開放式教學在《光纖通信》課程中的實踐與探索

摘要 作為光信息科學與技術專業本科生的一門專業課，光纖通信課程涵蓋的知識面廣，需要的學習基礎較多，一些前沿的研究領域知識更新速度很快，因此教與學的難度都很大。本文作者在注重基礎知識講解和實驗教學的同時，也探索了開放式教學方法，引導學生主動探索、研究，獲取知識，近兩年的實踐表明，教學效果取得顯著提升。

關鍵詞 光纖通信 教學方法 開放式教學

中圖分類號： G424文獻標識碼：A

Practice and Research of Open Teaching in \" Fiber Communication\" Course

WANG Zhanxin

(Xuzhou Normal University， School of Physics and Electronic Engineer， Xuzhou， Jiangsu 221116)

AbstractAs a specialized course of undergraduate students majored in optical information and technology， the course of fiber communication covers wide knowledge area， needs much background knowledge， and has rapid knowledge update in some frontier research area. Therefore， it is very difficult to teach and study. While I teaching this course by emphasizing fundamental knowledge and experiments， I explores the method of open teaching to guide the students initiative study and research. Practice shows better results in teaching can be obtained.

Key wordsfiber communication; teaching method; open teaching

0 引言

自1966年高錕博士提出了光纖通信概念以來，光纖通信技術的發展超乎了所有人的想象。目前，光纖通信已經遍布世界各地，它已經取代了電通信而成為現代通信網的主要支柱。①因此，許多高校都紛紛開設了光纖通信課程，以滿足社會對相關人才的需求。光纖通信是一門綜合性很強的學科，理論性強，知識面廣，學習該門課程的學生的知識結構和層次不盡相同，這給教學帶來了很大困難，也使很多學生對該門課程的學習無從下手。作為一門新興的課程，如何針對本科生的實際情況進行教學，是一個值得探討的課題。

最近，一些教師針對自己所在學校的教學實際，提出了一些很好的教學方法，②③本文結合徐州師范大學光信息科學與技術專業的本科教學實際，簡要介紹了作者針對該門課程所采用的開放式教學方法的一些實際經驗，希望能對今后該門課程的教學工作有所幫助。

徐州師范大學針對目前國家對應用型人才的大量需求，加大了《光纖通信》課程的學時量，采用51+16課程體系，即理論課51學時、實驗課16學時共8個代表性實驗，理論講解與實驗操作同時進行。課程的主教材采用了袁國良編著的《光纖通信原理》，采用了開放式教學方法進行講授，實踐表明：學生很歡迎這種教學形式，教學效果也較好。

1 基礎知識教學

基礎知識部分主要包括三個主要部分，即光纖的性質、光源和光電檢測器的工作原理以及無源光器件的原理和作用。下面分別介紹這三部分的教學過程。

光纖的性質部分安排了大約15學時，是一個十分重要的內容。教師在課堂上主要講授了光纖的導光原理、階躍型光纖的模式理論、以及光纖的色散、損耗和自相位調制效應的基本概念，需要大約8學時。考慮到色散、損耗和自相位調制對于理解光纖的通信容量和傳輸帶寬十分重要，學生又是初次接觸這些概念，理解上有困難，筆者在講述完這些概念后，引入了描述光脈沖在光纖中傳輸的非線性方程。

在介紹了該傳輸方程各部分描述的內容后，讓學生自己查閱相關的資料，編寫程序對該方程進行求解，并挑選部分同學對他們的數值計算方法和計算結算結果進行講解。從實際的教學結果來看，學生提出了很多新穎的計算方法，包括傅立葉變換法、有限差分法、以及四階Runge-Kutta法等等，提高了學生門的學習興趣，活躍了課堂氣氛，加深了相關內容的理解。

