導(dǎo)語：光纖通信課程教學(xué)問題與方法一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：光纖通信課程是通信工程專業(yè)的核心課程之一，背景知識復(fù)雜，涉及內(nèi)容多，授課難度大．在當前學(xué)時普遍被壓縮的條件下如何提高教學(xué)效率，確保教學(xué)質(zhì)量已成為必須解決的問題．根據(jù)該課程特點和教學(xué)實際，以傳輸原理與特性知識點為例分析了光纖通信教學(xué)中容易出現(xiàn)的幾種問題，并對相應(yīng)的解決方法進行了探討．

關(guān)鍵詞：光纖通信；傳輸原理與特性；教學(xué)方法

光纖通信是高等院校通信工程專業(yè)的必修專業(yè)課程，涉及物理、通信原理、模擬/數(shù)字電路及電磁場等諸多基礎(chǔ)課程的知識[1-2]．教學(xué)過程中常出現(xiàn)因知識點繁雜及學(xué)生基礎(chǔ)理論不扎實，導(dǎo)致把握不住學(xué)習(xí)重點，形成不了知識體系的現(xiàn)象[3-4]．針對該情況，本文結(jié)合教學(xué)實踐經(jīng)驗，以光纖通信傳輸原理與特性知識點為例分析存在的主要問題并提出相應(yīng)解決方法．

1光纖通信教學(xué)問題分析

當前光纖通信相關(guān)的經(jīng)典教材較多，雖然內(nèi)容編排順序不盡相同，側(cè)重點稍有差異，但基本知識點都是相同或近似的，主要包括光纖傳輸原理與特性，有/無源光器件，發(fā)射機與接收機，光纖系統(tǒng)設(shè)計，SDH和DWDM及各類新型光網(wǎng)絡(luò)，光器件操作與性能測量等[5]．其中傳輸原理與特性一般作為全書第2章的內(nèi)容講述光纖通信的基本原理和主要特性，是后續(xù)知識點也是全課程的基礎(chǔ)理論部分．因此，是教學(xué)的一個重點內(nèi)容，而且該模塊由于涉及較多的物理與數(shù)學(xué)知識，內(nèi)容抽象，公式繁雜，也是教學(xué)的難點內(nèi)容．以該模塊為例，分析光纖通信教學(xué)中容易出現(xiàn)的幾個問題：1.1教學(xué)內(nèi)容多但課時有限．該部分包括光纖與光纜結(jié)構(gòu)、射線理論法、波動理論法、光纖損耗特性、色散特性和非線性特性等主要知識點，而且每個知識點又包含較多的基礎(chǔ)概念、基本原理甚至較復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)．與之相對應(yīng)的是當前高校課程門類多，普遍存在課時被壓縮情況，該部分只分配了6學(xué)時的理論教學(xué)和2學(xué)時的實驗課．因此，如何根據(jù)人才培養(yǎng)目標來合理確定教學(xué)內(nèi)容，并做好學(xué)時分配是確保光纖通信教學(xué)質(zhì)量的前提．1.2主要知識點理解難度大．在知識點中波動理論法需要學(xué)生具備較強的電磁場理論知識背景，概念比較抽象并包含復(fù)雜的公式推導(dǎo)；色散特性包含模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散和偏振色散等4種不同類型，其生成原因各異且涉及光纖模式、相位常數(shù)、群速度和雙折射等很多學(xué)生較難理解的概念；．非線性效應(yīng)包含受激散射和折射率擾動2大類，相應(yīng)的物理過程也都比較復(fù)雜．因此，如何使學(xué)生切實掌握這些知識難點是提升光纖通信教學(xué)水平的關(guān)鍵．1.3難以形成完整的知識結(jié)構(gòu)體系該模塊內(nèi)容可分為光纖及光纜結(jié)構(gòu)、傳輸原理和傳輸特性，三者既有聯(lián)系又相互獨立．如果完全按照獨立的小節(jié)講解，學(xué)生必然會感覺知識點龐雜且易混淆、易忘記．例如：學(xué)習(xí)傳輸原理必然要用到光纖結(jié)構(gòu)知識，理解保偏光纖又需要了解光纖模式和偏振特性．因此，如何安排好各知識點的講解順序并構(gòu)建每章、每節(jié)甚至每次課的知識體系是增強光纖通信教學(xué)效果的重點．1.4某些內(nèi)容可能與其他課程重復(fù)．學(xué)校開設(shè)了諸如通信系統(tǒng)、現(xiàn)代通信技術(shù)和軍事通信基礎(chǔ)等基礎(chǔ)通用課程，其中會用一章或一節(jié)介紹光纖通信的知識．這些內(nèi)容如果在光纖通信課程中完全不講，則導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容不完整，但如果完全重復(fù)已學(xué)知識又導(dǎo)致教學(xué)資源浪費．因此，如何處理好光纖通信與此類課程的關(guān)系是提高光纖通信教學(xué)效率的助力．

