军队院校“激光原理与技术”课程实验教学改革探索

韩宏伟，张晓晖，孙春生，饶炯辉

（海军工程大学 兵器工程系，湖北 武汉 430033）

军队院校“激光原理与技术”课程实验教学改革探索

韩宏伟，张晓晖，孙春生，饶炯辉

（海军工程大学 兵器工程系，湖北 武汉 430033）

为了达到培养学员动手能力、创新能力与满足部队建设需求相统一的目的，海军工程大学兵器工程系激光原理与技术课程教学团队根据新修订的专业人才培养方案，对该课程进行了大幅度改革。该文从优化实验内容设置、统筹实验条件建设、改进实验教学方法及完善实验管理制度4个方面进行改革创新，力求扩展实验教学的深度和广度。改革后的实验教学方案已应用到2012级本科生的教学实践中，教学团队将视教学效果进行进一步的修改完善，以达到更好的教学效果。

高等院校；激光原理与技术；实验教学；教学改革

激光作为20世纪的三大发明之一，在短短50年的时间里已经发展成为现代光电装备必不可少的光源，在侦察、警戒、瞄准、导航、通信、制导、对抗等作战全过程中都承担了十分重要的角色，学习激光发射的原理和技术、掌握激光器件的工作特性、了解激光装备的应用是海军光电专业学员必须完成的功课，因此激光原理与技术一直是我校军用光电工程专业的一门核心基础课程。该课程自1981年开课至今历经了多次教学内容的改革和学时数的调整，在2013年制订的课程标准中，鉴于激光器件和技术在现代海军装备中的重要地位，将该课程的学时数由50学时调整为70学时。

实验教学是大学教学的一种重要组成部分，是培养学生实践能力、创造能力的主要手段，对人才培养具有重要作用［1］。由于建立在“测不准”量子理论之上，激光原理与技术课程内容复杂、物理概念抽象、理论性强、学习难度较大，学生往往缺乏感性认识，不易理解，所以只靠课堂讲授很难达到预期的教学效果［2］。实验教学作为该课程的重要组成部分，是学员真正认识激光器、理解激光理论与技术的必经步骤［3］，对于提高课程教学质量，培养学员创新能力具有重大作用。

近年来，激光原理与技术教学团队借鉴先进经验，结合军队院校专业针对性强、军事特色鲜明的特点，在该课程实验教学上进行了一些改革探索，取得了一定成绩。

1 需要解决的主要问题

与本课程相配套的实验始建于1985年，当时只能开出一个演示实验。经过多年的建设，到2013年，本课程已能开设3个基本实验（6学时），分别是高斯光束光强空间分布的测量、固体激光器的工作特性和激光调制技术（包括电光调制、磁光调制和声光调制等），其中前2个为学生实做实验，后1个是演示实验。在教学实践中，发现实验课存在着与理论课配合不紧密，自主性和综合性实验欠缺，学员只满足于简单重复教员讲授的实验步骤，不善于思考，不能主动探索的问题。

当前，新军事变革对军校人才培养提出了更高的要求，激光器件和技术也在海军装备中充当了更加重要的角色。为了顺应这种发展趋势，新一轮人才培养方案修订后，在军队院校“2110工程”经费支持下，激光原理与技术教学团队对教学内容及教学方法进行大幅度改革。其中，实验课学时数增加为10学时，且为了提升教学层次，培养学员的创新能力，对实验课提出了新的要求，不能仅满足于教员教，学员照着做的模式，而且扩展了实验课的深度和广度。

2 改革措施

以紧跟现代激光领域前沿理论和技术，紧贴部队实际光电装备，突出军用光电工程专业特色，培养学员认真态度、实作技巧、创新能力为指导思想，教学团队从实验内容设置、实验条件建设、教学方法改进和实验制度管理等4个方面入手改革创新激光原理与技术实验课教学。

2.1 实验内容设置

在顶层实际上，根据理论课和实验课交替进行，每学完一部分基础理论就进行相应实验，以加深学员理解的构想，激光原理与技术实验课共设置了“激光谐振腔调整及其模式分析”“激光光束空间分布特性测量、激光光束通过光学元件的传输”“固体激光器的工作特性”“半导体激光器工作特性”和“激光调Q、倍频、OPO技术”共5个实验题目。

