激光原理與技術課課程思政教學探索

楊琦 任向河 李春 祖玉倩

摘? 要：針對目前自然科學類課程融入思政教學難度大的現狀，齊魯工業大學光電學院“激光理論”教研組開展思政元素融入專業課程的實踐探索。教研組根據課程特點和學生情況，在激光原理與技術課的教學實施過程中充分挖掘課程的思政元素，倡導科學精神，激發學生學習熱情;講好“中國故事”，號召學生向老一輩科學家學習艱苦創業精神，培養愛國主義情懷;同時在實驗教學、實踐環節結合最新科研、技術進展，有意識地引入思政元素，與理論教學形成協同效應，達到更好的育人效果。

關鍵詞：課程思政;自然科學;激光原理與技術;科教融合;思政案例

中圖分類號：G641? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）23-0176-05

Abstract： In view of the current situation that it is difficult for natural science courses to integrate ideological and political teaching， the teaching group of Laser Theory in School of Optoelectronics， Qilu University of Technology has carried out practical exploration of integrating ideological and political elements into professional courses. According to the characteristics of the course and the situation of the students， the teaching team fully mined the ideological and political elements of the course in the implementation of Laser Principle and Technology， advocated the scientific spirit， and stimulated the students' enthusiasm for learning. We try to tell the "China story" well， call on students to learn from the older generation of scientists hard work and entrepreneurial spirit and cultivate patriotism. At the same time， combining with the latest scientific research and technological progress in experimental teaching and practice， ideological and political elements are consciously introduced to form a synergistic effect with theoretical teaching， so as to achieve better educational effect.

Keyword： curriculum ideology and politics; natural science; Laser Principles and Technology; science and education integration;? ideological and political case

2016年12月，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出“要用好課堂教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學生成長發展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應”[1]。2018年，教育部原部長陳寶生指出“要啃下”課程思政等一批硬骨頭，解決思政課和思想政治工作發展中的難點問題。思政課程，指馬克思主義基本原理概論、毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論等思想政治理論教育類課程，主要強調政治屬性，強調馬克思主義的真理性、科學性，強調中國特色社會主義的實踐性、真理性。課程思政，是一種課程觀，是將高校思想政治教育融入所有課程教學和改革的各環節、各方面，圍繞“知識傳授與價值引領相結合”的課程目標，充分發揮包含專業課程在內的其他所有課程的育人價值。

最近幾年，國內各高校紛紛開展了課程思政的探索，尤其是針對自然學科，涌現出了許多典型范例[2-4]。與人文學科相比，自然學科課程普遍基于自然科學和公式定理，思政教育存在一定的難度，在課程思政實施過程中往往存在以下問題。①課程思政意識不強。自然學科長期以來，授課時強調知識的傳授，思想政治教育與專業教育教學沒能真正做到有機結合，思想政治教育仍然處于“孤島化、空泛化、標簽化”的困境，通過知識傳授實現價值引領的全課程育人理念沒有完全樹立起來，課程思政育人氛圍不濃。②部分教師對思想政治教育理解不透徹，思想政治覺悟未能充分激發，在深入挖掘專業課中蘊含的思政元素、系統性設計課程思政教學實施方案等方面存在一定的差距。③考試評價體系依然沿用過去的考評方法，專業課成績只與專業知識掌握程度相關。這種考評體系不能反饋思政教育的整體效果，不能體現學生道德素質的發展情況。如何能克服上述問題，針對不同專業和課程，還需要進一步探索和嘗試。

激光被譽為20世紀“四大發明”之一，因其方向性好、單色性好、相干性好和高亮度的特點極大推動了人類社會的進步。尤其是近幾年，激光科學與技術水平發展迅猛，已被廣泛應用于工業、軍事、醫療、航天等眾多領域。激光原理與技術是光電信息科學與技術、物理學、應用物理學等專業的重要課程，為培養具備激光背景的專業人才和后續光電類專業課程的開展奠定基礎。齊魯工業大學光電學院激光原理與技術課程是面向光電信息科學與技術專業的本科生開設的專業核心課，選用周炳坤先生等編寫的《激光原理（第7版）》[5]作為教材，選用藍信鉅先生編寫的《激光技術（第3版）》[6]和O·Seelto編寫的外文教材Principles of Lasers（fifth edition）[7]作為參考書籍。課程包含理論部分和實驗實踐環節。理論課程主要講授激光基本原理、光學諧振腔、高斯光束特性、光與物質共振相互作用、激光振蕩和放大特性以及激光特性的控制等內容，實驗課程設計了四個激光器實驗項目，分別是固體激光器實驗、氣體激光器實驗、半導體激光器實驗和光纖激光器實驗。通過本課程的學習，使學生掌握激光器工作和設計的基本原理，具備激光器相關產品設計、開發及應用的能力。

