“光纖通信”課程混合式教學(xué)模式探索與改革

王玉青 張昕 王天雷

摘 要：文章針對普通高?！肮饫w通信”課程普遍存在的問題和現(xiàn)狀，提出了一種基于OptiSystem仿真設(shè)計的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的混合式教學(xué)模式。該教學(xué)模式結(jié)合全方位的考核機(jī)制，充分調(diào)動了學(xué)生的眼、耳、口、手、腦等多個器官，有助于學(xué)生對課程知識進(jìn)行全方位、多角度理解與掌握。這一教學(xué)模式和考核機(jī)制的實(shí)施有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：光纖通信；混合式教學(xué)模式；仿真設(shè)計；考核方式

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2018）10-0013-03

本文從普通高校的教學(xué)現(xiàn)狀和教學(xué)定位出發(fā)，提出了以學(xué)生為中心、理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)分別和OptiSystem光通信仿真設(shè)計相結(jié)合的混合式教學(xué)模式[1-3]，該教學(xué)模式有助于強(qiáng)化學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力和綜合應(yīng)用能力。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀和教學(xué)定位

“光纖通信”是五邑大學(xué)通信工程專業(yè)一門重要的專業(yè)選修課程[4-5]，其定位為理論與實(shí)踐并重，要求具備大學(xué)物理、電磁場與電磁波等眾多前修課程基礎(chǔ)，涉及較復(fù)雜的理論推導(dǎo)，對物理的理論知識要求較高。五邑大學(xué)屬于普通二本院校，一方面理論性較強(qiáng)的公式推導(dǎo)素來是該校學(xué)生的弱勢所在，另一方面有限的經(jīng)費(fèi)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)備的投入有限，設(shè)備較為陳舊，因此如何能夠弱化這些復(fù)雜的公式推導(dǎo)，既能克服陳舊設(shè)備的局限又能方便對課程的核心內(nèi)容更直觀地理解與掌握，這是該課程歷年來探索的熱點(diǎn)問題[6-7]。

傳統(tǒng)的教學(xué)是以教師為中心，以課堂講授為主。采取“填鴨式”教學(xué)模式進(jìn)行課程教學(xué)，此教學(xué)模式缺乏學(xué)生的積極主動參與，使得學(xué)習(xí)較為被動、枯燥，課堂缺乏吸引力，直接導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性降低，如何保證每位學(xué)生的發(fā)言權(quán)，確保“我為人師，人為我?guī)煛?，利用簡單而有效的方式調(diào)動學(xué)生的動手能力和獨(dú)立思考能力，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，這也是所有工科院系歷年來改革的最終目的。

完全以學(xué)生為主導(dǎo)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式則占用學(xué)生大量的課下時間，造成學(xué)生怨聲載道，嚴(yán)重挫傷學(xué)習(xí)的積極性，而且由于學(xué)生對內(nèi)容的把握不夠熟練，在內(nèi)容的學(xué)習(xí)上難免走彎路，效率不高，學(xué)習(xí)效果并不明顯，尤其對學(xué)風(fēng)欠佳的班級而言，該教學(xué)模式的學(xué)習(xí)效果甚至不如傳統(tǒng)的教師“填鴨式”授課模式的學(xué)習(xí)效果。目前翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式主要采用微課教學(xué)，過于強(qiáng)調(diào)知識點(diǎn)的獨(dú)立性，忽略了知識之間的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，造成學(xué)生“一葉障目不見泰山”的感覺，非常不利于學(xué)生知識、能力和素養(yǎng)的綜合提高。

以上兩種教學(xué)模式，都忽略了過程的學(xué)習(xí)，忽略了學(xué)生不斷反饋這一驅(qū)動因素，學(xué)生的自主性沒有得以體現(xiàn)，因此沒有“樂在其中”的感覺，不知道學(xué)到了哪些知識，更不知道應(yīng)該深入補(bǔ)充哪些知識，只是簡單地達(dá)到“懂了”的地步，并沒有達(dá)到“學(xué)以致用”的境界，學(xué)生看似明白，實(shí)則并沒有掌握，總是處于似懂非懂的混沌狀態(tài)。

基于以上原因，對“光纖通信”理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了初步改革和探索，既克服了有限設(shè)備資源的局限，也充分激發(fā)了學(xué)生動手動腦的積極性，提高了教學(xué)質(zhì)量。

二、混合式教學(xué)模式改革

（一）理論課程的改革

根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律對本課程的內(nèi)容進(jìn)行重新組織，目的是既保證學(xué)生的知識水平得以提高，又使得學(xué)生的綜合能力得到一定程度的提高，所以，在對教學(xué)內(nèi)容的處理上就必須要考慮“以學(xué)生為中心”，充分考慮學(xué)生的需求。在課程開始階段，學(xué)生對需求所涉及的知識尚無清晰的概念，此時的教學(xué)方法應(yīng)適當(dāng)向教師講解傾斜，而當(dāng)學(xué)生具備一定的理論基礎(chǔ)后就必須充分調(diào)動學(xué)生的積極主動性，根據(jù)要達(dá)到的目的選擇合適的教學(xué)方法，確保學(xué)生對要解決的問題和擬采取的解決方法有清晰的概念。

