“光纤通信”课程理论教学方法的探索与实践

迎春　杜云刚

摘 要： 科学技术的快速发展，对人类的通信方式和通信效率提出更高要求。光纤通信在现代通信中起着举足轻重的作用。作为光通信重要环节的高校“光纤通信”课程在实际光通信应用领域中发挥着极其重要的作用。本文基于多年教学经验，从“光纤通信”课程教学设计指导思想出发，探索可行的教学方法与教学实践。

关键词： 光纤通信 教学方法 理论教学

人类社会在20世纪末进入信息时代。支撑信息社会的基础是遍布于全球的信息高速公路，光纤通信是构成信息高速公路的重要环节。1966年，英籍华裔学者高锟（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）发表了关于传输介质新概念的论文《光频介质纤维表面波导》，指出了利用光纤（OpticalFiber）进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础[1]。紧接着1970年美国的康宁公司研制成功的低损耗光纤使实际光通信成为可能，同时该领域得到了飞速发展，光纤网络成了反映国家软实力的重要标志。在我国已经建成了“八纵八横”国家一级光缆通信网，现正在大力发展光纤到户（FTTH）[2]。2007年，教育部的1、2号文件提出实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”，要求进一步改革教学内容和教学方法，培养学生的实践能力和创新精神。根据《教育部关于启动高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设工作的通知》（教高[2003]1号）及《国家精品课程建设工作实施办法》，为了提高精品课程建设质量和水平，体现现代教育思想，以培养高素质创新人才为目标，结合本校本专业特点，我校光纤通信课程理论教学进行了以下改革和探索，部分内容已经投入实践并获得了较好的教学效果[2，3]。

一、“光纤通信”课程教学设计指导思想

虽然“光纤通信”课程是一门理论与实践相结合的课程[4]，但是基础理论的掌握对以后实践起着极其重要的作用。可以说基础理论的广度和深度直接影响以后从事实用型工作还是创造型研究。“光纤通信”总学时为92学时，其中基础理論占56学时，实验教学为36学时，最后设置了两周课程设计内容。理论教学内容主要包括光纤传输理论、通信用光器件、光端机、数字光纤通信系统、模拟光纤通信系统、光纤通信新技术和光纤通信网络等。实验教学主要包括以光纤端面处理与熔接实验、单模光纤结构设计光纤光缆的识别与使用、光纤损耗系数和事件点参数测量、光发送机的参数测试、光纤电话传输实验、光纤视频传输实验、波分复用光纤传输实验和掺铒光纤放大器实验为代表的十二个题目。本课程最后一个教学环节为课程设计，主要是针对所学内容进行选择性深入学习和研究，并独立设计完成指定题目。

二、“光纤通信”课程理论教学方法与实践

“光纤通信”课程教学过程中首先要重视基础理论讲授，并为了提高理论教学效率，注意教学方法和手段。

1.理论教学过程中的理论分析应从简单递进难度。例如，我们在教学实践过程中学习光纤中的光传输理论时，先讨论学生较熟悉的几何光学法的全反射传输理论，再分析光在光纤中遵循的电磁理论，提出麦克斯韦方程组，并进行严格推导和详细讨论。

2.教学中应适当展开课堂讨论。对于一些较简单并有一定重复性的内容，可以采取课堂讨论的教学模式。由于，光纤制造和光缆制作工艺相对简单易懂，制造过程和方法有很多种。因此，对以上内容进行课堂讨论形式教学。预先把学生分成几组，每组选择2～3个题目，之后收集资料、制作PPT、充分备课。课堂上每组选出1～2个学生，上讲台利用15～25分钟的时间对特定题目进行讲解，讲完后其他成员可以提问，相互讨论。通过以上教学环节，本是一些繁杂的内容从不同讲解者的不同风格再现出来，课堂气氛积极活跃，讲授内容丰富多彩。同时讲解者完成了选题目、制作PPT及备课讲课等全过程，这对即将毕业的学生是一个展现自己、锻炼自己的好机会。