對于光源與光電檢測器工作原理的講授，安排了大約10學時。考慮到學生并沒有半導體物理和量子力學的基礎知識，我從直觀上簡單介紹了半導體材料的能級結構后，馬上以同質結和異質結半導體激光器為代表講述激光二極管的發光原理，避免了繁復的理論基礎。然后深入潛出的介紹了半導體材料的光電效應，由此引出了光電檢測器的基本原理。為加深學生對這些重要通信器件工作原理的掌握，讓學生課后調研了目前通信中常用的光源和光電檢測器，并選擇其中一種詳細介紹其工作原理，寫出學習總結。筆者利用課堂時間選取部分同學對他們的調研結果進行簡要講述，每個同學大學花費大約5-10分鐘時間。教師和其他同學可以對講述內容進行提問。經過熱烈的討論，大多數同學都理解了這部分內容。

對于一些無源光器件的工作原理和應用，主要采用教師講授的方法，花費大約4學時，僅作簡要介紹。學生們主要是通過光纖鏈路的實際設計來熟練掌握這些器件。

2 拓展應用教學

這部分主要包括光纖通信系統設計、時分復用和波分復用技術等內容，是光纖通信課程的核心部分，因此安排了25學時進行學習。

自20世紀70年代以來，光纖通信系統進入實用化階段以來，各種各樣的光纖通信系統在世界各地建立起來，逐漸成為電信網的主要傳輸手段。通信系統設計不斷改進的目標是提高信息的傳輸速率和減少中繼站的數量，也可以說是提高光纖的利用效率和降低成本。至今為止，已經采用和正在采用的有價值的傳輸體制主要有兩種，分別是準同步數字傳輸體系(PDH)和同步數字傳輸體系(SDH)，這兩種傳輸體制都是建立在時分復用的基礎上。雖然目前PDH系統已經不是主要的傳輸手段，但它對于理解SDH具有重要價值，而且SDH對于PDH的主要部分是兼容的。因此，對于光纖通信系統設計部分，教師在課堂上應首先講授PDH的基礎內容，包括PCM端機的編碼過程，PDH的數據結構和接口碼的知識，同時要在適當的時機對于時分復用技術的基本原理進行簡要介紹，講授大約花費6學時。在此基礎上，著重介紹SDH的基本原理，主要包括SDH的數據結構和編碼方式以及SDH對PDH所做的一些重要改進的目的和取得的效果。由于SDH是目前電信系統正在采用的傳輸體系，國內外一些著名的通信設備生產商例如華為公司和朗訊公司等都在生產相關的設備，有著廣闊的應用前景，對于打算從事該領域工作的同學來說，是很有幫助的，因此筆者在花費大約6學時進行講授后，采用了開放式教學的方式，讓學生上網或到圖書館查閱相關資料，包括一些著名公司的培訓教材等，以小論文的形式讓學生寫出學習心得和收獲。并讓每一個同學都有機會到講臺上教授他們學到的主要內容。通過這種交流與討論，大部分同學感到很有收獲，從期末考核的結果看，這種開放式教學方法收到了良好的效果。

3 實驗教學

我們使用的湖北眾友科技有限公司生產的光纖通信原理實驗箱用于學生實驗。由于實驗學時有限，我們選作了8個代表性實驗，分別是數字信號光纖傳輸、模擬信號光纖傳輸、單模和多模光纖的損耗測試、光纖通信系統線路碼型CMI編譯碼、時分復用技術、PCM編譯碼、激光二極管P-I特性測試等實驗，通過這些實驗，學生對于光纖通信有了直覺印象，對一些專業知識和概念不在感到神秘和陌生，對于理論課的教學起到了很好的輔助作用。一些對該課程感興趣的同學還利用業余時間進行了一些其它的實驗，獲得了良好的教學效果。

注釋

①袁國良.光纖通信原理[M].北京:清華大學出版社，2004.

②黃震，畢衛紅，張保軍，盧啟柱，齊躍峰.光纖通信教學實踐與總結[J].教學研究，2011.34(3):58-59.

③田國棟.光纖通信技術“教學做一體化”教學模式研究與探討[J].價值工程，2010(35).