申子鉞 褚云婷 鄧浩國(guó) 姜璐宜 陳秀艷

摘 要：激光的發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有將近60年了，期間對(duì)于激光理論的研究以及技術(shù)的應(yīng)用有了快速的發(fā)展，并且對(duì)現(xiàn)代人類社會(huì)科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了深刻的影響，傳統(tǒng)的教學(xué)的方式和推廣有很大的局限性，不方便教育者的解說(shuō)以及學(xué)習(xí)者的理解。文章分析了“激光原理”課程基于Flash動(dòng)畫(huà)制作進(jìn)行教學(xué)改革的意義，并結(jié)合“激光原理”課程的特點(diǎn)，提出創(chuàng)新型的教育教學(xué)改革方案。

關(guān)鍵詞：激光；Flash動(dòng)畫(huà)；應(yīng)用意義

1916年愛(ài)因斯坦就預(yù)言了激光，直到1960年第一臺(tái)激光器才被首次成功制造問(wèn)世。隨后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，許多不同種類的激光器被陸續(xù)研究制造出來(lái)，激光使人們運(yùn)用前所未有的先進(jìn)方式和方法，獲得空前的效益和成果，進(jìn)一步促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。激光技術(shù)的研究也不斷深化到多層領(lǐng)域中。從在教學(xué)課件發(fā)展中得到了廣泛應(yīng)用的Flash動(dòng)畫(huà)入手，將激光知識(shí)中的一些物理過(guò)程用動(dòng)畫(huà)的形式演示出來(lái)，通過(guò)這樣的方式有利于學(xué)習(xí)者理解。

1 激光與激光原理

1.1 激光

激光已經(jīng)應(yīng)用到人們的生活、科研、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事等方方面面。生活上，我們經(jīng)常接觸到的DVD、數(shù)碼相機(jī)、智能手機(jī)、激光打印復(fù)印等都應(yīng)用了激光技術(shù)；科研上，激光可以為我們提供測(cè)量基準(zhǔn)，提供極端物理?xiàng)l件，可以作為先進(jìn)的光源；工業(yè)上，激光是信息通信、存儲(chǔ)、準(zhǔn)直、導(dǎo)航定位、加工、表面處理等必不可少的工具；醫(yī)學(xué)上，激光美容、激光手術(shù)已經(jīng)為我們所熟知；軍事上，激光技術(shù)更是深入到了武器裝備的方方面面，因此，激光技術(shù)被列為國(guó)家戰(zhàn)略支撐技術(shù)。激光的發(fā)光原理就在于激發(fā)態(tài)的原子由于受到外來(lái)光的激勵(lì)作用便躍遷到低能級(jí)，在同一時(shí)間內(nèi)發(fā)出一個(gè)與外來(lái)激勵(lì)光子完全一樣的光子，從而可以實(shí)現(xiàn)光的放大。激光的形成則是依據(jù)介質(zhì)內(nèi)的受激輻射向外部發(fā)出大量光子，在光和物質(zhì)的相互作用下，介質(zhì)中存在吸收與受激輻射的同時(shí)，在高能級(jí)上存在的粒子也可以通過(guò)自發(fā)輻射而釋放出光子。由此產(chǎn)生激光必須具備3個(gè)條件：激光工作物質(zhì)（提供放大作用的增益介質(zhì)）、外界的激勵(lì)源（可以實(shí)現(xiàn)上下能級(jí)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）、光學(xué)諧振腔（用于增長(zhǎng)激活介質(zhì)的工作長(zhǎng)度、控制光束的傳播方向、選擇被激輻射光頻率以提高單色性）。

如圖1所示，原子系統(tǒng)中存在兩個(gè)能級(jí)E2和E1，它們之間滿足輻射躍遷的定則，假如受到的外來(lái)能量為hv= E2·E1的光照射在它上時(shí)，E2能級(jí)的原子由于受到外來(lái)光的激勵(lì)作用以至于原子躍遷到能級(jí)較低的E1上去，幾乎相同的時(shí)間內(nèi)發(fā)射出一個(gè)與外來(lái)光子完全相同的光子[1]。

1.2 激光原理

“激光原理”是理工類院校光信息、光電類和物理專業(yè)的必修專業(yè)課，介紹了激光發(fā)展簡(jiǎn)史及激光的特性，激光產(chǎn)生的基本原理，光學(xué)諧振腔與激光模式，高斯光束，激光工作物質(zhì)的增益特性，激光器的工作特性，激光特性的控制與改善，典型激光器，半導(dǎo)體激光器，光通信系統(tǒng)中的激光器和放大器，激光全息技術(shù)，激光與物質(zhì)的相互作用，以及激光在其他領(lǐng)域的應(yīng)用等內(nèi)容。

當(dāng)前大部分學(xué)校該課程還維持著傳統(tǒng)的教學(xué)模式，主要存在以下問(wèn)題：

（1）傳統(tǒng)的教學(xué)的方式和推廣有很大的局限性，不方便教育者的解說(shuō)以及學(xué)習(xí)者的理解。

（2）傳統(tǒng)教學(xué)方法缺乏吸引力，教學(xué)效果不理想。在傳統(tǒng)的“激光原理”教學(xué)中，理論計(jì)算、分析和講解處于主導(dǎo)地位。我們認(rèn)為，目前更需要生動(dòng)形象的教學(xué)，需要現(xiàn)代化的教學(xué)手段，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生的思維水平和創(chuàng)新能力。

