王玉青 張昕 王天雷

摘 要：文章針對普通高校“光纖通信”課程普遍存在的問題和現(xiàn)狀，提出了一種基于OptiSystem仿真設計的理論教學和實驗教學的混合式教學模式。該教學模式結(jié)合全方位的考核機制，充分調(diào)動了學生的眼、耳、口、手、腦等多個器官，有助于學生對課程知識進行全方位、多角度理解與掌握。這一教學模式和考核機制的實施有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力。

關鍵詞：光纖通信；混合式教學模式；仿真設計；考核方式

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2018）10-0013-03

本文從普通高校的教學現(xiàn)狀和教學定位出發(fā)，提出了以學生為中心、理論教學、實驗教學分別和OptiSystem光通信仿真設計相結(jié)合的混合式教學模式[1-3]，該教學模式有助于強化學生的主觀能動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計能力和綜合應用能力。

一、課程教學現(xiàn)狀和教學定位

“光纖通信”是五邑大學通信工程專業(yè)一門重要的專業(yè)選修課程[4-5]，其定位為理論與實踐并重，要求具備大學物理、電磁場與電磁波等眾多前修課程基礎，涉及較復雜的理論推導，對物理的理論知識要求較高。五邑大學屬于普通二本院校，一方面理論性較強的公式推導素來是該校學生的弱勢所在，另一方面有限的經(jīng)費導致實驗設備的投入有限，設備較為陳舊，因此如何能夠弱化這些復雜的公式推導，既能克服陳舊設備的局限又能方便對課程的核心內(nèi)容更直觀地理解與掌握，這是該課程歷年來探索的熱點問題[6-7]。

傳統(tǒng)的教學是以教師為中心，以課堂講授為主。采取“填鴨式”教學模式進行課程教學，此教學模式缺乏學生的積極主動參與，使得學習較為被動、枯燥，課堂缺乏吸引力，直接導致學生學習的積極性降低，如何保證每位學生的發(fā)言權，確?！拔覟槿藥?，人為我?guī)煛保煤唵味行У姆绞秸{(diào)動學生的動手能力和獨立思考能力，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，調(diào)動學生學習的積極性，這也是所有工科院系歷年來改革的最終目的。

完全以學生為主導的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式則占用學生大量的課下時間，造成學生怨聲載道，嚴重挫傷學習的積極性，而且由于學生對內(nèi)容的把握不夠熟練，在內(nèi)容的學習上難免走彎路，效率不高，學習效果并不明顯，尤其對學風欠佳的班級而言，該教學模式的學習效果甚至不如傳統(tǒng)的教師“填鴨式”授課模式的學習效果。目前翻轉(zhuǎn)課堂教學模式主要采用微課教學，過于強調(diào)知識點的獨立性，忽略了知識之間的系統(tǒng)關聯(lián)，造成學生“一葉障目不見泰山”的感覺，非常不利于學生知識、能力和素養(yǎng)的綜合提高。

以上兩種教學模式，都忽略了過程的學習，忽略了學生不斷反饋這一驅(qū)動因素，學生的自主性沒有得以體現(xiàn)，因此沒有“樂在其中”的感覺，不知道學到了哪些知識，更不知道應該深入補充哪些知識，只是簡單地達到“懂了”的地步，并沒有達到“學以致用”的境界，學生看似明白，實則并沒有掌握，總是處于似懂非懂的混沌狀態(tài)。

基于以上原因，對“光纖通信”理論和實驗教學進行了初步改革和探索，既克服了有限設備資源的局限，也充分激發(fā)了學生動手動腦的積極性，提高了教學質(zhì)量。

二、混合式教學模式改革

（一）理論課程的改革

根據(jù)學生的認知規(guī)律對本課程的內(nèi)容進行重新組織，目的是既保證學生的知識水平得以提高，又使得學生的綜合能力得到一定程度的提高，所以，在對教學內(nèi)容的處理上就必須要考慮“以學生為中心”，充分考慮學生的需求。在課程開始階段，學生對需求所涉及的知識尚無清晰的概念，此時的教學方法應適當向教師講解傾斜，而當學生具備一定的理論基礎后就必須充分調(diào)動學生的積極主動性，根據(jù)要達到的目的選擇合適的教學方法，確保學生對要解決的問題和擬采取的解決方法有清晰的概念。

