（國防科技大學(xué)前沿交叉學(xué)科學(xué)院，湖南 長沙 410073 ）

自從1960年梅曼研制出第一臺激光器以來，激光相關(guān)理論與技術(shù)得到了異乎尋常的飛速發(fā)展。激光憑借其亮度高、方向性好、單色性好等優(yōu)點在信息存儲與傳輸、光學(xué)檢測、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、軍事等諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，也帶來了交叉學(xué)科的發(fā)展。

《激光原理》我校光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。激光原理課程內(nèi)容側(cè)重激光器的基本原理和理論，比較抽象，只靠課堂講授很難達到預(yù)期的教學(xué)效果。為了加深學(xué)生對激光原理知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際和解決實際問題的能力，我們增設(shè)了激光原理課程實驗環(huán)節(jié)。目前開設(shè)的實驗內(nèi)容包括半導(dǎo)體激光器、氦氖激光器與激光諧振腔、聲光調(diào)Q激光器。

《激光原理》課程實驗教學(xué)是課程理論教學(xué)的延續(xù)，所不同的是理論課程是大班教學(xué)，實驗課程是分組分批教學(xué)。因此，實驗教學(xué)中教師可以與學(xué)生有更多的互動過程。與學(xué)生溝通采用問答式方法，不直接給出正確答案，更多地注重引導(dǎo)學(xué)生自己思考，學(xué)生思考的過程也是對課程基礎(chǔ)理論、基本知識的一次回顧和反芻。

本文以“氦氖激光器與激光諧振腔實驗”為例，介紹啟發(fā)問答式教學(xué)方法在激光原理課程實驗教學(xué)中的應(yīng)用。

氦氖激光器與激光諧振腔實驗教學(xué)主要包括三個環(huán)節(jié)：課前教師講解；學(xué)生實驗操作；課后實驗報告撰寫。

一、課前講解

課前講解是在學(xué)生動手實驗之前，由任課教師對實驗相關(guān)的知識做簡要講解。講解的內(nèi)容主要包括激光器諧振腔的基本原理、光束準直原理、實驗用到的法布里-珀羅掃描干涉儀原理以及實驗操作中的安全注意事項。

氦氖激光器與激光諧振腔實驗的基本原理主要講解激光器的“三要素”、橫模、縱模。通過向?qū)W生提問，了解學(xué)生對相關(guān)知識點的掌握情況。然后針對學(xué)生認識不清楚的點予以重點講解?！翱v模間隔與諧振腔腔長什么關(guān)系？”“增益曲線與縱模個數(shù)是什么關(guān)在氦氖激光器與激光諧振腔實驗中系？”通過這樣的問答引導(dǎo)學(xué)生回顧課程所學(xué)，明白諧振腔的選模作用以及激光器多縱模輸出的原理。

通過實驗認識激光器原理的過程，僅僅掌握激光運轉(zhuǎn)原理、諧振腔理論還不夠，還需要了解光束準直的原理。繼續(xù)通過提問的方式逐步引導(dǎo)學(xué)生思考，進而明白光束準直的原理?！盀槭裁春つ始す馄鞯膶嶒炛幸玫桨雽?dǎo)體激光器？”“在氦氖激光器沒有出光以前如何調(diào)整諧振腔？”“如何判斷諧振腔的兩個斷面反射鏡已經(jīng)調(diào)平行？”。通過這樣一系列的問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，使其明白參考半導(dǎo)體激光器的作用以及與同一束激光垂直的兩個鏡子必然平行?！皩嶒炛杏玫降乃衅骷荚趯?dǎo)軌上，那么作為參考光束的半導(dǎo)體激光器如何調(diào)整其光束使其方向與導(dǎo)軌方向平行？”通過這一問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，弄清楚光束準直的原理。光束準直原理本質(zhì)上是一個數(shù)學(xué)問題。理清楚這個問題的過程，也是激發(fā)學(xué)生理論聯(lián)系實際的一個過程。

氦氖激光器與激光諧振腔實驗內(nèi)容包括觀察激光器縱模個數(shù)。觀察的手段是采用法布里-珀羅掃描干涉儀（FP掃描干涉儀）。通過理論講解結(jié)合仿真動畫演示，重點講清楚“自由光譜范圍”和“精細度”兩個概念。

通過問答式的方法強調(diào)實驗安全注意事項。“為什么不能帶電插拔電源插頭？”通過這一問題，引導(dǎo)學(xué)生思考插拔電源插頭對儀器設(shè)備帶來的危害?！昂つ始す馄鞯墓╇姙槭裁葱枰锨Х碾妷?？”通過這一問題引導(dǎo)學(xué)生思考氦氖激光器是通過高壓擊穿增益介質(zhì)，也就是氦氖氣體來工作的，讓學(xué)生對激光器的高壓有清晰的認識[1]。

二、實驗操作

理論與實驗的關(guān)系就是“知”與“行”的關(guān)系，原理理論都知道，真正做實驗的時候也難免會有卡住的時候。因此，學(xué)生動手實驗開始后，教師要實時觀察學(xué)生實驗進展，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實驗中卡住的話，要及時與學(xué)生溝通，了解問題所在，并引導(dǎo)學(xué)生解決問題。

另外，對于進展“順利”的小組，也要及時地提問，判斷學(xué)生是否對實驗現(xiàn)象理解正確。有的學(xué)生第一次使用FP掃描干涉儀觀察激光器模式，不知道到底哪個是模式，容易把自由光譜區(qū)重復(fù)帶來的尖峰理解為不同的模式。這樣一來，雖然看上去學(xué)生沒有卡住，但其實并沒有真正理解實驗內(nèi)容，還是存在知識盲點。這時候教師要及時與學(xué)生溝通，引導(dǎo)學(xué)生認識到真正的縱模。

三、實驗報告撰寫

課前會發(fā)給學(xué)生實驗講義，便于學(xué)生提前預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容。但是，在實驗原理的“高斯光束特征參數(shù)”表格中，故意設(shè)定一個計算錯誤的束腰半徑值。要求學(xué)生在撰寫實驗報告的時候予以找出來并給出正確的計算結(jié)果。這樣一個過程可以彌補實驗的不足，鞏固學(xué)生對高斯光束模型的理解。

實驗報告的撰寫要求學(xué)生不必抄寫講義中的實驗原理，重點記錄實驗結(jié)果、自己對實驗結(jié)果的分析以及實驗課程給自己帶來的啟發(fā)[2]。

結(jié)語

在激光原理課程實驗中，引入了問答式教學(xué)方法。在課前講解中通過啟發(fā)式問答引導(dǎo)學(xué)生明白實驗原理；在實驗操作過程中，通過啟發(fā)式問答引導(dǎo)學(xué)生解決實驗中的具體問題以及對實驗現(xiàn)象有正確的認識。教學(xué)實踐表明，問答式方法提高了學(xué)生的課程參與度，增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也提高了教學(xué)效果。