2教學(xué)方法探究

要提高課程教學(xué)效果，必須解決存在的問題，并輔以適應(yīng)的教學(xué)方法和手段．2.1分清主次，做好內(nèi)容取舍．在課時有限的情況下要將所有知識點講透徹是很難做到的，需要根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)特點有所側(cè)重．目前工科院校的本科生培養(yǎng)大部分注重實際工程應(yīng)用，各知識點可根據(jù)本校教學(xué)實際適度調(diào)整教學(xué)內(nèi)容．例如：在介紹傳輸原理時可使用射線理論法，也可使用波動理論法，前者簡單但得到的是近似結(jié)果，后者得到精確結(jié)果但過程極為繁雜．如果學(xué)生培養(yǎng)的主要目標不是從事光纖通信專門科學(xué)研究，可以將教學(xué)重點置于射線理論法，對波動理論法只做主要概念和推導(dǎo)思路的介紹．2.2深入淺出，側(cè)重概念掌握．波動理論法、色散特性和非線性效應(yīng)等內(nèi)容原理復(fù)雜，涉及概念多，甚至還有復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)．教學(xué)中應(yīng)該側(cè)重學(xué)生對基本和關(guān)鍵概念的掌握，透過現(xiàn)象直擊本質(zhì)．例如：波動理論法的本質(zhì)就是通過求解特定邊界條件下的麥克斯韋方程獲得電磁場分布，每種分布對應(yīng)不同模式，引出歸一化頻率、模場直徑等基本概念的含義，而詳細的推導(dǎo)過程可以根據(jù)教學(xué)實際進行簡化處理甚至省略（實際上已有本科生教材不再列出詳細推導(dǎo)過程）；色散特性和非線性效應(yīng)分別講解各自產(chǎn)生的原因及對通信的影響，而色散補償及非線性效應(yīng)中功率/相位的計算推導(dǎo)等內(nèi)容可以給學(xué)生提供思路，在課后查閱資料自學(xué)．2.3高屋建瓴，構(gòu)建知識體系．形成相對完整的知識體系結(jié)構(gòu)不僅有利于學(xué)生全面掌握所學(xué)知識要點，還有利于其加強對各知識點的理解．因此，教學(xué)中有必要對相關(guān)知識點進行適當調(diào)整，通過其內(nèi)在邏輯性串聯(lián)在一起并及時歸納總結(jié)．例如：光纜結(jié)構(gòu)的內(nèi)容涉及到傳輸原理和特性的知識，所以可將其放在第2章最后講授；學(xué)生易混淆4類色散原因，故在介紹概念后可馬上歸納其特點并進行比較，而不一定等到本次課結(jié)束時再總結(jié)．當然，完整的知識體系是由多個“小”模塊組成，每個小模塊又包含很多概念或原理，因此也需要重視每個模塊自身的體系構(gòu)建．例如：在講解射線理論法時可將7個小的知識點通過層層遞進的方式分析光纖是“如何傳輸光信號”這個核心問題（見圖1）．而且在解釋完最后一個小知識點“基于射線理論法的模式”后可順勢引出下一部分“波動理論法”內(nèi)容，這樣將多個零散的知識點串成“線”，再與其他知識點形成“面”，最后構(gòu)建課程完整的知識體系．2.4由表及里，揭示內(nèi)涵本質(zhì)．在某些通用基礎(chǔ)課（如通信系統(tǒng)）中，學(xué)生已經(jīng)接觸了部分光纖通信的知識，那么在專業(yè)課中講授時不僅要控制這部分內(nèi)容的時間，還應(yīng)該利用該條件加強學(xué)生對新知識的理解．首先，學(xué)生已有的知識在專業(yè)課中不能完全不講，否則難以構(gòu)建課程完整的知識體系．其次，課堂中對該部分知識的控制要根據(jù)學(xué)生的實際掌握程度確定，可快速回顧亦可適度分析[6-7]．第三，通過已學(xué)知識啟發(fā)學(xué)生對新知識的興趣，例如：學(xué)生已學(xué)過光學(xué)定律和光纖結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識，可提問是否所有光線都能被光纖傳輸，如果不是那么有什么原因，從而引出后面一系列問題（見圖1）．學(xué)生已經(jīng)了解光纖在傳輸過程中會有損耗，那么到底損耗有哪些來源，損耗是如何度量等．通過這樣的方法不僅使授課內(nèi)容的知識點完整，提高課時利用率，還可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣并加深對新舊知識的理解．2.5靈活多變，豐富教學(xué)手段．除了需要注意的方面，靈活運用各種教學(xué)方法手段也是提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑．包括：使用多媒體資源增強描述的生動形象性，如Flash動畫展示不同波長光線在漸變折射率光纖中可同時到達接收機，光斑亮度圖片解釋線性偏振模的含義，專業(yè)視頻說明光纖的制造過程等；利用例題加深學(xué)生對重要概念的理解，如通過計算不同色散系數(shù)光纖的時延和帶寬來理解色散對系統(tǒng)性能的影響；引入實物解釋特殊現(xiàn)象[8]，如光纖的彎曲損耗可通過一個簡單并且可在課堂上完成的實驗來驗證——使用激光筆把光打入一段彎曲的光纖，光從光纖側(cè)邊泄露出來，即存在能量損耗；應(yīng)用工具軟件輔助教學(xué)難點[9-10]，如使用Matlab軟件生成線性偏振模的三維立體圖像以及仿真色散展寬過程等．雖然這是基于光纖傳輸原理與特性知識點進行的探討，但對于其他知識點也是適用的．例如：對傳送網(wǎng)部分的講授就必須要理清同步數(shù)字體系（SDH）、多業(yè)務(wù)傳送平臺（MSTP）、波分復(fù)用（WDM）、光傳送網(wǎng)（OTN）及分組傳送網(wǎng)（PTN）之間的關(guān)系，讓學(xué)生形成清晰完整的知識體系．

