“光纖通信”課程教學(xué)改革與探索

摘要：“光纖通信”是通信、電子科學(xué)專業(yè)的主干專業(yè)課，課程的特點(diǎn)是涉及到的知識(shí)面廣泛，理論性、實(shí)用性強(qiáng)。對“光纖通信”課程教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題進(jìn)行了分析，從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、評價(jià)體系和實(shí)驗(yàn)教學(xué)及硬件建設(shè)方面進(jìn)行改革與探索。

關(guān)鍵詞：光纖通信；課程教學(xué)；教學(xué)改革

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

基金項(xiàng)目：本文系鄭州輕工業(yè)學(xué)院第十批教改項(xiàng)目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0144-02

自從英（美）籍華人科學(xué)家高錕提出光纖用于通信領(lǐng)域之后，光纖通信技術(shù)以其獨(dú)特的特點(diǎn)和優(yōu)勢得到了前所未有的快速發(fā)展。[1]我國光通信設(shè)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?，F(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(shù)已深入到社會(huì)生活的各個(gè)層面，成為現(xiàn)代社會(huì)重要的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。特別是2013年8月17日，國務(wù)院印發(fā)了“寬帶中國”戰(zhàn)略及實(shí)施方案的通知，必將對我國光纖通信技術(shù)發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用，也會(huì)對光纖通信人才培養(yǎng)產(chǎn)生影響。由于光纖通信技術(shù)在社會(huì)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(xué)科的重點(diǎn)專業(yè)課程及相關(guān)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(shù)。課程要求是通過這門課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生掌握光纖通信技術(shù)的基本原理、光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，了解光纖通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和最新發(fā)展方向，為學(xué)生畢業(yè)后能夠從事光纖數(shù)字通信設(shè)備的操作、維護(hù)、設(shè)計(jì)、施工或繼續(xù)深造打下良好的基礎(chǔ)?！肮饫w通信”作為一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，在實(shí)際課程教學(xué)中存在諸多問題。關(guān)于“光纖通信”課程理論與實(shí)踐教學(xué)改革成為各高校研究的問題。[2-5]本文將從教學(xué)現(xiàn)狀及存在的主要問題出發(fā)，對該課程的教學(xué)改革進(jìn)行探討。

一、“光纖通信”課程存在的問題

作為電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)一門主要專業(yè)課，其特點(diǎn)是光纖通信科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，新理論和新技術(shù)不斷產(chǎn)生和發(fā)展。這需要及時(shí)更新教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、改革教學(xué)方法。由于種種原因，“光纖通信”這門課程在實(shí)際教學(xué)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(xué)模式下，一般都是按照教材的自然順序按部就班地進(jìn)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(xué)分析推導(dǎo)，課堂教學(xué)中過多的公式推導(dǎo)、證明導(dǎo)致課堂氣氛沉悶，教學(xué)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(shí)為主，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)方法呆板，習(xí)慣死記硬背，表現(xiàn)出綜合應(yīng)用知識(shí)能力比較欠缺，不能充分反映出學(xué)生對課程知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通、創(chuàng)新思維解決實(shí)際問題的能力。以上原因都極大打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

第二，實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)欠缺。在工科院?！肮饫w通信”教學(xué)實(shí)踐的過程中，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)向來是一個(gè)短板。隨著光纖通信的新理論和新技術(shù)不斷產(chǎn)生和發(fā)展，實(shí)驗(yàn)硬件更新升級落后、實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容老化等原因，教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)落后于光纖通信技術(shù)的發(fā)展。另外，采用封裝性強(qiáng)、集成化程度實(shí)驗(yàn)箱型的實(shí)驗(yàn)方式在方便操作的同時(shí)卻無法讓學(xué)生深入了解光纖通信系統(tǒng)全貌。實(shí)踐教學(xué)很難達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的目的，導(dǎo)致學(xué)生普遍對實(shí)驗(yàn)教學(xué)認(rèn)識(shí)不足，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效果。

