科研信息交叉引领的激光原理教学方法探索

王祥夫,步妍妍,沈雪阳

(南京邮电大学,江苏 南京 210023)

随着高等教育全球化发展,全英文教学在国家高等教育建设中的地位日益突显。全英文教学是实现我国高等教育与国际接轨,培养面向世界的复合型高等人才的必要途径[1-2]。《激光原理》课程是电子信息专业的基础课程,也是主干课程,是其它课程的先导课程,在电子信息专业相关知识学习中具有重要的地位。随着科技的发展,《激光原理》全英文教学实践要适应形势,注重培养学生的创新能力和知识迁移能力。作为一门理论较强的专业课程,激光原理全英文教学在培养学生的创新思维、动手能力、拓宽视野等方面有重要意义。在全英文教学的不同教学模式和方法中,引导学生突破惯性思维,培养出多维度的思维模式;在课程实践中,培养学生操作实验的能力,为以后从事光学相关工作打下坚实的基础。在全英文教学整体过程中,强化学生的外语水平,增强学生国际交流水平,拓宽学生的国际视野。其次,激光原理全英文教学有利于提高授课教师的教研能力。在全英文教学中,教师需要从国际化角度进行教学内容、教学方法、教学技巧的选择与学习,掌握激光专业领域的国际层面最新发展,从而实现对教学的把握,提高激光原理全英文教学的效率。

随着近年来电子信息飞速发展,相关领域知识更新周期缩短,光学器件更新换代速度加快,激光原理的设计方法也发生了根本性变革,使该课程教学体系、教学内容、实践性等方面的要求越来越高[3-4]。如何提升英文教学质量,让学生搞懂复杂的激光发射机理,培养新时代中具有创新精神和创新能力的人才,是在激光原理英文教学方法中探讨解决的重要问题。

目前,国内外已经对《激光原理》课程的教学方法作了大量的尝试和研究[5-6]。但是,对于激光原理这门课程,教学研究成果不太明显。国内激光原理全英文教学需要面临以下几个方面的问题:(1)激光原理基础理论涉及数学、电学、信号理论和电磁场理论等多个复杂学科领域的知识。在全英文激光原理授课的过程中,有些基本概念较抽象,学生难以理解;(2)在激光领域中文和英文的对译会产生偏差,从而使学生难以理解英文背景下的复杂基础理论;(3)该课程原理部分涉及较多物理概念,激光器件设计技术部分则需要灵活、综合运用先修的数理和专业知识,需要学生有较好的实验动手能力;(4)实际应用中要求以这些理论为基础,培养解决各种复杂问题的能力,要求老师具有较多的工程实践经验和不断与时俱进的知识探索能力,也要求学生对课程的基础知识掌握牢固。

针对《激光原理》全英文教学的问题,我们提出了“科研信息交叉引领的全英文激光原理教学方法”,提出的设计方法主要包括以下几个方面:

1 科研信息交叉引领的激光原理教学方法的前期准备

在课程开始前需要做好三个准备工作。第一,采用无记名问卷调查方式,了解学生对激光原理这门课的兴趣和需要;第二,对学生的数理知识基础、专业相关基础理论、知识获得取向等进行统计和分析;第三,以调查结果为根据设计教学方法、教学方式和教学进度。

2 激光原理课程相关基础准备

激光原理涉及到较多的物理概念,需要学生有扎实的数学、电磁场理论、光学等知识基础[7]。在正式引入课程前,需要对激光原理所涉及的专业基础知识进行简单的回顾,为学生高效理解打下充实的理论基础。全英文课程需要学生有专业词汇的基础,因此教师需要把专业性词汇在课前整理出来。让学生能够课前预习,从而保证在全英文授课过程中学习的流畅性。

3 信息引入方式与教学大纲要求之间的平衡

根据全英文激光原理教学大纲要求,针对重要的激光原理指标设计验证性实验。学生科研能力、动手能力和知识掌握程度的不同,对不同知识点、实验的理解和学习兴趣各有不同,对课程中激光理论的理解以及是否有兴趣更深入地探索也不一样[8]。因此,按照学生的上课学习情况和基础掌握熟练程度进行分组实验,并针对各组的情况提出不同的实验要求,以团队合作的方式依据大纲让学生进行针对性设计实验、独立解决实验中遇到的问题和合作交流解释光学实验现象,这有助于学生加深理论知识的学习、提升动手能力及团队合作的能力。如果信息引入方式和教学大纲不能平衡,将会增加学生的学习负担、影响学生的学习效率、增加教学难度,从而给教师的教学带来一定挑战。

