“宽带光网络”课程教学改革思路与方案

李泳成，李 军，沈纲祥

（苏州大学 电子信息学院，江苏 苏州 215006）

引言

宽带网络是我国经济社会发展的战略性公共基础设施，加速了传统产业的数字化、信息化转型升级，推动了我国互联网经济的快速发展。目前，宽带网络已全面进入光网络（即宽带光网络）时代，并进一步向千兆光网络持续演进。2021年，我国工业和信息化部印发了《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021—2023年）》，明确了扩大千兆光网覆盖范围，提升骨干传输网络承载能力的目标［1］。因此，培养理论基础扎实、实践能力过硬的宽带光网络领域高质量创新型、应用型专业人才，符合我国重大发展战略需求，对于我国经济社会的数字化发展具有重要的现实意义。

“宽带光网络”是高等院校面向研究生开设的专业课程，是宽带光网络高素质人才培养的核心要素。该课程教学质量将直接决定宽带光网络领域专业人才的培养质量。然而，受教学内容老旧、理论知识抽象和实践教学困难等难点制约，“宽带光网络”课程的教学一直存在学生学习兴趣不强、课堂教学质量不佳、理论知识与产业需求联系不足等问题，在促进学生创新能力和应用才干的培养方面存在不足。

因此，本文将以提高研究生课程教学质量为目标，将宽带光网络课程教学改革作为切入点，围绕学术研究赋能、校企合作赋能和数字应用赋能三大核心思路，提出高效可行的课程教学改革方案，突破内容难点、抽象难点和实践难点，为培养符合我国未来宽带光网络建设需求的高质量创新型、应用型专业人才提供新思路和新方法。

一、“宽带光网络”教学存在问题

“宽带光网络”课程讲授内容主要包括光网络元器件、光层中的客户层、波分复用光网络、网络优化设计技术、网络管理与控制技术、网络生存性技术、光接入网技术、光交换技术等。该课程教学内容涉及大量的光器件和光网络关键技术，既需要讲解宏观的光网络体系架构，又需要学习微观的光网络协议、算法、策略等理论知识，呈现出繁复、枯燥、抽象等特征。经过仔细分析，我们认为目前传统的“宽带光网络”课程教学主要存在以下问题。

（一）教学内容陈旧

“宽带光网络”课程配套的教学书籍资源匮乏，教学内容陈旧，已不能满足当下学生的学习需求。“宽带光网络”中文教材本就十分稀缺，可用的教材主要是由电子工业出版社出版，Ramaswami等人撰写，徐安士等人翻译的《光网络》（第三版）［2］。《光网络》共有三个版本，第一版最早发表于1998年，距今已经超过23年。该书作为课程教材存在两大关键问题：第一，书籍内容大量翻译原文，书中的内容组织结构不符合中文教学习惯，教学内容逻辑性和连接性上存在不足，知识脉络不够清晰，这对于教师的教学和学生的学习都造成了一定的困扰。第二，书中的教学内容比较陈旧，与光网络发展前沿存在鸿沟，缺乏对于宽带光网络关键技术的最新研究进展的介绍，无法满足学生通过“宽带光网络”课程学习指导所从事科学研究的实际需求。教学内容陈旧最终造成了“宽带光网络”课程教学的内容难点。

（二）理论知识抽象

“宽带光网络”课程所要教授的光网络关键技术内容包含大量的协议、算法、策略和模型，这些教学内容都属于基础理论知识范畴，内容枯燥，结论抽象，理解困难，给教师教学和学生学习都带来了一定的挑战。例如，光的复用技术涉及时分复用、波分复用和码分复用技术，这三种复用技术的讲解主要包括各复用技术工作原理、特点与作用，这些知识都是抽象且概念化的，无法通过观察实际光网络系统运行过程来了解［3］。学生在学习时往往只注重了解各种光复用技术的作用，即提高光网络的传输速率，而难以将抽象的理论知识具体化、实例化。对于抽象的理论知识，学生主动学习的积极性不佳，缺少深入学习各种光网络关键技术工作原理的动力，最终造成学习的深度与广度不足。大量抽象的理论知识最终造成了“宽带光网络”课程教学的抽象难点。

