“光纖通信”課程教學改革與探索

摘要：“光纖通信”是通信、電子科學專業(yè)的主干專業(yè)課，課程的特點是涉及到的知識面廣泛，理論性、實用性強。對“光纖通信”課程教學現(xiàn)狀和存在的問題進行了分析，從教學方法、教學內(nèi)容、評價體系和實驗教學及硬件建設方面進行改革與探索。

關鍵詞：光纖通信；課程教學；教學改革

作者簡介：翟鳳瀟（1979-），男，河南永城人，鄭州輕工業(yè)學院物理電子工程學院，講師；郝蘊琦（1985-），女，河南扶溝人，鄭州輕工業(yè)學院物理與電子工程學院，講師。（河南 鄭州 450002）

基金項目：本文系鄭州輕工業(yè)學院第十批教改項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0144-02

自從英（美）籍華人科學家高錕提出光纖用于通信領域之后，光纖通信技術以其獨特的特點和優(yōu)勢得到了前所未有的快速發(fā)展。[1]我國光通信設備產(chǎn)業(yè)近年來—直保持較高增長速度，成為中國發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一。現(xiàn)在國家級的電信網(wǎng)骨干主要采用光纖通信系統(tǒng)，而光纖通信技術已深入到社會生活的各個層面，成為現(xiàn)代社會重要的關鍵基礎設施。特別是2013年8月17日，國務院印發(fā)了“寬帶中國”戰(zhàn)略及實施方案的通知，必將對我國光纖通信技術發(fā)展起到了巨大的推動作用，也會對光纖通信人才培養(yǎng)產(chǎn)生影響。由于光纖通信技術在社會生活中占據(jù)的重要地位，因此“光纖通信”課程近年來一直作為國內(nèi)外高校通信、電子學科的重點專業(yè)課程及相關專業(yè)的選修課程。這門課程系統(tǒng)主要介紹了光纖通信理論和技術。課程要求是通過這門課程的學習，可以使學生掌握光纖通信技術的基本原理、光纖通信系統(tǒng)的基本構成以及系統(tǒng)設計方法，了解光纖通信技術的實際應用和最新發(fā)展方向，為學生畢業(yè)后能夠從事光纖數(shù)字通信設備的操作、維護、設計、施工或繼續(xù)深造打下良好的基礎。“光纖通信”作為一門應用性很強的課程，在實際課程教學中存在諸多問題。關于“光纖通信”課程理論與實踐教學改革成為各高校研究的問題。[2-5]本文將從教學現(xiàn)狀及存在的主要問題出發(fā)，對該課程的教學改革進行探討。

一、“光纖通信”課程存在的問題

作為電子科學技術專業(yè)一門主要專業(yè)課，其特點是光纖通信科學技術發(fā)展迅速，新理論和新技術不斷產(chǎn)生和發(fā)展。這需要及時更新教學實驗內(nèi)容、改革教學方法。由于種種原因，“光纖通信”這門課程在實際教學過程中存在諸多問題，主要表現(xiàn)在以下方面：

第一，從授課方面來看在傳統(tǒng)的教學模式下，一般都是按照教材的自然順序按部就班地進行講解，由于本課程公式多、表格多、圖形多，并且在課堂授課中，教師需在黑板上做大量的數(shù)學分析推導，課堂教學中過多的公式推導、證明導致課堂氣氛沉悶，教學效果不佳。另外，課程成績考核方式比較單一。目前“光纖通信”原理課程的考核多采取傳統(tǒng)閉卷考試方式，考試內(nèi)容以理論知識為主，導致學生的學習方法呆板，習慣死記硬背，表現(xiàn)出綜合應用知識能力比較欠缺，不能充分反映出學生對課程知識進行融會貫通、創(chuàng)新思維解決實際問題的能力。以上原因都極大打擊了學生學習的積極性。

第二，實踐性教學環(huán)節(jié)欠缺。在工科院校“光纖通信”教學實踐的過程中，實踐教學環(huán)節(jié)向來是一個短板。隨著光纖通信的新理論和新技術不斷產(chǎn)生和發(fā)展，實驗硬件更新升級落后、實驗設備陳舊、實驗項目單一、實驗內(nèi)容老化等原因，教學內(nèi)容已經(jīng)落后于光纖通信技術的發(fā)展。另外，采用封裝性強、集成化程度實驗箱型的實驗方式在方便操作的同時卻無法讓學生深入了解光纖通信系統(tǒng)全貌。實踐教學很難達到培養(yǎng)學生動手能力的目的，導致學生普遍對實驗教學認識不足，嚴重影響了實驗教學質(zhì)量和效果。

