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摘要：根据“激光原理与技术”课程的特点，提出了一种看图说话式教学模式。该模式将全书内容概括为一幅图，每一章也归纳为一幅图。先让学生看图，然后分析图，从而引出教学内容。该教学模式具有全局性、启发式、创新性特点。教学实践表明：该方案能有效地培养学生的创新能力。
关键词：激光原理与技术；看图说话；教学模式
作者简介：陈海燕（1965-），男，湖北荆州人，长江大学物理科学与技术学院，教授。（湖北 荆州 434023）
基金项目：本文系2009年长江大学精品课程建设项目、长江大学教学研究项目（项目编号：JY2009015）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）05-0111-02
“激光原理与技术”课程是应用物理（光电子方向）及光信息科学与技术等专业开设的专业核心课，其具有较强的理论性、前沿性和探讨性。为了讲好该课程，一些专家进行了一系列改革与探索，提出了一些切实可行的教学方案。[1-3]我们在教学中依据“激光原理与技术”课程特点，将科研成果与创新思想融入课堂教学，以培养学生的创新能力为目的，提出了一种“四维一体”的研究性教学模式，即现象－理论－模拟－新现象的教学模式，该模式符合人的认识规律，有助于培养学生的创新能力。本文将现象－理论－模拟－新现象“四维一体”的教学模式概括为一幅图画，提出一种看图说话式的教学模式，供同仁们商讨。
一、“激光原理与技术”课程中的看图说话式教学模式
顾名思义，看图说话是指看一幅图，描述图所表达的意思，具有开放性特点。看图说话式教学模式常用于启蒙教育的课堂教学中，实践证明，看图说话能有效地开发小孩的语言思维，提高他们观察、思维、想象等方面的能力。[4，5]将看图说话引入“激光原理与技术”课程的课堂教学能有效地吸引学生的注意力，提高他们的全局观、逻辑思维能力、科研创新能力、想象能力等。
1.看图说话，吸引学生的注意力
由于多种因素，目前大学生的课堂注意力普遍下降，如何抓住学生的注意力、提高学生的学习兴趣是课堂教学的关键，目前普遍采用的方法是运用多媒体技术与动画。虽然在教学活动中应用多媒体技术可适当提高学生的注意力，但多媒体技术只是一个工具，表面热闹，却不能表现出专业知识的魅力，时间一长学生也会分散注意力。我们在教学中提出的现象－理论－模拟－新现象“四维一体”的教学模式虽然在提高学生注意力方面有一定成效，但该方法还是有点抽象，没有看图说话直观。看图说话教学活动的主要特点是学生与老师的位置发生了变化。在看图说话教学模式中，学生是教学活动的主体，老师处于被支配地位，进行引导与解惑答疑。因此，看图说话教学模式更能吸引学生的注意力。
2.看图有序，培养学生的全局观
学生在归纳学完的一章或一门课程时，往往只是公式的罗列，普遍存在“不识庐山真面目，只缘身在此山中”、“只见树木，不见森林”的现象，缺乏课程的整体观。在教学中，我们将“激光原理与技术”课程的11章内容设计成11张图，整门课程用一张图来概括。课程体系图按照“公理化理论体系”来构建，即按照基本概念-基本原理-原理的应用-基本方法的逻辑顺序设计。让学生在学习知识的过程中掌握科学理论构成的特征，以提高学生的学习能力。将科学理论体系形成模式引入“激光原理与技术”课程的教学体系，可以培养学生缜密的逻辑思维能力，让学生了解“激光原理与技术”课程的体系结构，培养学生的全局观。
3.看图明意，培养学生的逻辑思维能力
课程章节教学图片是按现象—理论—模拟—新现象“四维一体”的研究性教学模式设计的。该教学模式体系符合人们的认识规律，即从实践中来，到实践中去的认识规律。这里的现象就是已知的一些激光现象，理论是指解释上述激光现象的基本理论，模拟是指用计算机来模拟现有的或未知的实验现象，新现象是指利用现有的理论和计算机模拟所预言的新现象（即创新），并通过实验进行验证。指导学生看图说话，可培养学生科学的逻辑思维能力。
4.看图联想，培养学生的创新意识与想象力