具體做法如下：將本課程知識進行重新整合，碎片化分解為一個個離散的小知識點，打破傳統(tǒng)的授課方式，不再按照課本的目錄按部就班地講課，而是按照各知識點之間的相互關聯(lián)進行課程的學習，每次授課過程只解決1—2個小知識點，將更多的時間留給學生獨立思考和設計，真正做到“學有所思，學有所成”，確保整個授課過程在愉悅的、無壓力的環(huán)境中進行，具體實施過程如圖1所示。

圖1 理論課程改革實施圖

首先會在課前就將要討論的知識點提出1—2個簡單的問題，然后按照以下思路進行課程內(nèi)容的組織和授課。

1.課前“練”和“思”。（1）動手：借助于OptiSystem軟件，將學生按4—5人分成一組，由學生利用課下時間將該知識點所涉及的內(nèi)容進行仿真模擬，并畫出輸出波形、誤碼率、信噪比、光功率等曲線，這樣每位學生既可以根據(jù)自己的任務要求進行個性化設計，小組內(nèi)部也可以互相討論，既培養(yǎng)了學生的實踐能力和自主學習的能力，克服了學生對抽象知識理解的恐懼心理，也鍛煉了團隊協(xié)作能力。（2）動眼：根據(jù)輸入信號的不同，指明波形、誤碼率、信噪比、光功率等曲線的變化規(guī)律，這樣，將課下作業(yè)置于課堂討論，避免了大規(guī)模的作業(yè)抄襲，避免學生眼高手低。（3）動腦：針對課前所提出的問題進行思考，運用所學知識，對仿真結(jié)果進行初步分析，指明其結(jié)果的合理之處、不合理之處和不解之處，有利于學生對基本原理的理解，培養(yǎng)了獨立思考的能力。

2.課中“教”和“學”。（1）動口：隨機挑選學生演示自己的仿真結(jié)果，并針對結(jié)果進行各知識點初步的詳盡的分析說明，有助于培養(yǎng)學生的表達能力和語言組織能力。（2）動眼：學生自己仔細觀察所演示的仿真圖，并對比與自己的仿真結(jié)果的不同之處，對有異議和不明白之處進行標注，有助于激發(fā)學生學習的積極性和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目蒲兴仞B(yǎng)。（3）動耳：教師和學生共同討論演示圖的仿真結(jié)果，學生可根據(jù)自己標注的不清楚之處發(fā)表自己的意見和看法，在此過程中，教師通過引導學生的思考方向，鼓勵學生對提出的問題各抒己見，有助于培養(yǎng)學生的溝通能力和表達能力。（4）動腦：解決課前所提問題，分析產(chǎn)生該問題的物理根源，啟發(fā)學生思考該問題在進行長距離高速通信時將會導致何種結(jié)果，進而引導學生為避免該結(jié)果應采取何種措施，從而將抽象復雜的問題簡單化，同時也引出下節(jié)課將要討論的內(nèi)容，有利于培養(yǎng)學生終身學習的能力和開拓創(chuàng)新的能力。

3.課后“練”。（1）動手：本節(jié)課完成后，學生針對各自作品不足之處進行改進，對課前提交前的仿真圖進行查漏補缺，強化學生基本的理論知識，不斷完善設計和分析過程，形成一份仿真分析報告作為平時作業(yè)上交，這有助于培養(yǎng)學生的社會責任感、終身學習能力以及不斷創(chuàng)新的能力。（2）持續(xù)改進：教師對學生交上來的分析報告進行歸納總結(jié)，將優(yōu)秀、良好、中等和及格的總結(jié)報告（包括電子版）進行分類存放，建立仿真資源庫，供學生交流學習提高之用，這對學生學習成果的強化和提高非常有益。

4.后續(xù)課安排。此后每節(jié)課都將在前面知識點的基礎上對系統(tǒng)逐步進行完善，最后在本課程結(jié)束時合成為一個相對較完整的光纖通信系統(tǒng)，這樣各知識點之間的關聯(lián)也就一目了然，既有利于學生對相關知識點的深入理解，也有助于激發(fā)學生的學習熱情。

