揚州大學物理科學與技術學院 錢沁宇

從1960年第一束激光的誕生，到激光測量、加工、清洗等學科的出現(xiàn)，再到20世紀90年代激光醫(yī)學的興起與推廣，激光如今已經(jīng)成為高科技產(chǎn)業(yè)不可或缺的組成部分，也與現(xiàn)代社會的日常生活密不可分。激光原理相關課程早在20世紀70年代就在我國諸多重點高校開設，在改革開放后推廣到一般院校。如今，國內(nèi)大部分高校都已開設激光原理相關課程，它系統(tǒng)地介紹了激光產(chǎn)生、傳輸及調控的原理，同時又將理論知識與實際應用緊密結合。筆者從2018年起，在揚州大學物理科學與技術學院給光信息科學與技術專業(yè)的大三本科生講授激光原理與技術課程。在教學過程中，筆者發(fā)現(xiàn)學生存在基礎薄弱、理解不透徹、實驗完成困難等問題。因此，筆者對這些問題進行了深入思考，總結了相關的教學心得，并在后續(xù)的教學當中進行了探索和嘗試。

一、鞏固復習，確保學生完全掌握前置知識是逐步深入教學的基礎

激光原理與技術需要學生掌握諸多前置課程，如高等數(shù)學、大學物理、物理光學等。一般來說，在學生已完成前置課程的學習后，方可進行激光原理相關課程的學習。然而，由于學生在學習這些前置課程時掌握水平不一，并不是所有學生都能完全掌握前置課程的知識重點，而且由于相隔時間較久，學生對相關課程的知識點難免有所遺忘。如果在默認學生已掌握前置課程內(nèi)容的前提下進行教學，必然會出現(xiàn)學生跟不上節(jié)奏、難以理解教學內(nèi)容，進而喪失學習興趣等問題，因此教師在講授重點知識時，有必要帶領學生回顧相關課程的基礎知識。例如，在推導氣體激光器中多普勒增寬的線型函數(shù)時，需要用到麥克斯韋速度分布律。麥克斯韋速度分布律是大學物理課程中氣體動理論章節(jié)的內(nèi)容，且并非是學習的重點，再加上時間間隔較久，學生難免有所遺忘。因此，教師在講解多普勒增寬前，有必要簡要回顧麥克斯韋速度分布律的相關內(nèi)容，幫助學生回憶相關知識再進行課程教學，必然能事半功倍。再比如，激光器的輸出特性這一章節(jié)全面地從理論上分析了激光器內(nèi)外的光場分布以及高斯光束的傳播特性，是后續(xù)學習內(nèi)容的核心與基礎。然而，這一章節(jié)的學習建立在學生完全掌握物理光學相關知識基礎上，但是，實際上一些學生對物理光學相關內(nèi)容可能掌握并不到位，因而難免影響對激光原理課程的學習。所以，在進行這一章節(jié)學習前，教師有必要將關鍵的知識預先講授給學生，如“亥姆霍茲方程”“菲涅爾—基爾霍夫衍射公式”等，確保學生在掌握這些關鍵知識點的基礎上進行課程的學習。

二、由點及面，幫助學生構建完整的物理圖像是教學的核心

數(shù)學是一切物理學科的基礎，因此，所有物理類課程的學習都離不開數(shù)學公式的推導，激光原理與技術也不例外。但是，物理類課程更應該注重的是在學生大腦中構建出物理圖像，而不是僅僅將公式的推導過程傳授給學生。因此，在進行公式推導、數(shù)學分析的時候，不能忽略其物理意義的講解，要讓學生在完成課程學習后形成對整個知識框架的認知，形成清晰的物理圖像。所以在教學中，不能僅僅以讓學生能夠完成推導以及習題為目的，而更應該確保學生能夠充分理解每個參數(shù)、每個公式背后的物理意義。有的時候，直接解釋物理意義相對枯燥且深奧，此時可以類比的方式加深學生的印象，例如在講解調Q技術的原理時，如果直接講第一步是Q開關關閉的積累階段，第二步是Q開關打開的脈沖形成階段，學生可能會不知所云。此時，可以將反轉粒子數(shù)類比成存款，將形成的脈沖類比成商品，就如同購買昂貴商品需要先存錢一樣，如果想要獲得峰值高的巨脈沖，必須先通過關閉開關積累反轉粒子數(shù)。此外，還可以將書本上繁雜冗長的物理概念或性質用通俗易懂的詞語進行總結歸納，幫助學生理解和記憶。例如，在染料調Q和染料鎖模中用到的有機染料，可以直接歸納成“欺軟怕硬”四個字，這樣學生更容易理解和記憶其“光強越強吸收越弱、光強越弱吸收越強”的特性。

