《光纖通信技術(shù)》課程教學(xué)探討

李亞捷 唐清善

摘要：本文從如何構(gòu)建學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)模式，如何將軟件仿真與理論教學(xué)相結(jié)合、將科研成果與課堂教學(xué)相結(jié)合，以及多樣化考核方式的運(yùn)用這幾方面對(duì)課程教學(xué)方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：光纖通信；教學(xué)模式；考核方式

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）08-0083-02

伴隨著激光器和光纖的發(fā)明，解決了光源和傳輸媒質(zhì)兩大問(wèn)題，“以激光為載波、光纖為傳輸介質(zhì)”的新型通信技術(shù)——光纖通信在全球迅猛發(fā)展。基于此背景，各高校的光電專業(yè)本科生均開設(shè)了《光纖通信技術(shù)》課程[1-2]，我校光電信息科學(xué)與工程專業(yè)也在第六學(xué)期開設(shè)了該專業(yè)課，為學(xué)生今后的考研或是就業(yè)進(jìn)一步擴(kuò)寬知識(shí)面。本文將從以下幾方面對(duì)課程教學(xué)方法進(jìn)行探討。

一、“老師引導(dǎo)—學(xué)生主動(dòng)思考學(xué)習(xí)”教學(xué)模式的構(gòu)建

再給出幾個(gè)思考題示例：

1.給出P-I曲線圖，對(duì)應(yīng)電信號(hào)波形畫出輸出光信號(hào)波形圖，并判斷該圖是LD還是LED的P-I曲線圖。

2.教材中P92的圖4.20的四條曲線中，為何兩條標(biāo)注APD的曲線恒在兩條標(biāo)注PIN的曲線下方？

3.在時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中，不同用戶數(shù)據(jù)在時(shí)域上是否可以重疊？為什么？在波分復(fù)用系統(tǒng)中，不同用戶數(shù)據(jù)在時(shí)域上是否可以重疊？為什么？

無(wú)論是在課前預(yù)習(xí)、課堂講授還是課后復(fù)習(xí)，學(xué)生均可依照該思考題庫(kù)為提綱，自主學(xué)習(xí)。

二、軟件仿真與理論教學(xué)相結(jié)合

該課程教學(xué)內(nèi)容工程應(yīng)用性較強(qiáng)，僅靠理論性的講解，學(xué)生對(duì)知識(shí)缺乏直觀的理解和運(yùn)用，借助于仿真軟件可以很好的解決這一問(wèn)題。在教學(xué)過(guò)程中，利用Optisystem軟件豐富的元件庫(kù)，設(shè)置了多個(gè)工程應(yīng)用綜合性實(shí)驗(yàn)類習(xí)題，課堂學(xué)時(shí)有限，要求學(xué)生課下完成，題目示例如下：

1.接收機(jī)性能分析。主要研究信號(hào)傳輸速率、光電探測(cè)器種類、探測(cè)器噪聲對(duì)接收機(jī)靈敏度的影響。

2.EDFA性能分析。主要研究泵浦光功率、信號(hào)光功率、信號(hào)光波長(zhǎng)、鉺光纖長(zhǎng)度和摻雜濃度對(duì)器件增益性能的影響。

3.利用脈沖時(shí)延法測(cè)量光纖色散系數(shù)（測(cè)量系統(tǒng)如圖2所示）。

4.利用半導(dǎo)體光放大器（SOA）實(shí)現(xiàn)全光波長(zhǎng)變換。并研究信號(hào)光功率、連續(xù)光功率、SOA驅(qū)動(dòng)電流這三個(gè)因素對(duì)變換波形的影響。

作業(yè)僅給出題目和研究方向，學(xué)生自主選擇元件搭建系統(tǒng)，完成作業(yè)的過(guò)程也是對(duì)理論知識(shí)一個(gè)很好的實(shí)際運(yùn)用過(guò)程。不同同學(xué)搭建的系統(tǒng)會(huì)有差異，測(cè)量結(jié)果也會(huì)有差異，不同的答案拿到課堂來(lái)討論，每次討論的氣氛很活躍，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，學(xué)生收獲頗豐。

