迎春　杜云剛

摘 要： 科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)人類的通信方式和通信效率提出更高要求。光纖通信在現(xiàn)代通信中起著舉足輕重的作用。作為光通信重要環(huán)節(jié)的高?！肮饫w通信”課程在實(shí)際光通信應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用。本文基于多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從“光纖通信”課程教學(xué)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想出發(fā)，探索可行的教學(xué)方法與教學(xué)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞： 光纖通信 教學(xué)方法 理論教學(xué)

人類社會(huì)在20世紀(jì)末進(jìn)入信息時(shí)代。支撐信息社會(huì)的基礎(chǔ)是遍布于全球的信息高速公路，光纖通信是構(gòu)成信息高速公路的重要環(huán)節(jié)。1966年，英籍華裔學(xué)者高錕（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文《光頻介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》，指出了利用光纖（OpticalFiber）進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信——光纖通信的基礎(chǔ)[1]。緊接著1970年美國(guó)的康寧公司研制成功的低損耗光纖使實(shí)際光通信成為可能，同時(shí)該領(lǐng)域得到了飛速發(fā)展，光纖網(wǎng)絡(luò)成了反映國(guó)家軟實(shí)力的重要標(biāo)志。在我國(guó)已經(jīng)建成了“八縱八橫”國(guó)家一級(jí)光纜通信網(wǎng)，現(xiàn)正在大力發(fā)展光纖到戶（FTTH）[2]。2007年，教育部的1、2號(hào)文件提出實(shí)施“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”，要求進(jìn)一步改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。根據(jù)《教育部關(guān)于啟動(dòng)高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程精品課程建設(shè)工作的通知》（教高[2003]1號(hào)）及《國(guó)家精品課程建設(shè)工作實(shí)施辦法》，為了提高精品課程建設(shè)質(zhì)量和水平，體現(xiàn)現(xiàn)代教育思想，以培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才為目標(biāo)，結(jié)合本校本專業(yè)特點(diǎn)，我校光纖通信課程理論教學(xué)進(jìn)行了以下改革和探索，部分內(nèi)容已經(jīng)投入實(shí)踐并獲得了較好的教學(xué)效果[2，3]。

一、“光纖通信”課程教學(xué)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

雖然“光纖通信”課程是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程[4]，但是基礎(chǔ)理論的掌握對(duì)以后實(shí)踐起著極其重要的作用?？梢哉f(shuō)基礎(chǔ)理論的廣度和深度直接影響以后從事實(shí)用型工作還是創(chuàng)造型研究。“光纖通信”總學(xué)時(shí)為92學(xué)時(shí)，其中基礎(chǔ)理論占56學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)為36學(xué)時(shí)，最后設(shè)置了兩周課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。理論教學(xué)內(nèi)容主要包括光纖傳輸理論、通信用光器件、光端機(jī)、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)、模擬光纖通信系統(tǒng)、光纖通信新技術(shù)和光纖通信網(wǎng)絡(luò)等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要包括以光纖端面處理與熔接實(shí)驗(yàn)、單模光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)光纖光纜的識(shí)別與使用、光纖損耗系數(shù)和事件點(diǎn)參數(shù)測(cè)量、光發(fā)送機(jī)的參數(shù)測(cè)試、光纖電話傳輸實(shí)驗(yàn)、光纖視頻傳輸實(shí)驗(yàn)、波分復(fù)用光纖傳輸實(shí)驗(yàn)和摻鉺光纖放大器實(shí)驗(yàn)為代表的十二個(gè)題目。本課程最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)為課程設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行選擇性深入學(xué)習(xí)和研究，并獨(dú)立設(shè)計(jì)完成指定題目。

二、“光纖通信”課程理論教學(xué)方法與實(shí)踐

“光纖通信”課程教學(xué)過(guò)程中首先要重視基礎(chǔ)理論講授，并為了提高理論教學(xué)效率，注意教學(xué)方法和手段。

1.理論教學(xué)過(guò)程中的理論分析應(yīng)從簡(jiǎn)單遞進(jìn)難度。例如，我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐過(guò)程中學(xué)習(xí)光纖中的光傳輸理論時(shí)，先討論學(xué)生較熟悉的幾何光學(xué)法的全反射傳輸理論，再分析光在光纖中遵循的電磁理論，提出麥克斯韋方程組，并進(jìn)行嚴(yán)格推導(dǎo)和詳細(xì)討論。

2.教學(xué)中應(yīng)適當(dāng)展開課堂討論。對(duì)于一些較簡(jiǎn)單并有一定重復(fù)性的內(nèi)容，可以采取課堂討論的教學(xué)模式。由于，光纖制造和光纜制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單易懂，制造過(guò)程和方法有很多種。因此，對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行課堂討論形式教學(xué)。預(yù)先把學(xué)生分成幾組，每組選擇2～3個(gè)題目，之后收集資料、制作PPT、充分備課。課堂上每組選出1～2個(gè)學(xué)生，上講臺(tái)利用15～25分鐘的時(shí)間對(duì)特定題目進(jìn)行講解，講完后其他成員可以提問(wèn)，相互討論。通過(guò)以上教學(xué)環(huán)節(jié)，本是一些繁雜的內(nèi)容從不同講解者的不同風(fēng)格再現(xiàn)出來(lái)，課堂氣氛積極活躍，講授內(nèi)容豐富多彩。同時(shí)講解者完成了選題目、制作PPT及備課講課等全過(guò)程，這對(duì)即將畢業(yè)的學(xué)生是一個(gè)展現(xiàn)自己、鍛煉自己的好機(jī)會(huì)。