3.教学过程中适当展示实际器件或相关案例。光纤通信是一门要求理论与实践相结合的课程。除了规定的实验课外，在理论教学过程中应该注意理论与实际相结合。在理论教学过程中，涉及一些实际光学元件和设备时，比如，连接器、耦合器、光纤光栅和激光器等，课堂上尽量展示实物及说明书，并说明其在通信网络中的具体位置和作用。不仅可以活跃课堂气氛，还可以巩固教学内容，留下深刻印象。比如，设计光纤分类和工艺等内容时，我们尽量引入许多国内外的著名企业并展示其相关光纤产品。我国已拥有长飞、亨通、烽火、富通、中天、永鼎、通光、汇源等八大光缆企业及特发、成康、北康、侯马、富春江、天虹、宏安、华伦、华达、华新、港龙、通鼎、西古、法尔胜等一大批骨干企业。2006年，国内市场光缆总量达2000万芯公里，出口光缆470万芯公里，总产销2470万芯公里以上。2000～2012年，我国光纤需求量增加了整整24倍，年增长率达30%。2006年中国光纤需求量仅占全球的25%左右，至2012年，这一市场份额已超过了50%。光缆总体技术水平已达国际先进水平，主要企业的主要产品指标领先国际先进水平，产品种类规格基本齐全（海底越洋光缆尚差）[5]。

4.概念与其背景相联系。每一学科与每一门课程都具有相应的概念和理论。其中一些现象的发现、一些概念的提出有其历史背景和条件。在光通信，特别是光孤子通信属于这一类，孤子这个名词首先是在流体力学中提出的，其概念可以追溯到1844年英国工程师Soctt Russel在《波动论》中记录的一段于1834年8月在爱丁堡一戈拉斯高运河上的一次经历。讲授该内容时，我们抓住其独特的历史，回顾一下当年的发现，活跃课堂气氛，形象准确地理解概念。

5.理论分析与科研成果相联系。在教学实践中应用科技论文，可以使学生对教学内容掌握得更好，同时对科技论文的查阅、内容格式和写作等进一步了解，对以后毕业论文，乃至科研工作有一定的引导作用。对科技论文的选取要注意以下几点：文章的主题符合课程相关内容；科技论文的难度要适当；科技论文作者及其单位在行业有一定的影响力；最后，科技论文内容为该领域研究热点[2]。比如，讲授完光纤结构、制造工艺和传输理论之后，组织学生学习李进延（烽火通信科技有限公司）的《S-C-L三波段传输新型单模光纤的设计和研究》和专利《一种新型低色散光纤》[3]。通过分析科技论文巩固所学知识，进一步理解提出问题、解决问题，并把成果撰写成科技论文或申请专利的整体过程，提升学生的科学素养，培养学生综合能力。

6.实验、课程设计和仿真模拟。在实践教学环节，我们针对性地开设了12个典型实验。除此之外，结合理论与实践，设置了计算机仿真的课程设计内容。仿真是利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验研究存在的或设计中的系统[6]。很多情况下，因受到实验条件限制，光纤通信中经实际操作，用实验结果证实和分析的内容有限。此时，我们可以学习和利用仿真技术，主要是利用一些光纤通信领域功能较强的模拟软件设计光纤通信器件和光纤通信系统。对光纤通信网络的模拟，参数调整和结果分析加深对实际通信网络的了解，分析其存在的问题，提出解决方案。

三、结语

经过近几年理论教学实践和探索，有效改进了教学方法和手段，丰富了课堂教学内容，理论、实践和仿真模拟有效结合，拉近了教学与科研实践、与实际通信领域的距离，取得了较好的教学效果。

参考文献：

[1]刘增基，周洋溢，胡辽林，等.光纤通信[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.

[2]杜云刚，李继军，刘闽华.光纤通信实验教学的改革实践[J].实验技术与管理，2012（29）：168-170.

[3]杜云刚，李继军，柴俊霖.科技论文在“光纤通信”课程教学的应用[J].中国电力教育，2010（36）：85-87.

[4]钱胜，王天枢，周雪芳.“光纤通信”课程实践教学环节探索[J].中国电力教育，2011（14）：118-119.

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

[6]张振荣，岳岫峪，唐秋玲等.仿真在“光纤通信”教学的应用[J].广西大学学报，2009（31）：54-55.

基金项目：2013年内蒙古工业大学精品专业建设项目（光纤通信）；内蒙古工业大学精品课程建设项目（电子信息科学与技术）。