科研在“光纖通信”課程教學中的應用

姜凌紅 王超

摘 要：科研可以為創(chuàng)新產(chǎn)品和新型技術提供很好的理論和實驗依據(jù)，以探索、創(chuàng)新、研究的過程帶動科學技術的發(fā)展。文章以“光纖通信”課程為教學實例，將理論教學、科研和工程實踐三者結合，將科研實踐融合到課程教學中，利用資源合理結合，提高學生的創(chuàng)新學習能力。

關鍵詞：“光纖通信”;科研;課程教學

0? ? 引言

隨著知識經(jīng)濟時代的到來，如何實現(xiàn)科技創(chuàng)新，將科研成果轉化為教學資源，多渠道地在教學中應用，是教學型大學在發(fā)展中應著重解決的問題。將科研應用到教學中，不僅可以拓展課程本身的知識面，還可以培養(yǎng)學生們的獨立創(chuàng)新能力，啟發(fā)學生的創(chuàng)新意識[1]。以科研成果豐富課堂教學內容，把教師的科研活動與教學緊密聯(lián)系起來，并及時把科研成果引入教學，是豐富課堂授課內容和提高教學質量的途徑之一。

1? ? “光纖通信”專業(yè)技術人才培養(yǎng)

“光纖通信”是一門通信工程專業(yè)的專業(yè)課，主要包括現(xiàn)代光技術與光纖通信的基礎知識、基本原理及新技術的發(fā)展，如光纖與光纜、常用器件和儀器、光發(fā)射機和光接收機以及光纖通信領域中一些先進的技術。

隨著光纖通信信號傳輸向超大速率、超大容量趨勢的快速發(fā)展，通信技術行業(yè)需要更多的專業(yè)技術人才。如何培養(yǎng)具有扎實的光纖通信傳輸理論知識和實踐能力的人才，將是各高校培養(yǎng)通信工程專業(yè)學生需要思考和解決的重要問題。

2? ? 利用科研內容進行通信工程專業(yè)學生培養(yǎng)的具體途徑

2.1? 以教材為教學基礎，結合科研內容拓展教學范圍

從原理上看，構成光纖通信的基本物質要素是光纖、光源和光檢測器。光纖通信是利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質將信息從一處傳至另一處的通信方式，被稱為“有線”光通信。當今，光纖以其傳輸頻帶寬、抗干擾性高和信號衰減小，而遠優(yōu)于電纜、微波通信的傳輸，已成為世界通信中主要傳輸方式。

結合“光纖通信”教學大綱中所需掌握的光纖傳輸原理、傳輸特性以及基于光纖的無源器件的相關知識點，教師可以將傳統(tǒng)光纖和教師科研相關的新型的光子晶體光纖（Photonic Crystal Fiber，PCF）相關內容進行結合教學，將最新科研融合到教學研究中，進一步拓展知識的前沿性，增強學生的創(chuàng)新意識[2]。

圖1以“光纖通信”教材的核心內容光纖為例，顯示了將科研內容與教材內容融合教學的結構設計。根據(jù)教學大綱的要求，教師將傳統(tǒng)光纖的結構、拉制過程、傳輸特性以及具體應用和教師科研中涉及的在傳統(tǒng)光纖基礎上發(fā)展的PCF相關知識點進行結合教學。兩種類型光纖結構的比較，使同學們可以全面深入地掌握光纖的排列方式、分類以及不同材料組成形成的不同光纖結構;通過光纖制備工藝的比較，將科研內容引入，學生可以全面地深入學習兩種類型光纖的預制棒的制作、拉絲塔拉制過程以及工藝程序上的不同點和相同點;光纖結構排列的不同對傳輸特性會有很大的影響。教師可以將這兩方面結合教學。最后兩種類型光纖的應用比較，可以拓展延伸到整本教材，用于光纖通信、無源器件以及有源器件。教師除培養(yǎng)學生掌握教材中相關知識之外，進一步擴大了與前沿科研相關的知識范疇，培養(yǎng)學生從事科學研究和創(chuàng)新的能力。

2.2? 將前沿科研內容與教學結合，拓展學生科學思維和科研視野

在構建完“光纖通信”課程的整體教學體系之后，教師將該課程涉及的當前學科中最新的科研內容、科研方向和教學內容進行有序結合，很大程度上增加了學科的應用前沿，拓展了學生的科研思維。

具體而言，“光纖通信”課程涉及基于光纖的無源器件，如果只是簡單講解課本提供的原理，利用傳統(tǒng)意義上的求解、推導、原理分析去教授光纖的無源器件相關知識，必將是一個非常抽象、復雜而又枯燥、難以理解的過程，最終的學習效果將會不盡人意。光纖功能器件大多用于光纖傳輸中光信號的放大、整形、分頻、倍頻、調制以及光振蕩，并且以各類光纖器件的形式出現(xiàn)。這些器件具體應用到何處，涉及的前沿科研具體包括哪部分內容，和當今信息社會向高速率、寬帶寬、微型化、集成化的全光網(wǎng)絡的哪一部分光子器件相關聯(lián)，最終如何實現(xiàn)這些無源器件的應用，以及存在何種缺陷，哪些因素阻礙全光網(wǎng)絡的發(fā)展，這一系列問題都是教師在課前需要充分準備的教學內容。

