喬忠良 李再金 趙志斌 陳浩 曾麗娜

摘? 要 根據(jù)研究型專業(yè)的培養(yǎng)目標，結(jié)合當今光通信技術基礎課程的專業(yè)性特點，對該專業(yè)課程的教學模式、教學方法和教學內(nèi)容進行初步的改革探討和研究，通過將課程內(nèi)容、方法與科研緊密聯(lián)系在一起，漸進式引導和培養(yǎng)本科學生學習光通信技術基礎這門專業(yè)必修課理論的興趣，使學生形成系統(tǒng)性的思考能力、細致的實踐能力、周密的動手能力和嚴謹?shù)膭?chuàng)新能力，使這門課程更適應于光學工程學課專業(yè)性、技術性和研究應用兼顧型專業(yè)的培養(yǎng)目標。

關鍵詞 研究型專業(yè);光電工程專業(yè);光通信技術基礎;教學改革;實踐教學;仿真教學

中圖分類號：G642.3? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）07-0097-02

0 引言

光通信技術基礎是由通信技術、激光技術、電子技術和系統(tǒng)集成技術等融合而發(fā)展出的一門研究光通信的熱門學科，包括光子與光子、光子與電子、電子與電子之間相互作用。歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，人們基于通信技術基礎研制了各種光通信的光子器件、電子器件及光電子器件。這些技術已經(jīng)應用于大眾日常的各個層面，并給大眾的工作和生活帶來巨大的變化。

以光通信技術為代表的高新技術掀起的高速信息產(chǎn)業(yè)浪潮，帶動了我國產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向，也是目前發(fā)展最快的高技術、高增加值、高密度就業(yè)的產(chǎn)業(yè)[1]，因此，我國每年都需要大批高質(zhì)量的光電通信類技術人才。特別是近年來，大量高校設置了與光通信相關的專業(yè)，比如光電子器件與技術、光電信息技術和光電探測技術專業(yè)等，培養(yǎng)了可觀的人才和技能儲備[2-4]。光通信技術基礎課程就是這類專業(yè)人才的專業(yè)必修課程。該課程的特點是課程內(nèi)容覆蓋面寬，理論性強，應用廣泛，實踐能力要求高，不僅是前期所學基礎理論和實踐知識（如數(shù)字電路、模擬電路、光電子器件等）的實踐，也是對相關理論知識的深化拓展。通過本課程的學習，學生不僅可以深入理解相關光通信技術的理論知識，還培養(yǎng)了一定的科研基本素質(zhì)[5-6]。因此，該課程是光電工程專業(yè)的一門深化的核心實踐課程，這就對該門課程的教學和學習提出更進一步的實踐要求。

當前，研究型專業(yè)學生的知識如果儲備不豐富，對理論性較強的部分接受程度就會不理想。同時，研究型專業(yè)的學生實踐能力是弱項，需要增強這方面的能力。所以，這就要求對光通信技術基礎這門專業(yè)核心課程進行改革，以適應研究型專業(yè)學生培養(yǎng)目標和教學實情。

1 教學內(nèi)容重構(gòu)

課堂教學需要依據(jù)教學計劃、對象和目的設定。研究型大學本科專業(yè)主要服務于行業(yè)內(nèi)產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展，注重理論知識的運用和相關技術的研究，培養(yǎng)的是與行業(yè)內(nèi)產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展需求相匹配的研究型技術人才。因此，對教學內(nèi)容的設定既要兼顧理論，也要兼顧實踐，更要根據(jù)研究型、應用型、技術型、產(chǎn)業(yè)型的人才培養(yǎng)目標設定教學內(nèi)容。可將課程分為初階基礎知識必備、中階技術應用延伸、高階當今前沿發(fā)展。此外，學生的學習能力和動手能力也是考慮的因素，因此需要綜合考慮理論知識和實踐水平。初階基礎知識必備包括光波導、光源、光纖、光探測、光中繼、光放大、光接收、光調(diào)制和光解調(diào)等。中階技術應用延伸包括光存儲、光顯示光通信、光電成像、光編碼和光解碼等具體應用。高階當今前沿發(fā)展包括當前關注度高、應用前景好的光電子集成器件及其系統(tǒng)應用，增加光電器件系統(tǒng)集成和應用方面的內(nèi)容，比如各種硅光子、硅波導器件等當前研究熱點內(nèi)容。