具體做法如下：將本課程知識進(jìn)行重新整合，碎片化分解為一個個離散的小知識點(diǎn)，打破傳統(tǒng)的授課方式，不再按照課本的目錄按部就班地講課，而是按照各知識點(diǎn)之間的相互關(guān)聯(lián)進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)，每次授課過程只解決1—2個小知識點(diǎn)，將更多的時間留給學(xué)生獨(dú)立思考和設(shè)計，真正做到“學(xué)有所思，學(xué)有所成”，確保整個授課過程在愉悅的、無壓力的環(huán)境中進(jìn)行，具體實(shí)施過程如圖1所示。

圖1 理論課程改革實(shí)施圖

首先會在課前就將要討論的知識點(diǎn)提出1—2個簡單的問題，然后按照以下思路進(jìn)行課程內(nèi)容的組織和授課。

1.課前“練”和“思”。（1）動手：借助于OptiSystem軟件，將學(xué)生按4—5人分成一組，由學(xué)生利用課下時間將該知識點(diǎn)所涉及的內(nèi)容進(jìn)行仿真模擬，并畫出輸出波形、誤碼率、信噪比、光功率等曲線，這樣每位學(xué)生既可以根據(jù)自己的任務(wù)要求進(jìn)行個性化設(shè)計，小組內(nèi)部也可以互相討論，既培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和自主學(xué)習(xí)的能力，克服了學(xué)生對抽象知識理解的恐懼心理，也鍛煉了團(tuán)隊協(xié)作能力。（2）動眼：根據(jù)輸入信號的不同，指明波形、誤碼率、信噪比、光功率等曲線的變化規(guī)律，這樣，將課下作業(yè)置于課堂討論，避免了大規(guī)模的作業(yè)抄襲，避免學(xué)生眼高手低。（3）動腦：針對課前所提出的問題進(jìn)行思考，運(yùn)用所學(xué)知識，對仿真結(jié)果進(jìn)行初步分析，指明其結(jié)果的合理之處、不合理之處和不解之處，有利于學(xué)生對基本原理的理解，培養(yǎng)了獨(dú)立思考的能力。

2.課中“教”和“學(xué)”。（1）動口：隨機(jī)挑選學(xué)生演示自己的仿真結(jié)果，并針對結(jié)果進(jìn)行各知識點(diǎn)初步的詳盡的分析說明，有助于培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力和語言組織能力。（2）動眼：學(xué)生自己仔細(xì)觀察所演示的仿真圖，并對比與自己的仿真結(jié)果的不同之處，對有異議和不明白之處進(jìn)行標(biāo)注，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴仞B(yǎng)。（3）動耳：教師和學(xué)生共同討論演示圖的仿真結(jié)果，學(xué)生可根據(jù)自己標(biāo)注的不清楚之處發(fā)表自己的意見和看法，在此過程中，教師通過引導(dǎo)學(xué)生的思考方向，鼓勵學(xué)生對提出的問題各抒己見，有助于培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力和表達(dá)能力。（4）動腦：解決課前所提問題，分析產(chǎn)生該問題的物理根源，啟發(fā)學(xué)生思考該問題在進(jìn)行長距離高速通信時將會導(dǎo)致何種結(jié)果，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生為避免該結(jié)果應(yīng)采取何種措施，從而將抽象復(fù)雜的問題簡單化，同時也引出下節(jié)課將要討論的內(nèi)容，有利于培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力和開拓創(chuàng)新的能力。

3.課后“練”。（1）動手：本節(jié)課完成后，學(xué)生針對各自作品不足之處進(jìn)行改進(jìn)，對課前提交前的仿真圖進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，強(qiáng)化學(xué)生基本的理論知識，不斷完善設(shè)計和分析過程，形成一份仿真分析報告作為平時作業(yè)上交，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感、終身學(xué)習(xí)能力以及不斷創(chuàng)新的能力。（2）持續(xù)改進(jìn)：教師對學(xué)生交上來的分析報告進(jìn)行歸納總結(jié)，將優(yōu)秀、良好、中等和及格的總結(jié)報告（包括電子版）進(jìn)行分類存放，建立仿真資源庫，供學(xué)生交流學(xué)習(xí)提高之用，這對學(xué)生學(xué)習(xí)成果的強(qiáng)化和提高非常有益。

4.后續(xù)課安排。此后每節(jié)課都將在前面知識點(diǎn)的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)逐步進(jìn)行完善，最后在本課程結(jié)束時合成為一個相對較完整的光纖通信系統(tǒng)，這樣各知識點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)也就一目了然，既有利于學(xué)生對相關(guān)知識點(diǎn)的深入理解，也有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

