饒豐（常州工學(xué)院光電工程學(xué)院213002；常州現(xiàn)代光電技術(shù)研究院213002；常州光電子材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室213002）

張媛媛 趙 霜 許 昊（常州工學(xué)院光電工程學(xué)院江蘇常州213002）

光纖通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐

饒豐（常州工學(xué)院光電工程學(xué)院213002；常州現(xiàn)代光電技術(shù)研究院213002；常州光電子材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室213002）

張媛媛 趙 霜 許 昊（常州工學(xué)院光電工程學(xué)院江蘇常州213002）

為了提高光纖通信實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，本論文針對(duì)目前地方高校光纖通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題，提出采用基于項(xiàng)目的分層次教學(xué)，通過分類實(shí)驗(yàn)，選用軟件演示和播放實(shí)驗(yàn)視頻等教學(xué)手段，彌補(bǔ)實(shí)際不足，為深化實(shí)驗(yàn)改革提供了有益的參考。

光纖通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革分層次教學(xué)仿真軟件

目前，光纖通信是現(xiàn)代通信的主要支柱，國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校也將光纖通信列入光電信息類專業(yè)的主干課程[1]。但是，光纖通信發(fā)展迅速，新理論，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)[2]。隨著光纖通信打通“最后一公里”，其應(yīng)用必將急劇增加，企業(yè)對(duì)動(dòng)手能力較強(qiáng)的相關(guān)技術(shù)人員的需求必定大量增加[3]。因此，很有必要加強(qiáng)光纖通信實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

光纖通信實(shí)驗(yàn)包含的內(nèi)容很多，涉及通信原理、激光原理、半導(dǎo)體學(xué)、數(shù)字信號(hào)等多門課程[4]，因此，加強(qiáng)光纖通信實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)了專業(yè)課程之間的關(guān)聯(lián)性和系統(tǒng)性，必將成為“應(yīng)用型復(fù)合型人才”培養(yǎng)的有力抓手。但是，學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和層次不盡相同，很多學(xué)生感到很難掌握?；诖?，本文結(jié)合多年來(lái)常州工學(xué)院的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，探討在有限的時(shí)間、人力和財(cái)力的情況下，在地方高校中如何有針對(duì)性地開展這門實(shí)驗(yàn)課程。

一、存在的主要問題

（一）教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器落后，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不全

目前，常州工學(xué)院所用的光纖通信實(shí)驗(yàn)儀器是天津市拓普儀器有限公司的WGX-6型光纖信息與光通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以及湖北眾友科技有限公司生產(chǎn)的綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，均為模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，其操作簡(jiǎn)單，成功率高，但是不能根據(jù)學(xué)生的想法自主實(shí)驗(yàn)，加之本領(lǐng)域發(fā)展很快，部分實(shí)驗(yàn)明顯落后。此外，部分模塊不能正常使用，且維修困難，這就造成能有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目難以開展，難以達(dá)到該實(shí)驗(yàn)該有的教學(xué)效果。

由于光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一般比較貴，國(guó)內(nèi)有主要技術(shù)的廠家主要是一些大型公司，如華為[5]，這些公司對(duì)實(shí)習(xí)生的入門門檻要求比較高，地方高校的學(xué)生進(jìn)入這些公司實(shí)習(xí)難度較大。

（二）實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少，實(shí)驗(yàn)安排不夠合理

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，各種學(xué)科的交叉性和綜合性日益明顯，各高校也強(qiáng)調(diào)專業(yè)的寬口徑和職業(yè)的遷移能力，開設(shè)的課堂教學(xué)內(nèi)容越來(lái)越多，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課時(shí)相對(duì)減少。同時(shí)，地方高校教師匱乏，每一位教師所帶學(xué)生較多，實(shí)驗(yàn)課時(shí)間有限，往往要求同一學(xué)生在幾節(jié)課內(nèi)，同時(shí)完成幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，或多個(gè)學(xué)生交替完成同一個(gè)實(shí)驗(yàn)。從表面上看，這樣節(jié)約了師生的時(shí)間，但結(jié)果是學(xué)生僅僅匆忙完成了實(shí)驗(yàn)，但沒有思考，更談不上師生之間的深入探討。

