光通信技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革初步研究

喬忠良 李再金 趙志斌 陳浩 曾麗娜

摘? 要 根據(jù)研究型專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合當(dāng)今光通信技術(shù)基礎(chǔ)課程的專業(yè)性特點(diǎn)，對該專業(yè)課程的教學(xué)模式、教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行初步的改革探討和研究，通過將課程內(nèi)容、方法與科研緊密聯(lián)系在一起，漸進(jìn)式引導(dǎo)和培養(yǎng)本科學(xué)生學(xué)習(xí)光通信技術(shù)基礎(chǔ)這門專業(yè)必修課理論的興趣，使學(xué)生形成系統(tǒng)性的思考能力、細(xì)致的實(shí)踐能力、周密的動(dòng)手能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膭?chuàng)新能力，使這門課程更適應(yīng)于光學(xué)工程學(xué)課專業(yè)性、技術(shù)性和研究應(yīng)用兼顧型專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 研究型專業(yè);光電工程專業(yè);光通信技術(shù)基礎(chǔ);教學(xué)改革;實(shí)踐教學(xué);仿真教學(xué)

中圖分類號：G642.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）07-0097-02

0 引言

光通信技術(shù)基礎(chǔ)是由通信技術(shù)、激光技術(shù)、電子技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)等融合而發(fā)展出的一門研究光通信的熱門學(xué)科，包括光子與光子、光子與電子、電子與電子之間相互作用。歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，人們基于通信技術(shù)基礎(chǔ)研制了各種光通信的光子器件、電子器件及光電子器件。這些技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于大眾日常的各個(gè)層面，并給大眾的工作和生活帶來巨大的變化。

以光通信技術(shù)為代表的高新技術(shù)掀起的高速信息產(chǎn)業(yè)浪潮，帶動(dòng)了我國產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向，也是目前發(fā)展最快的高技術(shù)、高增加值、高密度就業(yè)的產(chǎn)業(yè)[1]，因此，我國每年都需要大批高質(zhì)量的光電通信類技術(shù)人才。特別是近年來，大量高校設(shè)置了與光通信相關(guān)的專業(yè)，比如光電子器件與技術(shù)、光電信息技術(shù)和光電探測技術(shù)專業(yè)等，培養(yǎng)了可觀的人才和技能儲(chǔ)備[2-4]。光通信技術(shù)基礎(chǔ)課程就是這類專業(yè)人才的專業(yè)必修課程。該課程的特點(diǎn)是課程內(nèi)容覆蓋面寬，理論性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，實(shí)踐能力要求高，不僅是前期所學(xué)基礎(chǔ)理論和實(shí)踐知識（如數(shù)字電路、模擬電路、光電子器件等）的實(shí)踐，也是對相關(guān)理論知識的深化拓展。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅可以深入理解相關(guān)光通信技術(shù)的理論知識，還培養(yǎng)了一定的科研基本素質(zhì)[5-6]。因此，該課程是光電工程專業(yè)的一門深化的核心實(shí)踐課程，這就對該門課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)提出更進(jìn)一步的實(shí)踐要求。

當(dāng)前，研究型專業(yè)學(xué)生的知識如果儲(chǔ)備不豐富，對理論性較強(qiáng)的部分接受程度就會(huì)不理想。同時(shí)，研究型專業(yè)的學(xué)生實(shí)踐能力是弱項(xiàng)，需要增強(qiáng)這方面的能力。所以，這就要求對光通信技術(shù)基礎(chǔ)這門專業(yè)核心課程進(jìn)行改革，以適應(yīng)研究型專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)實(shí)情。

1 教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

課堂教學(xué)需要依據(jù)教學(xué)計(jì)劃、對象和目的設(shè)定。研究型大學(xué)本科專業(yè)主要服務(wù)于行業(yè)內(nèi)產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展，注重理論知識的運(yùn)用和相關(guān)技術(shù)的研究，培養(yǎng)的是與行業(yè)內(nèi)產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展需求相匹配的研究型技術(shù)人才。因此，對教學(xué)內(nèi)容的設(shè)定既要兼顧理論，也要兼顧實(shí)踐，更要根據(jù)研究型、應(yīng)用型、技術(shù)型、產(chǎn)業(yè)型的人才培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)定教學(xué)內(nèi)容?？蓪⒄n程分為初階基礎(chǔ)知識必備、中階技術(shù)應(yīng)用延伸、高階當(dāng)今前沿發(fā)展。此外，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力也是考慮的因素，因此需要綜合考慮理論知識和實(shí)踐水平。初階基礎(chǔ)知識必備包括光波導(dǎo)、光源、光纖、光探測、光中繼、光放大、光接收、光調(diào)制和光解調(diào)等。中階技術(shù)應(yīng)用延伸包括光存儲(chǔ)、光顯示光通信、光電成像、光編碼和光解碼等具體應(yīng)用。高階當(dāng)今前沿發(fā)展包括當(dāng)前關(guān)注度高、應(yīng)用前景好的光電子集成器件及其系統(tǒng)應(yīng)用，增加光電器件系統(tǒng)集成和應(yīng)用方面的內(nèi)容，比如各種硅光子、硅波導(dǎo)器件等當(dāng)前研究熱點(diǎn)內(nèi)容。