例如在講解光纖色散這一知識點(diǎn)的基本概念時，可按下表1逐步分析。

（二）實(shí)驗(yàn)課程的改革

五邑大學(xué)為工科院校，注重實(shí)踐訓(xùn)練，故學(xué)生們的理論水平基礎(chǔ)薄弱，因此當(dāng)實(shí)踐環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時，大多數(shù)學(xué)生都無法利用有限的理論知識解決實(shí)踐過程中所遇到的形形色色的問題，故仿真的指導(dǎo)作用就顯得至關(guān)重要。因此，在充分利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備已有資源的基礎(chǔ)上，結(jié)合OptiSystem仿真模擬來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排，具體做法如圖2所示。

具體安排如下。

1.每次實(shí)驗(yàn)之前，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用OptiSystem仿真軟件進(jìn)行光路的仿真模擬，對仿真結(jié)果進(jìn)行合理性分析并形成簡單的分析報告，實(shí)驗(yàn)時需攜帶至實(shí)驗(yàn)室供教師查閱。2.在實(shí)驗(yàn)時，利用現(xiàn)有的光學(xué)儀器和相關(guān)設(shè)備對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證測試，對比仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的異同，思考產(chǎn)生該現(xiàn)象的根源，形成實(shí)驗(yàn)報告，在鞏固所學(xué)知識的同時也鍛煉了學(xué)生的動手能力。3.實(shí)驗(yàn)完成之后，需對實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果進(jìn)行匯總分析，每次實(shí)驗(yàn)均需形成一份完整的測試報告（包含理論分析結(jié)果、實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果和軟件仿真結(jié)果的對比）作為平時作業(yè)上交，為平時的成績提供依據(jù)支撐。

三、考核方式的改革

本課程是工程性非常強(qiáng)的一門課程，單一的考核模式已然不再適合當(dāng)今通信行業(yè)多極發(fā)展的態(tài)勢，因此多樣化的考核方式勢在必行。本課程對不同章節(jié)的內(nèi)容采取不同的考核模式，改變臨時抱佛腳的局面，注重對學(xué)習(xí)過程的考核，充分考慮了學(xué)生學(xué)習(xí)過程中分析/解決問題的能力、工程實(shí)踐能力、開拓創(chuàng)新能力、溝通表達(dá)能力、領(lǐng)導(dǎo)能力、團(tuán)隊協(xié)作能力和終身學(xué)習(xí)的能力等，重在平時的積累，使考核過程貫穿于課程始終，旨在充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

如：在講解光纖結(jié)構(gòu)的內(nèi)容時采取市場調(diào)研的方

式，參觀電信公司的機(jī)房，學(xué)以致用，讓學(xué)生明白不同類型的光纖之間的特點(diǎn)和各自的用途等，上交調(diào)查報告，真正做到理論聯(lián)系實(shí)際；在講解光傳輸和光信號接收時以仿真模擬為主，通過設(shè)計簡單的光通信系統(tǒng)，根據(jù)“通信原理”課程的基本分析原理，觀察眼圖和信號波形，分析各器件參數(shù)變化對系統(tǒng)誤碼率、信噪比和光功率等的影響，理解為何以及如何進(jìn)行功率預(yù)算等，上交仿真模擬報告，這樣避免了枯燥無味的理論公式推導(dǎo)，有助于對抽象內(nèi)容的理解；在實(shí)驗(yàn)部分，注重常用光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的操作，同時對比仿真結(jié)果，觀察二者的異同之處，上交實(shí)驗(yàn)報告，這樣將學(xué)生“學(xué)”和“習(xí)”的效果進(jìn)行無縫跨接，對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行進(jìn)一步鞏固，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

最終的考核標(biāo)準(zhǔn)由三方面組成：調(diào)研論文、仿真模擬圖和實(shí)驗(yàn)分析報告。三者所占權(quán)重分別為：0.2、0.5、0.3。

本論文講述了如何利用混合式教學(xué)模式進(jìn)行“光纖通信”課程理論和實(shí)驗(yàn)的改革。實(shí)踐表明，該教學(xué)模式結(jié)合OptiSystem仿真軟件的使用充分調(diào)動了學(xué)生的多種器官，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生對抽象的光纖通信理論教學(xué)內(nèi)容的理解，避免了煩瑣的理論公式，學(xué)生可充分利用業(yè)余時間自行設(shè)計千變?nèi)f化的仿真實(shí)驗(yàn)，既可以反復(fù)練習(xí)又激發(fā)了創(chuàng)造性思維，同時也節(jié)省了較高的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，而且多樣化的考核方式保證了大多數(shù)學(xué)生能廣泛參與到課程的討論中來，極大地促進(jìn)了教學(xué)改革，提高了教學(xué)的質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

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