光纖通信實驗教學的探索與實踐

饒豐（常州工學院光電工程學院213002；常州現(xiàn)代光電技術(shù)研究院213002；常州光電子材料與器件重點實驗室213002）

張媛媛 趙 霜 許 昊（常州工學院光電工程學院江蘇常州213002）

光纖通信實驗教學的探索與實踐

饒豐（常州工學院光電工程學院213002；常州現(xiàn)代光電技術(shù)研究院213002；常州光電子材料與器件重點實驗室213002）

張媛媛 趙 霜 許 昊（常州工學院光電工程學院江蘇常州213002）

為了提高光纖通信實驗的教學效果，本論文針對目前地方高校光纖通信實驗教學中的問題，提出采用基于項目的分層次教學，通過分類實驗，選用軟件演示和播放實驗視頻等教學手段，彌補實際不足，為深化實驗改革提供了有益的參考。

光纖通信實驗教學改革分層次教學仿真軟件

目前，光纖通信是現(xiàn)代通信的主要支柱，國內(nèi)大多數(shù)高校也將光纖通信列入光電信息類專業(yè)的主干課程[1]。但是，光纖通信發(fā)展迅速，新理論，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)[2]。隨著光纖通信打通“最后一公里”，其應用必將急劇增加，企業(yè)對動手能力較強的相關(guān)技術(shù)人員的需求必定大量增加[3]。因此，很有必要加強光纖通信實驗的教學，培養(yǎng)應用型人才。

光纖通信實驗包含的內(nèi)容很多，涉及通信原理、激光原理、半導體學、數(shù)字信號等多門課程[4]，因此，加強光纖通信實驗，增強了專業(yè)課程之間的關(guān)聯(lián)性和系統(tǒng)性，必將成為“應用型復合型人才”培養(yǎng)的有力抓手。但是，學生的知識結(jié)構(gòu)和層次不盡相同，很多學生感到很難掌握。基于此，本文結(jié)合多年來常州工學院的實踐經(jīng)驗，探討在有限的時間、人力和財力的情況下，在地方高校中如何有針對性地開展這門實驗課程。

一、存在的主要問題

（一）教學實驗儀器落后，實驗項目不全

目前，常州工學院所用的光纖通信實驗儀器是天津市拓普儀器有限公司的WGX-6型光纖信息與光通信實驗系統(tǒng)，以及湖北眾友科技有限公司生產(chǎn)的綜合實驗臺，均為模塊化設計的產(chǎn)品，其操作簡單，成功率高，但是不能根據(jù)學生的想法自主實驗，加之本領域發(fā)展很快，部分實驗明顯落后。此外，部分模塊不能正常使用，且維修困難，這就造成能有些實驗項目難以開展，難以達到該實驗該有的教學效果。

由于光網(wǎng)絡設備一般比較貴，國內(nèi)有主要技術(shù)的廠家主要是一些大型公司，如華為[5]，這些公司對實習生的入門門檻要求比較高，地方高校的學生進入這些公司實習難度較大。

（二）實驗課時較少，實驗安排不夠合理

隨著社會的發(fā)展和科技的進步，各種學科的交叉性和綜合性日益明顯，各高校也強調(diào)專業(yè)的寬口徑和職業(yè)的遷移能力，開設的課堂教學內(nèi)容越來越多，導致實驗課時相對減少。同時，地方高校教師匱乏，每一位教師所帶學生較多，實驗課時間有限，往往要求同一學生在幾節(jié)課內(nèi)，同時完成幾個實驗，或多個學生交替完成同一個實驗。從表面上看，這樣節(jié)約了師生的時間，但結(jié)果是學生僅僅匆忙完成了實驗，但沒有思考，更談不上師生之間的深入探討。

（三）認識程度不夠，實驗淪為副科

實驗課程一般在課堂教學后安排，并非自成體系，平時課時少，有的高校安排的機動性較大，實驗成績也比較隨意，長期如此，使部分師生認為實驗課，特別是課內(nèi)實驗是一門“副科”，可有可無，并不重要。經(jīng)過幾屆學生，這種意識不斷積累，使得學生對實驗課程不重視，不能主動學習和思考。有時的實驗報告質(zhì)量不高，做得好的，看不見加工整理，做得差的，明顯抄襲，沒有起到訓練學生思維的作業(yè)。一些學生存在“對付”的心理，比如一名學生做完實驗后，同組的學生，往往只是簡單測量和記錄數(shù)據(jù)就算完成，甚至其他小組的學生也跑來記錄數(shù)據(jù)。

（四）教學內(nèi)容陳舊，教學方法單一

通信技術(shù)日新月異，然而有的學校實驗項目十余年來都沒有變化，新的技術(shù)沒有反應到實驗項目的設置中。有的學校為了提供實驗的完成率，設計的項目比較死板，缺乏創(chuàng)新性，更不可能提供高質(zhì)量的應用性實驗。同時，實驗教學方法也比較單一，主要是灌輸式的理論教學和模塊化的試驗教學。有的教師不能利用計算機仿真軟件、網(wǎng)絡教學、MOOC等現(xiàn)代化的教學手段。學生沒有自主探索精神，教師缺乏必要的引導。一般都是全班一起實驗，一個標準，沒有做到根據(jù)學生的層次和要求進行個性化教學。

