“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)改革思路與方案

李泳成，李 軍，沈綱祥

（蘇州大學(xué) 電子信息學(xué)院，江蘇 蘇州 215006）

引言

寬帶網(wǎng)絡(luò)是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略性公共基礎(chǔ)設(shè)施，加速了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化、信息化轉(zhuǎn)型升級，推動了我國互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的快速發(fā)展。目前，寬帶網(wǎng)絡(luò)已全面進入光網(wǎng)絡(luò)（即寬帶光網(wǎng)絡(luò)）時代，并進一步向千兆光網(wǎng)絡(luò)持續(xù)演進。2021年，我國工業(yè)和信息化部印發(fā)了《“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展行動計劃（2021—2023年）》，明確了擴大千兆光網(wǎng)覆蓋范圍，提升骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)承載能力的目標(biāo)［1］。因此，培養(yǎng)理論基礎(chǔ)扎實、實踐能力過硬的寬帶光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域高質(zhì)量創(chuàng)新型、應(yīng)用型專業(yè)人才，符合我國重大發(fā)展戰(zhàn)略需求，對于我國經(jīng)濟社會的數(shù)字化發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”是高等院校面向研究生開設(shè)的專業(yè)課程，是寬帶光網(wǎng)絡(luò)高素質(zhì)人才培養(yǎng)的核心要素。該課程教學(xué)質(zhì)量將直接決定寬帶光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。然而，受教學(xué)內(nèi)容老舊、理論知識抽象和實踐教學(xué)困難等難點制約，“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)一直存在學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不強、課堂教學(xué)質(zhì)量不佳、理論知識與產(chǎn)業(yè)需求聯(lián)系不足等問題，在促進學(xué)生創(chuàng)新能力和應(yīng)用才干的培養(yǎng)方面存在不足。

因此，本文將以提高研究生課程教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，將寬帶光網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革作為切入點，圍繞學(xué)術(shù)研究賦能、校企合作賦能和數(shù)字應(yīng)用賦能三大核心思路，提出高效可行的課程教學(xué)改革方案，突破內(nèi)容難點、抽象難點和實踐難點，為培養(yǎng)符合我國未來寬帶光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求的高質(zhì)量創(chuàng)新型、應(yīng)用型專業(yè)人才提供新思路和新方法。

一、“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)存在問題

“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程講授內(nèi)容主要包括光網(wǎng)絡(luò)元器件、光層中的客戶層、波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理與控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)生存性技術(shù)、光接入網(wǎng)技術(shù)、光交換技術(shù)等。該課程教學(xué)內(nèi)容涉及大量的光器件和光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)，既需要講解宏觀的光網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，又需要學(xué)習(xí)微觀的光網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、算法、策略等理論知識，呈現(xiàn)出繁復(fù)、枯燥、抽象等特征。經(jīng)過仔細分析，我們認為目前傳統(tǒng)的“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)主要存在以下問題。

（一）教學(xué)內(nèi)容陳舊

“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程配套的教學(xué)書籍資源匱乏，教學(xué)內(nèi)容陳舊，已不能滿足當(dāng)下學(xué)生的學(xué)習(xí)需求?！皩拵Ч饩W(wǎng)絡(luò)”中文教材本就十分稀缺，可用的教材主要是由電子工業(yè)出版社出版，Ramaswami等人撰寫，徐安士等人翻譯的《光網(wǎng)絡(luò)》（第三版）［2］?！豆饩W(wǎng)絡(luò)》共有三個版本，第一版最早發(fā)表于1998年，距今已經(jīng)超過23年。該書作為課程教材存在兩大關(guān)鍵問題：第一，書籍內(nèi)容大量翻譯原文，書中的內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)不符合中文教學(xué)習(xí)慣，教學(xué)內(nèi)容邏輯性和連接性上存在不足，知識脈絡(luò)不夠清晰，這對于教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)都造成了一定的困擾。第二，書中的教學(xué)內(nèi)容比較陳舊，與光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展前沿存在鴻溝，缺乏對于寬帶光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的最新研究進展的介紹，無法滿足學(xué)生通過“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程學(xué)習(xí)指導(dǎo)所從事科學(xué)研究的實際需求。教學(xué)內(nèi)容陳舊最終造成了“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)的內(nèi)容難點。

