应用物理学专业课程中的微课程教学探索

2019-03-21屠炜巍

产业与科技论坛 2019年8期

□屠炜巍

我国高校的应用物理学专业(光电方向)主要培养光电类科研或技术工作者，其课程中包含专业基础课《光学》，专业课《激光原理与技术》《信息光学》等课程。这些课程是应用物理学专业(光电方向)的核心课程，其教学效果直接影响人才培养的质量。而这些课程的相同点是难度大，概念和理论比较抽象，仅凭课堂授课，学生无法很好的掌握。在新媒体蓬勃发展的大环境下，各种新型教学模式给传统教学模式带来很大的冲击。尤其是翻转课堂这种模式，将传统的教育教学的主体从教师向学生倾斜，能够更大程度地挖掘学生的主观能动性，对于培养具有创新创业能力的新型人才非常有益。然而单纯的反转课堂并不能满足所有课程的教学需求，而且对学生的知识基础和学习态度有很高的要求。因此，本文探索了结合实验的微课程辅助教学的方法，并达到了提高教学质量的结果。

一、教学现状分析

(一)概念抽象，学生难以理解。例如，《光学》课程是专业基础课，该课程主要讲授几何光学的基本原理，光阑、像差以及成像光学仪器的基本原理，光波以及光的干涉、衍射和偏振的特征，光的吸收、色散和散射特征；《信息光学》课程是利用信息学的概念，在光学研究中引入傅里叶变换这一数学工具，将光学在空域的研究拓展到了频域，并且利用这些变换域理论来进行光学成像分析和光学图像处理；《激光原理与技术》课程的教学内容包括激光产生的基本原理、光学谐振腔和激光模式的基础理论、激光的应用领域与典型应用技术等。在实际的教学过程中，由于这些课程的理论性较强，对学生的物理分析能力和数学计算能力都有着较高的要求，传统的“填鸭式”教学也容易引起学生的厌学情绪。天津职业技术大学是公办普通本科院校，应用物理学专业非学校特色专业，学生入校分数较低。学生的知识基础和理解能力较重点本科院校学生有很大差距。而学校的课程大纲和重点本科学校的课程大纲相差无几。因此，学生学习困难很大。很多学生靠死记硬背达到及格，教学效果不佳。本文对正在学习《激光原理和激光技术》的2016级学生进行问卷调查，调查以该课程的若干个知识点为例，考查学生的学习状况。调查结果显示，学生掌握状况并不好，测试题目正确率仅为60%。

(二)容易遗忘，对知识点掌握不牢。通过考试并不是教学的真正目的，让学生能在未来的科研或生产中用到知识才是教学的真正目的。由于很多学生靠死记硬背通过考试，通过考试后，大部分知识被很快遗忘。以学校2015级学生为例，对其进行问卷调查，调查内容为已学习一年的《激光原理与激光技术》和已学习半年的《信息光学》中的若干知识点。调查结果显示，学生均表示对知识点有印象，但具体内容遗忘很多，测试题目正确率仅为50%。

(三)缺少兴趣，不知道知识点在生产生活中的应用。很多专业课的内容在生产中有广泛应用，但是授课主要以理论知识为主，涉及应用部分相对较少。这也造成了学生缺乏兴趣，间接影响了教学效果。

(四)实验对教学的辅助有一定局限性。实验对学生掌握知识有很大的帮助，但也存在一定的局限性。由于课程总课时有限，实验课时量也非常少，大量知识点无法被实验覆盖，课时数量仅够学生进行一次实验，无法让学生透彻地理解知识点；实验场地和设备数量有限，光学实验仪器价格相对较高，无法保证人手一台，需要多人一组进行实验，由于部分学生依赖心理较强，没有能够通过实验加深对知识点的理解；实验课时和理论课课时时间搭配也有一定局限性，由于实验教学需要固定的实验室，所以实验课时需要根据实验室的使用情况进行安排，通常安排在某个固定的时间段统一实验。这样的结果是学生在实验前学习的理论知识可能已经遗忘，通过实验提高教学效果的目的并没有达到。

二、教学改革的探索和若干实例

根据以上现状，学校进行了通过实验视频微课程辅助授课的探索。在探索中放弃了传统的反转课堂的形式，因为反转课堂对学生的自觉性要求很高。本文探索的方式是录制简短的实验视频作为微课程，每段微课程约3分钟左右，内容大多为较难理解的知识点或在生产生活中有应用的内容。在课上由教师播放并讲解，学生也可以在课下反复观看复习。以《激光原理与技术》中“高斯光束的透镜变换”这个知识点为例，以往教师授课主要注重公式推导，学生因为不了解这个知识点的应用，因此兴趣不高，影响教学效果。通过对正在学习该课程的2016级学生进行调查，大部分学生对该知识点有印象，但掌握情况不佳。针对此知识点，录制了激光打标机的实验视频微课程。学生通过视频学习和教师的讲解，了解到很多商品标识等都是通过激光打标机打标而成。而激光打标的原理就是将光纤激光器产生的激光光束，经透镜组变换后束腰变小，大幅提高能量密度。学生了解了该知识点在激光加工、激光打标等领域有广泛应用，提高了学习的积极性，达到了较好的教学效果。

《光学》中，法布里珀罗干涉是干涉部分的重要知识点，而且与很多后序课程关系紧密。传统授课模式中，教师以理论推导为主，且没有实验课时。学生很难想象到其干涉现象，对实验装置印象也不深刻。对过去已修过《光学》的学生进行调查，结果显示大部分学生对法布里珀罗干涉的实验装置和干涉现象遗忘严重。因此录制了这个知识点的实验现象微课程，包括实验装置、实验现象以及微调前后腔镜角度后干涉条纹的变化。在课堂由教师播放并结合理论讲解，课下学生观看复习。经过视频学习后的学生对该知识点理解较好。

《信息光学》中，余弦振幅光栅是标量衍射理论中的一个知识点。该知识点是信息光学夫琅和费衍射的重要例子，但是实验较困难，理论运算出的结果无法用实验现象验证。学生如果没有看过实验现象，对这个知识点理解不够深刻。教学中用空间光调制器模拟余弦振幅光栅，进行其夫琅和费衍射实验，并制作微课程。学生学习时不但验证了余弦振幅光栅的衍射计算结果，还了解了信息光学的常用实验器件——空间光调制器，对其未来的学习也会产生帮助。