（五）師資力量薄弱，實驗教師地位弱化

地方高校光通信實驗教學人員比較缺乏，有時是對應理論課程教師兼任，同時學校對實驗教學人員的收入低，聘任要求低，實驗崗有時甚至成為為了引進高層次人才，解決其配偶工作的崗位，導致現(xiàn)有人員只能保管鑰匙，開開門。同時，其考核和培訓也較薄弱，自我提升的內(nèi)在驅(qū)動力也較小，實驗隊伍日益惡化。加之部分領導對理論教學和實驗教學認識頗偏，非常注意理論教學，忽視實驗教學，或僅僅當做理論教學的簡單驗證，教學質(zhì)量和教學效果可想而知。

（六）實驗成績考核方式比較單一，重形式而輕內(nèi)涵

目前，實驗考核的方式主要是批改實驗報告，這樣導致學生進行實驗的目的是完成實驗報告，束縛了探索和創(chuàng)新能力，影響了實驗興趣和教學效果。目前，受“評估”的影響，部分地方高校的實驗報告均“規(guī)范化”了，不能反映出學生的個性差異；所做實驗也“規(guī)范化”了，體現(xiàn)不出時代的發(fā)展和社會的需求；考核也要求嚴格按照“標準答案”，體現(xiàn)不出學生的觀察和思考。更可怕的是，學生哪怕提出了更好的實驗改進措施，也由于不符合“標準”，難得高分，有時不得及格。

二、基于項目的光纖通信實驗課程改革措施

基于地方高校光纖通信實驗的現(xiàn)狀，我們提出自己的改革措施，并付諸實踐，效果較好。那就是基于“項目”的實驗教學方法。論文中的“項目”指的是在教學過程中相對獨立的一個知識單元、測試技術(shù)或儀器。

（一）分層次教學，按項目實施

我們將光纖通信中的項目分成4個層次：演示性實驗、基礎實驗、綜合性實驗、設計性實驗。不同層次的實驗教學方法，教學手段和教學要求均不相同。

1.演示性實驗一般為驗證性實驗，不單獨使用實驗課程，而是由教師在課堂完成。例如，光源的發(fā)光，LED與LD的區(qū)別，光纖的物理性質(zhì)，光纖的熔接，光耦合，各種元件的外形及端口介紹等。對于大型實驗設備，如江蘇省移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的設備，實物不方便搬動，則由教師做好電子資源，通過多媒體展示給學生。部分教學中不能做的實驗，通過與相關(guān)單位聯(lián)系，或直接向企業(yè)購買電子資源，做成微課，也放在演示實驗中。

2.基本實驗的主要目的是通信中的基本參量測量、基本儀器的使用以及基本實驗方法和技術(shù)的訓練。實驗要求是：理解實驗原理，掌握儀器的使用，理解基本儀器的原理，以及運用基本實驗原理解釋解決簡單問題。

基礎實驗一般采用實驗箱和光通信實驗平臺完成，包括光纖損耗和色散的測量光纖通信中編碼、解碼、波分復用/解復用，搭建簡單的語言通信系統(tǒng)，光耦合器、光波分復用器、光隔離器、光環(huán)行器、光減器的性能測試等?；A實驗為學生必做實驗，要求在實驗教師的指導下完成。這些實驗的要求是進一步鞏固基本理論知識，培養(yǎng)學生簡單的動手能力。

3.綜合實驗旨在基礎實驗的基礎上，就一個小問題設置的小型實驗。一般使用實驗箱或Optisystem仿真軟件完成。該實驗一般包括波分復用/解復用，模擬圖像傳輸系統(tǒng)、計算機數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、光電終端機、5B6B編譯碼、HDB3編譯碼、CMI編譯碼、誤碼測試、OCDMA/OTDR實驗，以及通信中加擾、解擾等。

在該類實驗中，教師應該注意引導學生自主思考，自主實驗，然后給予鼓勵。該類實驗學生選題應該適當，重要的知識點有對應的實驗即可。

4.創(chuàng)新性實驗，目的是根據(jù)本校的實驗設備，自主開發(fā)實驗，完成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，挑戰(zhàn)杯等創(chuàng)新較強的實驗項目。開設該類實驗可以采取與畢業(yè)設計相結(jié)合的方式，通過軟件仿真完成；也可以綜合數(shù)據(jù)采集，通信和顯示等知識，學生自己自制系統(tǒng)，由相關(guān)廠家加工成小設備。在指導教師的幫助下，學生應學會獨立查閱文獻資料、自行設計實驗，學生獨立分析并解決出現(xiàn)的問題，最后獨立總結(jié)經(jīng)驗。創(chuàng)新型實驗不必人人都做，有部分學生選做就可以。

