“寬帶光網絡”課程教學改革思路與方案

李泳成，李 軍，沈綱祥

（蘇州大學 電子信息學院，江蘇 蘇州 215006）

引言

寬帶網絡是我國經濟社會發展的戰略性公共基礎設施，加速了傳統產業的數字化、信息化轉型升級，推動了我國互聯網經濟的快速發展。目前，寬帶網絡已全面進入光網絡（即寬帶光網絡）時代，并進一步向千兆光網絡持續演進。2021年，我國工業和信息化部印發了《“雙千兆”網絡協同發展行動計劃（2021—2023年）》，明確了擴大千兆光網覆蓋范圍，提升骨干傳輸網絡承載能力的目標［1］。因此，培養理論基礎扎實、實踐能力過硬的寬帶光網絡領域高質量創新型、應用型專業人才，符合我國重大發展戰略需求，對于我國經濟社會的數字化發展具有重要的現實意義。

“寬帶光網絡”是高等院校面向研究生開設的專業課程，是寬帶光網絡高素質人才培養的核心要素。該課程教學質量將直接決定寬帶光網絡領域專業人才的培養質量。然而，受教學內容老舊、理論知識抽象和實踐教學困難等難點制約，“寬帶光網絡”課程的教學一直存在學生學習興趣不強、課堂教學質量不佳、理論知識與產業需求聯系不足等問題，在促進學生創新能力和應用才干的培養方面存在不足。

因此，本文將以提高研究生課程教學質量為目標，將寬帶光網絡課程教學改革作為切入點，圍繞學術研究賦能、校企合作賦能和數字應用賦能三大核心思路，提出高效可行的課程教學改革方案，突破內容難點、抽象難點和實踐難點，為培養符合我國未來寬帶光網絡建設需求的高質量創新型、應用型專業人才提供新思路和新方法。

一、“寬帶光網絡”教學存在問題

“寬帶光網絡”課程講授內容主要包括光網絡元器件、光層中的客戶層、波分復用光網絡、網絡優化設計技術、網絡管理與控制技術、網絡生存性技術、光接入網技術、光交換技術等。該課程教學內容涉及大量的光器件和光網絡關鍵技術，既需要講解宏觀的光網絡體系架構，又需要學習微觀的光網絡協議、算法、策略等理論知識，呈現出繁復、枯燥、抽象等特征。經過仔細分析，我們認為目前傳統的“寬帶光網絡”課程教學主要存在以下問題。

（一）教學內容陳舊

“寬帶光網絡”課程配套的教學書籍資源匱乏，教學內容陳舊，已不能滿足當下學生的學習需求。“寬帶光網絡”中文教材本就十分稀缺，可用的教材主要是由電子工業出版社出版，Ramaswami等人撰寫，徐安士等人翻譯的《光網絡》（第三版）［2］。《光網絡》共有三個版本，第一版最早發表于1998年，距今已經超過23年。該書作為課程教材存在兩大關鍵問題：第一，書籍內容大量翻譯原文，書中的內容組織結構不符合中文教學習慣，教學內容邏輯性和連接性上存在不足，知識脈絡不夠清晰，這對于教師的教學和學生的學習都造成了一定的困擾。第二，書中的教學內容比較陳舊，與光網絡發展前沿存在鴻溝，缺乏對于寬帶光網絡關鍵技術的最新研究進展的介紹，無法滿足學生通過“寬帶光網絡”課程學習指導所從事科學研究的實際需求。教學內容陳舊最終造成了“寬帶光網絡”課程教學的內容難點。

（二）理論知識抽象

“寬帶光網絡”課程所要教授的光網絡關鍵技術內容包含大量的協議、算法、策略和模型，這些教學內容都屬于基礎理論知識范疇，內容枯燥，結論抽象，理解困難，給教師教學和學生學習都帶來了一定的挑戰。例如，光的復用技術涉及時分復用、波分復用和碼分復用技術，這三種復用技術的講解主要包括各復用技術工作原理、特點與作用，這些知識都是抽象且概念化的，無法通過觀察實際光網絡系統運行過程來了解［3］。學生在學習時往往只注重了解各種光復用技術的作用，即提高光網絡的傳輸速率，而難以將抽象的理論知識具體化、實例化。對于抽象的理論知識，學生主動學習的積極性不佳，缺少深入學習各種光網絡關鍵技術工作原理的動力，最終造成學習的深度與廣度不足。大量抽象的理論知識最終造成了“寬帶光網絡”課程教學的抽象難點。