3教學(xué)效果評估

通過對教學(xué)內(nèi)容的精心組織和教學(xué)方法的靈活運用，授課時學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提升，注意力更為集中，課堂氣氛非?；钴S．課后的問卷調(diào)查與座談交流中，學(xué)生們認為內(nèi)容的安排比較合理，知識點之間的關(guān)系脈絡(luò)十分清晰，特別是對核心知識的印象非常深刻．課程考核通過理論考試、實驗和課堂提問的形式進行，比例分別為70%，20%和10%．通過2輪的教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對知識點的理解更為深刻，掌握更加全面，實驗?zāi)芰Φ玫胶艽筇岣?，考核平均成績相比過去有5~8分（百分制）的提高，教學(xué)效果令人滿意．

綜上所述，傳輸原理與特性模塊是光纖通信課程的基礎(chǔ)理論部分，也是課程教學(xué)的重點和難點．本文以該知識點為例，分析了教學(xué)實踐中遇到的課時受限、難點較多、體系構(gòu)建及內(nèi)容交叉等方面的問題，并提出了相應(yīng)的解決辦法．光纖通信其他模塊的教學(xué)可參照所列方法，根據(jù)不同內(nèi)容特點加以調(diào)整改進，提高教學(xué)效果并促進課程整體質(zhì)量的提高．

作者:戴精科 井亞鵲 張峰干 單位:火箭軍工程大學(xué)