4 教学相长的信息交叉互动性教学模式的运用

在教的过程中,广泛借鉴已有激光原理科研成果和前人的教改成果,形成独特的教学方法。加入适当的激光领域的科研成果和科研思想来充实知识内容,拓宽学生知识面以掌握激光领域发展现状与方向。将以上内容与激光原理课程的重要知识点紧密结合,力求把难懂的公式、激光原理和科研思路通过形象的光学实验现象展示出来。在学的过程中,积极引导学生在掌握好激光理论知识基础上,对激光原理能提出问题并解释与解决,形成“学以致用”的学习方式。在学生充分掌握理论知识基础上,让学生进行分组讨论,鼓励他们在课堂上分享各自对理论知识的理解。教师对学生的展示进行肯定和补充,增加对学生的学习心理关注,从而调动学生对课程的学习兴趣,逐渐形成互动式教学模式。设计性实验对信息交叉互动性的教学模式有补充推动作用:充分借鉴国内外高校专业课程的教学模式特别是在课程配套实验中的经验,在较好完成配套的验证性实验同时,鼓励学生利用实验室现有条件、针对课程理论知识自行设计实验来加深对物理概念的理解,对于实验中可能出现的问题能进行解释和解决[9]。课后布置带有应用背景的任务、结合理论知识点给予一定的思路、要求学生在一定时间内通过学习工具独立完成任务要求。这种有目的训练方式,能够有效地激发学生的创新能力,同时可以培养团队合作精神。

5 全英文授课中多样化教学工具的使用

多样化教学工具对全英文激光原理授课有积极的帮助,促进学生对抽象概念地生动理解,丰富教师的授课模式[10]。重点是要把知识内容,主要是在工程应用和深造过程中涉及较多的内容以应用实例表现出来,解决学生“有没有用”和“怎样用”的疑虑,也可以激发学生的学习乐趣。首先,在课堂上可以借助多媒体材料如投影仪进行激光实物动画演示。其次,提供激光原理专业电子资源供学生自主学习,引导学生科学、高效地学习和养成严谨的科研思维模式,实现一种互教互学、轻松愉快、学有所用的学习模式。最后,通过物理、光学、工程实验建模,利用计算机三维光学仿真如LightTools光学设计、OpticStudio等对相关理论知识进行验证、理解、再创新,从而代替死板的满堂灌。

6 全英文授课过程中大学生学习状态和心理状态的准确掌握

充分了解全英文授课过程中学生的心理状态和学习状态、教学过程中外语造成的理解困难、现有教学条件和实验条件的不足,为提高课程教学质量提供现实依据。采用课间交谈和问卷调查反馈等方式,及时掌握学生心理状态和学习状态的信息,从而及时调整恰当的教学计划、选择合适的教学方式和教学内容。

7 全英文授课中考核方式的调整

充分利用已有的教学资料和国际性科研成果,借鉴国内和国外高校激光原理相关领域、相关课程的先进教学模式,引入设计性实验和具有实际应用背景的习题及考题,着重培养学生综合运用先修数理及专业课程基础知识,从而实现分析和解决实际问题的能力提升。鼓励学生写作与本课程相关的小论文,或者总结学习成果,将其作为成绩评估的重要部分。

8 及时归因成败的教学反馈

根据美国著名的归因理论心理学家韦纳的理论[11-12],我们要积极引导学生正确对待成败归因,提高学习积极性,防止消极心理的产生。在激光原理的学习过程中,学生学习基本知识后,可能会出现不能进行知识迁移、没有能力承担激光器件分析或设计的问题。这时,教师要及时指导学生进行成败归因,找出不能够实现器件分析或设计的原因,然后及时纠正错误和补充相关知识。并在课堂教学过程中体现出来,做到及时查缺补漏[13-14]。