大学专业教育的出发点与落脚点是培养学生的创新意识与想象力，“激光原理与技术”课程也不例外。在课程图片设计时，我们将研究问题的基本概念、原理、实验结果的过去、现在及前沿融入进去。在看图说话中，图片是静止的，要化“静”为“动”，就必须启发学生进行合理的想象，对前沿问题即学科发展进行思考，让图片“活”起来。这样通过全面观察，合理想象才能更深入地了解图片内容，丰富图片内容，使图中内容能被学生较为形象、逻辑周密地描述出来。通过这样的联想式训练，学生的创新意识与想象力会不断得到提高。
5.看图写话，培养学生的归纳能力
看图说话的出发点与落脚点是写话，写话是教学活动中培养学生归纳能力的一个重要环节，写话训练是科研创新的基础。学习的重要任务之一是学会学习，掌握科学研究的基本方法与规律。写话就是学生将图片信息用自己的语言描述出来，写话能有效培养学生的学习能力。认识图象，并从中获取准确信息是写话的关键。通过看图写话学生可对课程体系结构有个全面认识，能有效吸引学生的注意力，培养学生的逻辑思维能力、创新意识与想象力、归纳能力等。
二、应用实例
看图说话式教学模式包含三层含义；一是图片设计，二是引导学生看图说话，三是探索与讨论。其中图片设计是关键。下面以三个实例来说明看图说话在“激光原理与技术”课程中的应用。
实例一：第三章 光（电磁场）与物质相互作用
1.图片设计
激光产生的物理基础是光（电磁场）与物质（激光介质）的相互作用，常称物质与双光子的作用。光与物质的相互作用可分为三类：光与组成物质的原子（或离子、分子）内的电子之间的共振相互作用；光与自由电子的相互作用；光与物质的非共振相互作用。本课程只介绍光与组成物质的原子（或离子、分子）内的电子之间的共振相互作用，激光介质的发射光谱具有一定分布与宽度等。这些概念包含在一幅图片中。
2.引导学生看图说话
图片包含以下问题：第一，物质指增益介质（激光工作物质）、双光子指泵浦光光子与信号光光子。泵浦光（波长为λ1）光子为激光器提供能量，信号光（波长为λ2）光子即激光器输出的激光。第二，原子自发辐射的经典电偶极子模型，处于激发态（如激光上能级）的电子具有一定的寿命，其对应的电偶极矩发射的电磁波是衰减的。第三，受激吸收和色散的经典理论基础，受激吸收和色散现象是电磁场与物质原子相互作用的结果。经典理论成功解释了物质对光的吸收与色散现象，定性地说明了原子的自发辐射与谱线宽度。它用的是经典模型，即将电磁辐射与物质用经典方法处理：经典的麦克斯韦方程描述电磁场，原子中的运动电子用电偶极子振荡模型。第四，掺铒光纤自发辐射光谱很宽，且不均匀。除了在1532nm附近有很强的发射峰外，还有一个次发射峰。第五，自发辐射光谱是光与物质相互作用的外部表象，光与物质相互作用是其本质。如何描述这种相互作用是本章的重点。第六，引出本章内容，自发辐射谱、原子自发辐射的经典电偶极子模型、受激吸收和色散的经典理论基础、谱线展宽、谱线加宽对辐射的影响；均匀加宽（自然加宽、碰撞加宽）、非均匀加宽（多普勒加宽）；泵浦过程；激光器的速率方程理论等内容。
3.探索与讨论
讨论学生提出的创新性问题，如展宽对光源相干性的影响等。
实例二：第二章 光学谐振腔
1.图片设计
光学谐振腔是构成激光器的三大组成部分之一。本章图片包括如下内容：各类光学谐振腔结构，光线在谐振腔内的传播情形，谐振腔对光波的衍射，高斯光束空间特性，连续与脉冲波入射时单模光纤FP腔的输出谱，谐振腔的稳区图，高斯光束及其变换，谐振腔本征模式谱，谐振腔的谐振频率等。
2.引导学生看图说话
按课程行进过程方向引导学生看图说话，先看图中的连续与脉冲波入射时单模光纤FP腔的输出谱，从具体的实验现象入手，引出现象描述的理论模型——几何光学模型与波动光学模型。几何光学模型按光线传输规律—光线在谐振腔内传播—谐振腔的稳定性—谐振腔损耗与Q值—谐振腔的稳区图—谐振腔设计—高斯光束及其变换规律程式进行学习；波动光学模型按衍射理论—自再现概念—谐振腔本征模式的概念—谐振腔的谐振频率—谐振腔的衍射积分理论程式进行。最后介绍FP腔的理论模型，并与课程开始的实验结果进行比较。至此，本章教学过程结束。