三、手腦并重，培養(yǎng)學生完整的光學實驗技能是教學的重點

激光原理與技術是一門兼有理論學習與實驗學習的課程。對于理工科的學生來說，實驗能力是十分重要的，而且，通過實驗課程的學習不僅可以幫助學生進一步加深對理論知識的理解，還可以培養(yǎng)學生光學類實驗的基本技能。因此，如何充分發(fā)揮學生的主觀能動性，激發(fā)學生的動手欲望，讓學生在實驗過程中得到充分的鍛煉，是激光原理與技術實驗教學的重點。學生在實驗課程的學習中主要存在以下三方面的問題：一是缺乏最基本的實驗常識，二是主觀動手意愿不強，三是只會按照實驗手冊操作而不理解其背后的原理。

首先，由于當前中小學教育和考試均以理論知識為主，學生實驗學習機會非常少，因此不可能具備相應的實驗基礎。在開展實驗教學之前，教師必須先將實驗中的一些基本常識傳授給學生，如光學實驗中，非操作時身體不得接觸光學平臺、須戴乳膠手套方可觸碰光學元件、清洗鏡片須使用酒精和氣槍等。

其次，學生缺少動手意愿的問題，來自學生對實驗課程的不重視。此外，很多實需要兩人合作完成，因此往往將學生兩兩分組，以小組形式完成實驗，小組中不積極的學生就會產(chǎn)生偷懶的想法。對于這一問題，要向學生強調實驗課程的重要性，實驗能力往往比理論知識更加重要，這是因為理論知識的遺忘或缺漏可以通過查找資料和自學的方式進行彌補，但實驗技能在沒有輔導、沒有實驗器材的情況下幾乎不可能獲取。此外，還要通過一些演示來激發(fā)學生的興趣。例如在“半導體激光端面泵浦綠光激光器原理”教學中，教師應首先進行示范實驗，并向學生展示如何通過合理的光路搭建，將一束肉眼不可見的紅外激光轉換成明亮的綠色激光，從而引起學生的興趣。

最后，很多學生在實驗過程中成了“操作工”，按照手冊完成實驗、記錄數(shù)據(jù)，卻連自己做的是什么都不明白，這嚴重違背了開設實驗課程的本意。開設實驗課程是為了培養(yǎng)學生的實驗技能和加深學生對理論知識的理解，因此，理論與實驗課程的學習一定不能割裂開。所以，必須在實驗開始前讓學生完成實驗預習報告，并通過計分的方式提高學生的重視程度。在實驗過程中，教師在演示時不能只講如何操作，而是要每步操作的意義都講授給學生，讓學生在理解的基礎上完成實驗。對學生的實驗報告不能僅僅考查學生數(shù)據(jù)的記錄與處理，而是要留下問題，讓學生思考每一個數(shù)據(jù)背后的物理意義是什么。通過這種方式建立起理論與實驗課程的聯(lián)系，才能真正讓學生做到融會貫通。

以上是筆者在激光原理與技術課程教學中總結的關于提高教學質量的心得與思考，實踐證明，可以讓學生更好地掌握課程的相關知識和技能。盡管如此，教學中仍有可以改進的空間，比如如何更好地加強師生之間的互動、如何更好地提高學生的自學能力等，這些還需要進一步研究以及和其他專家學者共同討論。