3.教學(xué)過(guò)程中適當(dāng)展示實(shí)際器件或相關(guān)案例。光纖通信是一門要求理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程。除了規(guī)定的實(shí)驗(yàn)課外，在理論教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該注意理論與實(shí)際相結(jié)合。在理論教學(xué)過(guò)程中，涉及一些實(shí)際光學(xué)元件和設(shè)備時(shí)，比如，連接器、耦合器、光纖光柵和激光器等，課堂上盡量展示實(shí)物及說(shuō)明書，并說(shuō)明其在通信網(wǎng)絡(luò)中的具體位置和作用。不僅可以活躍課堂氣氛，還可以鞏固教學(xué)內(nèi)容，留下深刻印象。比如，設(shè)計(jì)光纖分類和工藝等內(nèi)容時(shí)，我們盡量引入許多國(guó)內(nèi)外的著名企業(yè)并展示其相關(guān)光纖產(chǎn)品。我國(guó)已擁有長(zhǎng)飛、亨通、烽火、富通、中天、永鼎、通光、匯源等八大光纜企業(yè)及特發(fā)、成康、北康、侯馬、富春江、天虹、宏安、華倫、華達(dá)、華新、港龍、通鼎、西古、法爾勝等一大批骨干企業(yè)。2006年，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)光纜總量達(dá)2000萬(wàn)芯公里，出口光纜470萬(wàn)芯公里，總產(chǎn)銷2470萬(wàn)芯公里以上。2000～2012年，我國(guó)光纖需求量增加了整整24倍，年增長(zhǎng)率達(dá)30%。2006年中國(guó)光纖需求量?jī)H占全球的25%左右，至2012年，這一市場(chǎng)份額已超過(guò)了50%。光纜總體技術(shù)水平已達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平，主要企業(yè)的主要產(chǎn)品指標(biāo)領(lǐng)先國(guó)際先進(jìn)水平，產(chǎn)品種類規(guī)格基本齊全（海底越洋光纜尚差）[5]。

4.概念與其背景相聯(lián)系。每一學(xué)科與每一門課程都具有相應(yīng)的概念和理論。其中一些現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、一些概念的提出有其歷史背景和條件。在光通信，特別是光孤子通信屬于這一類，孤子這個(gè)名詞首先是在流體力學(xué)中提出的，其概念可以追溯到1844年英國(guó)工程師Soctt Russel在《波動(dòng)論》中記錄的一段于1834年8月在愛(ài)丁堡一戈拉斯高運(yùn)河上的一次經(jīng)歷。講授該內(nèi)容時(shí)，我們抓住其獨(dú)特的歷史，回顧一下當(dāng)年的發(fā)現(xiàn)，活躍課堂氣氛，形象準(zhǔn)確地理解概念。

5.理論分析與科研成果相聯(lián)系。在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用科技論文，可以使學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容掌握得更好，同時(shí)對(duì)科技論文的查閱、內(nèi)容格式和寫作等進(jìn)一步了解，對(duì)以后畢業(yè)論文，乃至科研工作有一定的引導(dǎo)作用。對(duì)科技論文的選取要注意以下幾點(diǎn)：文章的主題符合課程相關(guān)內(nèi)容；科技論文的難度要適當(dāng)；科技論文作者及其單位在行業(yè)有一定的影響力；最后，科技論文內(nèi)容為該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)[2]。比如，講授完光纖結(jié)構(gòu)、制造工藝和傳輸理論之后，組織學(xué)生學(xué)習(xí)李進(jìn)延（烽火通信科技有限公司）的《S-C-L三波段傳輸新型單模光纖的設(shè)計(jì)和研究》和專利《一種新型低色散光纖》[3]。通過(guò)分析科技論文鞏固所學(xué)知識(shí)，進(jìn)一步理解提出問(wèn)題、解決問(wèn)題，并把成果撰寫成科技論文或申請(qǐng)專利的整體過(guò)程，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。

6.實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和仿真模擬。在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，我們針對(duì)性地開設(shè)了12個(gè)典型實(shí)驗(yàn)。除此之外，結(jié)合理論與實(shí)踐，設(shè)置了計(jì)算機(jī)仿真的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。仿真是利用模型復(fù)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過(guò)程，并通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)研究存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)[6]。很多情況下，因受到實(shí)驗(yàn)條件限制，光纖通信中經(jīng)實(shí)際操作，用實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)和分析的內(nèi)容有限。此時(shí)，我們可以學(xué)習(xí)和利用仿真技術(shù)，主要是利用一些光纖通信領(lǐng)域功能較強(qiáng)的模擬軟件設(shè)計(jì)光纖通信器件和光纖通信系統(tǒng)。對(duì)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的模擬，參數(shù)調(diào)整和結(jié)果分析加深對(duì)實(shí)際通信網(wǎng)絡(luò)的了解，分析其存在的問(wèn)題，提出解決方案。

三、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近幾年理論教學(xué)實(shí)踐和探索，有效改進(jìn)了教學(xué)方法和手段，豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，理論、實(shí)踐和仿真模擬有效結(jié)合，拉近了教學(xué)與科研實(shí)踐、與實(shí)際通信領(lǐng)域的距離，取得了較好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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[3]杜云剛，李繼軍，柴俊霖.科技論文在“光纖通信”課程教學(xué)的應(yīng)用[J].中國(guó)電力教育，2010（36）：85-87.

[4]錢勝，王天樞，周雪芳.“光纖通信”課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)探索[J].中國(guó)電力教育，2011（14）：118-119.

[5]http：//www.eepw.com.cn/article/198240.htm.

[6]張振榮，岳岫峪，唐秋玲等.仿真在“光纖通信”教學(xué)的應(yīng)用[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（31）：54-55.

基金項(xiàng)目：2013年內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)精品專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目（光纖通信）；內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)精品課程建設(shè)項(xiàng)目（電子信息科學(xué)與技術(shù)）。