第三，由于光纖通信技術(shù)涉及的物理基礎(chǔ)知識(shí)較多如場論、光學(xué)原理、通信技術(shù)、激光技術(shù)等。故在學(xué)習(xí)本課程之前，學(xué)生應(yīng)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(xué)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(biāo)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(xué)生有較好的數(shù)學(xué)功底和電磁波方面的知識(shí)，如果基礎(chǔ)知識(shí)不夠扎實(shí)這部分的學(xué)習(xí)就會(huì)出現(xiàn)困難。學(xué)生對知識(shí)的掌握僅僅限于簡單地背結(jié)論、公式，做計(jì)算題。學(xué)生不了解理論的工程應(yīng)用意義，不具體分析問題，導(dǎo)致學(xué)生對課程認(rèn)識(shí)不足，出現(xiàn)不知道學(xué)了有什么用的現(xiàn)象，這些問題會(huì)使得學(xué)生逐步失去對這門課程的興趣。

二、“光纖通信”課程的教學(xué)改革思路

鑒于教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，對“光纖通信”課程的教學(xué)內(nèi)容和體系改革非常重要。下面將從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域進(jìn)行改革探索，在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，為學(xué)生圓滿完成學(xué)業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.創(chuàng)新教學(xué)方法

在授課的過程中應(yīng)摒棄傳統(tǒng)教學(xué)方法缺點(diǎn)，充分利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)在現(xiàn)代教育中的優(yōu)勢。從教學(xué)目標(biāo)出發(fā)選擇教學(xué)內(nèi)容，把握理論上的度，對課程進(jìn)行準(zhǔn)確定位，突出技術(shù)實(shí)質(zhì)。根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容精心制作教學(xué)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(shí)的應(yīng)用，讓學(xué)生在首次接觸該課程時(shí)，接觸到一個(gè)開闊的視野，有生動(dòng)的發(fā)展歷史和鮮活的應(yīng)用基礎(chǔ)，而不是讓其產(chǎn)生理論堆積的錯(cuò)覺。在講授光源時(shí)，采用flash動(dòng)畫來演示受激輻射機(jī)理。在講授光纖無源（有源）器件時(shí)，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(shí)分成若干主題，如“低損耗光纖研究現(xiàn)狀及進(jìn)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(jìn)展”、“光纖通信的發(fā)展趨勢”等。把班級學(xué)生分成若干小組，每組負(fù)責(zé)一個(gè)主題，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料。當(dāng)講授先關(guān)內(nèi)容時(shí)，小組負(fù)責(zé)人把寫出的調(diào)查研究報(bào)告，以ppt的形式進(jìn)行報(bào)告。這不僅可以拓寬學(xué)生的視野，提高學(xué)生獲取資料的能力，也極大的調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)的積極性。讓學(xué)生參與到教學(xué)中來，充分發(fā)揮以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體的作用。這些教學(xué)方法學(xué)生參與度高，為學(xué)生以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及研究生學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。這些教學(xué)手段改變了以往課堂教學(xué)氣氛沉悶的現(xiàn)象，刺激了學(xué)生求知、探索的興趣和激情。

2.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)內(nèi)容上既要重視課程的理論性，也要強(qiáng)調(diào)課程的工程實(shí)用性。光纖課程的理論較多，在理論課講授時(shí)，面面俱到，都講深入也是不切實(shí)際的。這就要求對課程教學(xué)過程中抓住重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，做到詳略得當(dāng)、主次分明。對于學(xué)生反映掌握比較困難的理論，可以適當(dāng)?shù)卦谡n前進(jìn)行一些知識(shí)的補(bǔ)充。比如在理論推導(dǎo)中用到的一些高等數(shù)學(xué)知識(shí)、電磁場理論中的麥克斯韋方程、導(dǎo)波光學(xué)等。這些可以讓學(xué)生課前預(yù)習(xí)，在課堂上教師進(jìn)行回顧復(fù)習(xí)來達(dá)到鞏固知識(shí)的目的，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)新的課程內(nèi)容就顯得容易接受了。在教學(xué)中，既注重理論分析的嚴(yán)謹(jǐn)性，又在一些理論分析難度較大的內(nèi)容上，結(jié)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(qiáng)的特點(diǎn)。適當(dāng)增加新技術(shù)、新理論的課時(shí)，使學(xué)生更多了解最新技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)。比如在分析光纖中傳輸模式時(shí)候，可以不必要去細(xì)致分析每一步的公式推導(dǎo)，只需把結(jié)論及其物理含義進(jìn)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(fù)雜，對于方程的解可以利用計(jì)算機(jī)完成，尤其是相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件比如matlab具有可視化功能，[6]由學(xué)生自己動(dòng)手編程解方程和繪圖，既可以降低教師在教學(xué)中的勞動(dòng)量還可以加深學(xué)生對知識(shí)的掌握和理解。