3.探索与讨论
讨论学生提出的创新性问题，如用光纤光栅构成谐振腔等。
实例三：第四章 连续与脉冲激光器工作特性
1.图片设计
激光器按其工作方式可分为连续激光器与脉冲激光器两类。连续激光器中各能级的粒子数及腔内辐射场均具有稳定分布，增益饱和行为是形成稳定状态的关键。本章图片包括如下内容：连续激光器的实验研究步骤，增益饱和，“烧孔”效应，模式竞争谱，激光的线宽极限，脉冲激光器实验结果等。
2.引导学生看图说话
按课程行进过程方向引导学生看图说话，先看连续激光器实验研究步骤与结果图片，从具体的实验现象入手，引出解释现象的理论模型——速率方程理论，通过求解三（四）能级的速率方程，介绍增益和增益饱和概念，分析激光器的振荡条件、模式竞争效应、“烧孔”效应、输出功率、激光放大器净增益系数以及激光的线宽极限等。再看脉冲激光器实验研究步骤与结果图片，引出解释现象的理论模型——多模振荡的速率方程，讨论脉冲激光器的工作特性。
3.探索与讨论
讨论学生提出的创新性问题，如用光纤激光器的输出特性等。
三、结束语
以光（电磁场）与物质相互作用、光学谐振腔及连续与脉冲激光器工作特性三章的教学活动为例介绍了看图说话教学模式在“激光原理与技术”中的应用。在看图说话教学模式中，学生是教学活动的主体，处于主动地位，老师处于被支配地位。该教学模式能有效地吸引学生的注意力，培养学生的全局观、逻辑思维能力、创新意识与想象力以及归纳能力。实践证明，看图说话教学模式能有效地提高学生的学习能力与创新能力。下一步，我们将对看图说话式教学模式的三个要素进行深入研究，形成一定特色。
参考文献：
[1]袁杰,等.浅谈在本科生基础课程《激光原理》教学中的几点体会[J].中国科教创新导刊,2009,(34):94.
[2]田来科,白晋涛,董庆彦.激光原理的立体化教学探索[J].高等理科教育,2003,(S2):118-120.
[3]吕珍龙,巩晓阳.数值模拟在激光原理教学中的应用[J].中国科教创新导刊,2008,(7):222.
[4]董向前.看图说话与学生能力的发展[J].文学教育,2009,(16):114.
[5]吴克淑.浅谈看图说话写话七步法教学[J].新课程研究(基础教育),2010,(10):49-50.
（责任编辑：麻剑飞）
关键词：激光原理与技术；看图说话；教学模式
作者简介：陈海燕（1965-），男，湖北荆州人，长江大学物理科学与技术学院，教授。（湖北 荆州 434023）
基金项目：本文系2009年长江大学精品课程建设项目、长江大学教学研究项目（项目编号：JY2009015）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）05-0111-02
“激光原理与技术”课程是应用物理（光电子方向）及光信息科学与技术等专业开设的专业核心课，其具有较强的理论性、前沿性和探讨性。为了讲好该课程，一些专家进行了一系列改革与探索，提出了一些切实可行的教学方案。[1-3]我们在教学中依据“激光原理与技术”课程特点，将科研成果与创新思想融入课堂教学，以培养学生的创新能力为目的，提出了一种“四维一体”的研究性教学模式，即现象－理论－模拟－新现象的教学模式，该模式符合人的认识规律，有助于培养学生的创新能力。本文将现象－理论－模拟－新现象“四维一体”的教学模式概括为一幅图画，提出一种看图说话式的教学模式，供同仁们商讨。
一、“激光原理与技术”课程中的看图说话式教学模式
顾名思义，看图说话是指看一幅图，描述图所表达的意思，具有开放性特点。看图说话式教学模式常用于启蒙教育的课堂教学中，实践证明，看图说话能有效地开发小孩的语言思维，提高他们观察、思维、想象等方面的能力。[4，5]将看图说话引入“激光原理与技术”课程的课堂教学能有效地吸引学生的注意力，提高他们的全局观、逻辑思维能力、科研创新能力、想象能力等。
1.看图说话，吸引学生的注意力
