光纖通信教學實踐與總結

[摘要]光纖通信課程知識體系龐大、理論復雜，內容更新速度快。為了開闊學生視野、和科技前沿保持同步，課程安排在基礎知識理論教學的前提下，增加課程論文撰寫和講解的方式激勵學生主動地自己學習。軟件仿真作為實驗教學的補充，可以進一步提高基礎知識的掌握程度。經過兩年的實踐探索，教學改革取得了滿意的成果。

[關鍵詞]光纖通信；教學研究；主動式教學；仿真

[中圖分類號]G642.44 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634(2011)03-0058-02

0 引言

光纖通信系統以其巨大的帶寬、優良的傳輸特性已成為信息社會最主要的通信傳輸手段。光纖通信課程是電子信息、通信工程、光電子等專業的重要專業課。課程特點是理論部分難度大、內容更新快、工程性強，并涉及許多現代通信設備。但現實情況是教材和實驗設備落后行業發展節奏，并且課程學時還在不斷的削減。因此，利用有限的學時，將課程的基礎知識和光纖通信發展前沿有效地講授給學生，是教學工作者面臨的嚴峻問題。

燕山大學光纖通信課程，在理論教學部分通過撰寫課程論文的方式引入主動式教學方法，使學生積極主動地參與教學活動，保持與前沿知識同步。實踐教學部分除了利用光纖通信實驗箱開出的固定的基礎實驗之外，還通過光纖通信仿真軟件Op—tiSystem，對實驗設備無法滿足的實驗進行仿真驗證。經過兩屆學生的教學改革實踐探索，取得了滿意的教學效果，學生們也非常歡迎這種教學形式。

1 理論教學

燕山大學《光纖通信》課程教學安排為32／10，即總學時為32，其中包括10學時的5個基礎實驗。《光纖通信》課的理論難度大、知識體系龐大復雜，利用22學時不可能達到全面和深入學習的目的。筆者的做法是以光纖通信鏈路為主線，講解光纖通信系統的主要和基礎部分。然后通過論文的形式，鼓勵學生自學光纖通信的先進技術。

光纖鏈路是光纖通信系統的基礎部分，主要包括光纖、以光源為核心的光發送機和以光探測器為核心的光接收機。首先通過主題的方式依次講解這三部分內容的原理、結構和主要參數。然后講光纖鏈路的設計，主要是功率預算和帶寬預算。上述內容屬于基礎內容，必須在課程中詳細講解。由光纖鏈路設計的結論，即限制傳輸距離和帶寬的主要因素分別為衰減和色散，引出彌補衰減的光中繼和光放大器，以及通過色散補償光纖、啁啾光纖光柵等方法對系統色散進行補償和控制的色散管理技術。總體安排如圖1所示。

課程開始講光纖通信發展史之后，馬上介紹當今光纖通信系統相關的成熟的、新的技術，比如波分復用技術，SDH通信系統和光孤子通信技術等等。當然僅僅是簡要的介紹，目的在于激發學生的興趣和開闊學生的視野。并在課程開始就留下光纖通信論文的任務和要求。一定要明確論文的要求和給分依據。論文內容要求是和光纖通信有關的知識點，主要是課上沒有講過的內容或者是課上內容的深入，內容不需要太多、太廣。為了避免學生被動的在網上或者書上照抄，甚至都不閱讀的情況發生，論文的內容和格式只占成績的60％，另外的40％主要是論文的講解。也就是說，學生需要在課堂上將論文內容做簡要的介紹。這也是為什么圖1所示課程安排的授課只有19學時，剩余3學時留給學生講解論文。論文講解過程中，根據學生的言談舉止、PPT幻燈片制作水平和板書設計給出相應的40％成績。另外為了激發學生的積極性，減少學生的負擔，論文環節應該占期末總成績比較高的比例，如50％。

每個學生大約有2至3分鐘的時間來講解論文，3個班級大約需要3個學時的時間。當然，2、3分鐘并不能講的很全面和深入。這也不是課程安排的初衷，關鍵在于學生在準備論文講解的過程中，需要對論文的內容進行全面和深入的學習和理解。這也是學生主動學習專業相關知識的關鍵所在。并且這個過程對于增強學生的資料查找能力、獨立解決問題的能力都有幫助，也為最后的畢業設計答辯做了一個預演。實踐證明90％的學生都可以按照要求書寫論文，論文內容主要是課上沒有講過的內容，如光孤子通信原理、相干光通信、光開關原理等等。并且，70％的學生都認真制作了PPT，有些同學還準備了板書。在論文講解過程中可以非常清晰的感覺到大多數學生的確認真準備了。總體上取得了滿意的教學效果。

2 實踐教學

光纖通信系統發展迅速，設備更新快也比較昂貴。實驗室擁有的實驗設備往往只能滿足幾個固定的基礎實驗，不能充分地體現光纖通信系統的優勢。為此，燕山大學在5個實驗的基礎上，增加了為時2周的課程設計。課程設計包括兩部分內容，一部分是硬件設計，即設計語音光纖鏈路，主要包括光發送和光接收的電路設計和光纖鏈路的調試。但還是不能充分地體現光纖通信系統的傳輸距離遠和高帶寬的優勢，以及相關參數對系統性能的影響。為此在改革過程中，增加了軟件仿真環節。比如光纖鏈路的衰減與通信質量或誤碼率之間的關系，調整那些參數改善性能等問題，可以方便的利用軟件仿真結果說明。

圖2所示是一個速率為2.5GBits／s的間接調制光纖鏈路，通過掃描衰減器(Attenuator)的參數，仿真計算了系統誤碼率和對應眼圖。根據仿真過程和結果，可以直觀形象的表明衰減對誤碼率的影響，以及誤碼率和眼圖的對應關系。利用軟件仿真的方式，可以比較直觀形象地掌握各個參數對光纖鏈路或通信系統的性能影響，彌補實驗設備的局限性，開闊學生的視野和知識面。

3 結束語

利用寫論文的方式激勵學生主動學習新的知識。論文成績應該在總成績中占比較高的比例，這樣能更好的激發學生的積極性，而不增加學生的負擔。為了確保主動學習落到實處，需要增加論文講解環節加以督促。在實踐環節增加軟件仿真內容符合光纖通信行業特點，可以開闊學生眼界，并為將來從事相關工作打下基礎。理論和實踐教學改革措施經過兩年的運行驗證，獲得了學生和老師的好評。筆者的工作中還有需要改進的地方，希望同仁提出寶貴意見和建議。