（三）实践教学困难

“宽带光网络”课程由于缺乏实物教学资源，任课教师难以对光网络系统组成器件进行实物讲解。在“宽带光网络”的教学内容中涉及大量的光学器件，包括光复用器、光滤波器、光放大器、光开关等。部分光网络元器件十分昂贵，如按教学需求采购，将花费大量课程建设费用，这显然超出了研究生课程能够承担的范围。例如，光分插复用器的价格在数十万至上百万元，这对教师开展实物教学造成了巨大挑战。此外，光网络系统搭建成本高昂，一般单位不具备搭建光网络系统的条件。因此，“宽带光网络”课程的教学往往缺失实践教学部分，这不仅影响了学生的学习兴趣，也阻碍了学生理论联系实际的能力培养。实践教学困难最终造成了“宽带光网络”课程教学的实践难点。

二、课程教学改革思路与方案

前文基于“宽带光网络”课程教学内容与方法的分析，总结了课程教学中存在教学内容陈旧、理论知识抽象和实践教学困难三大问题，以及最终形成的内容难点、抽象难点和实践难点。接下来，本文将以提高“宽带光网络”课程教学质量为目标，围绕学术研究赋能、校企合作赋能和数字应用赋能三大核心思路，提出相应的课程教学改革方案，具体内容如下。

（一）学术研究赋能课程教学

宽带光网络目前正在向超高速率、灵活低成本、算网协同、软定义控制等多个方向演进，在此过程中，相关研究进行了大量的理论创新和方法创新，极大地促进了光网络关键技术的发展［4］。为提高课程教学内容的新颖性和时效性，我们将围绕学术研究赋能“宽带光网络”课程教学这一核心思路，拟采取以下三种教学改革方案。

1.设立宽带光网络发展前沿教学章节。课程将专门设立一个名为《宽带光网络发展前沿》的教学章节，用于详细介绍宽带光网络近些年的发展趋势。该章节的所有教学内容将从光网络领域国际顶级会议OFC/ECOC和顶级期刊IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology，IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking中选取近五年报道的宽带光网络研究最新进展，重点关注会议的PDP（Post-Deadline-Paper）论文及期刊的当月最热下载论文等。通过分析和总结这些高质量论文，整理出包含新一代可重构分叉复用器架构、空分复用光网络技术、多波段光网络技术、超低损耗光纤技术等多个宽带光网络热点研究方向的最新研究进展。该教学改革方案将提高宽带光网络教学内容的新颖性，帮助学生了解宽带光网络发展前沿，提高学生的课程学习热情。

2.组织线上学术会议。课程将组织学生参与宽带光网络领域的知名线上学术会议，帮助学生紧跟宽带光网络领域学术研究的热点。笔者所在课题组牵头举办了在线学术会议《光通信大家论坛》，该论坛每月邀请包括美国工程院院士、IEEE/OSA fellow在内的著名学者介绍其最新的研究进展，为学生展示领域内最新学术研究热点，提供与国际著名学者近距离交流的机会。目前，《光通信大家论坛》已举办多次，在学生中间取得了非常好的反响。线上学术会议将是“宽带光网络”课程教学的补充与拓展，是打破课程教学孤岛的重要举措，也是协助学生紧跟学术研究热点的重要手段。该教学改革方案弥补了“宽带光网络”课程教学内容时效性不足的缺陷，促进了学生对宽带光网络知识创新与应用的前景了解，对于培养创新型和应用型人才具有重要的引导作用。

3.提交研究方向综述报告。课程将考核形式转变为提交课程报告的方式，用于提高学生对于教学内容融会贯通的能力。该课程报告要求学生结合自己的研究方向，通过检索、调研和预研，形成一份与自身研究方向相关的研究现状分析报告。该报告需要介绍所在领域的研究背景、研究意义和研究现状，并结合“宽带光网络”课程中教授的理论知识，提出可行的研究内容和展示初步获得的研究成果。课程报告的质量将能充分展现出学生对于“宽带光网络”课程的学习质量以及指导其自身研究工作的情况，更适合作为本课程的考核依据。同时，由于该课程报告适合作为研究生开题报告的部分内容，学生将有积极的意愿完成好这一课程报告。该教学改革方案弥补了“宽带光网络”课程教学内容难以指导研究生科研工作的不足，为学生做出高质量的科研成果奠定了基础。

（二）校企合作赋能课程教学

校企合作是满足国家产业发展需求，应用型、创新型人才的重要渠道之一。通过校企合作，企业与学校资源整合，实现高校研究生课程教育与产业实际需求的贴合。为提高课程内容的针对性和实用性，我们将围绕校企合作赋能课程教学这一核心，提出相应的课程教学改革方案，具体内容如下。

