基于光电设计大赛的《激光原理及应用》教学方法探讨

基于光电设计大赛的?激光原理及应用?教学方法讨论〔〕:

摘要：全国高校光电设计大赛对激发学生专业课的学习兴趣、提升以学生为本的创新才能和专业素养培养、促进光电专业教学改革与建立及推动青年教师成长等意义重大。针对目前高校本科光学工程等工科专业的学生，对理论根底要求较高的专业必修课兴趣不高、教学效果差的问题，结合?激光原理及应用?课程，以光电大赛为启示，针对教学方法及教学效果的现状，给出如何激发学生兴趣、进步专业必修课教学效果的改革措施。

关键词：专业必修课；教学效果；学习兴趣

本文引用格式：陈启梦,闫钰锋.基于光电设计大赛的?激光原理及应用?教学方法讨论[J].教育现代化,2022,7(99):93-97.

TeachingMethodDiscussionOf"LaserPrincipleAndApplication";BasedOnOptoelectronicDesignpetition

CHENQimeng,YANYufeng(SchoolOfOptoelectronicEngineering,ChangchunUniversityOfScienceAndTechnology,ChangchunJilin)

Abstract:NationalOptoelectronicsDesignpetitionofcollegesanduniversitiesisofgreatsignificancetostimulatestudents'interestinprofessionalcourses,enhancestudent-orientedinnovationandprofessionalqualitytraining,promotereformandconstructionofoptoelectronicprofessionalteaching,andpromotegrowthofyoungteachers.

Aimingatproblemsofundergraduateengineeringmajorsofopticalengineeringandotherengineeringmajorsnotinterestedinrequiredprofessionalcourseswithhighertheoreticalfoundationsandpoorteachingeffects,binedwith"laserprincipleandapplication";course,withinspirationofphotoelectricpetition,targetingteachingmethodsandcurrentsituationofteachingeffect,thepapergivesreformmeasuresonhowtostimulateinterestofstudentsandimproveteachingeffectofmajorrequiredcourses.

Keywords:professionalrequiredcourses;teachingeffect;learninginterest

一引言

全国高校光电设计类大赛就是基于光电仪器设计要求来设置比赛环节，依托于专业必修课知识环节，与要求学生掌握以设计、仿真、试验等全面工程设计与理论为目的。以大赛为指导，积极进展高校专业课建立及课程改革是改变学生理论与理论脱节的打破口。把大赛的技术要求转化为教学内容，融入课堂是进步学生综合学习才能、增加工程素养的重要手段【1】。

二大赛对专业必修课教学改革的意义

理论证明，通过光电设计大赛学生可以收获甚多。竞赛中获奖学生在各方面才能都有很大进步，在同等条件下会被用人单位优先录用，极大进步了学生参与竞赛的热情。不少学校把学生竞赛成绩当作衡量教学质量的重要指标，为了在竞赛中获得好名次，会在学生中选拔出少数"尖子生";，进展针对性地强化训练这局部，学生对所应用到的详细专业课程的理论内容理解深化，可以将书本上的"死";知识转化成理论中的"活";装置。

但既然是比赛，就只有少数学生可以获得时机。而其余学生并没有真正参与到竞赛活动中，竞赛受益面狭窄。加之，传统的以课堂讲授为形式、以卷面考核为目的、较为封闭的人才培养形式，难以适应工程教育的要求。为了让所有学生都能通过竞赛意识收益，就需要将大赛的内容融入在教学中，由精英培养转变为集体培养。

?激光原理及应用?课程是光电信息科学与工程、测控技术与仪器等专业学生的重要专业必修课，随着工程教育专业认证的不断推进，对学生工程理论才能的要求越来越突出，如何利用光电设计大赛对课程进展改革，全面有效进步高等院校学生的工程素养，培养创新型人才是亟需解决的问题【2】。

〔一〕以赛促学，以赛促教

高等院校?激光原理及应用?课程对学生以物理学为根底的理论知识要求比拟高，这就导致了大局部学生从开始就对学习信心缺乏，学习兴趣不高。如何进步学生的学习积极性、深化浅出是课程教学改革要到达的一项根本效果之一。

