《光纖通信》課程教學(xué)改革與實(shí)踐

駱 文,張慶堂 (武漢工程大學(xué)理學(xué)院,湖北武漢430070)

光纖通信是現(xiàn)代通信網(wǎng)的三大支柱之一 (其余兩大支柱分別是衛(wèi)星通信和無線電通信)。近年來,光纖通信發(fā)展迅速,深刻地改變了電信網(wǎng)的面貌,成為現(xiàn)代信息社會最堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。

《光纖通信》是為光信息專業(yè)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)課程,集中了材料、通信、電子、固體物理、量子力學(xué)等眾多學(xué)科內(nèi)容,具有涉及內(nèi)容廣、理論基礎(chǔ)深、知識更新快、理論與實(shí)際聯(lián)系緊密等特點(diǎn)。在開設(shè)光纖通信這門課程時(shí),需要根據(jù)該課程的特點(diǎn),合理安排課程內(nèi)容,既抓住重點(diǎn),又要更新相關(guān)知識點(diǎn),使內(nèi)容不至于太陳舊,以便跟上新技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。因此,對 《光纖通信》課程教學(xué)進(jìn)行改革勢在必行。筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐,對 《光纖通信》課程的教學(xué)改革進(jìn)行探討。

1 理論教學(xué)改革

《光纖通信》課程應(yīng)分為4大塊:光纖傳輸理論、光器件、光纖通信系統(tǒng)、光纖通信新技術(shù)。這幾部分內(nèi)容各有特點(diǎn),在教學(xué)時(shí)可根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)方法和手段,以便讓學(xué)生更容易接受并掌握知識。

光纖傳輸理論涉及到較多的電磁場和電磁波方面的知識,內(nèi)容抽象、公式復(fù)雜,如光在光纖中傳輸?shù)牟▌釉?其公式推導(dǎo)非常繁瑣抽象,致使學(xué)生理解起來非常困難。這就需要教師具備很深厚的物理與數(shù)學(xué)功底,在課前做好充分的知識儲備,精心備課,才能夠在講授時(shí)得心應(yīng)手。建議在教學(xué)過程中引入計(jì)算機(jī)輔助教學(xué),如采用Matlab軟件將其中的數(shù)學(xué)推導(dǎo)及分析過程簡化,使相應(yīng)分析以實(shí)體形象具體地展現(xiàn)給學(xué)生;同時(shí)將教材中的一些圖形制作成Flash動畫,使學(xué)生能夠理解其中抽象的理論知識。

光器件部分主要涉及光纖通信中使用的光開關(guān)及其陣列、組合型光無源器件、光纖光柵、光纖激光器、光纖放大器、全光波長變換器、MEMS器件、光電集成器件等。因而對光器件部分的講授應(yīng)盡量采取理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)方式。由于經(jīng)費(fèi)緊張,在實(shí)驗(yàn)室沒有購買上述相關(guān)光器件的情況下,可以通過多媒體手段向?qū)W生展示各類光器件的外觀及應(yīng)用情況,以彌補(bǔ)學(xué)生沒有感性認(rèn)識的缺憾。此外,在教學(xué)過程中應(yīng)著重介紹這些光器件的近期研發(fā)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢。

近年來,光纖通信的發(fā)展日新月異,其新技術(shù)層出不窮,如果教師只局限于書本上的內(nèi)容,就無法拓展學(xué)生的知識眼界。因此,建議在教學(xué)過程中采用如下方式:①將搜集到的光纖通信新技術(shù)資料以多媒體方式向?qū)W生講授和展示,使學(xué)生對該部分內(nèi)容有具體的了解。②將學(xué)生分成若干小組,每個小組收集不同的光纖通信新技術(shù)內(nèi)容,然后每個小組選派一個代表,由這些代表向全班同學(xué)介紹其 “研究”成果。這種方法可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神、激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

《光纖通信》實(shí)驗(yàn)是課堂理論教學(xué)的重要補(bǔ)充,其內(nèi)容的選取既要與相關(guān)理論緊密聯(lián)系,又要便于進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生實(shí)驗(yàn),使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)牢固掌握相關(guān)理論知識。

首先,應(yīng)適當(dāng)開設(shè)一些驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn),通過驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)使學(xué)生牢固掌握理論知識和熟悉使用基本的常用儀器,為進(jìn)行綜合型實(shí)驗(yàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其次,應(yīng)鼓勵有興趣的學(xué)生利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室資源進(jìn)行設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。如利用光纖通信實(shí)驗(yàn)箱上的CPLD模塊進(jìn)行二次開發(fā),這樣可以提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性,進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的動手能力。此外,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)使用光纖通信系統(tǒng)仿真軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。隨著信息科學(xué)的迅速發(fā)展,用于研發(fā)、測試的儀器更新速度加快,技術(shù)含量提高,儀器價(jià)格越來越昂貴,采用光纖通信系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)可以在一定程度上彌補(bǔ)儀器設(shè)備的不足[2]。在仿真實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生可以隨意調(diào)整仿真波形的幅度、頻率和相位,隨意添加噪聲的大小等,對大到整個傳輸系統(tǒng)、小到一個器件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能仿真,直觀地模擬信息在光纖通信中傳輸?shù)恼麄€過程。采用仿真實(shí)驗(yàn)便于學(xué)生觀察和學(xué)習(xí),有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新思維。

3 考試方式改革

目前 《光纖通信》課程考試主要通過理論考試確定學(xué)生的學(xué)科成績。針對這種重理論輕實(shí)踐的不良狀況,因而要加大實(shí)驗(yàn)成績的比重,讓實(shí)驗(yàn)成績 (操作技能+實(shí)驗(yàn)報(bào)告)占學(xué)生期末總成績的20%。此外,傳統(tǒng)理論考試中計(jì)算題型多而綜合分析題型少,因而在強(qiáng)調(diào)考核基本概念和基本原理的同時(shí),加大綜合分析題型的比重。這樣在試卷中各種題型權(quán)值配置比較合理,能夠科學(xué)客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。

4 結(jié) 語

針對 《光纖通信》課程教學(xué),在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及考試方式上提出了相關(guān)改革措施,通過優(yōu)化教學(xué)方法和創(chuàng)設(shè)多樣化的實(shí)踐環(huán)境,對提高學(xué)生分析和解決問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識有重要作用。教學(xué)實(shí)踐表明,《光纖通信》課程教學(xué)改革與實(shí)踐受到學(xué)生歡迎,效果良好。

[1]王輝.光纖通信 [M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[2]李環(huán).通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.