光纤通信实验教学的探索与实践

饶丰（常州工学院光电工程学院213002；常州现代光电技术研究院213002；常州光电子材料与器件重点实验室213002）

张媛媛 赵 霜 许 昊（常州工学院光电工程学院江苏常州213002）

光纤通信实验教学的探索与实践

饶丰（常州工学院光电工程学院213002；常州现代光电技术研究院213002；常州光电子材料与器件重点实验室213002）

张媛媛 赵 霜 许 昊（常州工学院光电工程学院江苏常州213002）

为了提高光纤通信实验的教学效果，本论文针对目前地方高校光纤通信实验教学中的问题，提出采用基于项目的分层次教学，通过分类实验，选用软件演示和播放实验视频等教学手段，弥补实际不足，为深化实验改革提供了有益的参考。

光纤通信实验教学改革分层次教学仿真软件

目前，光纤通信是现代通信的主要支柱，国内大多数高校也将光纤通信列入光电信息类专业的主干课程[1]。但是，光纤通信发展迅速，新理论，新技术不断涌现[2]。随着光纤通信打通“最后一公里”，其应用必将急剧增加，企业对动手能力较强的相关技术人员的需求必定大量增加[3]。因此，很有必要加强光纤通信实验的教学，培养应用型人才。

光纤通信实验包含的内容很多，涉及通信原理、激光原理、半导体学、数字信号等多门课程[4]，因此，加强光纤通信实验，增强了专业课程之间的关联性和系统性，必将成为“应用型复合型人才”培养的有力抓手。但是，学生的知识结构和层次不尽相同，很多学生感到很难掌握。基于此，本文结合多年来常州工学院的实践经验，探讨在有限的时间、人力和财力的情况下，在地方高校中如何有针对性地开展这门实验课程。

一、存在的主要问题

（一）教学实验仪器落后，实验项目不全

目前，常州工学院所用的光纤通信实验仪器是天津市拓普仪器有限公司的WGX-6型光纤信息与光通信实验系统，以及湖北众友科技有限公司生产的综合实验台，均为模块化设计的产品，其操作简单，成功率高，但是不能根据学生的想法自主实验，加之本领域发展很快，部分实验明显落后。此外，部分模块不能正常使用，且维修困难，这就造成能有些实验项目难以开展，难以达到该实验该有的教学效果。

由于光网络设备一般比较贵，国内有主要技术的厂家主要是一些大型公司，如华为[5]，这些公司对实习生的入门门槛要求比较高，地方高校的学生进入这些公司实习难度较大。

（二）实验课时较少，实验安排不够合理

随着社会的发展和科技的进步，各种学科的交叉性和综合性日益明显，各高校也强调专业的宽口径和职业的迁移能力，开设的课堂教学内容越来越多，导致实验课时相对减少。同时，地方高校教师匮乏，每一位教师所带学生较多，实验课时间有限，往往要求同一学生在几节课内，同时完成几个实验，或多个学生交替完成同一个实验。从表面上看，这样节约了师生的时间，但结果是学生仅仅匆忙完成了实验，但没有思考，更谈不上师生之间的深入探讨。

（三）认识程度不够，实验沦为副科

实验课程一般在课堂教学后安排，并非自成体系，平时课时少，有的高校安排的机动性较大，实验成绩也比较随意，长期如此，使部分师生认为实验课，特别是课内实验是一门“副科”，可有可无，并不重要。经过几届学生，这种意识不断积累，使得学生对实验课程不重视，不能主动学习和思考。有时的实验报告质量不高，做得好的，看不见加工整理，做得差的，明显抄袭，没有起到训练学生思维的作业。一些学生存在“对付”的心理，比如一名学生做完实验后，同组的学生，往往只是简单测量和记录数据就算完成，甚至其他小组的学生也跑来记录数据。

（四）教学内容陈旧，教学方法单一

通信技术日新月异，然而有的学校实验项目十余年来都没有变化，新的技术没有反应到实验项目的设置中。有的学校为了提供实验的完成率，设计的项目比较死板，缺乏创新性，更不可能提供高质量的应用性实验。同时，实验教学方法也比较单一，主要是灌输式的理论教学和模块化的试验教学。有的教师不能利用计算机仿真软件、网络教学、MOOC等现代化的教学手段。学生没有自主探索精神，教师缺乏必要的引导。一般都是全班一起实验，一个标准，没有做到根据学生的层次和要求进行个性化教学。