三、科研成果與課堂教學(xué)相結(jié)合

筆者有多年該方向的科研經(jīng)歷，積累了豐富的科研素材，講課過(guò)程中會(huì)將與教材知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的各類實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)融入教學(xué)內(nèi)容，不僅豐富了課堂教學(xué)，而且能使學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)有更深刻的理解。如在講光源直接調(diào)制時(shí)，會(huì)給出驅(qū)動(dòng)電流、管殼溫度、調(diào)制速率對(duì)激光器輸出信號(hào)波長(zhǎng)影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，很好地驗(yàn)證了教材給出的各項(xiàng)結(jié)論。針對(duì)“激光器動(dòng)態(tài)譜線展寬”這一調(diào)制特性，圖3給出了對(duì)同一臺(tái)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行直接強(qiáng)度調(diào)制時(shí)，驅(qū)動(dòng)電信號(hào)分別為直流和17MHz正弦波時(shí)采集的激光器輸出光譜圖，從采集的光譜圖中可明顯觀察到當(dāng)電信號(hào)由直流變?yōu)榻涣鲿r(shí)，譜線也由單縱模振蕩變?yōu)槎嗫v模振蕩。借助于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使學(xué)生對(duì)“動(dòng)態(tài)譜線展寬”有了更準(zhǔn)確的理解。

講“光開關(guān)”這一無(wú)源器件時(shí)，學(xué)生往往較難把握此處“開-關(guān)”的準(zhǔn)確含義，筆者會(huì)給出“基于SOA的全光開關(guān)”和“基于SOA的電開關(guān)”實(shí)驗(yàn)波形圖，讓同學(xué)明白光開關(guān)僅僅是實(shí)現(xiàn)光信號(hào)空間傳輸路徑的切換，而非“光能量意義上的通和斷”。而對(duì)“光交換技術(shù)”這一節(jié)內(nèi)容，需讓學(xué)生深入理解“進(jìn)行光交換的目的和實(shí)現(xiàn)光交換的手段”這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)，筆者此時(shí)會(huì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室搭建的全光包交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行講解，展示網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)包波形圖，讓學(xué)生直觀的來(lái)感受光交換的目的和方法，較為抽象的理論知識(shí)和實(shí)際運(yùn)用快速結(jié)合，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

四、考核方式多樣化

在課程考核方式上，將期末集總的單次試卷考核改為與教學(xué)過(guò)程緊密聯(lián)系的分散考核，考核內(nèi)容由三個(gè)模塊構(gòu)成：小測(cè)試+仿真實(shí)驗(yàn)+知識(shí)講解。針對(duì)教學(xué)內(nèi)容的不同特點(diǎn)采用不同的考核模塊。其中小測(cè)試主要是圍繞量化計(jì)算的知識(shí)點(diǎn)來(lái)考查學(xué)生的掌握程度，如“光纖導(dǎo)光原理和傳輸特性、系統(tǒng)的預(yù)算設(shè)計(jì)”等這類知識(shí)點(diǎn)；仿真實(shí)驗(yàn)則注重學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，如前面提到的利用Optisystem軟件來(lái)完成的多個(gè)工程應(yīng)用綜合性實(shí)驗(yàn)類習(xí)題；而知識(shí)講解則是針對(duì)難度系數(shù)相對(duì)較低的知識(shí)點(diǎn)，如第一章概論、2.4光纜以及7.2光波分復(fù)用技術(shù)等，可以采用課下預(yù)習(xí)、教師提問(wèn)、學(xué)生分組講解的形式來(lái)進(jìn)行。

五、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)《光纖通信技術(shù)》課程多年的教學(xué)實(shí)踐和總結(jié)，從以上四個(gè)方面對(duì)課程教學(xué)方法進(jìn)行了探討。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，課堂教學(xué)的內(nèi)容和方法仍需不斷提煉和改進(jìn)，以便取得更好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃永，清陳雪.“光纖通信”課程的教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（6）：12-13

[2]駱文，張慶堂.《光纖通信》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，7（2）：368-369