（二）充分利用仿真軟件，彌補做項目時設備不足

軟件仿真是目前很多公司采用的一種設計方法，具有強大的生命力。我們的綜合性和創(chuàng)新性實驗的主要采用計算機軟件仿真，這是在有限經(jīng)費條件下，地方高校開展大量實驗的最有效辦法。仿真實驗教學模式要求利用計算機軟件為平臺，運用網(wǎng)絡技術(shù)，顯示技術(shù)等對進行建模，通過特殊的軟件程序模擬實際操作，得到實驗數(shù)據(jù)。仿真實驗教學已經(jīng)發(fā)展成為重要的實驗手段，具有成本低、安全性好、不受時間、空間限制等優(yōu)點，同時與網(wǎng)絡技術(shù)結(jié)合后，可以實現(xiàn)群共享。光通信系統(tǒng)Optisystem軟件，matlab軟件和光學設計軟件Zemax均是高效的設計軟件，并有部分對應的軟件模型，利用它們作為光纖通信實驗課的部分手段[6]，具有重要意義。同時，編寫出的光纖通信實驗仿真軟件在學生中可以“代代相傳”，并根據(jù)社會上技術(shù)的更新不斷更新和優(yōu)化。

（三）開展文獻檢索專題項目，培養(yǎng)自主學習能力

開展文獻專題研究性教學，要求學生掌握光纖通信課程中的基本概念，基本理論和基本方法，同時還要了解最新發(fā)展狀況。因此，提高學生的文獻檢索和利用能力，具有重要意義。

具體組織時，一般要根據(jù)教學的實際情況，以不同的課程計劃，科學地設計檢索題目，既要使學生學會檢索方法，又要使得檢索的知識有意義，難度有區(qū)分。此外，還要適合不同層次學生，有時還要兼顧地方特色。例如，我們目前的題目有：光纖通信系統(tǒng)的研究進展，通信用激光器的研究進展，損耗和色散補償技術(shù)等，通信用光源和光接收機的研究進展，常州地區(qū)通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，常州地區(qū)通信網(wǎng)的優(yōu)化設計等。

教師應盡可能讓學生自己提出題目。實際上，文獻檢索的主要目的是促進學生自主探索科研創(chuàng)新，獲取科研經(jīng)驗，培養(yǎng)科學研究的能力，避免填鴨式教學，被動接受。具體研究的題目是什么，已經(jīng)不重要。

考核時，可以讓學生把檢索報告制作成PPT，在講臺上面向全體學生進行一次匯報，達到在教師干預較少的情況下，學會自主學習，主動學習的目的。

（四）以項目完成質(zhì)量為基礎，改革評價方式

經(jīng)過本科教學評估后，地方高校的實驗課考核均采用實驗報告及實驗情況評分的方式，這種方式的優(yōu)點在于成績的高低“有據(jù)可查”，但是不能真實地反映學生的能力。因此，很有必要采用靈活的考核方式。

1.對實驗報告的綜合靈活的評分。這個評分將實驗數(shù)據(jù)，實驗結(jié)果的分析，試驗中的異?，F(xiàn)象分析、實驗中遇到的問題和解決方法、實驗中的新發(fā)現(xiàn)等綜合評分。實驗成功與否不能作為分數(shù)高低的唯一依據(jù)。

2.學生課下的軟件仿真作業(yè)。督促他們進行課下軟件仿真實驗，其創(chuàng)造性，能夠留給下一屆的作品可以加分，記錄在實驗課成績中。

3.完成了綜合性或創(chuàng)新性實驗，成績合格，如果能夠證明達到基礎性實驗水平，其基礎實驗成績視為合格。

三、總結(jié)

培養(yǎng)地方特色鮮明的應用型人才是新時期地方高校發(fā)展的必由之路。加強實驗教學，是實現(xiàn)該目標的有力抓手。光纖通信實驗教學改革是一個系統(tǒng)工程，需要學生、教師、學校和社會各方面配合和共同努力。

我們根據(jù)深化實驗教學的要求，按照項目分層次教學，改革評價方式，充分利用軟件，多媒體等現(xiàn)代教育手段，最大限度地把師生的積極性和創(chuàng)造性發(fā)揮出來，使得光纖通信實驗達到人才培養(yǎng)與課程建設相一致，理論性和應用性相一致以及研究性和學習性相一致的目標。

[1]張小衡.高職《光纖通信》實驗教改探討[J].武漢工程職業(yè)技術(shù)學院學報，2005（1）：68-70.

[2]顧畹儀,李國瑞.光纖通信系統(tǒng)[M].北京∶北京郵電大學出版社,2006.

[3]唐志軍,席在芳,吳新開.光纖通信實驗教學的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2008 (5)∶101-104.

[4]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）：342-345.

[5]龍青云,張富全,張昌梓等.光纖通信實驗中的問題及其對策[J],韶關(guān)學院學報,2007(9)∶140-142.

[6]何偉剛，吳其琦.Matlab仿真在光纖通信實驗教學難點中的應用[J].實驗室研究與探索,2013（6）：318-340.

（責編 張宇）

常州工學院教改重點項目，編號：A3-4401-14-022)資助。

饒豐（1983-），男，講師，博士，主要研究方向：光通信和光傳感的教學研究。