由于多种因素，目前大学生的课堂注意力普遍下降，如何抓住学生的注意力、提高学生的学习兴趣是课堂教学的关键，目前普遍采用的方法是运用多媒体技术与动画。虽然在教学活动中应用多媒体技术可适当提高学生的注意力，但多媒体技术只是一个工具，表面热闹，却不能表现出专业知识的魅力，时间一长学生也会分散注意力。我们在教学中提出的现象－理论－模拟－新现象“四维一体”的教学模式虽然在提高学生注意力方面有一定成效，但该方法还是有点抽象，没有看图说话直观。看图说话教学活动的主要特点是学生与老师的位置发生了变化。在看图说话教学模式中，学生是教学活动的主体，老师处于被支配地位，进行引导与解惑答疑。因此，看图说话教学模式更能吸引学生的注意力。
2.看图有序，培养学生的全局观
学生在归纳学完的一章或一门课程时，往往只是公式的罗列，普遍存在“不识庐山真面目，只缘身在此山中”、“只见树木，不见森林”的现象，缺乏课程的整体观。在教学中，我们将“激光原理与技术”课程的11章内容设计成11张图，整门课程用一张图来概括。课程体系图按照“公理化理论体系”来构建，即按照基本概念-基本原理-原理的应用-基本方法的逻辑顺序设计。让学生在学习知识的过程中掌握科学理论构成的特征，以提高学生的学习能力。将科学理论体系形成模式引入“激光原理与技术”课程的教学体系，可以培养学生缜密的逻辑思维能力，让学生了解“激光原理与技术”课程的体系结构，培养学生的全局观。
3.看图明意，培养学生的逻辑思维能力
课程章节教学图片是按现象—理论—模拟—新现象“四维一体”的研究性教学模式设计的。该教学模式体系符合人们的认识规律，即从实践中来，到实践中去的认识规律。这里的现象就是已知的一些激光现象，理论是指解释上述激光现象的基本理论，模拟是指用计算机来模拟现有的或未知的实验现象，新现象是指利用现有的理论和计算机模拟所预言的新现象（即创新），并通过实验进行验证。指导学生看图说话，可培养学生科学的逻辑思维能力。
4.看图联想，培养学生的创新意识与想象力
大学专业教育的出发点与落脚点是培养学生的创新意识与想象力，“激光原理与技术”课程也不例外。在课程图片设计时，我们将研究问题的基本概念、原理、实验结果的过去、现在及前沿融入进去。在看图说话中，图片是静止的，要化“静”为“动”，就必须启发学生进行合理的想象，对前沿问题即学科发展进行思考，让图片“活”起来。这样通过全面观察，合理想象才能更深入地了解图片内容，丰富图片内容，使图中内容能被学生较为形象、逻辑周密地描述出来。通过这样的联想式训练，学生的创新意识与想象力会不断得到提高。
5.看图写话，培养学生的归纳能力
看图说话的出发点与落脚点是写话，写话是教学活动中培养学生归纳能力的一个重要环节，写话训练是科研创新的基础。学习的重要任务之一是学会学习，掌握科学研究的基本方法与规律。写话就是学生将图片信息用自己的语言描述出来，写话能有效培养学生的学习能力。认识图象，并从中获取准确信息是写话的关键。通过看图写话学生可对课程体系结构有个全面认识，能有效吸引学生的注意力，培养学生的逻辑思维能力、创新意识与想象力、归纳能力等。
二、应用实例
看图说话式教学模式包含三层含义；一是图片设计，二是引导学生看图说话，三是探索与讨论。其中图片设计是关键。下面以三个实例来说明看图说话在“激光原理与技术”课程中的应用。
实例一：第三章 光（电磁场）与物质相互作用
1.图片设计
激光产生的物理基础是光（电磁场）与物质（激光介质）的相互作用，常称物质与双光子的作用。光与物质的相互作用可分为三类：光与组成物质的原子（或离子、分子）内的电子之间的共振相互作用；光与自由电子的相互作用；光与物质的非共振相互作用。本课程只介绍光与组成物质的原子（或离子、分子）内的电子之间的共振相互作用，激光介质的发射光谱具有一定分布与宽度等。这些概念包含在一幅图片中。
2.引导学生看图说话
