王 丹，李治艷，黃仙山

(安徽工業(yè)大學(xué) 數(shù)理學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

光通信原理是一門(mén)介紹光纖通信理論和技術(shù)的基礎(chǔ)課程，為光電信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)的必修課之一。目前光通信原理課程教學(xué)主要分為光纖傳輸原理與傳輸特性、光通信器件、光纖通信系統(tǒng)及光網(wǎng)絡(luò)等四大模塊[1]。該課程為光電信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，是一門(mén)多學(xué)科交叉滲透的專(zhuān)業(yè)課，其綜合了通信、光波導(dǎo)和半導(dǎo)體光電子等相關(guān)理論，因此課程內(nèi)容具有理論知識(shí)深、涉及內(nèi)容廣、綜合性強(qiáng)及實(shí)踐性、知識(shí)更新快等特點(diǎn)。從教學(xué)實(shí)踐來(lái)看，主要存在如下幾個(gè)方面的問(wèn)題：(1)教學(xué)內(nèi)容多但課時(shí)有限，光通信原理課程為32學(xué)時(shí)，但涉及的知識(shí)點(diǎn)十分豐富。(2)學(xué)生聽(tīng)課時(shí)感覺(jué)光通信原理課程中有很多知識(shí)點(diǎn)比較抽象、難懂，特別是一些概念及原理。(3)學(xué)生很難將所學(xué)理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，達(dá)到融會(huì)貫通及靈活應(yīng)用的效果。(4)學(xué)生感覺(jué)光通信原理課程太枯燥乏味， 因此導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足，影響該課程的學(xué)習(xí)效果。(5)教材上知識(shí)內(nèi)容的更新速度已趕不上實(shí)際光通信的發(fā)展,學(xué)生不清楚所學(xué)的知識(shí)與社會(huì)需求之間的聯(lián)系, 缺乏學(xué)習(xí)的動(dòng)力。針對(duì)以上問(wèn)題，在教學(xué)過(guò)程中，我們嘗試以下措施來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)的效果。

一、采用多媒體教學(xué)方法，引入Flash 動(dòng)畫(huà)及視頻

光通信原理課程包括光纖傳輸原理與傳輸特性、光通信器件、光纖通信系統(tǒng)及光網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容。該課程涵蓋知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容豐富，但課時(shí)有限。同時(shí)光通信原理課程又是一門(mén)多學(xué)科交叉滲透的專(zhuān)業(yè)課，增加了教師授課的難度。采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)課本內(nèi)容進(jìn)行深入的講解，很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。借助一塊黑板，教師無(wú)法將所有知識(shí)點(diǎn)呈現(xiàn)給學(xué)生，在教學(xué)過(guò)程中需要進(jìn)行一定的取舍。將多媒體應(yīng)用到光通信原理課程教學(xué)中能夠有效改善這種教學(xué)現(xiàn)狀, 極大地提升教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。采用多媒體教學(xué)方法，可以在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)將知識(shí)點(diǎn)以更強(qiáng)的邏輯，形象直觀的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，增大教學(xué)知識(shí)的傳輸量，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

光通信原理課程中有很多抽象知識(shí)點(diǎn)比較難懂，利用Flash動(dòng)畫(huà)使原來(lái)教材中的一些圖片由靜態(tài)變動(dòng)態(tài), 把枯燥的知識(shí)和生動(dòng)的情景有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使其形象化展現(xiàn), 從而加強(qiáng)學(xué)生理解和提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。例如在教材第二章“光纖的傳輸原理及特性”中講到的“光纖”器件，其結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，且學(xué)生在日常生活中很難看到。此時(shí)我們可以利用課件分層次對(duì)光纖中各結(jié)構(gòu)及光纖制作進(jìn)行形象的展示，使學(xué)生通過(guò)動(dòng)畫(huà)充分地了解光纖相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，在加深理解的同時(shí)可以拓寬知識(shí)面，起到事半功倍的效果。還有分布反饋激光器、雪崩光電二極管、光隔離器、波分復(fù)用器及放大器等這些器件，在光通信系統(tǒng)中是至關(guān)重要的。但在實(shí)際生活中卻很難被學(xué)生看到，此時(shí)通過(guò)多媒體演示的方式可以將具體的實(shí)物直觀展現(xiàn)在學(xué)生面前，還能夠通過(guò)動(dòng)畫(huà)方式對(duì)器件的工作原理和應(yīng)用進(jìn)行具體展示分析。例如檢測(cè)器中重要的部件雪崩光電二極管，通過(guò)動(dòng)畫(huà)形式可以生動(dòng)地顯示其工作原理，并使學(xué)生深刻了解其與本征光電二極管的區(qū)別，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果。采用多媒體動(dòng)畫(huà)可以幫助學(xué)生形象直觀地理解光通信原理的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，同時(shí)添加動(dòng)畫(huà)可以吸引學(xué)生的注意和活躍課堂氣氛，從而增強(qiáng)教學(xué)的效果.