针对每一个具体的实验题目，采取两种措施来细化其具体内容。

1）首先，实验内容应与激光在军事上的具体应用结合起来。由于激光原理和技术中的大部分理论和技术都在新型的激光测距、激光制导、光电对抗等装备中得到应用，对提高武器装备的探测能力和精确打击能力起到了关键作用［4］。因此实验内容的设计要紧扣这一特点。如半导体激光器小型化和高频调制特性使其应用于激光通信和激光驾束制导中，因此半导体激光器工作特性实验应将半导体激光器的调制特性作为一个知识点进行设计，使学员不仅理解其特性还明白其军事应用。

2）其次，将实验分为基础性实验与自主性实验两部分。为提高学员学习积极性，培养其探索精神和创新能力，将每一次的实验课分为基础理论性实验和自主设计性实验两部分。综合性、设计性实验室是培养学生综合能力和创新能力的重要途径［5－6］。其中基础性实验用于验证理论课的某些结论，以加深学员对基本理论的感性认识。要求学员认真操作，以培养其科学实验方法和严谨的工作态度。自主性实验由教员提出问题，学员通过查找资料，在现有实验设备基础上设计实验来寻找答案。如在谐振腔调整及其模式分析实验中，将纵模数目测量作为验证性实验，而将纵横模频率测量作为设计性实验，教员只给出思路，由学员动脑、动手来实现。又如在半导体激光器工作特性实验中设计了激光通信系统的搭建这一自主设计实验内容。

2.2 实验条件建设

实验内容的设置受制于实验仪器。激光原理与技术实验需要的各种激光器和光学配件都是精密仪器，价格昂贵［3］。因此必须全面统筹，有效地利用有限的“2110工程”课程建设资金为教学目的服务。在实验条件建设过程中，教学团队遵循了3个原则。

1）着眼于在军事上具有较大应用价值的新型激光器和新的激光技术，引进相关实验设备，开设相关实验。如可实现波长调谐的光学参量振荡器（optical parametric oscillator，OPO）技术在人眼安全激光测距和激光对抗中具有广阔的应用前景。为此，我们与国营238厂合作，开发了钇铝石榴石（yttrium aluminate garnet，YAG）固态激光器泵浦OPO实验系统。该实验系统可以工作在普通YAG固体激光器、调Q的YAG固体激光器、调Q的YAG固体激光器倍频、调Q的YAG固体激光泵浦OPO和调Q的YAG固体激光泵浦OPO倍频等5种工作模式下，输出1 064 nm、532 nm、1 570 nm和785 nm共4种波长的光脉冲，可以完成测量YAG脉冲固体激光器、OPO工作特性、测量各种工作模式下的激光波长、脉宽、峰值功率等特性参数和演示磷酸钛氧钾（potassium titanyl phosphate，KTP）晶体倍频效应等6个实验内容的示教。

2）知识本身是不断创新和发展的，这一规律决定了教学和科研是密不可分的［7］。教学需要科研，科研促进教学［8］。因此，在实验条件建设中我们以教学实验设备服务科研，科研项目引入教学为原则，一方面购买了如泰克1 GHz带宽示波器这样的科研用仪器，另一方面依托军口科研，开设了水下激光成像、激光引偏干扰两个演示性实验内容。

3）对原有的实验设备进行二次开发，充分发挥其性能。如购买了倍频晶体，并将原有固体激光器实验平台改造，与电压表、正－本征－负（positive－intrinsic－negative，PIN）二极管、示波器及激光能量计搭配起来后充实了固体激光器的工作特性实验，可以训练学员测量激光能量、脉冲宽度和计算激光器电光转换效率等，从而培养其使用多种科学测量仪器的技能。

2.3 教学方法改进

为了激发学员的学习兴趣和实验热情，实验课同样需要重视教学方法、教学手段的使用和改进。教学团队主要从以下3个方面着手。

1）营造和谐的课堂氛围，努力做到以学员为中心，增进沟通，加强交流，增强互动，充分调动学员的积极性［9］。

2）充分发挥多媒体教学的优势。多媒体具有生动直观、快速高效、信息量大、方便灵活、过程虚拟等优势。将多媒体技术应用在实验课的两个时间段。首先是刚上课时教员讲解实验操作的时候，这样做既生动、直观、有趣，还可以缩短教员讲解过程，将更多时间留给学员实作；其次是快下课之前，教员通过PPT向学员展示其他可行的实验方案，以拓宽学员的思路。如在激光光束空间分布特性测量、激光光束通过光学元件的传输实验中，为了测量高斯光束的光斑半径，学员所采用的方法是使用硅光电池在二维平面内扫描，并经数据拟合后得到光斑半径。但在课程最后，教员会利用多媒体课件向学员介绍刀口法、小孔法和电荷耦合器件（charge－coupled device，CCD）测量法［10］。