2 教法改革

理論教學方面? 光通信技術基礎課程主要是激光與通信技術相結(jié)合的延伸。該課程既要介紹與光通信技術相關的光通信基本組成、光波導類型、光模式、激光解碼和編碼等基本理論知識，還需要對光通信技術的前沿技術和主要功能進行介紹。在傳播經(jīng)典基礎理論知識的同時，教師還可將自己的和該領域最新的科研成果融入課堂教學中，將國內(nèi)與國際上最新的技術發(fā)展狀態(tài)和經(jīng)典成果在課堂上展示給學生。比如在光纖結(jié)構(gòu)章節(jié)，重點介紹階躍折射率波導和漸變折射率波導，接著講到階躍折射光纖和漸變折射率光纖，進而擴展到硅光子波導和其他材料結(jié)構(gòu)的光子波導，甚至延伸到神經(jīng)網(wǎng)絡波導結(jié)構(gòu)，介紹與之相關的外腔可調(diào)半導體激光器工作原理和相關性能。通過這種方式授課，學生能夠了解最新的科研動態(tài)，激發(fā)學習興趣的同時，還可以拓寬視野，踐行研究型和應用型方向的辦學目的。同時，想考研的學生能夠較清晰了解本專業(yè)方向。另外，讓學生學習科技論文的引用關聯(lián)查詢方法，使學生獲取信息能力大幅提升。這樣可以讓學生進一步掌握科技發(fā)展動態(tài)、應用和專利技術等，為后續(xù)培養(yǎng)創(chuàng)新性思維和專題分組討論做準備。

光通信技術性能仿真教學? 隨著計算機性能和專業(yè)算法技術不斷發(fā)展，仿真模擬實驗的仿真結(jié)果越來越貼合實驗結(jié)果，因此受到人們的普遍重視。當前，仿真技術為科研人員提供了有效的理論和實踐教學方法。仿真計算可以節(jié)省勞動資源，減少實驗強度，更好地服務于科研。在這樣普遍應用的重要背景下產(chǎn)生的數(shù)學、模擬仿真軟件，具有接近真實的數(shù)值計算分析功能、易學的操作界面、便捷的工作環(huán)境和成熟的編程語言。因此，可以讓學生利用物理關系和數(shù)學運算相結(jié)合的數(shù)學、物理模型模擬物理、光學和光電轉(zhuǎn)換等過程，對光通信、光波導和光器件等的模場、光場和載流子分布等進行數(shù)學建模仿真，將仿真結(jié)果與實驗測試結(jié)果比較，使學生產(chǎn)生更加深刻的印象和學習興趣。模擬仿真將是理論課和實驗課的有益補充，可以極大促進學生對知識的掌握和理解。

分組討論? 光通信技術課程講授的內(nèi)容大都是與現(xiàn)實生活密切聯(lián)系的，而且是當前產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術進步和科技研究的重點、難點和熱點，因此可以將當前研究熱點問題選為小組討論主題。比如;技術方面，光纖、硅光子芯片、DFB半導體激光器和眼圖等;產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，5G和6G光通信問題，以及國家針對芯片產(chǎn)業(yè)卡脖子問題做的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃。學生通過查閱資料，收集與光通信和新型光子器件相關的素材，鼓勵他們提出自己的設想，并在課堂上進行討論，對學生天馬行空的思想加以科學引導。這種方式可加深學生對教學內(nèi)容的理解深度，也會對當前領域和行業(yè)的發(fā)展動態(tài)有較清晰認識，潛移默化間，對其未來所從事的職業(yè)和人生坐標有了進一步的定位和規(guī)劃。