1.共建光网络元器件共享平台。课程将与合作企业共建光网络元器件共享平台，推动宽带光网络关键核心光器件等教学资源的共享。笔者所在课题组将依托与华为、亨通、中天等国际知名企业的前期合作基础，积极共建闲置光器件共享机制，从企业获取闲置的光网络元器件，例如光纤、光开关、激光器等，作为“宽带光网络”课程教学的实物教具。该共享平台不仅解决了光网络元器件昂贵且难以购买的难点，还充分利用了企业闲置资源，是一种双赢的共享机制。同时，通过集中多个企业的不同光网络元器件，也可以搭建部分教学中的光网络系统用于课程的实践教学，帮助学生更加直观地理解教学内容中涉及的抽象理论知识。该教学改革方案解决了“宽带光网络”课程缺乏实物教学用具的痛点，促进了学生对抽象理论知识的理解，提高了学生理论联系实际的能力。

2.选聘产业教授参与课程建设。产业教授是来自企业的创新人才、高技能人才和管理人才，肩负推动高校与企业、科研院所联合培养人才的责任。与高校的专任教师相比，产业教师对于宽带光网络的产业发展现状更加熟悉，是培养满足产业需求的高素质宽带光网络专业人才的重要一环。笔者所在课题组将以校企合作为基础，选聘企业的技术负责人担任产业教授，并参与到“宽带光网络”课程建设中来。产业教授将作为课程团队的一员，每学期将至少为学生开展一次宽带光网络产业现状的分享教学，帮助学生加强对宽带光网络产业发展现状的了解。该教学改革方案解决了“宽带光网络”课程教学内容与产业发展需求联系不够紧密的缺陷，开阔了学生的产业视野，促进学生做出符合产业发展需求的科研成果。

3.学生进入企业参观产线。课程将安排学生进入合作企业的生产车间，实地参观光器件的生产过程，帮助学生了解“宽带光网络”课程中教授的理论知识在实际产业中的运用。通过在企业对生产线的现场观摩，加强学生理论联系实际的能力，并结合产业发展的实际需求，帮助学生在实际的科研工作中充分考虑宽带光网络产业中关键技术存在的难点与痛点，培养学生利用所学理论知识解决实际产业问题的能力。该教学改革方案解决了“宽带光网络”课程理论知识与实际产业应用脱节的问题，对于培养产业急需的应用型专业人才具有推动作用。

（三）数字应用赋能课程教学

1.仿真实验辅助理论学习。光网络模拟仿真是帮助学生学习光网络理论知识的一个重要方法。一方面，仿真实验可以向学生更好地展示和讲解光网络抽象的理论知识；另一方面，学生可以利用仿真平台进行光网络相关课题的研究。然而，目前国际知名光网络仿真软件，包括VPI公司的VPI系列软件、OPNET公司的OPENT Modeler软件等［5］，价格昂贵且操作复杂，学生需要花费大量时间学习。因此，本课程将基于课题组的研究成果，开发出部分宽带光网络仿真软件包，并教授学生在此基础上，根据研究问题，有针对性地开展光网络仿真实验。该教学改革方案为“宽带光网络”课程教学中的仿真实验教学提供了一种新的模式。通过该方法，学生不但能对所研究的光网络问题有更深刻的认识，而且能掌握一定的仿真工具开发的方法。

2.全新多媒体教学课件。多媒体课件是现代化教学方法有效提高课程教学质量的重要手段。目前，“宽带光网络”课程缺乏较为系统、全面、符合中文教学特点的多媒体课件。本课程将参考国内外著名的宽带光网络教材，融合中外资深光网络领域专家学者的经验，为“宽带光网络”课程设计全新的多媒体教学课件，并将部分关键内容录制成短视频，供学生更好地学习和理解“宽带光网络”课程的重要知识点。该教学改革方案解决了“宽带光网络”课程缺乏高质量多媒体课件的问题，能有效提高学生的学习效率。

结语

基于“宽带光网络”课程教学内容与特点，分析“宽带光网络”在教学内容与教学方法方面存在的问题。立足国家重大发展战略需求，以培养高素质创新型、应用型宽带光网络专业人才为目标，围绕学术研究、校企合作和数字应用赋能课程教学的思路，提出“宽带光网络”课程相应的教学改革方案。最终，通过提高“宽带光网络”课程教学质量和训练学生理论知识联系实际产业需求的能力，为我国“宽带光网络”专业人才培养寻求新思路和新方法。