3）重视对青年教员的培养，坚持岗前培训、督导听课、教授单独辅导的制度。

2.4 实验制度管理

为了充分利用实验室，调动学员积极性和体现以人为本的教育思想，实行开放式的实验室管理制度［11］。对课上没有做完或者感兴趣的实验，学员可向教员申请进行指导和实验，从而使学员的实验时间不局限于10个课上学时。

此外，对于科研感兴趣或素质较高的学员，让其参与到科研项目中，以得到更好的培养。如2010级一名本科生参与了YAG固态激光器泵浦OPO实验系统的构建，据此完成的本科毕业设计获得了湖北省优秀学士学位论文［12］。

3 结束语

针对军队院校人才培养方式转变和激光原理与技术课程改革的需要，对该课程的实验教学进行了一系列的改革探索。目前，改革后的实验教学方案正在2012级本科教学中实践。教学团队将根据教学效果和学员反馈进一步优化改革措施，以达到更好的教学效果。

［1］厉旭云，梅汝焕，叶治国，等.高校实验教学研究的发展及趋势［J］.实验室研究与探索，2014，33（3）：131－135.

［2］苏红.《激光原理》教学方法的初探与实践［J］.中国校外教育，2009（S1）：90.

［3］居桂方.“激光原理”实验教学改革的探索与实践［J］.社会工作与管理，2005，5（S1）：140－141.

［4］沈洪斌，李刚，胡文刚，等.突出军校专业特色建设现代光学实验中心［J］.实验室研究与探索，2011，30（2）：91－94.

［5］黄解军，袁艳斌，崔巍，等.创新型实验教学体系的改革与实践［J］.实验科学与技术，2007，5（5）：80－82.

［6］邓红梅，周天，王春，等.开设综合性、设计性实验教学探讨［J］.实验科学与技术，2012，10（4）：148－151.

［7］于兵川，吴洪特.实验教学与科研有机结合培养学生创新意识和能力［J］.实验室研究与探索，2010，29（2）：76－77.

［8］钟先琼，胡晓飞，罗莉，等.《激光原理与激光技术》课程建设与教学改革的实践探索［J］.成都信息工程学院学报，2009，24（4）：422－426.

［9］沈洪斌，李刚，胡文刚，等.针对军校专业特点的激光课程教学改革探索［J］.现代教育技术，2010，20（2）：70－73.

［10］杨晓冬，谭锦业，刘定文，等.高斯光束特性实验研究［J］.实验室研究与探索，2010，29（8）：23－25.

［11］谢青，吴元喜，杨广笑.开放实验室管理模式的探索［J］.实验科学与技术，2013，11（4）：162－163.

［12］熊狂炜，余萍.YAG固体激光器泵浦的KTP－OPO实验研究［J］.物理实验，2013，33（7）：6－8.

Reform Exploration of Experimental Teaching in Course of Laser Principle and Technique at Military College

HAN Hongwei，ZHANG Xiaohui，SUN Chunsheng，RAO Jionghui
（Department of Weaponry Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China）

In order to expand the depth and breadth of experimental teaching and to integrate the ability training and meeting the need of navy development，according to the new personnel training program，the teaching term of laser principle and technology course in department of weapons engineering of Naval Engineering University have reformed this course greatly.the experimental teaching reform focuses on optimizing the settings of experiment content，planning the experimental condition construction as a whole，improving experimental teaching methods and perfecting the experimental management system.The experimental teaching program after reform is being carried on the undergraduates of grade 2012 and the teaching term will improve and perfect it further according to the teaching effects.

university；laser principle and technique；experimental teaching；teaching reform

G642

A

10.3969／j.issn.1672－4550.2016.06.037

2015－06－24；修改日期：2016－10－24

军队院校“2110”实验室建设项目。

韩宏伟（1983－），男，博士，讲师，主要从事水下激光成像与图像处理方面的研究。