2 教法改革

理論教學(xué)方面? 光通信技術(shù)基礎(chǔ)課程主要是激光與通信技術(shù)相結(jié)合的延伸。該課程既要介紹與光通信技術(shù)相關(guān)的光通信基本組成、光波導(dǎo)類型、光模式、激光解碼和編碼等基本理論知識，還需要對光通信技術(shù)的前沿技術(shù)和主要功能進(jìn)行介紹。在傳播經(jīng)典基礎(chǔ)理論知識的同時(shí)，教師還可將自己的和該領(lǐng)域最新的科研成果融入課堂教學(xué)中，將國內(nèi)與國際上最新的技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)和經(jīng)典成果在課堂上展示給學(xué)生。比如在光纖結(jié)構(gòu)章節(jié)，重點(diǎn)介紹階躍折射率波導(dǎo)和漸變折射率波導(dǎo)，接著講到階躍折射光纖和漸變折射率光纖，進(jìn)而擴(kuò)展到硅光子波導(dǎo)和其他材料結(jié)構(gòu)的光子波導(dǎo)，甚至延伸到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，介紹與之相關(guān)的外腔可調(diào)半導(dǎo)體激光器工作原理和相關(guān)性能。通過這種方式授課，學(xué)生能夠了解最新的科研動(dòng)態(tài)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，還可以拓寬視野，踐行研究型和應(yīng)用型方向的辦學(xué)目的。同時(shí)，想考研的學(xué)生能夠較清晰了解本專業(yè)方向。另外，讓學(xué)生學(xué)習(xí)科技論文的引用關(guān)聯(lián)查詢方法，使學(xué)生獲取信息能力大幅提升。這樣可以讓學(xué)生進(jìn)一步掌握科技發(fā)展動(dòng)態(tài)、應(yīng)用和專利技術(shù)等，為后續(xù)培養(yǎng)創(chuàng)新性思維和專題分組討論做準(zhǔn)備。

光通信技術(shù)性能仿真教學(xué)? 隨著計(jì)算機(jī)性能和專業(yè)算法技術(shù)不斷發(fā)展，仿真模擬實(shí)驗(yàn)的仿真結(jié)果越來越貼合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此受到人們的普遍重視。當(dāng)前，仿真技術(shù)為科研人員提供了有效的理論和實(shí)踐教學(xué)方法。仿真計(jì)算可以節(jié)省勞動(dòng)資源，減少實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度，更好地服務(wù)于科研。在這樣普遍應(yīng)用的重要背景下產(chǎn)生的數(shù)學(xué)、模擬仿真軟件，具有接近真實(shí)的數(shù)值計(jì)算分析功能、易學(xué)的操作界面、便捷的工作環(huán)境和成熟的編程語言。因此，可以讓學(xué)生利用物理關(guān)系和數(shù)學(xué)運(yùn)算相結(jié)合的數(shù)學(xué)、物理模型模擬物理、光學(xué)和光電轉(zhuǎn)換等過程，對光通信、光波導(dǎo)和光器件等的模場、光場和載流子分布等進(jìn)行數(shù)學(xué)建模仿真，將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果比較，使學(xué)生產(chǎn)生更加深刻的印象和學(xué)習(xí)興趣。模擬仿真將是理論課和實(shí)驗(yàn)課的有益補(bǔ)充，可以極大促進(jìn)學(xué)生對知識的掌握和理解。

分組討論? 光通信技術(shù)課程講授的內(nèi)容大都是與現(xiàn)實(shí)生活密切聯(lián)系的，而且是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步和科技研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)和熱點(diǎn)，因此可以將當(dāng)前研究熱點(diǎn)問題選為小組討論主題。比如;技術(shù)方面，光纖、硅光子芯片、DFB半導(dǎo)體激光器和眼圖等;產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，5G和6G光通信問題，以及國家針對芯片產(chǎn)業(yè)卡脖子問題做的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃。學(xué)生通過查閱資料，收集與光通信和新型光子器件相關(guān)的素材，鼓勵(lì)他們提出自己的設(shè)想，并在課堂上進(jìn)行討論，對學(xué)生天馬行空的思想加以科學(xué)引導(dǎo)。這種方式可加深學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解深度，也會(huì)對當(dāng)前領(lǐng)域和行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)有較清晰認(rèn)識，潛移默化間，對其未來所從事的職業(yè)和人生坐標(biāo)有了進(jìn)一步的定位和規(guī)劃。