（五）师资力量薄弱，实验教师地位弱化

地方高校光通信实验教学人员比较缺乏，有时是对应理论课程教师兼任，同时学校对实验教学人员的收入低，聘任要求低，实验岗有时甚至成为为了引进高层次人才，解决其配偶工作的岗位，导致现有人员只能保管钥匙，开开门。同时，其考核和培训也较薄弱，自我提升的内在驱动力也较小，实验队伍日益恶化。加之部分领导对理论教学和实验教学认识颇偏，非常注意理论教学，忽视实验教学，或仅仅当做理论教学的简单验证，教学质量和教学效果可想而知。

（六）实验成绩考核方式比较单一，重形式而轻内涵

目前，实验考核的方式主要是批改实验报告，这样导致学生进行实验的目的是完成实验报告，束缚了探索和创新能力，影响了实验兴趣和教学效果。目前，受“评估”的影响，部分地方高校的实验报告均“规范化”了，不能反映出学生的个性差异；所做实验也“规范化”了，体现不出时代的发展和社会的需求；考核也要求严格按照“标准答案”，体现不出学生的观察和思考。更可怕的是，学生哪怕提出了更好的实验改进措施，也由于不符合“标准”，难得高分，有时不得及格。

二、基于项目的光纤通信实验课程改革措施

基于地方高校光纤通信实验的现状，我们提出自己的改革措施，并付诸实践，效果较好。那就是基于“项目”的实验教学方法。论文中的“项目”指的是在教学过程中相对独立的一个知识单元、测试技术或仪器。

（一）分层次教学，按项目实施

我们将光纤通信中的项目分成4个层次：演示性实验、基础实验、综合性实验、设计性实验。不同层次的实验教学方法，教学手段和教学要求均不相同。

1.演示性实验一般为验证性实验，不单独使用实验课程，而是由教师在课堂完成。例如，光源的发光，LED与LD的区别，光纤的物理性质，光纤的熔接，光耦合，各种元件的外形及端口介绍等。对于大型实验设备，如江苏省移动数据网络的设备，实物不方便搬动，则由教师做好电子资源，通过多媒体展示给学生。部分教学中不能做的实验，通过与相关单位联系，或直接向企业购买电子资源，做成微课，也放在演示实验中。

2.基本实验的主要目的是通信中的基本参量测量、基本仪器的使用以及基本实验方法和技术的训练。实验要求是：理解实验原理，掌握仪器的使用，理解基本仪器的原理，以及运用基本实验原理解释解决简单问题。

基础实验一般采用实验箱和光通信实验平台完成，包括光纤损耗和色散的测量光纤通信中编码、解码、波分复用/解复用，搭建简单的语言通信系统，光耦合器、光波分复用器、光隔离器、光环行器、光减器的性能测试等。基础实验为学生必做实验，要求在实验教师的指导下完成。这些实验的要求是进一步巩固基本理论知识，培养学生简单的动手能力。

3.综合实验旨在基础实验的基础上，就一个小问题设置的小型实验。一般使用实验箱或Optisystem仿真软件完成。该实验一般包括波分复用/解复用，模拟图像传输系统、计算机数据传输系统、光电终端机、5B6B编译码、HDB3编译码、CMI编译码、误码测试、OCDMA/OTDR实验，以及通信中加扰、解扰等。

在该类实验中，教师应该注意引导学生自主思考，自主实验，然后给予鼓励。该类实验学生选题应该适当，重要的知识点有对应的实验即可。

4.创新性实验，目的是根据本校的实验设备，自主开发实验，完成创新创业，挑战杯等创新较强的实验项目。开设该类实验可以采取与毕业设计相结合的方式，通过软件仿真完成；也可以综合数据采集，通信和显示等知识，学生自己自制系统，由相关厂家加工成小设备。在指导教师的帮助下，学生应学会独立查阅文献资料、自行设计实验，学生独立分析并解决出现的问题，最后独立总结经验。创新型实验不必人人都做，有部分学生选做就可以。