例如在講解光纖色散這一知識點的基本概念時，可按下表1逐步分析。

（二）實驗課程的改革

五邑大學為工科院校，注重實踐訓練，故學生們的理論水平基礎薄弱，因此當實踐環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時，大多數(shù)學生都無法利用有限的理論知識解決實踐過程中所遇到的形形色色的問題，故仿真的指導作用就顯得至關重要。因此，在充分利用實驗設備已有資源的基礎上，結(jié)合OptiSystem仿真模擬來進行實驗內(nèi)容的安排，具體做法如圖2所示。

具體安排如下。

1.每次實驗之前，根據(jù)實驗內(nèi)容利用OptiSystem仿真軟件進行光路的仿真模擬，對仿真結(jié)果進行合理性分析并形成簡單的分析報告，實驗時需攜帶至實驗室供教師查閱。2.在實驗時，利用現(xiàn)有的光學儀器和相關設備對實驗內(nèi)容進行驗證測試，對比仿真結(jié)果和實驗結(jié)果的異同，思考產(chǎn)生該現(xiàn)象的根源，形成實驗報告，在鞏固所學知識的同時也鍛煉了學生的動手能力。3.實驗完成之后，需對實驗結(jié)果和仿真結(jié)果進行匯總分析，每次實驗均需形成一份完整的測試報告（包含理論分析結(jié)果、實驗測試結(jié)果和軟件仿真結(jié)果的對比）作為平時作業(yè)上交，為平時的成績提供依據(jù)支撐。

三、考核方式的改革

本課程是工程性非常強的一門課程，單一的考核模式已然不再適合當今通信行業(yè)多極發(fā)展的態(tài)勢，因此多樣化的考核方式勢在必行。本課程對不同章節(jié)的內(nèi)容采取不同的考核模式，改變臨時抱佛腳的局面，注重對學習過程的考核，充分考慮了學生學習過程中分析/解決問題的能力、工程實踐能力、開拓創(chuàng)新能力、溝通表達能力、領導能力、團隊協(xié)作能力和終身學習的能力等，重在平時的積累，使考核過程貫穿于課程始終，旨在充分調(diào)動學生學習的積極性。

如：在講解光纖結(jié)構(gòu)的內(nèi)容時采取市場調(diào)研的方

式，參觀電信公司的機房，學以致用，讓學生明白不同類型的光纖之間的特點和各自的用途等，上交調(diào)查報告，真正做到理論聯(lián)系實際；在講解光傳輸和光信號接收時以仿真模擬為主，通過設計簡單的光通信系統(tǒng)，根據(jù)“通信原理”課程的基本分析原理，觀察眼圖和信號波形，分析各器件參數(shù)變化對系統(tǒng)誤碼率、信噪比和光功率等的影響，理解為何以及如何進行功率預算等，上交仿真模擬報告，這樣避免了枯燥無味的理論公式推導，有助于對抽象內(nèi)容的理解；在實驗部分，注重常用光學實驗儀器的操作，同時對比仿真結(jié)果，觀察二者的異同之處，上交實驗報告，這樣將學生“學”和“習”的效果進行無縫跨接，對學生的學習成果進行進一步鞏固，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。

最終的考核標準由三方面組成：調(diào)研論文、仿真模擬圖和實驗分析報告。三者所占權重分別為：0.2、0.5、0.3。

本論文講述了如何利用混合式教學模式進行“光纖通信”課程理論和實驗的改革。實踐表明，該教學模式結(jié)合OptiSystem仿真軟件的使用充分調(diào)動了學生的多種器官，激發(fā)了學生的學習興趣，有利于學生對抽象的光纖通信理論教學內(nèi)容的理解，避免了煩瑣的理論公式，學生可充分利用業(yè)余時間自行設計千變?nèi)f化的仿真實驗，既可以反復練習又激發(fā)了創(chuàng)造性思維，同時也節(jié)省了較高的實驗費用，而且多樣化的考核方式保證了大多數(shù)學生能廣泛參與到課程的討論中來，極大地促進了教學改革，提高了教學的質(zhì)量和學生的學習效果。

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