此外，本專業(yè)的學(xué)生既可以加入國家級、省市級和校級的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，也可以參加全國智能小汽車比賽、全國光電設(shè)計(jì)大賽?？梢宰寣W(xué)生分享個(gè)人經(jīng)歷和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，讓其他學(xué)生少走彎路，或者帶領(lǐng)其他年級學(xué)生形成良好的階梯式良性發(fā)展。通過這種模式的小組討論，能夠使學(xué)生形成協(xié)作配合和團(tuán)結(jié)合作能力，培養(yǎng)學(xué)生榮譽(yù)感和團(tuán)隊(duì)意識，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、思考和解決問題的能力。這些都是研究型和應(yīng)用型高校教學(xué)目標(biāo)的重要體現(xiàn)。

實(shí)踐教學(xué)? 實(shí)踐教學(xué)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的延伸，是研究型和應(yīng)用型高校教學(xué)中不可缺少的教學(xué)環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)研究型和應(yīng)用型高校學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的必備教學(xué)手段，也是目前高校專業(yè)理論學(xué)習(xí)與公司、企業(yè)工作實(shí)踐相結(jié)合的過渡方式。通過實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以實(shí)現(xiàn)抽象的、模糊的理論具體化、清晰化。將光通信技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)分為實(shí)踐部分和公司、企業(yè)介紹部分。

1）實(shí)踐部分包括半導(dǎo)體激光光源的功率測量、P-I特性曲線繪制、消光比測試、激光模式分析、誤碼率的測量、模擬和數(shù)字信號光傳輸、光纖傳輸成像、眼圖的測量、碼型分析、擾碼和解碼、各種碼型編譯及光纖傳輸參數(shù)測試等實(shí)驗(yàn)，涵蓋了當(dāng)前光通信技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的內(nèi)容。通過對實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)和實(shí)際動(dòng)手操作，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象的觀察、研究和分析，可以促進(jìn)學(xué)生對理論知識的理解和鞏固。

2）相關(guān)公司、企業(yè)介紹部分是介紹與本專業(yè)和本課程相近的公司、企業(yè)、研究所和高校，以及相關(guān)單位的發(fā)展水平，讓學(xué)生了解以后找工作的具體目標(biāo)，做到有的放矢;讓學(xué)生了解單位的不同會(huì)形成不同的文化氛圍和規(guī)章制度;讓學(xué)生去觀看相關(guān)的公司、企業(yè)、研究所和高校的紀(jì)錄片，了解各種崗位、工作環(huán)境和心態(tài)，增強(qiáng)學(xué)生對本專業(yè)的了解和認(rèn)可度。

3 考核評估方式

傳統(tǒng)卷面評估方式比較適合那些專業(yè)性強(qiáng)、理論深的課程。光通信技術(shù)基礎(chǔ)課程考核評估將學(xué)習(xí)效果的評估作為重點(diǎn)，以小組討論、文獻(xiàn)查找、章節(jié)作業(yè)、5分鐘課上試講提問和期末考試組成。其中，小組討論占10%，文獻(xiàn)查找占10%，章節(jié)作業(yè)占10%，各組5分鐘課上試講提問占10%，期末考試占40%，實(shí)驗(yàn)占20%。通過這種考核評估，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、自學(xué)能力和創(chuàng)新能力的綜合考查。

4 結(jié)語

根據(jù)光電工程專業(yè)的具體情況，結(jié)合光通信技術(shù)基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)，探索對該課程的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐方式和考核評估方式等進(jìn)行一系列初步改革。教學(xué)必須平衡培養(yǎng)方式和培養(yǎng)目標(biāo)的要求，使學(xué)生既能深入理解和掌握基本理論知識，又能明確最新的學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)，開闊視野，為以后工作確定方向和目標(biāo)。對海南師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院2017級和2018級光電班學(xué)生進(jìn)行對比調(diào)查，結(jié)果顯示：通過改革，學(xué)生綜合表現(xiàn)有了明顯提升，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生的就業(yè)、擇業(yè)能力，也對考研起到積極的推動(dòng)作用?？傊虒W(xué)改革是一項(xiàng)長期而艱巨的實(shí)踐工程，要有與時(shí)俱進(jìn)的精神和作風(fēng)，需要在長期的、不斷的改革中探索前行?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]朱京平.光電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].2版.北京：科學(xué)出版社，

2009.

[2]羅敏.“光電子技術(shù)基礎(chǔ)原理”教學(xué)方法探討[J].求知導(dǎo)刊，2014（10）：137.

[3]龐永師，林昭雄，陳德豪，等.應(yīng)用型人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式探索[J].高等工程教育研究，2008（2）：145-148.

[4]狄紅衛(wèi)，張永林.光電子技術(shù)人才培養(yǎng)的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].高等理科教育，2003（6）：36-39.

[5]劉紅梅.“光電子技術(shù)基礎(chǔ)”教學(xué)模式的思考與實(shí)踐[J].教育現(xiàn)代化，2016（3）：159-160.