（三）認(rèn)識(shí)程度不夠，實(shí)驗(yàn)淪為副科

實(shí)驗(yàn)課程一般在課堂教學(xué)后安排，并非自成體系，平時(shí)課時(shí)少，有的高校安排的機(jī)動(dòng)性較大，實(shí)驗(yàn)成績(jī)也比較隨意，長(zhǎng)期如此，使部分師生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課，特別是課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是一門“副科”，可有可無(wú)，并不重要。經(jīng)過幾屆學(xué)生，這種意識(shí)不斷積累，使得學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程不重視，不能主動(dòng)學(xué)習(xí)和思考。有時(shí)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量不高，做得好的，看不見加工整理，做得差的，明顯抄襲，沒有起到訓(xùn)練學(xué)生思維的作業(yè)。一些學(xué)生存在“對(duì)付”的心理，比如一名學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后，同組的學(xué)生，往往只是簡(jiǎn)單測(cè)量和記錄數(shù)據(jù)就算完成，甚至其他小組的學(xué)生也跑來(lái)記錄數(shù)據(jù)。

（四）教學(xué)內(nèi)容陳舊，教學(xué)方法單一

通信技術(shù)日新月異，然而有的學(xué)校實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目十余年來(lái)都沒有變化，新的技術(shù)沒有反應(yīng)到實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置中。有的學(xué)校為了提供實(shí)驗(yàn)的完成率，設(shè)計(jì)的項(xiàng)目比較死板，缺乏創(chuàng)新性，更不可能提供高質(zhì)量的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法也比較單一，主要是灌輸式的理論教學(xué)和模塊化的試驗(yàn)教學(xué)。有的教師不能利用計(jì)算機(jī)仿真軟件、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、MOOC等現(xiàn)代化的教學(xué)手段。學(xué)生沒有自主探索精神，教師缺乏必要的引導(dǎo)。一般都是全班一起實(shí)驗(yàn)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，沒有做到根據(jù)學(xué)生的層次和要求進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)。

（五）師資力量薄弱，實(shí)驗(yàn)教師地位弱化

地方高校光通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員比較缺乏，有時(shí)是對(duì)應(yīng)理論課程教師兼任，同時(shí)學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員的收入低，聘任要求低，實(shí)驗(yàn)崗有時(shí)甚至成為為了引進(jìn)高層次人才，解決其配偶工作的崗位，導(dǎo)致現(xiàn)有人員只能保管鑰匙，開開門。同時(shí)，其考核和培訓(xùn)也較薄弱，自我提升的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力也較小，實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍日益惡化。加之部分領(lǐng)導(dǎo)對(duì)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)認(rèn)識(shí)頗偏，非常注意理論教學(xué)，忽視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，或僅僅當(dāng)做理論教學(xué)的簡(jiǎn)單驗(yàn)證，教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果可想而知。

（六）實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核方式比較單一，重形式而輕內(nèi)涵

目前，實(shí)驗(yàn)考核的方式主要是批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這樣導(dǎo)致學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的目的是完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，束縛了探索和創(chuàng)新能力，影響了實(shí)驗(yàn)興趣和教學(xué)效果。目前，受“評(píng)估”的影響，部分地方高校的實(shí)驗(yàn)報(bào)告均“規(guī)范化”了，不能反映出學(xué)生的個(gè)性差異；所做實(shí)驗(yàn)也“規(guī)范化”了，體現(xiàn)不出時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的需求；考核也要求嚴(yán)格按照“標(biāo)準(zhǔn)答案”，體現(xiàn)不出學(xué)生的觀察和思考。更可怕的是，學(xué)生哪怕提出了更好的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)措施，也由于不符合“標(biāo)準(zhǔn)”，難得高分，有時(shí)不得及格。

二、基于項(xiàng)目的光纖通信實(shí)驗(yàn)課程改革措施

基于地方高校光纖通信實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀，我們提出自己的改革措施，并付諸實(shí)踐，效果較好。那就是基于“項(xiàng)目”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。論文中的“項(xiàng)目”指的是在教學(xué)過程中相對(duì)獨(dú)立的一個(gè)知識(shí)單元、測(cè)試技術(shù)或儀器。

（一）分層次教學(xué)，按項(xiàng)目實(shí)施

我們將光纖通信中的項(xiàng)目分成4個(gè)層次：演示性實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。不同層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，教學(xué)手段和教學(xué)要求均不相同。

