷改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)手段，并努力將兩者相融合，從而有效增強(qiáng)課堂教學(xué)效果，為進(jìn)一步促進(jìn)軍校教學(xué)改革提供參考。

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［2］付建中.教育心理學(xué)［M］.北京： 清華大學(xué)出版社，2010.

［3］李朝陽，李巧玲.針對90后大學(xué)生特點(diǎn)改進(jìn)教學(xué)方法的探討［J］.中國電力教育，2010（27）：90-91.

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