科研信息交叉引領的激光原理教學方法探索

王祥夫,步妍妍,沈雪陽

(南京郵電大學,江蘇 南京 210023)

隨著高等教育全球化發展,全英文教學在國家高等教育建設中的地位日益突顯。全英文教學是實現我國高等教育與國際接軌,培養面向世界的復合型高等人才的必要途徑[1-2]?！都す庠怼氛n程是電子信息專業的基礎課程,也是主干課程,是其它課程的先導課程,在電子信息專業相關知識學習中具有重要的地位。隨著科技的發展,《激光原理》全英文教學實踐要適應形勢,注重培養學生的創新能力和知識遷移能力。作為一門理論較強的專業課程,激光原理全英文教學在培養學生的創新思維、動手能力、拓寬視野等方面有重要意義。在全英文教學的不同教學模式和方法中,引導學生突破慣性思維,培養出多維度的思維模式;在課程實踐中,培養學生操作實驗的能力,為以后從事光學相關工作打下堅實的基礎。在全英文教學整體過程中,強化學生的外語水平,增強學生國際交流水平,拓寬學生的國際視野。其次,激光原理全英文教學有利于提高授課教師的教研能力。在全英文教學中,教師需要從國際化角度進行教學內容、教學方法、教學技巧的選擇與學習,掌握激光專業領域的國際層面最新發展,從而實現對教學的把握,提高激光原理全英文教學的效率。

隨著近年來電子信息飛速發展,相關領域知識更新周期縮短,光學器件更新換代速度加快,激光原理的設計方法也發生了根本性變革,使該課程教學體系、教學內容、實踐性等方面的要求越來越高[3-4]。如何提升英文教學質量,讓學生搞懂復雜的激光發射機理,培養新時代中具有創新精神和創新能力的人才,是在激光原理英文教學方法中探討解決的重要問題。

目前,國內外已經對《激光原理》課程的教學方法作了大量的嘗試和研究[5-6]。但是,對于激光原理這門課程,教學研究成果不太明顯。國內激光原理全英文教學需要面臨以下幾個方面的問題:(1)激光原理基礎理論涉及數學、電學、信號理論和電磁場理論等多個復雜學科領域的知識。在全英文激光原理授課的過程中,有些基本概念較抽象,學生難以理解;(2)在激光領域中文和英文的對譯會產生偏差,從而使學生難以理解英文背景下的復雜基礎理論;(3)該課程原理部分涉及較多物理概念,激光器件設計技術部分則需要靈活、綜合運用先修的數理和專業知識,需要學生有較好的實驗動手能力;(4)實際應用中要求以這些理論為基礎,培養解決各種復雜問題的能力,要求老師具有較多的工程實踐經驗和不斷與時俱進的知識探索能力,也要求學生對課程的基礎知識掌握牢固。

針對《激光原理》全英文教學的問題,我們提出了“科研信息交叉引領的全英文激光原理教學方法”,提出的設計方法主要包括以下幾個方面:

1 科研信息交叉引領的激光原理教學方法的前期準備

在課程開始前需要做好三個準備工作。第一,采用無記名問卷調查方式,了解學生對激光原理這門課的興趣和需要;第二,對學生的數理知識基礎、專業相關基礎理論、知識獲得取向等進行統計和分析;第三,以調查結果為根據設計教學方法、教學方式和教學進度。

2 激光原理課程相關基礎準備

激光原理涉及到較多的物理概念,需要學生有扎實的數學、電磁場理論、光學等知識基礎[7]。在正式引入課程前,需要對激光原理所涉及的專業基礎知識進行簡單的回顧,為學生高效理解打下充實的理論基礎。全英文課程需要學生有專業詞匯的基礎,因此教師需要把專業性詞匯在課前整理出來。讓學生能夠課前預習,從而保證在全英文授課過程中學習的流暢性。

3 信息引入方式與教學大綱要求之間的平衡

根據全英文激光原理教學大綱要求,針對重要的激光原理指標設計驗證性實驗。學生科研能力、動手能力和知識掌握程度的不同,對不同知識點、實驗的理解和學習興趣各有不同,對課程中激光理論的理解以及是否有興趣更深入地探索也不一樣[8]。因此,按照學生的上課學習情況和基礎掌握熟練程度進行分組實驗,并針對各組的情況提出不同的實驗要求,以團隊合作的方式依據大綱讓學生進行針對性設計實驗、獨立解決實驗中遇到的問題和合作交流解釋光學實驗現象,這有助于學生加深理論知識的學習、提升動手能力及團隊合作的能力。如果信息引入方式和教學大綱不能平衡,將會增加學生的學習負擔、影響學生的學習效率、增加教學難度,從而給教師的教學帶來一定挑戰。