一? 課程思政教學準備

齊魯工業大學高度重視課程思政工作，成立了課程思政研究院，專門負責指導全校課程思政的實施工作。齊魯工業大學課程思政研究院組織了多場線上、線下的課程思政培訓和研討會，每年都開展“思政好教案”和“思政好課堂”的評選，還組織開展了課程思政教學比賽，將好的課程思政教學案例進行推廣。光電學院“激光理論”教研組參加了各項課程思政的培訓和學習，吸取了多門課程的優秀案例，同時借鑒國內兄弟院校激光原理類課程的課程思政經驗[8-9]，針對激光原理與技術課程制定了課程思政實施方案，撰寫了包含思政元素的教學大綱，在課程設計過程中充分挖掘思政元素。講述激光發明和發展過程的漫長曲折經歷，滲透最新的激光科學與技術研究進展，強調科學精神;“講好中國故事”，講述我國科學家在激光領域的創業故事和突出貢獻，介紹我國在激光領域的重大成果和開拓性進展，弘揚民族自豪感;在實驗教學中，注重操作能力培養，將本課題組科研成果和本科教學相結合，自主開發課程實驗儀器，踐行科教融合辦學理念;實踐環節，參觀本土激光科技企業，近距離接觸激光產業，拓展學生視野，堅定學習方向。

二? 課程思政具體案例

（一）? 激光的發明歷程

在激光基本原理第一章節中，介紹激光的發明和發展歷史。早在1900年，普朗克提出了能量量子化概念，精確的解釋了黑體輻射規律，并因此獲得1918年諾貝爾物理學獎，這是最早的和激光相關的理論。1905年，愛因斯坦提出光子假說并成功解釋了光電效應，并因此獲得了1921年諾貝爾物理學獎。1913年，玻爾借鑒了普朗克的量子概念提出了全新的原子結構模型，并因此獲得1922年諾貝爾物理學獎。1917年，愛因斯坦在“論輻射的量子性”一文中提出了受激輻射理論，預言了受激輻射產生激光，成為激光產生的理論基礎。但是，愛因斯坦提出受激輻射理論之后的三十年，科學界并沒有發覺其重要意義，激光的發明進程也停滯了三十年。直到1947年，Lamb和Reherford在氫原子光譜中發現了明顯的受激輻射現象，這是受激輻射第一次被實驗驗證，Lamb也因為在氫原子光譜研究方面的成績獲得1955年諾貝爾物理學獎。之后，Kastler、Townes、Schawlow等科學家在激光的發明歷程中也分別做了自己的貢獻。在1960年時，美國工程師T·Maiman在加利福尼亞州馬里布的休斯研究實驗室設計和建造了一臺小型的激光發生器，將閃光燈線圈纏繞在指尖大小的紅寶石棒上，產生了第一束激光，從此開啟了激光時代。自此之后，各種激光器應運而生，能產生飛秒激光的鈦寶石激光器，面向激光核聚變的大功率釹玻璃激光器，小型化的高功率板條激光器、碟片激光器，還有工業應用非常廣泛的光纖激光器和半導體激光器等。目前，激光器的發展朝著更快、更強、更小、更多樣化的方向發展。近些年，激光科學和激光產業蓬勃發展，很多學者因為在激光科學領域或者依靠激光技術的幫助下獲得了諾貝爾獎。最近的一次，在2018年，法國科學家熱拉爾·穆魯和加拿大科學家唐娜·斯特里克蘭因為啁啾脈沖放大技術，美國科學家阿瑟·阿什金因為光鑷技術獲得了諾貝爾物理學獎，由于三位科學家都是因為在激光科學領域的成就而獲獎，因此2018年被學界稱為“激光年”。

在講述激光發明和發展歷史的課程教學中，啟發學生明白事物從萌芽到壯大需要經歷一個漫長的過程，中間會遇到各種困難和障礙，可能會出現停滯不前的階段，需要經歷不懈的努力和奮斗才能獲得成功。對同學們提出期望，希望其今后在學習和工作中踏實肯干、兢兢業業、不畏困難，為了實現目標能夠堅持不懈的努力。