此外，本專業(yè)的學生既可以加入國家級、省市級和校級的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，也可以參加全國智能小汽車比賽、全國光電設計大賽。可以讓學生分享個人經(jīng)歷和相關經(jīng)驗，讓其他學生少走彎路，或者帶領其他年級學生形成良好的階梯式良性發(fā)展。通過這種模式的小組討論，能夠使學生形成協(xié)作配合和團結(jié)合作能力，培養(yǎng)學生榮譽感和團隊意識，增強學生自主學習的能力、思考和解決問題的能力。這些都是研究型和應用型高校教學目標的重要體現(xiàn)。

實踐教學? 實踐教學是實驗教學的延伸，是研究型和應用型高校教學中不可缺少的教學環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)研究型和應用型高校學生培養(yǎng)目標的必備教學手段，也是目前高校專業(yè)理論學習與公司、企業(yè)工作實踐相結(jié)合的過渡方式。通過實踐和實驗教學，可以實現(xiàn)抽象的、模糊的理論具體化、清晰化。將光通信技術的實踐教學分為實踐部分和公司、企業(yè)介紹部分。

1）實踐部分包括半導體激光光源的功率測量、P-I特性曲線繪制、消光比測試、激光模式分析、誤碼率的測量、模擬和數(shù)字信號光傳輸、光纖傳輸成像、眼圖的測量、碼型分析、擾碼和解碼、各種碼型編譯及光纖傳輸參數(shù)測試等實驗，涵蓋了當前光通信技術應用最為廣泛的內(nèi)容。通過對實驗課程的學習和實際動手操作，對實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象的觀察、研究和分析，可以促進學生對理論知識的理解和鞏固。

2）相關公司、企業(yè)介紹部分是介紹與本專業(yè)和本課程相近的公司、企業(yè)、研究所和高校，以及相關單位的發(fā)展水平，讓學生了解以后找工作的具體目標，做到有的放矢;讓學生了解單位的不同會形成不同的文化氛圍和規(guī)章制度;讓學生去觀看相關的公司、企業(yè)、研究所和高校的紀錄片，了解各種崗位、工作環(huán)境和心態(tài)，增強學生對本專業(yè)的了解和認可度。

3 考核評估方式

傳統(tǒng)卷面評估方式比較適合那些專業(yè)性強、理論深的課程。光通信技術基礎課程考核評估將學習效果的評估作為重點，以小組討論、文獻查找、章節(jié)作業(yè)、5分鐘課上試講提問和期末考試組成。其中，小組討論占10%，文獻查找占10%，章節(jié)作業(yè)占10%，各組5分鐘課上試講提問占10%，期末考試占40%，實驗占20%。通過這種考核評估，實現(xiàn)對學生的學習態(tài)度、自學能力和創(chuàng)新能力的綜合考查。

4 結(jié)語

根據(jù)光電工程專業(yè)的具體情況，結(jié)合光通信技術基礎課程的特點，探索對該課程的教學內(nèi)容、實踐方式和考核評估方式等進行一系列初步改革。教學必須平衡培養(yǎng)方式和培養(yǎng)目標的要求，使學生既能深入理解和掌握基本理論知識，又能明確最新的學科發(fā)展動態(tài)，開闊視野，為以后工作確定方向和目標。對海南師范大學物理與電子工程學院2017級和2018級光電班學生進行對比調(diào)查，結(jié)果顯示：通過改革，學生綜合表現(xiàn)有了明顯提升，提高了學生的學習興趣，促進了學生的就業(yè)、擇業(yè)能力，也對考研起到積極的推動作用?？傊?，教學改革是一項長期而艱巨的實踐工程，要有與時俱進的精神和作風，需要在長期的、不斷的改革中探索前行?！?/p>

參考文獻

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