（二）理論知識抽象

“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程所要教授的光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容包含大量的協(xié)議、算法、策略和模型，這些教學(xué)內(nèi)容都屬于基礎(chǔ)理論知識范疇，內(nèi)容枯燥，結(jié)論抽象，理解困難，給教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)都帶來了一定的挑戰(zhàn)。例如，光的復(fù)用技術(shù)涉及時分復(fù)用、波分復(fù)用和碼分復(fù)用技術(shù)，這三種復(fù)用技術(shù)的講解主要包括各復(fù)用技術(shù)工作原理、特點與作用，這些知識都是抽象且概念化的，無法通過觀察實際光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行過程來了解［3］。學(xué)生在學(xué)習(xí)時往往只注重了解各種光復(fù)用技術(shù)的作用，即提高光網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率，而難以將抽象的理論知識具體化、實例化。對于抽象的理論知識，學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性不佳，缺少深入學(xué)習(xí)各種光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)工作原理的動力，最終造成學(xué)習(xí)的深度與廣度不足。大量抽象的理論知識最終造成了“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)的抽象難點。

（三）實踐教學(xué)困難

“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程由于缺乏實物教學(xué)資源，任課教師難以對光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成器件進行實物講解。在“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”的教學(xué)內(nèi)容中涉及大量的光學(xué)器件，包括光復(fù)用器、光濾波器、光放大器、光開關(guān)等。部分光網(wǎng)絡(luò)元器件十分昂貴，如按教學(xué)需求采購，將花費大量課程建設(shè)費用，這顯然超出了研究生課程能夠承擔(dān)的范圍。例如，光分插復(fù)用器的價格在數(shù)十萬至上百萬元，這對教師開展實物教學(xué)造成了巨大挑戰(zhàn)。此外，光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)搭建成本高昂，一般單位不具備搭建光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的條件。因此，“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)往往缺失實踐教學(xué)部分，這不僅影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也阻礙了學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力培養(yǎng)。實踐教學(xué)困難最終造成了“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)的實踐難點。

二、課程教學(xué)改革思路與方案

前文基于“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)內(nèi)容與方法的分析，總結(jié)了課程教學(xué)中存在教學(xué)內(nèi)容陳舊、理論知識抽象和實踐教學(xué)困難三大問題，以及最終形成的內(nèi)容難點、抽象難點和實踐難點。接下來，本文將以提高“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，圍繞學(xué)術(shù)研究賦能、校企合作賦能和數(shù)字應(yīng)用賦能三大核心思路，提出相應(yīng)的課程教學(xué)改革方案，具體內(nèi)容如下。

（一）學(xué)術(shù)研究賦能課程教學(xué)

寬帶光網(wǎng)絡(luò)目前正在向超高速率、靈活低成本、算網(wǎng)協(xié)同、軟定義控制等多個方向演進，在此過程中，相關(guān)研究進行了大量的理論創(chuàng)新和方法創(chuàng)新，極大地促進了光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展［4］。為提高課程教學(xué)內(nèi)容的新穎性和時效性，我們將圍繞學(xué)術(shù)研究賦能“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)這一核心思路，擬采取以下三種教學(xué)改革方案。

1.設(shè)立寬帶光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展前沿教學(xué)章節(jié)。課程將專門設(shè)立一個名為《寬帶光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展前沿》的教學(xué)章節(jié)，用于詳細介紹寬帶光網(wǎng)絡(luò)近些年的發(fā)展趨勢。該章節(jié)的所有教學(xué)內(nèi)容將從光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域國際頂級會議OFC/ECOC和頂級期刊IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology，IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking中選取近五年報道的寬帶光網(wǎng)絡(luò)研究最新進展，重點關(guān)注會議的PDP（Post-Deadline-Paper）論文及期刊的當(dāng)月最熱下載論文等。通過分析和總結(jié)這些高質(zhì)量論文，整理出包含新一代可重構(gòu)分叉復(fù)用器架構(gòu)、空分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多波段光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、超低損耗光纖技術(shù)等多個寬帶光網(wǎng)絡(luò)熱點研究方向的最新研究進展。該教學(xué)改革方案將提高寬帶光網(wǎng)絡(luò)教學(xué)內(nèi)容的新穎性，幫助學(xué)生了解寬帶光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展前沿，提高學(xué)生的課程學(xué)習(xí)熱情。