（二）? 中國第一臺激光器的研制過程

在介紹中國第一臺激光器研制過程中，以“人物故事”的講授形式，向學生介紹“中國激光之父”王之江先生的求學、奮斗和激光器的研制歷程。求學階段的王之江，還經歷了一些曲折，先是考取了無錫江南大學，發現自己對化學興趣不大后，轉而去大連大學應用物理系求學。那一年，他與我國近代光學工程的重要學術奠基人王大珩結緣，成為王大珩創辦的大連大學應用物理系的第一批學生。1952年，提前畢業的王之江隨王大珩來到了長春，參與創辦中科院儀器館（中科院長春光機所前身），在國內率先研制出具有代表性的精密儀器和新品種光學玻璃。1960年，美國科學家梅曼成功研制了世界上第一臺紅寶石激光器，揭開了激光科學技術的序幕，也吸引著中國光學科研工作者開拓這一富有生命力的科學領域。王之江等人沒有照搬國外方案，而是根據我國的實際情況，經過一次次理論設計和推導，提出了球形聚光器的方案，接著又解決了紅寶石的平度和平行度問題。1961年9月的一天深夜，隨著激光器的正常運轉，一塊桔紅色的明亮光斑耀入了人們的眼簾，我國激光技術的第一枝花朵綻放了。其僅比世界第一臺激光器晚了一年，但在許多方面有自身的特色，特別是在激發方式上，比國外激光器具有更好的激發效率，這表明我國激光技術當時已達到世界先進水平。自此，王之江被人們稱為“中國激光之父”。

在課程教學過程中，突出王之江先生艱苦奮斗的創業精神及豐碩的研究成果，號召同學們向王之江等老一輩的激光科學家學習，樹立民族自信心，堅定愛黨愛國的決心，樹立科技報國的志向，在今后的學習和工作中，扎實努力，為祖國的科技事業發展貢獻自己的力量。

（三）? 介紹我國的激光大科學裝置

高功率激光大科學裝置代表著一個國家激光科技綜合實力。在講述激光功率和能量部分時，著重介紹中國有代表性的高功率激光大科學裝置。首先介紹的大科學裝置是“神光”科學裝置?！吧窆狻毖b置是我國自主研制的高性能高功率釹玻璃激光裝置，“神光Ⅱ”裝置由中國科學院上海光學精密機械研究所研制，“神光Ⅲ”裝置由位于四川綿陽的中國工程物理研究院研制，主要目標是實現激光受控核聚變“點火”，實現核能的安全、無污染應用，解決全球的能源短缺問題。此外，“神光”裝置還為基礎物理研究提供極端的實驗條件，是許多基礎研究的重要平臺。另一重點介紹的是上海超強超短激光“羲和”裝置，全球首臺峰值功率達到10拍瓦的激光科學大裝置?！棒撕汀币辉~來自中國古典《山海經》，是生下十個太陽的母親。如果地球外面有一個非常大的透鏡，可以把照射在地球上的所有太陽光聚焦在一根頭發絲上，就相當于1拍瓦產生的光強，那么10拍瓦就相當于10個太陽的光強， “羲和”裝置的名字就由此得來。該裝置由中國科學院上海光學精密機械研究所和上?？萍即髮W共同研制，已于2020年通過驗收。該裝置的激光條件吸引了全世界的科學家，可以為質子加速、電子加速、高亮度等離子體高次諧波和阿秒脈沖產生提供實驗條件，有望基于科學大裝置打造中國特色的創新高地。

在課上介紹我國的激光大科學裝置，讓學生了解我國在激光科學的卓越成就和自主創新能力，增強學生的民族自豪感和認同感，讓學生樹立長遠目標，立志投身祖國的激光事業中，同時向學生介紹我國從事激光研究的重點單位，讓學生在深造、擇業方面有更好的選擇。

（四）? 實驗教學的創新探索

我們開設的激光原理與技術課程實驗部分包含四類典型激光器，固體、氣體、半導體和光纖激光器，涉及激光器類型全面，便于學生全方位了解各類激光器的工作特點，掌握各類激光器的使用和調節方法。在實驗教學中，推行“小班制”教學方式，每組實驗由2名同學操作，既能讓每位同學能夠增加動手實踐機會，完整地對實驗進行操作，又能讓同學在實驗過程進行合作，培育團隊協作精神。實驗課上，增加教師指導學生的頻次，加強師生交流，重點在于傳授實驗方法和技巧，并且引導學生將實驗結果反饋到理論學習部分。