第三，由于光纖通信技術涉及的物理基礎知識較多如場論、光學原理、通信技術、激光技術等。故在學習本課程之前，學生應先修這些課程。但是由于這些課程本身都有比較深的難度，所以不少學生很難全面掌握。例如研究光纖中的模式分布通常是在圓柱坐標系下用分離變量法解給定邊界條件下的亥姆霍茲方程來完成，要求學生有較好的數(shù)學功底和電磁波方面的知識，如果基礎知識不夠扎實這部分的學習就會出現(xiàn)困難。學生對知識的掌握僅僅限于簡單地背結論、公式，做計算題。學生不了解理論的工程應用意義，不具體分析問題，導致學生對課程認識不足，出現(xiàn)不知道學了有什么用的現(xiàn)象，這些問題會使得學生逐步失去對這門課程的興趣。

二、“光纖通信”課程的教學改革思路

鑒于教學現(xiàn)狀和存在的問題，對“光纖通信”課程的教學內(nèi)容和體系改革非常重要。下面將從教學內(nèi)容、教學方法以及實驗領域進行改革探索，在教學過程中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，為學生圓滿完成學業(yè)打下堅實的基礎。

1.創(chuàng)新教學方法

在授課的過程中應摒棄傳統(tǒng)教學方法缺點，充分利用計算機多媒體技術在現(xiàn)代教育中的優(yōu)勢。從教學目標出發(fā)選擇教學內(nèi)容，把握理論上的度，對課程進行準確定位，突出技術實質(zhì)。根據(jù)不同的教學內(nèi)容精心制作教學課件，在講課程前言和緒論部分宜采用聲情并茂的圖文、視頻展示，突出基本理論基本分析方法和知識的應用，讓學生在首次接觸該課程時，接觸到一個開闊的視野，有生動的發(fā)展歷史和鮮活的應用基礎，而不是讓其產(chǎn)生理論堆積的錯覺。在講授光源時，采用flash動畫來演示受激輻射機理。在講授光纖無源（有源）器件時，可以現(xiàn)場演示一些器件。根據(jù)課程內(nèi)容，把課程涉及的知識分成若干主題，如“低損耗光纖研究現(xiàn)狀及進展”、“摻Er光纖放大器”、“光無源器件及市場調(diào)查”、“基于光纖傳感器的研究進展”、“光纖通信的發(fā)展趨勢”等。把班級學生分成若干小組，每組負責一個主題，查閱相關文獻資料。當講授先關內(nèi)容時，小組負責人把寫出的調(diào)查研究報告，以ppt的形式進行報告。這不僅可以拓寬學生的視野，提高學生獲取資料的能力，也極大的調(diào)動了學習的積極性。讓學生參與到教學中來，充分發(fā)揮以教師為主導，以學生為主體的作用。這些教學方法學生參與度高，為學生以后的畢業(yè)設計以及研究生學習奠定了良好的基礎。這些教學手段改變了以往課堂教學氣氛沉悶的現(xiàn)象，刺激了學生求知、探索的興趣和激情。

2.優(yōu)化教學內(nèi)容

在教學內(nèi)容上既要重視課程的理論性，也要強調(diào)課程的工程實用性。光纖課程的理論較多，在理論課講授時，面面俱到，都講深入也是不切實際的。這就要求對課程教學過程中抓住重點、突破難點，做到詳略得當、主次分明。對于學生反映掌握比較困難的理論，可以適當?shù)卦谡n前進行一些知識的補充。比如在理論推導中用到的一些高等數(shù)學知識、電磁場理論中的麥克斯韋方程、導波光學等。這些可以讓學生課前預習，在課堂上教師進行回顧復習來達到鞏固知識的目的，這樣學生在學習新的課程內(nèi)容就顯得容易接受了。在教學中，既注重理論分析的嚴謹性，又在一些理論分析難度較大的內(nèi)容上，結合物理意義以簡化分析，以突出“光纖通信”課程理論性和系統(tǒng)性強的特點。適當增加新技術、新理論的課時，使學生更多了解最新技術發(fā)展動態(tài)。比如在分析光纖中傳輸模式時候，可以不必要去細致分析每一步的公式推導，只需把結論及其物理含義進行解釋。由于公式中用到了貝塞爾函數(shù)，函數(shù)的解比較復雜，對于方程的解可以利用計算機完成，尤其是相關計算機軟件比如matlab具有可視化功能，[6]由學生自己動手編程解方程和繪圖，既可以降低教師在教學中的勞動量還可以加深學生對知識的掌握和理解。