1.演示性實(shí)驗(yàn)一般為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不單獨(dú)使用實(shí)驗(yàn)課程，而是由教師在課堂完成。例如，光源的發(fā)光，LED與LD的區(qū)別，光纖的物理性質(zhì)，光纖的熔接，光耦合，各種元件的外形及端口介紹等。對(duì)于大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如江蘇省移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，實(shí)物不方便搬動(dòng)，則由教師做好電子資源，通過多媒體展示給學(xué)生。部分教學(xué)中不能做的實(shí)驗(yàn)，通過與相關(guān)單位聯(lián)系，或直接向企業(yè)購(gòu)買電子資源，做成微課，也放在演示實(shí)驗(yàn)中。

2.基本實(shí)驗(yàn)的主要目的是通信中的基本參量測(cè)量、基本儀器的使用以及基本實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)的訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)要求是：理解實(shí)驗(yàn)原理，掌握儀器的使用，理解基本儀器的原理，以及運(yùn)用基本實(shí)驗(yàn)原理解釋解決簡(jiǎn)單問題。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)一般采用實(shí)驗(yàn)箱和光通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成，包括光纖損耗和色散的測(cè)量光纖通信中編碼、解碼、波分復(fù)用/解復(fù)用，搭建簡(jiǎn)單的語(yǔ)言通信系統(tǒng)，光耦合器、光波分復(fù)用器、光隔離器、光環(huán)行器、光減器的性能測(cè)試等?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)為學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，要求在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下完成。這些實(shí)驗(yàn)的要求是進(jìn)一步鞏固基本理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生簡(jiǎn)單的動(dòng)手能力。

3.綜合實(shí)驗(yàn)旨在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，就一個(gè)小問題設(shè)置的小型實(shí)驗(yàn)。一般使用實(shí)驗(yàn)箱或Optisystem仿真軟件完成。該實(shí)驗(yàn)一般包括波分復(fù)用/解復(fù)用，模擬圖像傳輸系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、光電終端機(jī)、5B6B編譯碼、HDB3編譯碼、CMI編譯碼、誤碼測(cè)試、OCDMA/OTDR實(shí)驗(yàn)，以及通信中加擾、解擾等。

在該類實(shí)驗(yàn)中，教師應(yīng)該注意引導(dǎo)學(xué)生自主思考，自主實(shí)驗(yàn)，然后給予鼓勵(lì)。該類實(shí)驗(yàn)學(xué)生選題應(yīng)該適當(dāng)，重要的知識(shí)點(diǎn)有對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)即可。

4.創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，目的是根據(jù)本校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，自主開發(fā)實(shí)驗(yàn)，完成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，挑戰(zhàn)杯等創(chuàng)新較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。開設(shè)該類實(shí)驗(yàn)可以采取與畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，通過軟件仿真完成；也可以綜合數(shù)據(jù)采集，通信和顯示等知識(shí)，學(xué)生自己自制系統(tǒng)，由相關(guān)廠家加工成小設(shè)備。在指導(dǎo)教師的幫助下，學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料、自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生獨(dú)立分析并解決出現(xiàn)的問題，最后獨(dú)立總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)不必人人都做，有部分學(xué)生選做就可以。

（二）充分利用仿真軟件，彌補(bǔ)做項(xiàng)目時(shí)設(shè)備不足

軟件仿真是目前很多公司采用的一種設(shè)計(jì)方法，具有強(qiáng)大的生命力。我們的綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的主要采用計(jì)算機(jī)軟件仿真，這是在有限經(jīng)費(fèi)條件下，地方高校開展大量實(shí)驗(yàn)的最有效辦法。仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式要求利用計(jì)算機(jī)軟件為平臺(tái)，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，顯示技術(shù)等對(duì)進(jìn)行建模，通過特殊的軟件程序模擬實(shí)際操作，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為重要的實(shí)驗(yàn)手段，具有成本低、安全性好、不受時(shí)間、空間限制等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合后，可以實(shí)現(xiàn)群共享。光通信系統(tǒng)Optisystem軟件，matlab軟件和光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Zemax均是高效的設(shè)計(jì)軟件，并有部分對(duì)應(yīng)的軟件模型，利用它們作為光纖通信實(shí)驗(yàn)課的部分手段[6]，具有重要意義。同時(shí)，編寫出的光纖通信實(shí)驗(yàn)仿真軟件在學(xué)生中可以“代代相傳”，并根據(jù)社會(huì)上技術(shù)的更新不斷更新和優(yōu)化。