4 教學相長的信息交叉互動性教學模式的運用

在教的過程中,廣泛借鑒已有激光原理科研成果和前人的教改成果,形成獨特的教學方法。加入適當的激光領域的科研成果和科研思想來充實知識內容,拓寬學生知識面以掌握激光領域發展現狀與方向。將以上內容與激光原理課程的重要知識點緊密結合,力求把難懂的公式、激光原理和科研思路通過形象的光學實驗現象展示出來。在學的過程中,積極引導學生在掌握好激光理論知識基礎上,對激光原理能提出問題并解釋與解決,形成“學以致用”的學習方式。在學生充分掌握理論知識基礎上,讓學生進行分組討論,鼓勵他們在課堂上分享各自對理論知識的理解。教師對學生的展示進行肯定和補充,增加對學生的學習心理關注,從而調動學生對課程的學習興趣,逐漸形成互動式教學模式。設計性實驗對信息交叉互動性的教學模式有補充推動作用:充分借鑒國內外高校專業課程的教學模式特別是在課程配套實驗中的經驗,在較好完成配套的驗證性實驗同時,鼓勵學生利用實驗室現有條件、針對課程理論知識自行設計實驗來加深對物理概念的理解,對于實驗中可能出現的問題能進行解釋和解決[9]。課后布置帶有應用背景的任務、結合理論知識點給予一定的思路、要求學生在一定時間內通過學習工具獨立完成任務要求。這種有目的訓練方式,能夠有效地激發學生的創新能力,同時可以培養團隊合作精神。

5 全英文授課中多樣化教學工具的使用

多樣化教學工具對全英文激光原理授課有積極的幫助,促進學生對抽象概念地生動理解,豐富教師的授課模式[10]。重點是要把知識內容,主要是在工程應用和深造過程中涉及較多的內容以應用實例表現出來,解決學生“有沒有用”和“怎樣用”的疑慮,也可以激發學生的學習樂趣。首先,在課堂上可以借助多媒體材料如投影儀進行激光實物動畫演示。其次,提供激光原理專業電子資源供學生自主學習,引導學生科學、高效地學習和養成嚴謹的科研思維模式,實現一種互教互學、輕松愉快、學有所用的學習模式。最后,通過物理、光學、工程實驗建模,利用計算機三維光學仿真如LightTools光學設計、OpticStudio等對相關理論知識進行驗證、理解、再創新,從而代替死板的滿堂灌。

6 全英文授課過程中大學生學習狀態和心理狀態的準確掌握

充分了解全英文授課過程中學生的心理狀態和學習狀態、教學過程中外語造成的理解困難、現有教學條件和實驗條件的不足,為提高課程教學質量提供現實依據。采用課間交談和問卷調查反饋等方式,及時掌握學生心理狀態和學習狀態的信息,從而及時調整恰當的教學計劃、選擇合適的教學方式和教學內容。

7 全英文授課中考核方式的調整

充分利用已有的教學資料和國際性科研成果,借鑒國內和國外高校激光原理相關領域、相關課程的先進教學模式,引入設計性實驗和具有實際應用背景的習題及考題,著重培養學生綜合運用先修數理及專業課程基礎知識,從而實現分析和解決實際問題的能力提升。鼓勵學生寫作與本課程相關的小論文,或者總結學習成果,將其作為成績評估的重要部分。

8 及時歸因成敗的教學反饋

根據美國著名的歸因理論心理學家韋納的理論[11-12],我們要積極引導學生正確對待成敗歸因,提高學習積極性,防止消極心理的產生。在激光原理的學習過程中,學生學習基本知識后,可能會出現不能進行知識遷移、沒有能力承擔激光器件分析或設計的問題。這時,教師要及時指導學生進行成敗歸因,找出不能夠實現器件分析或設計的原因,然后及時糾正錯誤和補充相關知識。并在課堂教學過程中體現出來,做到及時查缺補漏[13-14]。