3.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目及硬件建設(shè)

“光纖通信”原理課程是一門理論性及實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此必須加強(qiáng)和改進(jìn)“光纖通信”課程的實(shí)踐環(huán)境教學(xué)內(nèi)容，突出本課程重實(shí)踐、強(qiáng)能力的培養(yǎng)特色。實(shí)驗(yàn)建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視和完善，有利于培養(yǎng)和提高通信工程類大學(xué)本科生的應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和科研能力。

光纖通信技術(shù)發(fā)展十分迅速，這使得教學(xué)內(nèi)容更新周期越來越短，結(jié)合工程實(shí)際越來越密切。光纖通信的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)隨著學(xué)科的發(fā)展顯得越來越重要。由于實(shí)驗(yàn)硬件建設(shè)需要投入的資金較多，許多院校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)嚴(yán)重落后于光纖通信技術(shù)的快速發(fā)展。因此在實(shí)驗(yàn)硬件建設(shè)方面，亟待改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，加大經(jīng)費(fèi)投入。逐步開設(shè)多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目如基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證內(nèi)容為主，例如采用大恒光電GCS-FIB光纖技術(shù)基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行“數(shù)值孔徑測量”、“光纖準(zhǔn)直”等實(shí)驗(yàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)對學(xué)生綜合知識(shí)提出更高要求，例如“自組光纖馬赫-曾德干涉儀”要求學(xué)生對馬赫-曾德干涉儀有深入的理解，同時(shí)要有較強(qiáng)的動(dòng)手能力。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)主要結(jié)合教師的科研項(xiàng)目以及大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，有興趣的學(xué)生可以進(jìn)行此類研究性實(shí)驗(yàn)?？紤]到實(shí)驗(yàn)建設(shè)資金限制，對于一些實(shí)驗(yàn)可以用軟件模擬的方式進(jìn)行驗(yàn)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(yàn)證，這些實(shí)驗(yàn)可以由學(xué)生參與程序的編寫，提高學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解。學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)建設(shè)活動(dòng)，可以在其課程成績中給予體現(xiàn)，以提高學(xué)生參加的熱情和積極性。

4.建立全面的評價(jià)體系

重理論，輕實(shí)踐，重結(jié)果，輕過程是傳統(tǒng)評價(jià)方式的特點(diǎn)。因此建立能夠反映學(xué)習(xí)本課程情況的全面評價(jià)體系十分必要。建議提高學(xué)生學(xué)習(xí)過程的成績比重，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)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(bào)告、課堂討論幾項(xiàng)成績的綜合方法，這充分體現(xiàn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果。實(shí)驗(yàn)成績采用包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以及模擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)部分組成。對于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要有更高的要求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果按照科技論文的形式撰寫，為學(xué)生后期的畢業(yè)論文和研究生學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)?？偠灾?，建立全面的考核評價(jià)體系有助于全面考查學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)情況，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

三、結(jié)束語

“光纖通信”是一門多學(xué)科交叉的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，在教學(xué)過程中，做到理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)并重。通過這門課的學(xué)習(xí)使學(xué)生成為知識(shí)面寬，實(shí)踐能力強(qiáng)和具有創(chuàng)新能力的技術(shù)人才，這需要在“光纖通信”課程的教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行改革和探索。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]譚振建，王志明，洪梅.《光纖通信》課程體系的思考實(shí)踐[J].南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2006，（2）.

[3]龍青云，左敬龍，肖明.基于大工程觀的光纖通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，（8）.

[4]耿濤，冉天綱.基于項(xiàng)目式的光纖通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011，（5）.

[5]黃永清，陳雪，李蔚，等.“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，（6）.

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

（責(zé)任編輯：王意琴）