簡析電力院校激光技術實驗教學改革探索與實踐

薛亮 胡安鐸 初鳳紅 焦哲晶 江超 卞正蘭 李高芳 朱武 宋小軍

摘 要：分析了上海電力學院激光技術及應用實驗課程的執行情況及所存在的問題，擬結合電力行業背景，對該實驗課的授課內容及形式進行改革。初步結果表明，實驗改革對學生更深地掌握激光知識點有幫助。

關鍵詞：激光實驗；教學改革；實驗教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）04-0119-02

Abstract： The paper demonstrates the course experiments of laser technology in Shanghai University of Electric Power. For its background on electric power， it is necessary to reform the teaching method and contents of course. The results show that it is helpful for students to get the knowledge well.

Keywords： laser experiment； teaching reform； experiment teaching

《激光技術及應用》是光電信息類專業的重要基礎課程之一，學生通過本課程的學習，掌握激光產生的基本原理、輸出特性以及調制技術，并能將激光作為工具，觀察和分析各類光現象，為后續課程以及從事光學領域實際工作和科學研究打下專業基礎。激光技術實驗是課程的重要組成部分，對于學生理解基本原理、培養動手能力和創新思維能力起著至關重要的作用，且作為有電力行業背景的學校更應該將有限的實驗內容與行業相結合，而我們實際所用的教學體系已經不能滿足培養學生創新能力的要求，因此對原課程教學體系及教學方法進行調整變得尤為必要[1]。

一、激光技術實驗教學的現狀

現上海電力學院光電信息科學與工程專業設置了“激光技術及應用”課程，總學時32，其中實驗占6學時。與其他院校的對應專業相比（同本科課程，清華大學總64學時，南京理工大學總48學時）實驗課明顯偏少，且電力學院要培養出有競爭力的學生，必須要結合行業背景，所以如何在有限的時間內為學生篩選出既有電力特點又適合于本科生操作的激光技術實驗是亟待解決的問題[2-4]。

目前存在的主要問題如下：

1. 課時少：目前“激光技術及應用”這門2學分的課里只含3個實驗，分別為光學諧振腔的仿真、激光輸出特性的仿真和基橫模光斑認知實驗，調Q、鎖模、電光調制、聲光調制等技術性較強的實驗沒有，遠不能覆蓋重要知識點。

2. 實驗過程單一：現在的實驗課，學生根本不預習，到了實驗室后直接在儀器上對照實驗指導書上的步驟做，就能得到結果，不主動思考問題也不熟悉儀器，做實驗的過程沒有新鮮感，提不起學生的興趣，部分學生甚至不會實驗原理，但只要能按步驟操作也能得出結果[5]。

3. 評分方式單一：目前在實驗成績給定中，主要依據的是實驗報告撰寫和考勤情況。由于相互抄襲現象嚴重，或是通篇抄寫實驗指導書，或是“復制+粘貼文字+實驗圖截屏”做出一份打印版報告，造成實驗成績的高低無法匹配學生實驗能力的高低，甚至出現自己動手認真做的學生盡管結果不是最完美的比抄襲的學生得分低。學生因此有情緒。

現亟需解決上述問題，以行業為立足，設置實用性強、操作性強的實驗來重新吸引學生的注意。

二、激光技術實驗教學體系的改革

上海電力學院激光技術實驗的教學改革應以培養電力系統的信息類人才為方向，對課程體系進行全面改革，并在實際教學實踐中驗證效果。

（一）課程的特色與定位

通過調研、分析、比較國內知名綜合性大學、行業大學相近專業激光技術實驗開設情況。調研結果顯示，國內大學激光技術實驗或單獨設課、或與激光原理理論課合并設立，但至少60%的實驗是驗證型的（銷售激光學生實驗儀器的廠家不多），其余為綜合性的設計型實驗，前者比例在一般性的大學更高，而根據各校特點設立的實驗微乎其微。

我們經過資料調研發現，激光在電力系統中的應用很廣泛，體現在電力線除冰，煤堆體積估計等多方面，實驗的設置應該考慮到這類實際應用。

（二）電力特色的教材編寫

將學生實驗分為三類，分別為“基于Matlab的激光基本理論仿真實驗”、“激光技術驗證實驗”、“電力特色激光實驗”。每一類實驗的編寫注意覆蓋基本知識點，既有代表性又突出電力特色，添加“激光在面型檢測中的應用”等與行業相關的實驗內容，增加學生的學習興趣，讓學生知曉光電技術在電力行業也是常用的。

三、激光技術實驗教學方法的改革

實驗教學方法的改革是重中之重。如何在短短三個實驗中讓學生了解激光、運用激光是關鍵問題。

首先，根據三類實驗內容，采用不同的指導方式。在“基于Matlab的激光基本理論仿真實驗”中，以鼓勵學生自己查閱文獻為主，訓練專業編程能力，考察其對基本理論的理解。在“激光技術驗證實驗”中，啟發學生將激光作為光源，自主設計系統研究各類光現象。在“電力特色激光實驗”中，告知學生應用背景及現有技術手段，由學生自行擬訂方案完成實驗。

其次，充分利用互聯網世界多樣的豐富的教學資源，尤其是廣受好評的MOOC。由于課時、場地、儀器限制，許多經典激光實驗無法完成，但網絡平臺可以部分解決這個問題，讓學生在虛擬實驗室中掌握相關知識點。此外，激光技術的儀器和設備主要是低功率的激光器和常見的光學元器件，安全性好，運行成本低，除上課時間外也可向學生開放。

再者，現有的實驗要不在電腦前仿真，要不在操作臺前按照現成的實驗步驟按部就班地操作，多數學生在整個過程中缺乏興趣也缺乏獨立思考，倘若我們能采用先進的VR技術，讓學生身臨行業中進行實驗操作，安全性好、可操作性強，又能提起學生的興趣。

激光技術實驗課程改革在上海電力學院2013級光電信息科學與工程專業進行了實施，學生普遍反映較好，除了熟悉了Matlab這一強大軟件，還了解了面型檢測、散斑檢測等內容，知曉激光在電力行業的應用，對就業有一定參考意義。

參考文獻

[1]王新強，聶錕，張麗娟.光信息科學與技術專業實驗改革的探索[J].科技創新導報，2010（24）：153.

[2]鐘先瓊，胡曉飛，羅莉，等.《激光原理與激光技術》課程建設與教學改革的實踐探索[J].成都信息工程學院學報，2009，24（4）：422-426.

[3]高勛，李永大.《激光原理》精品課程建設新思路探索[J].科技創新導報，2007（27）：230.

[4]孫貫成，陳新邑，盧俊.激光器件與技術課程的建設與思考[J].吉林廣播電視大學學報，2012（11）：119-120.

[5]李艷青，許佩瑤.電力院校無機化學實驗教學改革探索與實踐[J].中國電力教育，2012（20）：90-91.