对教材内容基于光电设计大赛进展整合，要编写符合教学改革需求的?激光原理及应用?校内教材，教材编写按照工程化教学的章节分配，并遵循理论知识逻辑严谨的原那么。教材中每一工程都与实际操作、与设计目的相结合，然后把这些工程融入到日常的课程理论根底实验教学中，采用分组考核的理论流程来考察教学目的以及实验工程的完成情况，实现"众人参与";而不是培养精英忽略众人。

真正做到"教、学、做、赛";一体化的"以赛促学，以赛促教";的教学形式，培养学生的创新才能和工程应用才能，到达"以赛促学、以赛促教";的效果。表达新的教学方法受众面广、可以让更多学生受益的教学改革目的。

〔二〕以参与大赛为契机，突出工程才能培养

工程认证是针对学生毕业从事专业岗位、以才能培养为主要目的，而光电设计赛是工程理论才能培养的重要途径之一。不仅如此，光电设计大赛的理论设计、模型仿真、实验验证等都需要专业必修课的理论知识来支撑，大赛具有标准的参赛流程、严格的技术要求、完善的评价标准等特点，顺利完成基于光电设计大赛的师生互动教学过程必然为学好一门专业课奠定坚实的根底。

三本科生?激光原理及应用?教学方法现状

?激光原理及应用?是光电信息科学与工程、测控技术与仪器等专业课程体系中的一门重要的专业必修核心课程，主要介绍激光产生的根本原理、典型激光器、根本激光技术等。这些理论知识对于一般高校来说，都是理学学士的专业根底课，对于将来获得工学学士的在校生，都以公共根底课的形式开设课程，因此，对于光电信息科学与工程、测控技术与仪器等专业的学生来说，?激光原理及应用?这门课的理论局部在学习过程中就有一些吃力，加之理论物理的抽象性，导致物理学根底比拟薄弱的同学从课程学习之初就很难保持积极的兴趣，随着课程延续，学习效果可能越来越差。

另外，现有课程的教学内容、教学方法和考核方式仍然是传统的专业必修课形式，没有针对课程制定的相应方法，使得?激光原理及应用?课程成为了专业"公认";的教师讲起来难、学生听起来更难的"老大难课程";【3】。详细教学方法现状如下。

〔一〕教学内容未突出工科特色

目前执行的教学内容按照选用教材的课程体系来安排课程方案，教材的课程体系尊重理论，以理论体系为根底，接续按照实际应用编排相应章节，实验局部按照根底实验条件开设。这样的逻辑使学生无法将抽象的理论知识与激光器的实物相联络，到了后续章节前序课程的积累又变换成了模糊记忆，导致学生从开始学习就缺少兴趣和积极性，没有打下扎实的理论根底，到了实验课堂只好奇于实验现象而不是将理论结合到实际中，从工科学生的培养目的看，学生无法将学到的知识积极转化、无法指导即将面临的课程设计、毕业设计等，到了工作岗位，难以从事光电仪器的设计、开发等专业性工作。

〔二〕教学手段未结合理论需求

?激光原理及应用?课程分为理论教学与实验教学两局部。其中理论教学安排在多媒体教室进展，教师使用幻灯片及板书形式进展授课，对于激光的物理学根底等内容借助动画可以帮助学生理解激光产生的过程，但是对于光学谐振腔、典型激光器等内容脱离了实物，学生对激光器根本构成构造无法形成直观认识。虽然理论教学之后会利用4个实验完成实验教学，但是实验教学的光路根本被搭建完成、学生做实验时没有比照实验作为支撑，无法真正理解工作物质、谐振腔类型、光束变换光学系统的作用过程，也就变成了典型激光器的认知课【4】。