此外，教研組根據近幾年的科研課題，對固體激光教學實驗儀器進行了產品升級?，F在高校激光教學普遍使用的固體激光器是采用808 nm半導體激光泵浦Nd：YAG激光器，此類教學演示激光器的泵浦光、輸出激光都是不可見的，學生觀察輸出激光必須使用上轉換片進行輔助，對于激光在諧振腔內的振蕩形成過程更不能進行直接觀察，這些缺陷將直接影響實驗的演示效果。教研組依托近幾年對可見激光的科研工作，提出采用藍光LD泵浦Pr：YLF晶體直接產生可見激光的方案，設計出了新版的固體激光教學實驗儀器，該儀器實現了從泵浦源、激光增益介質、輸出激光的可視化，對激光原理實驗教學效果有非常大的提升。我們和大恒光電公司合作已實現了該教學實驗儀器的產品化，如圖1所示。大恒光電公司已經將此產品推向市場，預期此教學實驗儀器將有望取代傳統的固體激光教學實驗儀器。

在激光原理實驗教學中的探索，尤其是研發新型固體激光教學實驗儀器，踐行了本?？平倘诤系霓k學理念，可以起到更好的實驗教學效果，更好地鍛煉學生的動手能力，激發學生有興趣了解激光前沿科學，立志投身激光科研中去。

（五）? 走進本土激光企業

在完成理論教學和實驗教學的基礎上，帶領學生進入激光企業和激光展會參觀學習也是本課程的重要探索。濟南是我國北方最大的激光產業基地，坐擁600多家激光企業，在晶體材料、核心器件和激光成套裝備領域涌現出一批優秀企業，激光設備出口量近年來一直穩居全國第一，已經成為中國激光技術的重要基地。作為身處濟南的高校，利用好資源優勢，帶領學生走進激光企業，深入了解我國激光產業發展、市場需求、發展趨勢，與課程內容相結合起到更好的效果。近幾年，我們課程教研組先后組織學生進入濟南本土激光企業，如邦德激光、森峰激光、華光激光等，在企業參觀學習過程中，了解激光產品需求和應用場景，了解企業運營方式;參觀產品生產車間，更直接地了解激光裝備的生產流程。此外，還積極組織學生參加激光產業的展會和論壇，豐富學生的課外知識，拓展學生的視野。圖2為組織學生參觀森峰激光和參加“世界激光產業大會”。

產學研結合一直是我們追求的教學目標，拓展學生的課外實踐渠道，利用好本土產業資源是踐行課程思政的重要探索。通過豐富的課外實踐形式，可以使學生加深對課堂理論知識的理解，同時，讓學生對我國激光產業加深了解，樹立民族自信心，引導學生樹立投身激光產業的決心。

三? 課程思政課堂反饋

為了加強課程思政的融入效果，激發學生的學習熱情，在課程考核中增加了課程思政環節，如在期末考試試題中增加中國激光發明歷史，中國激光事業重大成就等知識點的考查。通過學生作答情況反映，絕大部分同學能掌握此部分知識內容，反映出課程思政教學效果良好。課程結束后，對近期完成激光原理與技術課程的兩級學生進行了課程質量調查問卷，采集樣本數為112份。調查結果顯示，79.5%的同學贊成在專業授課中融入思政元素，14.3%的同學對此表示無所謂，僅有6.2%的同學不支持在專業課中融入思政元素;82.1%的同學認為課程思政對學生思想覺悟的提升起到非常積極的促進作用，16.1%的同學認為促進作用良好，僅有1.8%的同學認為沒什么促進效果;84.8%的同學對課程思政對專業知識學習有促進作用，12.5%的同學認為影響不大，僅有2.7%的同學認為課程思政干擾了專業知識的學習;85.7%的同學認為課程思政增加了專業認同感，11.6%的同學認為無所謂，僅有2.7%的同學認為課程思政對專業認同起到了相反作用。綜合調查結果，課程思政融入到激光原理與技術課程教學中不僅提升了學生思想意識，還促進了專業學習的積極性，為全面落實立德樹人的根本任務，推進課程教學改革起到了推動作用。

四? 結束語

激光原理與技術課程積極響應國家號召，構建了課程思政教學體系，根據課程內容，從理論、實驗、實踐各環節全方位融入思政元素，激發學生的愛國熱情、科學精神，增強學生的民族自豪感、專業認同感，促進學生掌握專業知識、投身祖國激光事業的干事創業熱情。本課程踐行課程思政的經驗可以推廣到相關的理工類專業課程。

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基金項目：齊魯工業大學重點教學改革項目“激光原理與技術課程有機融入課程思政教育的探索與實踐”（2020zd04）;山東省本科教學改革研究重點項目“電子信息類專業課堂教學生態環境研究與優化”（Z2022062）

第一作者簡介：楊琦（1986-），男，漢族，山東濟南人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為激光技術。