图片包含以下问题：第一，物质指增益介质（激光工作物质）、双光子指泵浦光光子与信号光光子。泵浦光（波长为λ1）光子为激光器提供能量，信号光（波长为λ2）光子即激光器输出的激光。第二，原子自发辐射的经典电偶极子模型，处于激发态（如激光上能级）的电子具有一定的寿命，其对应的电偶极矩发射的电磁波是衰减的。第三，受激吸收和色散的经典理论基础，受激吸收和色散现象是电磁场与物质原子相互作用的结果。经典理论成功解释了物质对光的吸收与色散现象，定性地说明了原子的自发辐射与谱线宽度。它用的是经典模型，即将电磁辐射与物质用经典方法处理：经典的麦克斯韦方程描述电磁场，原子中的运动电子用电偶极子振荡模型。第四，掺铒光纤自发辐射光谱很宽，且不均匀。除了在1532nm附近有很强的发射峰外，还有一个次发射峰。第五，自发辐射光谱是光与物质相互作用的外部表象，光与物质相互作用是其本质。如何描述这种相互作用是本章的重点。第六，引出本章内容，自发辐射谱、原子自发辐射的经典电偶极子模型、受激吸收和色散的经典理论基础、谱线展宽、谱线加宽对辐射的影响；均匀加宽（自然加宽、碰撞加宽）、非均匀加宽（多普勒加宽）；泵浦过程；激光器的速率方程理论等内容。
3.探索与讨论
讨论学生提出的创新性问题，如展宽对光源相干性的影响等。
实例二：第二章 光学谐振腔
1.图片设计
光学谐振腔是构成激光器的三大组成部分之一。本章图片包括如下内容：各类光学谐振腔结构，光线在谐振腔内的传播情形，谐振腔对光波的衍射，高斯光束空间特性，连续与脉冲波入射时单模光纤FP腔的输出谱，谐振腔的稳区图，高斯光束及其变换，谐振腔本征模式谱，谐振腔的谐振频率等。
2.引导学生看图说话
按课程行进过程方向引导学生看图说话，先看图中的连续与脉冲波入射时单模光纤FP腔的输出谱，从具体的实验现象入手，引出现象描述的理论模型——几何光学模型与波动光学模型。几何光学模型按光线传输规律—光线在谐振腔内传播—谐振腔的稳定性—谐振腔损耗与Q值—谐振腔的稳区图—谐振腔设计—高斯光束及其变换规律程式进行学习；波动光学模型按衍射理论—自再现概念—谐振腔本征模式的概念—谐振腔的谐振频率—谐振腔的衍射积分理论程式进行。最后介绍FP腔的理论模型，并与课程开始的实验结果进行比较。至此，本章教学过程结束。
3.探索与讨论
讨论学生提出的创新性问题，如用光纤光栅构成谐振腔等。
实例三：第四章 连续与脉冲激光器工作特性
1.图片设计
激光器按其工作方式可分为连续激光器与脉冲激光器两类。连续激光器中各能级的粒子数及腔内辐射场均具有稳定分布，增益饱和行为是形成稳定状态的关键。本章图片包括如下内容：连续激光器的实验研究步骤，增益饱和，“烧孔”效应，模式竞争谱，激光的线宽极限，脉冲激光器实验结果等。
2.引导学生看图说话
按课程行进过程方向引导学生看图说话，先看连续激光器实验研究步骤与结果图片，从具体的实验现象入手，引出解释现象的理论模型——速率方程理论，通过求解三（四）能级的速率方程，介绍增益和增益饱和概念，分析激光器的振荡条件、模式竞争效应、“烧孔”效应、输出功率、激光放大器净增益系数以及激光的线宽极限等。再看脉冲激光器实验研究步骤与结果图片，引出解释现象的理论模型——多模振荡的速率方程，讨论脉冲激光器的工作特性。
3.探索与讨论
讨论学生提出的创新性问题，如用光纤激光器的输出特性等。
三、结束语
以光（电磁场）与物质相互作用、光学谐振腔及连续与脉冲激光器工作特性三章的教学活动为例介绍了看图说话教学模式在“激光原理与技术”中的应用。在看图说话教学模式中，学生是教学活动的主体，处于主动地位，老师处于被支配地位。该教学模式能有效地吸引学生的注意力，培养学生的全局观、逻辑思维能力、创新意识与想象力以及归纳能力。实践证明，看图说话教学模式能有效地提高学生的学习能力与创新能力。下一步，我们将对看图说话式教学模式的三个要素进行深入研究，形成一定特色。
参考文献：
[1]袁杰,等.浅谈在本科生基础课程《激光原理》教学中的几点体会[J].中国科教创新导刊,2009,(34):94.
[2]田来科,白晋涛,董庆彦.激光原理的立体化教学探索[J].高等理科教育,2003,(S2):118-120.
[3]吕珍龙,巩晓阳.数值模拟在激光原理教学中的应用[J].中国科教创新导刊,2008,(7):222.
[4]董向前.看图说话与学生能力的发展[J].文学教育,2009,(16):114.
[5]吴克淑.浅谈看图说话写话七步法教学[J].新课程研究(基础教育),2010,(10):49-50.
（责任编辑：麻剑飞）