军校激光原理课程教学改革实践探索*

◆殷建玲 李经 沈学举 周冰

军校激光原理课程教学改革实践探索*

◆殷建玲 李经 沈学举 周冰

针对军校学员的心理特征和思维规律，提出网络虚拟实验、基于Ngrin互动平台的可操控激光设备、Matlab_GUI激光仿真平台、定制化板书等一系列较为新颖的方法和手段，并在激光原理与技术课程中加以实践，证实上述方法可有效增强军校教学效果。

教学改革；军校；激光原理；网络虚拟实验；实验仿真平台；MATLAB

1 前言

军队院校教育是当代教育的重要组成部分，它担负着培养高素质军事人才的任务，其重要目的是培养学员创新精神、创新意识，提高学员的创新能力，求新、突破、开放和超越是对军校教育的重要要求。

最新问卷调查表明，目前军校学员的主体是95后，他们的身心呈现出许多新特点：

1）自尊心强、好面子，同时渴望得到关注；

2）对第一任职需求存在认识不足，就业压力小，求知欲不足；

3）对军事装备内容格外关注；

4）信息化程度高，接受新事物速度快，习惯网络交流和学习等。

在此前提下，继续沿用旧的教学思维和理念，已经无法满足军校学员的心理和知识需求，必将导致教学效果的不断削弱。

教育心理学表明，改进教学方法和手段是培养学员学习兴趣和学习动机的有效手段之一。现代教育技术和教育理念无疑是深化教学改革、增强教学效果的突破口。在激光原理与技术课程教学过程中，在引入信息化方法和手段的同时，改进传统教学手段，并努力将两者相融合，从而有效增强课堂教学效果。

2 虚实结合的网络虚拟实验

网络虚拟实验是利用人工生成接近真实效果的实验环境，并将其置于网络，便于远程操作的一种实验形式。这种实验形式借助信息化教学手段的优势，突破了传统理论课程对演示实验的时空限制，能够将实验直接引入课堂。

激光器属于精密光学设备，其相关实验设备体积大，调试困难，不易搬进课堂，所以各学校的激光技术课程大都将理论与实验分别开设。教学实践表明，这种教学模式不利于学生对理论知识的理解。

网络虚拟实验的出现无疑为激光技术课程的改革提供了突破口，笔者在这方面也做了一些有益探索。在制作过程中，使用Solidwrks三维模型制作软件、Okino PolyTrans格式转换软件、NGRAIN Producer三维交互动画制作软件、会声会影视频制作软件及Dreamweaver网页制作软件等工具，将等比例实验设备与真实测量结果相结合，开发了He-Ne激光器特性、普通脉冲激光器输出特性、调Q激光器输出特性等一系列虚实结合的虚拟实验（见图1），并其放在网络平台上供学员学习。

两年的教学结果表明，上述网络虚拟实验既可以增加学员对理论知识的形象认知，又可以让学员与后续实验课程前后呼应，同时有助于学员课下自主学习，因而可以获得良好的教学效果。

3 基于Ngrin互动平台的可操控激光设备

三维制作工具NGRAIN Producer是NGRAIN公司生产的一款能够直接从现有产品的各种CAD三维数据模型，快速生成交互的产品功能展示、维修和学习培训材料的软件。它可帮助普通用户在普通计算机上快速创作出富含大量信息元素的虚拟设备，提高现有的电子教学素材质量，同时保证新手在第一时间正确操作。

激光教学小组将这种在装备类或更复杂类课程中使用的技术引入激光原理课程，为激光器这类精密光学设备的教学提供服务。课程以虚拟实验建设为基础，将前期等比例制作的各类激光实验设备通过一定的格式转换放在远程NGRAIN互动平台上。这样一来，在教学过程中，只要安装一个很小的NGRAIN Viewer软件，就可以通过远程访问的方式随时调用实验设备，并可以为学员提供设备现场的拆解、任意角度的翻转等，让学员更直观地了解激光器等精密光学设备的内部结构，见图2。

*项目来源：军械工程学院2014年教学研究课题“教育心理学在军校教学中的应用研究”（基金编号：Jxlx1438）。

作者：殷建玲，军械工程学院电子与光学工程系讲师，研究方向为激光技术应用及其教学研究；李经、沈学举、周冰，军械工程学院（050003）。

图1 调Q激光器输出特性网络虚拟实验相关图

图2 Nd：YAG激光器剖面及任意角度俯视拆解图

4 基于GUI平台的激光仿真实验

激光原理与技术课程理论性很强，如果没有实验验证，学员很难理解。但是，激光实验设备非常昂贵，许多结论不具备实验条件。如基于不同谐振腔的激光器、调Q激光器和锁模激光器等工作特性均与激光器多个结构参数相关，但不可能买来所有样品，对各个参数一一测试，而光学仿真实验恰恰以其科学准确、简单易行、操作灵活等诸多优点弥补了这一不足。对此，利用MATLAB软件，通过建模和编程，对激光原理与技术的部分实验进行仿真模拟，并构建基于GUI用户图形界面的实验仿真平台，为激光原理与技术的教学提供一个新的途径。

5 定制化的板书呈现形式

板书是最基本的传统教学手段，可以给学员一个完整、系统的课堂教学内容框架，但是并非所有教学内容都适合以传统形式加以呈现。为此，根据不同教学内容，进行定制化的板书设计，使板书形式更利于不同教学内容的展现，以及学员理解和记忆。如在激光原理与技术课程中，就设计有传统型、图表型、思维导图型等多种形式，在“调Q原理”一节中就采用了思维导图型板书。显然，这种新颖的板书形式，不仅可以清晰地呈现整节课的思维过程，而且有助于学员理清脉络，记忆内容。

6 结语

激光课程教学改革5年以来，取得明显成效。

1）教员层面：笔者及小组成员以“激光调Q技术”“激光产生的基本原理”为授课内容，参加总装备部举办的院校优质授课评比，分获二等奖和三等奖。

2）学员层面：学员学习积极性明显提高，考研率显著增加，说明学员对激光学科产生研究兴趣。在对2006～2011届学员做的问卷调查中，80%以上的学员对激光教学改革工作给予充分肯定。

图3 基于GUI界面的MATLAB仿真平台

图4 思维导图型板书

现代教育技术和教育理念无疑是深化教学改革、增强教学效果的突破口。本文以自身教学实践为基础，在激光原理与技术课程的教学过程中，在引入信息化方法和手段的同时，不断改进传统教学手段，并努力将两者相融合，从而有效增强课堂教学效果，为进一步促进军校教学改革提供参考。

［1］潘菽.教育心理学［M］.北京：人民教育出版社，1980.

［2］付建中.教育心理学［M］.北京： 清华大学出版社，2010.

［3］李朝阳，李巧玲.针对90后大学生特点改进教学方法的探讨［J］.中国电力教育，2010（27）：90-91.

［4］顿占锋，李灿，唐昆，等.浅析90后军校学员的心理管理［J］.职业时空，2012，8（6）：84-85.

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