课程模块化教学探索与实践——以《激光原理与技术》课程为例

郭 杰，张美凤，刘珂琴，袁洪春

(常州工学院 电气与光电工程学院，江苏 常州 213032)

0 引言

《激光原理与技术》是常州工学院开设的面向光电信息科学与工程、光信息科学与技术、光电子技术等专业本科生的一门核心专业基础课程。本课程以应用光学、物理光学等课程为基础，为后续信息光学课程奠定基础，在专业人才培养中起到承上启下的作用。从课程内容上分为“激光原理”与“激光技术”两大部分，理论学时为42学时，同时配置有He-Ne激光器装调与参数测量、高斯光束的变换与参数测量、半导体泵浦固体激光器的装调与调Q等实验环节。然而，该课程内容理论性很强，公式多，理解难度大，采用传统的填鸭式讲授、教师一言堂的方式不能适应教学需要；对学生来讲，单纯死记硬背公式与结论，照搬课本或寻求统一解答，十分枯燥，不利于知识的消化理解与灵活创新。国内外各高校相关专业都在积极进行教学改革[1-4]。常州工学院是一所地方应用型本科高校，学生与双一流大学学生存在差异，因此，需要针对学生特点，结合地方特色定位对课程教学方式进行改革，对教学内容进行梳理，力争实现“教为主导，学为主体”；同时，随着现代教育技术的发展，需要引入手机课堂、电脑网络课堂、虚拟仿真实验等教学手段，从而实现学生的课下自主学习。本文团队在《激光原理与技术》课程教学过程中，对国内优秀经验进行了借鉴，对该课程的内容设置进行了模块化梳理，对课堂教学方法与手段进行了改革，力图找出一种适合工科“强理论性”专业课程的教学模式。

1 课程模块化教学

1.1 课程内容模块化梳理

根据学校应用型创新型本科人才培养目标定位，在课程教材选择上使用陈鹤鸣教授编写的《激光原理及应用》(第2版)[5]，同时辅以陈家璧教授编写的《激光原理及应用》(第2版)[6]与周炳琨院士的《激光原理》(第7版)[7]作为参考书。根据教学大纲知识体系结构，将课程按照模块化方式分为：激光的发展史与课程地位、激光产生的基本原理、开放式光腔与高斯光束、电磁场与物质的共振相互作用、激光振荡特性、激光放大特性、激光特性的控制与改善、典型激光器8个部分，如表1所示。

1.2 教学方法与手段改革

将“教为主导，学为主体，形式多样，应用为重”的观念引入课程教学过程中，依托毕博平台、团队开发的虚拟仿真实验项目等各类优质教学资源，设计了图1所示的“课前-课中-课后”3阶段层次化教学过程。具体如下：

(1)课前。学生提前一周通过毕博平台发布的模块知识点，理清该模块的重点、难点知识，在课堂教学之前对所学内容做到心中有数，实现重点难点带着学，这样不仅有利于学生克服畏难情绪，还能激发学习兴趣，提高学习效率。

表1 《激光原理与技术》课程内容模块化分配

图1 课程教学模式的层次结构

(2)课中。教师在课堂上以启发、引导与提出问题相结合的方式，将课程中繁琐的公式推导、深奥的原理进行分解，以PPT、录像、动画、实验仿真等形式展现出来。例如，使用PPT彩色图片展现光学谐振腔的结构；采用Flash动画演示原子发光机理中能级跃迁过程，不仅直观展示了激光产生的物理机理，而且可以增加学生对激光产生过程的感性认识；在讲授到高斯光束及其变换过程的时候，利用MATLAB开发仿真实验软件，让学生在学习理论公式的同时，直接观察到基模-高斯光束、厄米-高斯光束、拉盖尔-高斯光束；通过录像展现日常生活中常见的激光应用案例，如激光加工、激光显示、激光美容等。同时，教师结合自己在激光科学或新型应用中的研究进展，给学生留出充分的思维空间，留出一定余地让学生思考、反馈并提出若干问题，激发学生的求知欲望与创造欲望。

(3)课后。学生自行整理复习，通过毕博平台与虚拟实验系统，自主训练;教师及时答疑辅导，并为学生补充学科前沿进展，鼓励学生自主动手制作小型激光仪器，使其在“知其然，知其所以然”的基础上能够“造其然”。

2 教学改革关键点

(1)课堂教学是教学过程的最核心环节。3步走模式并不意味着课堂教学不重要。教师授课方法很大程度上决定了学生学习成功与否。能制作丰富多样的PPT课件并不意味着万事大吉，应避免制作华而不实、夸夸其谈的PPT，不能徒有其表，还应注重基础知识点、基本概念、基本现象的讲解，要注重提醒学生所讲授公式的物理意义，不要被形式所局限从而忽略其内涵本质。

(2)实验课与理论课尽可能实现一体化同步教学[8]。由于激光光学仪器价格昂贵，受实验室经费所限，台套数不可能太多，一般采用分批次、分组进行，学生在做实验时，往往一人做实验，其他人观摩，实验效果较差。同时，指导教师受职称晋升、绩效考核等压力，很难有足够时间与精力投入实验教学。采取一体化同步教学，可以让指导教师在课堂上把实验课与理论课统筹安排，将实验相关技术与理论协调，实验中采用教师提问引导理论知识、学生动手操作、报告撰写理论联系实验现象、验证并拓展研究，达到理论指导与实验验证的有机统一。

(3)改革课程考核评价方式。在考核方式上，采取“阶段自测+理论考试+实验”的多元化考核方式，适当降低笔试卷面理论的考核比例，加重阶段测验与实验环节，注重过程与动手应用的考核。此外，还可通过申报大学生创新实践、参与学科竞赛、撰写专利等形式，作为该课程考核的附加分，从而最大限度拓展激光原理课程的理论与应用学习，锻炼学生创新实践能力，达到人才培养目标。

3 结语

本文根据《激光原理与技术》课程的定位，分析了教学中存在的问题，提出了课程的模块化教学新模式，并从授课方法、实验动手及考核方式等方面进行改革尝试。教学相关部门反馈信息表明，学生学习效果明显提高，评教成绩突出，学生满意度很高，证明模块化教学模式行之有效。今后将继续探索更为严谨的教学方法，设计更有趣味性的拓展项目，以提高学生的学习兴趣，为工程教育创新改革，特别是应用型本科高校理工融合型人才培养提供一种新思路。