（三）實踐教學困難

“寬帶光網絡”課程由于缺乏實物教學資源，任課教師難以對光網絡系統組成器件進行實物講解。在“寬帶光網絡”的教學內容中涉及大量的光學器件，包括光復用器、光濾波器、光放大器、光開關等。部分光網絡元器件十分昂貴，如按教學需求采購，將花費大量課程建設費用，這顯然超出了研究生課程能夠承擔的范圍。例如，光分插復用器的價格在數十萬至上百萬元，這對教師開展實物教學造成了巨大挑戰。此外，光網絡系統搭建成本高昂，一般單位不具備搭建光網絡系統的條件。因此，“寬帶光網絡”課程的教學往往缺失實踐教學部分，這不僅影響了學生的學習興趣，也阻礙了學生理論聯系實際的能力培養。實踐教學困難最終造成了“寬帶光網絡”課程教學的實踐難點。

二、課程教學改革思路與方案

前文基于“寬帶光網絡”課程教學內容與方法的分析，總結了課程教學中存在教學內容陳舊、理論知識抽象和實踐教學困難三大問題，以及最終形成的內容難點、抽象難點和實踐難點。接下來，本文將以提高“寬帶光網絡”課程教學質量為目標，圍繞學術研究賦能、校企合作賦能和數字應用賦能三大核心思路，提出相應的課程教學改革方案，具體內容如下。

（一）學術研究賦能課程教學

寬帶光網絡目前正在向超高速率、靈活低成本、算網協同、軟定義控制等多個方向演進，在此過程中，相關研究進行了大量的理論創新和方法創新，極大地促進了光網絡關鍵技術的發展［4］。為提高課程教學內容的新穎性和時效性，我們將圍繞學術研究賦能“寬帶光網絡”課程教學這一核心思路，擬采取以下三種教學改革方案。

1.設立寬帶光網絡發展前沿教學章節。課程將專門設立一個名為《寬帶光網絡發展前沿》的教學章節，用于詳細介紹寬帶光網絡近些年的發展趨勢。該章節的所有教學內容將從光網絡領域國際頂級會議OFC/ECOC和頂級期刊IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology，IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking中選取近五年報道的寬帶光網絡研究最新進展，重點關注會議的PDP（Post-Deadline-Paper）論文及期刊的當月最熱下載論文等。通過分析和總結這些高質量論文，整理出包含新一代可重構分叉復用器架構、空分復用光網絡技術、多波段光網絡技術、超低損耗光纖技術等多個寬帶光網絡熱點研究方向的最新研究進展。該教學改革方案將提高寬帶光網絡教學內容的新穎性，幫助學生了解寬帶光網絡發展前沿，提高學生的課程學習熱情。

2.組織線上學術會議。課程將組織學生參與寬帶光網絡領域的知名線上學術會議，幫助學生緊跟寬帶光網絡領域學術研究的熱點。筆者所在課題組牽頭舉辦了在線學術會議《光通信大家論壇》，該論壇每月邀請包括美國工程院院士、IEEE/OSA fellow在內的著名學者介紹其最新的研究進展，為學生展示領域內最新學術研究熱點，提供與國際著名學者近距離交流的機會。目前，《光通信大家論壇》已舉辦多次，在學生中間取得了非常好的反響。線上學術會議將是“寬帶光網絡”課程教學的補充與拓展，是打破課程教學孤島的重要舉措，也是協助學生緊跟學術研究熱點的重要手段。該教學改革方案彌補了“寬帶光網絡”課程教學內容時效性不足的缺陷，促進了學生對寬帶光網絡知識創新與應用的前景了解，對于培養創新型和應用型人才具有重要的引導作用。

3.提交研究方向綜述報告。課程將考核形式轉變為提交課程報告的方式，用于提高學生對于教學內容融會貫通的能力。該課程報告要求學生結合自己的研究方向，通過檢索、調研和預研，形成一份與自身研究方向相關的研究現狀分析報告。該報告需要介紹所在領域的研究背景、研究意義和研究現狀，并結合“寬帶光網絡”課程中教授的理論知識，提出可行的研究內容和展示初步獲得的研究成果。課程報告的質量將能充分展現出學生對于“寬帶光網絡”課程的學習質量以及指導其自身研究工作的情況，更適合作為本課程的考核依據。同時，由于該課程報告適合作為研究生開題報告的部分內容，學生將有積極的意愿完成好這一課程報告。該教學改革方案彌補了“寬帶光網絡”課程教學內容難以指導研究生科研工作的不足，為學生做出高質量的科研成果奠定了基礎。

（二）校企合作賦能課程教學

校企合作是滿足國家產業發展需求，應用型、創新型人才的重要渠道之一。通過校企合作，企業與學校資源整合，實現高校研究生課程教育與產業實際需求的貼合。為提高課程內容的針對性和實用性，我們將圍繞校企合作賦能課程教學這一核心，提出相應的課程教學改革方案，具體內容如下。