〔三〕评价指标未反响工程才能

?激光原理及应用?课程的考试为闭卷考试，卷面100分，占总成绩的70%，作业占总成绩的10%，实验课成绩根据实验课表现、实验报告完成及数据处理情况占20%。闭卷考试的知识点80%来源于教材的概念、原理、方法、技术等，20%为灵敏应用问题，这样，虽然平时上课时学生没有学习积极性，只有少数学生能对知识融会贯穿，但是大局部学生最后还是通过突击复习通过考试。作业完成情况对学生的区分度不大，实验课分小组完成，最后同一小组的学生获得一样的实验结果，按照试验表现给出的成绩区分度也不明显。外表上看学生都通过了考试，而实际上教师对学生所学的知识掌握程度和应用才能无法考量，无法客观评价学生的综合才能，最终学生无法将所学知识运用到理论中，更难以参与到相关大赛中去。

四针对光电设计大赛的?激光原理及应用?教学方法改革

结合搜集和整理的学院近年来参加各级各类竞赛的培训、参赛和获奖等方面资料，以及省级、国家级光电信息、仪器仪表及相关专业的学科竞赛和创新创业竞赛资料。从中精心挑选一批符合学生整体程度的竞赛工程，建立各级各类专业竞赛与?激光原理及应用?专业课的融通机制。主要遵循原那么为"工程教育人才培养+以赛促教、以赛促学课程设置";与校级竞赛、技能竞赛相融通，"工程教育人才培养+以赛促教、以赛促学课程设置";与省级、国家级专业竞赛相融通。基于以上原那么和方法，主要从教学内容和评分考察两个主要方面进展改革。

在保持专业特色的提早下，完成测控技术与仪器专业在工程人才培养上的一门重要专业必修课培养方案布局，探究一条基于光电类大赛的理论课程、理论课程与工程需求相结合的有效方法【5】。课程改革的研究思路如图1所示。

从行业需求、调查问卷、参赛生座谈、大赛指南四个方面进展问题汇总及知识体系建立，对课程进展教学内容安排、教学环节施行、教学结果达成度三个教学环节的改革设计。

〔一〕教学内容安排改革?激光原理及应用?课程从就业角度，是为学生将来成为光电方面的管理、开发和设计的高级人才打下必要且扎实的专业理论根底的重要课程。通过调研和座谈，建立符合?激光原理及应用?课程的复杂工程问题汇总和大赛储藏知识体系，进而制定教学内容，落实到教学施行环节，通过大赛理论，最终落实到教学效果达程度。达成度反响教学内容安排的合理性，其中教学内容要落实到理论课堂和实验教学中，如图2所示。

每个理论知识章节和实验环节还需明确到大赛考察重点和按照工程教育专业制定的培养方案考核指标点，如图3所示。

基于光电设计大赛的?激光原理及应用?教学方法改革就是以立德树人为根本任务、以学生为主体、以大赛设置为根底、以工程教育为导向，结合教材理论体系进展任务分解，突出课程的重点难点，确定教学内容。以光电设计大赛激光器光纤耦合与光束质量工程为例，主要章节分布如下表1所示：

光电设计大赛通过重要专业必修课的核心章节考察学生对理论知识的理解及灵敏运用才能。根据高校学生的就业需求及工程设计与理论才能来设置比赛工程。?激光原理及应用?课程的就业方向为光电仪器设计、光电测控设计及激光技术等领域，因此根据大赛作业工程来进展理论课堂教学任务分解，并对知识体系进展碎片化、详细化处理，以激光产生的物理学根底为指针，靶向到应用激光器构成、高斯光束及其变换、激光技术等详细章节，最终确定以激光谐振腔分析、高斯光束及光束质量分析、激光技术、激光的应用为重点、难点的结合，工科本科生工程认证任务为导向的知识体系【6】。

根据大赛形式，实验教学环节打破按班级、按学号等统一的分组形式，鼓励学生自主分组，每组成员人数根据一般大赛的成员数决定。实验课授课也打破教师讲授的形式，而是以学生为主体，结合竞赛需求，按照理论教学局部的知识根底首先进展方案设计，然后根据每个小组的方案设计结果利用课余时间完成仿真，再回到实验课堂进展实验验证等操作。不但完成了根据工程需要的仪器设计等环节，还能进步学生的合作精神、沟通才能、职业素养、创新意识和危机处理才能等；从社会广泛需求角度，也锻炼了学生对办公软件的纯熟操作，进步的办公软件使用才能，从而让学生更加符合将来岗位对人才需求的根本标准。