可見，鼓勵教師做好相關科研，并將課程內容相關的科研應用到具體教學過程中，是非常有必要的。在課堂上，筆者將自己科研立項的省級項目“金屬填充光子晶體光纖偏振相關濾波器色設計與研究”相關的科研方向和研究內容引入“光纖通信”課程教學，并與光纖通信中的傳輸技術、應用技術有效結合。其中，金屬填充光子晶體光纖產(chǎn)生的一種表面等離子共振現(xiàn)象，是當前最熱門的科研方向之一，利用這種表面等離子共振現(xiàn)象，結合光纖的結構，可以實現(xiàn)很多傳統(tǒng)光子器件無法實現(xiàn)的優(yōu)異傳輸特性，將其相關內容和傳統(tǒng)光纖中的器件結合進行教學，鼓勵學生在學生傳統(tǒng)光纖所設計的無源器件之余，激發(fā)同學們對最新、前沿科研的研究興趣，在很大程度上增加了學生的學習興趣和學習動力。這種方法能激發(fā)大學生的主觀能動性和創(chuàng)造力，磨礪大學生的思維，構建知識結構，讓學生更加了解和熟悉自己所學的課程，有利于增加教學內容的時代性、先進性，拓展了學生的知識視野，通過向學生介紹科研的內容、方法，將和教學內容有關的學科領域的最新學術觀點、動態(tài)向學生講解，啟發(fā)學生思考問題。

2.3? 將科研實驗平臺與教學結合，培養(yǎng)學生的實踐能力

以光纖通信中傳統(tǒng)光纖的切割、熔接、拉制為例，將科研實驗平臺和教學相結合。比如，光纖切割知識，教師可以利用科研實驗平臺進行光纖切割的具體操作，展示光纖切割的實驗過程，將光纖切割中需要考慮的環(huán)境、切割刀的使用及注意事項、操作過程中的注意事項、光纖涂覆層的剝離、光纖表面的擦拭、光纖斷裂端面產(chǎn)生的原因等一系列知識，都全面、詳細地展示給學生，而不是簡單地在PPT上進行理論描述。另外，傳統(tǒng)光纖的拉制相對簡單，教師可以利用自身的科研平臺，帶學生們參觀新型微結構光纖拉制的操作過程，介紹光纖拉制過程中涉及的加高溫石墨爐、拉絲牽引、電控柜、高倍顯微鏡等實驗設備工作原理，教師可以形象生動地展現(xiàn)石英毛細玻璃管拉制到光纖的過程，利用教師科研實驗平臺所涉及的所有資源和條件，將科研中實驗具體實踐細節(jié)展示給學生，根據(jù)學生的能力、知識儲備來合理設計和科研相關的實驗，結合“光纖通信”課程所描述的物理現(xiàn)象進行實驗研究和實驗現(xiàn)象觀察[3]。最大化地將枯燥的、抽象的、復雜的理論知識形象化，激發(fā)學生的學習興趣和學習主動性，也拓展了學生的學習視野，具體實踐除了加深了學生對“光纖通信”課程中的物理概念的理解，也鍛煉了學生們的具體實踐能力和提出問題、解決問題的創(chuàng)新能力，達到更好的教學效果。

4? ? 結語

將科研成果引入教材和課堂，有利于強化學生對專業(yè)知識的了解，培養(yǎng)學生的思維能力，開闊學生的學習視野和學習興趣。教師將教研應用到教學中，能夠更好地培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識和具有發(fā)展?jié)撡|的符合現(xiàn)代社會需要的人才。

[參考文獻]

[1]王鮮芳.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的嵌入式系統(tǒng)課程教學研究[J].河南科技學院學報，2013（8）：55-56.

[2]莊堅泉.面向項目實踐的光纖通信課程教學改革研究[J].信息通信，2015（5）：202.

[3]耿濤，冉天綱.基于項目式的光纖通信實驗教學改革[J].實驗室科學，2011（5）：33-35.

（編輯 王永超）

Application of scientific research in the teaching of “Optical Fiber Communication” course

Jiang Linghong， Wang Chao

（College of Intelligence and Information Engineering， Tangshan University， Tangshan 063000， China）

Abstract：Scientific research can provide a good theoretical and experimental basis for innovative products and new technologies， and promote the development of science and technology in the process of exploration， innovation and research. Taking the course of “Optical Fiber Communication” as a teaching example， this paper combines the theory teaching， scientific research and engineering practice， integrates the scientific research practice into the course teaching， and uses the reasonable combination of resources to improve the students innovative learning ability.

Key words：“Optical Fiber Communication”; scientific research; course teaching