2 Flash動(dòng)畫(huà)

世界上第一部動(dòng)畫(huà)從誕生到如今已經(jīng)有100多年歷史，動(dòng)畫(huà)片作為一種藝術(shù)形式，如今充分地融入我們每個(gè)人的日常生活當(dāng)中。動(dòng)畫(huà)的原理和電影相似，同樣都是利用人眼的“視覺(jué)暫留”現(xiàn)象，面對(duì)一幅幅靜止的畫(huà)面進(jìn)行不斷連續(xù)放映時(shí)，整個(gè)過(guò)程看起來(lái)會(huì)像是在“運(yùn)動(dòng)”的。但是動(dòng)畫(huà)與電影的不同之處在于，它拍攝對(duì)象不是演員人物，而是動(dòng)畫(huà)師們用手繪畫(huà)出的一張張生動(dòng)逼真的圖片，F(xiàn)lash動(dòng)畫(huà)與經(jīng)典動(dòng)畫(huà)相同，由一系列連續(xù)運(yùn)動(dòng)的圖片幀組成，數(shù)個(gè)幀按一定順序排列、再按一定的速度播放就組成了一個(gè)動(dòng)畫(huà)運(yùn)動(dòng)的效果。需要做的很多動(dòng)作，通過(guò)設(shè)計(jì)師創(chuàng)作出起始畫(huà)面和結(jié)束畫(huà)面就能夠完成，剩余的部分只要利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)運(yùn)算出結(jié)果，相比較于經(jīng)典動(dòng)畫(huà)不僅節(jié)省了大量動(dòng)畫(huà)制作時(shí)的勞動(dòng)投入。并且以這種方式不但可以制作出移動(dòng)、縮放、旋轉(zhuǎn)、色彩漸變、加速與減速和設(shè)置路徑等一些動(dòng)畫(huà)特殊效果，而且生成的動(dòng)畫(huà)文件在體積占比上也會(huì)小很多。由于Flash采用的是Action Script對(duì)象語(yǔ)言，使得Flash有了非常大的擴(kuò)展空間。制作人員可以輕易添加很多網(wǎng)絡(luò)中常見(jiàn)的交互動(dòng)畫(huà)，使用戶直接參與，對(duì)Flash入門制作者的軟件知識(shí)水平要求也不是很高[2]。

3 結(jié)合意義

從Flash環(huán)節(jié)入手，將激光原理的技術(shù)過(guò)程演示用動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn)出來(lái)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足。該模式充分利用了信息化技術(shù)和新媒體資源，不但增加了學(xué)生的參與性，滿足了學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)的需求和答疑需求，更改變了教學(xué)過(guò)程中的關(guān)系，使得師生可以雙向互動(dòng)。這對(duì)于“激光原理”這種理解難度大的課程，是一種很好的解決方案。

4 結(jié)合方式

4.1 教學(xué)形式創(chuàng)新

通過(guò)課堂上的教學(xué)，課程課時(shí)少、難度大、教學(xué)任務(wù)繁重，教師為了保證完成教學(xué)內(nèi)容，許多知識(shí)點(diǎn)無(wú)法進(jìn)行詳細(xì)講解，使學(xué)生無(wú)法深入理解相關(guān)知識(shí)，通過(guò)Flash動(dòng)畫(huà)演示的方式直觀清楚、言簡(jiǎn)意賅地向?qū)W生展示最基本、最核心的物理過(guò)程，使學(xué)生在最短的時(shí)間內(nèi)理解并掌握核心的物理過(guò)程。Flash動(dòng)畫(huà)獨(dú)立于瀏覽器之外，給瀏覽器加入相應(yīng)的插件就可以觀看。制作水平高的Flash動(dòng)畫(huà)可在各種平臺(tái)和操作系統(tǒng)播放，任何訪問(wèn)者看到的內(nèi)容和效果都是一樣的，甚至連字體大小和色彩都不會(huì)因?yàn)槠脚_(tái)的不同而產(chǎn)生任何變化[3]，使得教學(xué)形式多樣化，甚至學(xué)生課下可以自己制作理解，課上學(xué)生帶著遇到的難點(diǎn)和疑問(wèn)，在課堂上與教師和其他同學(xué)進(jìn)行互動(dòng)學(xué)習(xí)、共享和討論。

4.2 教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新

通過(guò)針對(duì)“激光原理”課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，有的放矢、有針對(duì)性地進(jìn)行Flash動(dòng)畫(huà)的制作與講解（見(jiàn)圖2），例如電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q、染料調(diào)Q、電光偏、聲光偏轉(zhuǎn)、機(jī)械偏轉(zhuǎn)[4]等核心且較難理解的物理原理，使學(xué)生圖片化地理解和掌握重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。

5 結(jié)語(yǔ)

在新教育環(huán)境下，教學(xué)方式應(yīng)該向多樣化趨勢(shì)發(fā)展。Flash不僅在教學(xué)方面有很大的應(yīng)用空間，通過(guò)Flash動(dòng)畫(huà)能很生動(dòng)、形象地表達(dá)出激光原理知識(shí)的技術(shù)過(guò)程。在其他的領(lǐng)域中，F(xiàn)lash也有非常大的應(yīng)用前景。本文所提出的Flash動(dòng)畫(huà)制作在“激光原理”課程中的應(yīng)用，降低了“激光原理”課程核心內(nèi)容的理解難度，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，對(duì)“激光原理”課程在本科基礎(chǔ)教育中有著重大意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1]陳家璧，彭潤(rùn)玲.激光原理及應(yīng)用[M].3版.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]李綱，余婕.flash CS6動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)與制作[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017.

[3]賈玉珍，王緒宛.Flash CS6中文版基礎(chǔ)教程[M].北京：北京人民郵電出版社，2017.

[4]周炳琨.激光原理[M].北京：電子工業(yè)出版社，1980.