基于光电设计大赛的专业必修课教学改革是以学生为主体、以专业为根底、以任务为导向，课程实现途径以线下与线上学习相结合、理论与理论相结合。每一堂理论课以根本原理为指导，将教材的理论体系进展知识点分解，并按照任务需求重新整合，直接延伸到激光器、激光技术、激光应用的章节中，讲解完成大赛环节设置所需的理论知识，学生以实验分组为单位，利用课下时间完成方案设计，教师利用课下时间对个性问题予以指导，还要利用1学时共性问题进展强调。从而调动学生积极考虑、主动创新的工程意识，促进和激发学生潜力，不但可以进步专业课的学习效果，还能为参赛做充分准备【7】。

〔二〕考察评分方法改革

考核与成绩评定是教学环节中不可缺少的一环，也是对学生学习效果进展综合评价的重要环节，全面合理的考核方式至关重要。基于大赛对学生的考核是综合性的，从方案设计可行性反映出的理论根底、实验结果反映出的理论操作才能及对偏向结果分析处理反映的知识迁移联想才能等，本质是对学生进展全方位地考量，可以表达以往考核方式包含的出勤、作业、实验等评定细节。

进展教学改革后的考察评分方法，不仅不能脱离客观、全面、合理的评判原那么，还应该突出反映学生的工程问题解决才能。因此，参考光电设计大赛评委的评判打分标准，制定?激光原理及应用?课程考核标准。理论内容仍然采用闭卷考试的方法，考察学生必须可以清楚掌握并详细阐释根本概念、根本原理等内容；实验考核以在实验课堂的方案设计、理论实验等的综合性表现为计分根据。最终的学习效果评价为50%理论成绩+50%实验成绩〔20%

方案设计成绩+20%系统搭建等实验成绩+10%工程理论素养成绩〕。

这种考核方式，不仅从理论上评判了学生对理论知识的理解掌握程度，也从理论上评价了学生承当详细工程的设计施行才能，更符合专业必修课的课程培养目的[8]。

〔三〕线上课程建立的探究

?激光原理及应用?作为光电信息科学工程专业的根底理论课程，虽然理论知识较多，但仍然具有显著的理论性特征。为了可以提升?激光原理及应用?课程教学成效，高校可以加强线上课程建立。作为信息技术快速开展环境下高校课程改革的重要举措，线上课程可以在合理的教学目的与定位要求下，充分发挥教学资源和教学方式的优势所在，合理调整教学时间、空间，使学生更加便捷地参与课程教学，这对于学生才能提升作用显著。

目前，高校已经在线上课程建立方面进展了有益的探究，建立了相应的工作机制，通过网络教学平台设置了相应的功能模块，模块当中包含了课程所需要的所有资源。这里以"清华教育在线";为例，高校可以将?激光原理及应用?课程的资源和根底数据纳入其中，学生可以直接理解到课程根本信息、教学大纲、教学进度和电子课件内容等。

在一些重、难点环节，如实验教学方面，线上课程优势更加显著，以开放式双频激光干预实验为例，教师可以直接通过网络课程的演示优势来显示出测量镜挪动光阴电二极管与激光光源之间的间隔变化情况，学生可以理解接收到的激光频率产生多普勒平移的详细特征，同时，通过网络课程，学生可以反复地对重点、难点知识进展回忆，不断地提升光路调整才能，理解干预的产生条件、光电技术与偏振器件的知识等。此外，教师也能发挥网络实验课程的开放式优势，增加更多自主设计环节〔例如光电二极管接收电路设计〕。

五结语

"光电设计类大赛";"挑战杯";"互联网+";等大赛的举办，已经使高校教师意识到以参与大赛为契机对专业课改革的推动作用，基于大赛的教学改革，可以表达以学生学习兴趣激发为核心，工程才能/r/