（三）開展文獻(xiàn)檢索專題項(xiàng)目，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力

開展文獻(xiàn)專題研究性教學(xué)，要求學(xué)生掌握光纖通信課程中的基本概念，基本理論和基本方法，同時(shí)還要了解最新發(fā)展?fàn)顩r。因此，提高學(xué)生的文獻(xiàn)檢索和利用能力，具有重要意義。

具體組織時(shí)，一般要根據(jù)教學(xué)的實(shí)際情況，以不同的課程計(jì)劃，科學(xué)地設(shè)計(jì)檢索題目，既要使學(xué)生學(xué)會(huì)檢索方法，又要使得檢索的知識(shí)有意義，難度有區(qū)分。此外，還要適合不同層次學(xué)生，有時(shí)還要兼顧地方特色。例如，我們目前的題目有：光纖通信系統(tǒng)的研究進(jìn)展，通信用激光器的研究進(jìn)展，損耗和色散補(bǔ)償技術(shù)等，通信用光源和光接收機(jī)的研究進(jìn)展，常州地區(qū)通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，常州地區(qū)通信網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

教師應(yīng)盡可能讓學(xué)生自己提出題目。實(shí)際上，文獻(xiàn)檢索的主要目的是促進(jìn)學(xué)生自主探索科研創(chuàng)新，獲取科研經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)科學(xué)研究的能力，避免填鴨式教學(xué)，被動(dòng)接受。具體研究的題目是什么，已經(jīng)不重要。

考核時(shí)，可以讓學(xué)生把檢索報(bào)告制作成PPT，在講臺(tái)上面向全體學(xué)生進(jìn)行一次匯報(bào)，達(dá)到在教師干預(yù)較少的情況下，學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)學(xué)習(xí)的目的。

（四）以項(xiàng)目完成質(zhì)量為基礎(chǔ)，改革評(píng)價(jià)方式

經(jīng)過本科教學(xué)評(píng)估后，地方高校的實(shí)驗(yàn)課考核均采用實(shí)驗(yàn)報(bào)告及實(shí)驗(yàn)情況評(píng)分的方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于成績(jī)的高低“有據(jù)可查”，但是不能真實(shí)地反映學(xué)生的能力。因此，很有必要采用靈活的考核方式。

1.對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的綜合靈活的評(píng)分。這個(gè)評(píng)分將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，試驗(yàn)中的異?，F(xiàn)象分析、實(shí)驗(yàn)中遇到的問題和解決方法、實(shí)驗(yàn)中的新發(fā)現(xiàn)等綜合評(píng)分。實(shí)驗(yàn)成功與否不能作為分?jǐn)?shù)高低的唯一依據(jù)。

2.學(xué)生課下的軟件仿真作業(yè)。督促他們進(jìn)行課下軟件仿真實(shí)驗(yàn)，其創(chuàng)造性，能夠留給下一屆的作品可以加分，記錄在實(shí)驗(yàn)課成績(jī)中。

3.完成了綜合性或創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，成績(jī)合格，如果能夠證明達(dá)到基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)水平，其基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)成績(jī)視為合格。

三、總結(jié)

培養(yǎng)地方特色鮮明的應(yīng)用型人才是新時(shí)期地方高校發(fā)展的必由之路。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的有力抓手。光纖通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要學(xué)生、教師、學(xué)校和社會(huì)各方面配合和共同努力。

我們根據(jù)深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，按照項(xiàng)目分層次教學(xué)，改革評(píng)價(jià)方式，充分利用軟件，多媒體等現(xiàn)代教育手段，最大限度地把師生的積極性和創(chuàng)造性發(fā)揮出來(lái)，使得光纖通信實(shí)驗(yàn)達(dá)到人才培養(yǎng)與課程建設(shè)相一致，理論性和應(yīng)用性相一致以及研究性和學(xué)習(xí)性相一致的目標(biāo)。

[1]張小衡.高職《光纖通信》實(shí)驗(yàn)教改探討[J].武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（1）：68-70.

[2]顧畹儀,李國(guó)瑞.光纖通信系統(tǒng)[M].北京∶北京郵電大學(xué)出版社,2006.

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（責(zé)編 張宇）

常州工學(xué)院教改重點(diǎn)項(xiàng)目，編號(hào)：A3-4401-14-022)資助。

饒豐（1983-），男，講師，博士，主要研究方向：光通信和光傳感的教學(xué)研究。