“光纖通信”課程的教學改革

黃永清,陳 雪,李 蔚,夏京星,顧畹儀

(北京郵電大學信息光電子學與光通信教育部重點實驗室,北京 100876)

本文從理論教學和實踐教學兩個環(huán)節(jié)上,對“光纖通信”課程的教學進行了深入的探討,提出了加強理論,豐富實踐,拓展視野,激勵創(chuàng)新的教學基本理念,以培養(yǎng)具有高素質(zhì)和創(chuàng)新能力的人才[1,2]。

1 課程的培養(yǎng)定位和培養(yǎng)要求

“光纖通信”是通信工程專業(yè)的主干專業(yè)課程,以培養(yǎng)和提高本科大學生的應用能力、創(chuàng)新能力和科研能力為基本目標。我們提出的培養(yǎng)要求是:通過本課程的學習,使學生較為全面地掌握光纖通信的基本概念、基本理論和關鍵技術,理解和掌握光纖通信系統(tǒng)的性能分析和系統(tǒng)設計方法,了解現(xiàn)代光纖通信新技術的發(fā)展及應用情況。為進一步研究光纖通信網(wǎng)絡和相關的技術打下必要的基礎。具體就是應掌握:①光纖的傳輸理論和分析方法;②半導體光源、半導體光電檢測器及無源光器件的工作原理及特性;③光端機的基本組成及各部件功能;④光纖通信系統(tǒng)的組成和系統(tǒng)設計方法;⑤光網(wǎng)絡及光纖通信新技術的基本原理;⑥光纖通信系統(tǒng)的基本測量原理和方法。

由于光纖通信技術涉及的知識面非常廣泛,諸如光學、電磁場理論、半導體物理、數(shù)字電路和模擬電路、通信原理和電子測量等課程在學習的過程中均有所體現(xiàn),故在學習本課程之前學生應先修大學物理、高等數(shù)學、數(shù)學物理方法、電磁場理論、微波技術、通信原理等課程,為本課程的學習打下基礎。

從“光纖通信”課程培養(yǎng)定位和要求可以看到,課程要求學生掌握的光纖通信的基本理論、基本概念和基本分析方法。同時,學生可通過實踐環(huán)節(jié)對光纖通信的理論有較為深刻的感性認識,對光纖通信領域的發(fā)展前沿有一定的了解,并能結合所學過的知識開展創(chuàng)新的研究。

2 課程理論教學的探索

光纖通信涉及的知識面非常廣泛,蘊含著較深的理論基礎,主要有光纖光學理論、半導體光電子理論、集成光學理論、數(shù)字電路和模擬電路理論、通信系統(tǒng)理論和網(wǎng)絡理論等等。整個理論體系中很多定理都伴隨嚴格的數(shù)學證明和復雜的概念,而且很多概念也很抽象,這給教學帶來相當?shù)碾y度。

在“光纖通信”課程的教材編寫和教學上我們綜合考慮了與其它相關課程的銜接問題,比如“高等數(shù)學”、“大學物理”、“電磁場理論”和“通信原理”等課程;充分考慮如何做到和先修課程的融會貫通。

在教材的編寫中強調(diào)基本原理、基本概念和基本理論,注重理論和工程應用、理論和實踐的相結合。教材全面介紹了光纖通信中光纖、光電子器件、系統(tǒng)、網(wǎng)絡和光纖通信新技術等豐富的知識。在光纖、半導體器件、光發(fā)射機和接收機、光纖通信系統(tǒng)的介紹中貫穿系統(tǒng)如何構成和性能如何提高的主線,實現(xiàn)了理論上的系統(tǒng)性、技術上的時新性和應用上的實用性。

在教學中,強調(diào)數(shù)學推導與物理概念的結合。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,以有助于提高解決實際問題的能力。突出“光纖通信”課程理論性和系統(tǒng)性強的特點,使學生掌握其中的概念及基本理論。并在此基礎上結合光纖通信發(fā)展的趨勢和前沿課題的典型問題,培養(yǎng)學生正確的思維方法和分析問題的能力。以期在打下本專業(yè)堅實理論基礎的同時對本領域內(nèi)的學科知識體系有全面的了解,使學生學會用已有的數(shù)學、物理等相關知識去進行專業(yè)的理論研究和實踐探索,并能夠有所創(chuàng)新。

3 課程實踐教學的實施

在“光纖通信”的實踐教學中,我們采用了學生必做實驗、教師演示實驗、學生自主設計實驗、前沿課題研究等教學方式[3,4]。

我們從光纖通信測量的理論入手,首先進行測量理論的教學,內(nèi)容主要涵蓋了光纖通信測量的標準規(guī)范、光纖測量、光有源器件的測量、光無源器件的測量、光纖通信端機和系統(tǒng)的測量等。教學中配有17學時的有關光纖通信測量的理論和實驗安排,其中配有6個必做的測量實驗和2個演示實驗。實驗內(nèi)容涵蓋了光纖、半導體有源器件、光無源器件和光纖通信系統(tǒng)等性能的基本性能測量。這些實踐不僅豐富了學生的課堂教學,并提高了其感性認識。

我們還與科研和學科相結合,充分利用現(xiàn)有條件安排了學生自主設計實驗。學生在完成了課堂理論教學和必做實驗后,基本掌握了光纖通信測量方法,具備了進行自主實驗的基礎。安排的實驗包括“摻鉺光纖放大器性能測量”、“波分復用器性能測量”、“高速半導體光探測器性能測量”和“光纖通信系統(tǒng)性能測量”等。要求學生自己熟悉測量標準、測量儀器要求和設計測試系統(tǒng),并最后自主完成測量的實驗。

在前沿課題研究教學中,教師會有針對性的結合本學科的前沿給學生出一些小課題,要求寫出小科研論文,輔之以光纖通信測量實驗和科研參觀,使學生對光纖通信的前沿有一定的了解。

4 結語

“光纖通信”是一門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,才能培養(yǎng)學生具有較好的分析、解決問題的能力及應用、創(chuàng)新的能力,使之成為知識面寬,實踐能力強和具有創(chuàng)新能力的高級技術人才。

[1] 李黎明,陳葉玲.論在理論教學中對學生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)[J].武漢:湖北教育學院學報,2005,(11):105-107

[2] 鄭家茂,潘曉卉.理論教學、實踐教學、自主研學、網(wǎng)絡助學“四位一體”教學模式的構建[J].北京:中國大學教學,2008,(12):4-7

[3] 徐娟,徐鳴亞.淺談“信息論與編碼理論”課程理論與教學實踐[J].廣州:廣東工業(yè)大學學報(社會科學版),2003,(3)增刊:126-128

[4] 張放平.強化實踐教學推動創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J].北京:中國高等教育,2007,(17):29-31