1.共建光網絡元器件共享平臺。課程將與合作企業共建光網絡元器件共享平臺，推動寬帶光網絡關鍵核心光器件等教學資源的共享。筆者所在課題組將依托與華為、亨通、中天等國際知名企業的前期合作基礎，積極共建閑置光器件共享機制，從企業獲取閑置的光網絡元器件，例如光纖、光開關、激光器等，作為“寬帶光網絡”課程教學的實物教具。該共享平臺不僅解決了光網絡元器件昂貴且難以購買的難點，還充分利用了企業閑置資源，是一種雙贏的共享機制。同時，通過集中多個企業的不同光網絡元器件，也可以搭建部分教學中的光網絡系統用于課程的實踐教學，幫助學生更加直觀地理解教學內容中涉及的抽象理論知識。該教學改革方案解決了“寬帶光網絡”課程缺乏實物教學用具的痛點，促進了學生對抽象理論知識的理解，提高了學生理論聯系實際的能力。

2.選聘產業教授參與課程建設。產業教授是來自企業的創新人才、高技能人才和管理人才，肩負推動高校與企業、科研院所聯合培養人才的責任。與高校的專任教師相比，產業教師對于寬帶光網絡的產業發展現狀更加熟悉，是培養滿足產業需求的高素質寬帶光網絡專業人才的重要一環。筆者所在課題組將以校企合作為基礎，選聘企業的技術負責人擔任產業教授，并參與到“寬帶光網絡”課程建設中來。產業教授將作為課程團隊的一員，每學期將至少為學生開展一次寬帶光網絡產業現狀的分享教學，幫助學生加強對寬帶光網絡產業發展現狀的了解。該教學改革方案解決了“寬帶光網絡”課程教學內容與產業發展需求聯系不夠緊密的缺陷，開闊了學生的產業視野，促進學生做出符合產業發展需求的科研成果。

3.學生進入企業參觀產線。課程將安排學生進入合作企業的生產車間，實地參觀光器件的生產過程，幫助學生了解“寬帶光網絡”課程中教授的理論知識在實際產業中的運用。通過在企業對生產線的現場觀摩，加強學生理論聯系實際的能力，并結合產業發展的實際需求，幫助學生在實際的科研工作中充分考慮寬帶光網絡產業中關鍵技術存在的難點與痛點，培養學生利用所學理論知識解決實際產業問題的能力。該教學改革方案解決了“寬帶光網絡”課程理論知識與實際產業應用脫節的問題，對于培養產業急需的應用型專業人才具有推動作用。

（三）數字應用賦能課程教學

1.仿真實驗輔助理論學習。光網絡模擬仿真是幫助學生學習光網絡理論知識的一個重要方法。一方面，仿真實驗可以向學生更好地展示和講解光網絡抽象的理論知識；另一方面，學生可以利用仿真平臺進行光網絡相關課題的研究。然而，目前國際知名光網絡仿真軟件，包括VPI公司的VPI系列軟件、OPNET公司的OPENT Modeler軟件等［5］，價格昂貴且操作復雜，學生需要花費大量時間學習。因此，本課程將基于課題組的研究成果，開發出部分寬帶光網絡仿真軟件包，并教授學生在此基礎上，根據研究問題，有針對性地開展光網絡仿真實驗。該教學改革方案為“寬帶光網絡”課程教學中的仿真實驗教學提供了一種新的模式。通過該方法，學生不但能對所研究的光網絡問題有更深刻的認識，而且能掌握一定的仿真工具開發的方法。

2.全新多媒體教學課件。多媒體課件是現代化教學方法有效提高課程教學質量的重要手段。目前，“寬帶光網絡”課程缺乏較為系統、全面、符合中文教學特點的多媒體課件。本課程將參考國內外著名的寬帶光網絡教材，融合中外資深光網絡領域專家學者的經驗，為“寬帶光網絡”課程設計全新的多媒體教學課件，并將部分關鍵內容錄制成短視頻，供學生更好地學習和理解“寬帶光網絡”課程的重要知識點。該教學改革方案解決了“寬帶光網絡”課程缺乏高質量多媒體課件的問題，能有效提高學生的學習效率。

結語

基于“寬帶光網絡”課程教學內容與特點，分析“寬帶光網絡”在教學內容與教學方法方面存在的問題。立足國家重大發展戰略需求，以培養高素質創新型、應用型寬帶光網絡專業人才為目標，圍繞學術研究、校企合作和數字應用賦能課程教學的思路，提出“寬帶光網絡”課程相應的教學改革方案。最終，通過提高“寬帶光網絡”課程教學質量和訓練學生理論知識聯系實際產業需求的能力，為我國“寬帶光網絡”專業人才培養尋求新思路和新方法。