2.組織線上學(xué)術(shù)會議。課程將組織學(xué)生參與寬帶光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的知名線上學(xué)術(shù)會議，幫助學(xué)生緊跟寬帶光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域?qū)W術(shù)研究的熱點。筆者所在課題組牽頭舉辦了在線學(xué)術(shù)會議《光通信大家論壇》，該論壇每月邀請包括美國工程院院士、IEEE/OSA fellow在內(nèi)的著名學(xué)者介紹其最新的研究進展，為學(xué)生展示領(lǐng)域內(nèi)最新學(xué)術(shù)研究熱點，提供與國際著名學(xué)者近距離交流的機會。目前，《光通信大家論壇》已舉辦多次，在學(xué)生中間取得了非常好的反響。線上學(xué)術(shù)會議將是“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)的補充與拓展，是打破課程教學(xué)孤島的重要舉措，也是協(xié)助學(xué)生緊跟學(xué)術(shù)研究熱點的重要手段。該教學(xué)改革方案彌補了“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)內(nèi)容時效性不足的缺陷，促進了學(xué)生對寬帶光網(wǎng)絡(luò)知識創(chuàng)新與應(yīng)用的前景了解，對于培養(yǎng)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才具有重要的引導(dǎo)作用。

3.提交研究方向綜述報告。課程將考核形式轉(zhuǎn)變?yōu)樘峤徽n程報告的方式，用于提高學(xué)生對于教學(xué)內(nèi)容融會貫通的能力。該課程報告要求學(xué)生結(jié)合自己的研究方向，通過檢索、調(diào)研和預(yù)研，形成一份與自身研究方向相關(guān)的研究現(xiàn)狀分析報告。該報告需要介紹所在領(lǐng)域的研究背景、研究意義和研究現(xiàn)狀，并結(jié)合“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程中教授的理論知識，提出可行的研究內(nèi)容和展示初步獲得的研究成果。課程報告的質(zhì)量將能充分展現(xiàn)出學(xué)生對于“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程的學(xué)習(xí)質(zhì)量以及指導(dǎo)其自身研究工作的情況，更適合作為本課程的考核依據(jù)。同時，由于該課程報告適合作為研究生開題報告的部分內(nèi)容，學(xué)生將有積極的意愿完成好這一課程報告。該教學(xué)改革方案彌補了“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)內(nèi)容難以指導(dǎo)研究生科研工作的不足，為學(xué)生做出高質(zhì)量的科研成果奠定了基礎(chǔ)。

（二）校企合作賦能課程教學(xué)

校企合作是滿足國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的重要渠道之一。通過校企合作，企業(yè)與學(xué)校資源整合，實現(xiàn)高校研究生課程教育與產(chǎn)業(yè)實際需求的貼合。為提高課程內(nèi)容的針對性和實用性，我們將圍繞校企合作賦能課程教學(xué)這一核心，提出相應(yīng)的課程教學(xué)改革方案，具體內(nèi)容如下。

1.共建光網(wǎng)絡(luò)元器件共享平臺。課程將與合作企業(yè)共建光網(wǎng)絡(luò)元器件共享平臺，推動寬帶光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵核心光器件等教學(xué)資源的共享。筆者所在課題組將依托與華為、亨通、中天等國際知名企業(yè)的前期合作基礎(chǔ)，積極共建閑置光器件共享機制，從企業(yè)獲取閑置的光網(wǎng)絡(luò)元器件，例如光纖、光開關(guān)、激光器等，作為“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)的實物教具。該共享平臺不僅解決了光網(wǎng)絡(luò)元器件昂貴且難以購買的難點，還充分利用了企業(yè)閑置資源，是一種雙贏的共享機制。同時，通過集中多個企業(yè)的不同光網(wǎng)絡(luò)元器件，也可以搭建部分教學(xué)中的光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用于課程的實踐教學(xué)，幫助學(xué)生更加直觀地理解教學(xué)內(nèi)容中涉及的抽象理論知識。該教學(xué)改革方案解決了“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程缺乏實物教學(xué)用具的痛點，促進了學(xué)生對抽象理論知識的理解，提高了學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。