3.加強實驗教學項目及硬件建設

“光纖通信”原理課程是一門理論性及實踐性很強的課程，因此必須加強和改進“光纖通信”課程的實踐環(huán)境教學內(nèi)容，突出本課程重實踐、強能力的培養(yǎng)特色。實驗建設和實驗教學的重視和完善，有利于培養(yǎng)和提高通信工程類大學本科生的應用能力、創(chuàng)新能力和科研能力。

光纖通信技術發(fā)展十分迅速，這使得教學內(nèi)容更新周期越來越短，結合工程實際越來越密切。光纖通信的實驗教學環(huán)節(jié)隨著學科的發(fā)展顯得越來越重要。由于實驗硬件建設需要投入的資金較多，許多院校在實驗教學環(huán)節(jié)嚴重落后于光纖通信技術的快速發(fā)展。因此在實驗硬件建設方面，亟待改善實驗教學條件，加大經(jīng)費投入。逐步開設多層次實驗教學項目如基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗等。基礎性實驗以驗證內(nèi)容為主，例如采用大恒光電GCS-FIB光纖技術基礎綜合實驗平臺進行“數(shù)值孔徑測量”、“光纖準直”等實驗。綜合性實驗對學生綜合知識提出更高要求，例如“自組光纖馬赫-曾德干涉儀”要求學生對馬赫-曾德干涉儀有深入的理解，同時要有較強的動手能力。創(chuàng)新性實驗主要結合教師的科研項目以及大學生創(chuàng)新項目，有興趣的學生可以進行此類研究性實驗。考慮到實驗建設資金限制，對于一些實驗可以用軟件模擬的方式進行驗證，例如“光纖中模式的傳輸”、“光的偏振狀態(tài)”可以采用matlab可視化模擬的方法驗證，這些實驗可以由學生參與程序的編寫，提高學生對所學內(nèi)容的理解。學生參加實驗建設活動，可以在其課程成績中給予體現(xiàn)，以提高學生參加的熱情和積極性。

4.建立全面的評價體系

重理論，輕實踐，重結果，輕過程是傳統(tǒng)評價方式的特點。因此建立能夠反映學習本課程情況的全面評價體系十分必要。建議提高學生學習過程的成績比重，提高學生實驗部分的成績比重。在理論課成績部分可以采用期末考試、主題報告、課堂討論幾項成績的綜合方法，這充分體現(xiàn)了學生的學習過程和學習效果。實驗成績采用包括基礎實驗、綜合性實驗和設計性實驗以及模擬實驗建設部分組成。對于設計性實驗要有更高的要求，實驗結果按照科技論文的形式撰寫，為學生后期的畢業(yè)論文和研究生學習打下基礎。總而言之，建立全面的考核評價體系有助于全面考查學生對課程的學習情況，激發(fā)學生學習的積極性。

三、結束語

“光纖通信”是一門多學科交叉的理論性和實踐性都很強的課程，在教學過程中，做到理論教學和實踐教學并重。通過這門課的學習使學生成為知識面寬，實踐能力強和具有創(chuàng)新能力的技術人才，這需要在“光纖通信”課程的教學方法、教學內(nèi)容、實踐環(huán)節(jié)等方面進行改革和探索。

參考文獻：

[1]白顯東.光纖通信技術特點及未來發(fā)展趨勢[J].電腦知識與技術，2012，（34）.

[2]譚振建，王志明，洪梅.《光纖通信》課程體系的思考實踐[J].南京工程學院學報（社會科學版），2006，（2）.

[3]龍青云，左敬龍，肖明.基于大工程觀的光纖通信實驗教學改革探索[J].實驗室研究與探索，2012，（8）.

[4]耿濤，冉天綱.基于項目式的光纖通信實驗教學改革[J].實驗室科學，2011，（5）.

[5]黃永清，陳雪，李蔚，等.“光纖通信”課程的教學改革[J].電氣電子教學學報，2010，（6）.

[6]鄭阿奇，曹弋，趙陽.Matlab實用教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

（責任編輯：王意琴）