（二）充分利用仿真软件，弥补做项目时设备不足

软件仿真是目前很多公司采用的一种设计方法，具有强大的生命力。我们的综合性和创新性实验的主要采用计算机软件仿真，这是在有限经费条件下，地方高校开展大量实验的最有效办法。仿真实验教学模式要求利用计算机软件为平台，运用网络技术，显示技术等对进行建模，通过特殊的软件程序模拟实际操作，得到实验数据。仿真实验教学已经发展成为重要的实验手段，具有成本低、安全性好、不受时间、空间限制等优点，同时与网络技术结合后，可以实现群共享。光通信系统Optisystem软件，matlab软件和光学设计软件Zemax均是高效的设计软件，并有部分对应的软件模型，利用它们作为光纤通信实验课的部分手段[6]，具有重要意义。同时，编写出的光纤通信实验仿真软件在学生中可以“代代相传”，并根据社会上技术的更新不断更新和优化。

（三）开展文献检索专题项目，培养自主学习能力

开展文献专题研究性教学，要求学生掌握光纤通信课程中的基本概念，基本理论和基本方法，同时还要了解最新发展状况。因此，提高学生的文献检索和利用能力，具有重要意义。

具体组织时，一般要根据教学的实际情况，以不同的课程计划，科学地设计检索题目，既要使学生学会检索方法，又要使得检索的知识有意义，难度有区分。此外，还要适合不同层次学生，有时还要兼顾地方特色。例如，我们目前的题目有：光纤通信系统的研究进展，通信用激光器的研究进展，损耗和色散补偿技术等，通信用光源和光接收机的研究进展，常州地区通信产业发展现状，常州地区通信网的优化设计等。

教师应尽可能让学生自己提出题目。实际上，文献检索的主要目的是促进学生自主探索科研创新，获取科研经验，培养科学研究的能力，避免填鸭式教学，被动接受。具体研究的题目是什么，已经不重要。

考核时，可以让学生把检索报告制作成PPT，在讲台上面向全体学生进行一次汇报，达到在教师干预较少的情况下，学会自主学习，主动学习的目的。

（四）以项目完成质量为基础，改革评价方式

经过本科教学评估后，地方高校的实验课考核均采用实验报告及实验情况评分的方式，这种方式的优点在于成绩的高低“有据可查”，但是不能真实地反映学生的能力。因此，很有必要采用灵活的考核方式。

1.对实验报告的综合灵活的评分。这个评分将实验数据，实验结果的分析，试验中的异常现象分析、实验中遇到的问题和解决方法、实验中的新发现等综合评分。实验成功与否不能作为分数高低的唯一依据。

2.学生课下的软件仿真作业。督促他们进行课下软件仿真实验，其创造性，能够留给下一届的作品可以加分，记录在实验课成绩中。

3.完成了综合性或创新性实验，成绩合格，如果能够证明达到基础性实验水平，其基础实验成绩视为合格。

三、总结

培养地方特色鲜明的应用型人才是新时期地方高校发展的必由之路。加强实验教学，是实现该目标的有力抓手。光纤通信实验教学改革是一个系统工程，需要学生、教师、学校和社会各方面配合和共同努力。

我们根据深化实验教学的要求，按照项目分层次教学，改革评价方式，充分利用软件，多媒体等现代教育手段，最大限度地把师生的积极性和创造性发挥出来，使得光纤通信实验达到人才培养与课程建设相一致，理论性和应用性相一致以及研究性和学习性相一致的目标。

[1]张小衡.高职《光纤通信》实验教改探讨[J].武汉工程职业技术学院学报，2005（1）：68-70.

[2]顾畹仪,李国瑞.光纤通信系统[M].北京∶北京邮电大学出版社,2006.

[3]唐志军,席在芳,吴新开.光纤通信实验教学的探索与实践[J].实验室研究与探索,2008 (5)∶101-104.

[4]龙青云，左敬龙，肖明.基于大工程观的光纤通信实验教学改革探索[J].实验室研究与探索,2012（8）：342-345.

[5]龙青云,张富全,张昌梓等.光纤通信实验中的问题及其对策[J],韶关学院学报,2007(9)∶140-142.

[6]何伟刚，吴其琦.Matlab仿真在光纤通信实验教学难点中的应用[J].实验室研究与探索,2013（6）：318-340.

（责编 张宇）

常州工学院教改重点项目，编号：A3-4401-14-022)资助。

饶丰（1983-），男，讲师，博士，主要研究方向：光通信和光传感的教学研究。