2.選聘產(chǎn)業(yè)教授參與課程建設(shè)。產(chǎn)業(yè)教授是來自企業(yè)的創(chuàng)新人才、高技能人才和管理人才，肩負推動高校與企業(yè)、科研院所聯(lián)合培養(yǎng)人才的責(zé)任。與高校的專任教師相比，產(chǎn)業(yè)教師對于寬帶光網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀更加熟悉，是培養(yǎng)滿足產(chǎn)業(yè)需求的高素質(zhì)寬帶光網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人才的重要一環(huán)。筆者所在課題組將以校企合作為基礎(chǔ)，選聘企業(yè)的技術(shù)負責(zé)人擔(dān)任產(chǎn)業(yè)教授，并參與到“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程建設(shè)中來。產(chǎn)業(yè)教授將作為課程團隊的一員，每學(xué)期將至少為學(xué)生開展一次寬帶光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的分享教學(xué)，幫助學(xué)生加強對寬帶光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的了解。該教學(xué)改革方案解決了“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求聯(lián)系不夠緊密的缺陷，開闊了學(xué)生的產(chǎn)業(yè)視野，促進學(xué)生做出符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的科研成果。

3.學(xué)生進入企業(yè)參觀產(chǎn)線。課程將安排學(xué)生進入合作企業(yè)的生產(chǎn)車間，實地參觀光器件的生產(chǎn)過程，幫助學(xué)生了解“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程中教授的理論知識在實際產(chǎn)業(yè)中的運用。通過在企業(yè)對生產(chǎn)線的現(xiàn)場觀摩，加強學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，并結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實際需求，幫助學(xué)生在實際的科研工作中充分考慮寬帶光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)中關(guān)鍵技術(shù)存在的難點與痛點，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)理論知識解決實際產(chǎn)業(yè)問題的能力。該教學(xué)改革方案解決了“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程理論知識與實際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用脫節(jié)的問題，對于培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)急需的應(yīng)用型專業(yè)人才具有推動作用。

（三）數(shù)字應(yīng)用賦能課程教學(xué)

1.仿真實驗輔助理論學(xué)習(xí)。光網(wǎng)絡(luò)模擬仿真是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)光網(wǎng)絡(luò)理論知識的一個重要方法。一方面，仿真實驗可以向?qū)W生更好地展示和講解光網(wǎng)絡(luò)抽象的理論知識；另一方面，學(xué)生可以利用仿真平臺進行光網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課題的研究。然而，目前國際知名光網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，包括VPI公司的VPI系列軟件、OPNET公司的OPENT Modeler軟件等［5］，價格昂貴且操作復(fù)雜，學(xué)生需要花費大量時間學(xué)習(xí)。因此，本課程將基于課題組的研究成果，開發(fā)出部分寬帶光網(wǎng)絡(luò)仿真軟件包，并教授學(xué)生在此基礎(chǔ)上，根據(jù)研究問題，有針對性地開展光網(wǎng)絡(luò)仿真實驗。該教學(xué)改革方案為“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)中的仿真實驗教學(xué)提供了一種新的模式。通過該方法，學(xué)生不但能對所研究的光網(wǎng)絡(luò)問題有更深刻的認識，而且能掌握一定的仿真工具開發(fā)的方法。

2.全新多媒體教學(xué)課件。多媒體課件是現(xiàn)代化教學(xué)方法有效提高課程教學(xué)質(zhì)量的重要手段。目前，“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程缺乏較為系統(tǒng)、全面、符合中文教學(xué)特點的多媒體課件。本課程將參考國內(nèi)外著名的寬帶光網(wǎng)絡(luò)教材，融合中外資深光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的經(jīng)驗，為“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程設(shè)計全新的多媒體教學(xué)課件，并將部分關(guān)鍵內(nèi)容錄制成短視頻，供學(xué)生更好地學(xué)習(xí)和理解“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程的重要知識點。該教學(xué)改革方案解決了“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程缺乏高質(zhì)量多媒體課件的問題，能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

結(jié)語

基于“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)內(nèi)容與特點，分析“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”在教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法方面存在的問題。立足國家重大發(fā)展戰(zhàn)略需求，以培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型、應(yīng)用型寬帶光網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人才為目標(biāo)，圍繞學(xué)術(shù)研究、校企合作和數(shù)字應(yīng)用賦能課程教學(xué)的思路，提出“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程相應(yīng)的教學(xué)改革方案。最終，通過提高“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)質(zhì)量和訓(xùn)練學(xué)生理論知識聯(lián)系實際產(chǎn)業(yè)需求的能力，為我國“寬帶光網(wǎng)絡(luò)”專業(yè)人才培養(yǎng)尋求新思路和新方法。