二、加強(qiáng)理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，鞏固課堂理論教學(xué)效果

傳統(tǒng)的光通信原理課程教學(xué)的重點(diǎn)是光纖的傳輸理論、光通信系統(tǒng)組成及光通信的關(guān)鍵技術(shù)，但教材上知識(shí)內(nèi)容的更新速度已趕不上實(shí)際光通信發(fā)展[2]。光通信發(fā)展的速度和規(guī)模超出想象，新的理論和技術(shù)不斷產(chǎn)生和發(fā)展。教材中現(xiàn)有的新技術(shù)主要包括光波分復(fù)用WDM技術(shù)、光孤子技術(shù)和相干光通信、光接入網(wǎng)等，這幾種技術(shù)有的已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是很多新出現(xiàn)的技術(shù)及器件教材中還沒(méi)有涉及到。在光通信原理課程教學(xué)中，可以將光通信相關(guān)領(lǐng)域的最新研究成果及動(dòng)態(tài)介紹給學(xué)生，這樣可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，啟發(fā)學(xué)生的思維，達(dá)到與時(shí)俱進(jìn)的目標(biāo)。同時(shí)可以鼓勵(lì)學(xué)生利用課外時(shí)間進(jìn)行光通信相關(guān)書(shū)籍及文獻(xiàn)的查閱，對(duì)與實(shí)際光通信發(fā)展相關(guān)的專(zhuān)題進(jìn)行研究。另外，可以增加研討課，引導(dǎo)學(xué)生采取分組合作的方式進(jìn)行調(diào)研，讓學(xué)生課下收集光纖通信新技術(shù)的內(nèi)容,通過(guò)學(xué)生做報(bào)告或撰寫(xiě)綜述的方式提交，這種方法調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增進(jìn)了學(xué)生之間的交流以及師生間的互動(dòng)，提高他們分析和解決問(wèn)題的能力。采用討論課的方式可以為學(xué)生的積極參與創(chuàng)造條件，同時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生自主去思考、去探索、去發(fā)現(xiàn)。在光通信原理教學(xué)中，也可以將實(shí)際工程應(yīng)用內(nèi)容引入到課堂講解中，加深學(xué)生對(duì)光通信系統(tǒng)組件應(yīng)用的理解[3]。采用以上加強(qiáng)理論知識(shí)實(shí)際應(yīng)用的方式，可以開(kāi)闊學(xué)生的視野及拓寬學(xué)生的知識(shí)層面，同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生自主調(diào)研及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。

三、可視化教學(xué)

OptiSystem 仿真軟件是一個(gè)基于實(shí)際光通信系統(tǒng)的模擬平臺(tái)，由于其具有強(qiáng)大的模擬環(huán)境和實(shí)現(xiàn)真實(shí)光通信器件的構(gòu)建，因此可以輔助光通信原理課程進(jìn)行教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的可視化[4]。該仿真軟件可以形象地展示光通信系統(tǒng)器件,如激光器、放大器、光環(huán)形器等，并且可以仿真教學(xué)知識(shí)點(diǎn)中一些難理解的光學(xué)現(xiàn)象及基礎(chǔ)的光通信實(shí)驗(yàn)。在光通信原理課程中應(yīng)用該仿真軟件，可以使抽象的知識(shí)和現(xiàn)象形象化,加深學(xué)生的理解及認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體發(fā)光二極管為光通信系統(tǒng)中極其重要的光源器件。其中半導(dǎo)體激光器由于其具有譜線線寬窄、發(fā)散角小等特性，廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離、高速波分復(fù)用WDM系統(tǒng)；而半導(dǎo)體發(fā)光二極管由于功率低、發(fā)散角大、色散明顯等原因，主要應(yīng)用于短距離、低速通信系統(tǒng)?？梢栽诠馔ㄐ旁碚n程光源教學(xué)環(huán)節(jié)引入OptiSystem軟件，對(duì)半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)射性能進(jìn)行仿真。通過(guò)改變光纖長(zhǎng)度等參數(shù)，觀察波形圖傳輸?shù)拿}沖光信號(hào)功率及脈沖展寬，比較兩種光源的特性。加深學(xué)生對(duì)光通信系統(tǒng)中光源知識(shí)點(diǎn)的理解，并可以使學(xué)生在課堂上對(duì)軟件仿真結(jié)果進(jìn)行討論，活躍課堂氣氛，增加學(xué)習(xí)興趣。

光纖色散主要由于光波中的不同頻率分量以不同速度傳輸而產(chǎn)生不同的時(shí)間延遲，從而引起傳輸信號(hào)波形失真、脈沖展寬的現(xiàn)象。色散是光纖理論講解中比較重要的部分，可以在光通信原理教學(xué)講解部分引入OptiSystem軟件進(jìn)行色散仿真。在軟件仿真平臺(tái)，選擇合適的光源，連接高斯光脈沖產(chǎn)生器，進(jìn)行光纖傳輸，通過(guò)光時(shí)域觀察儀進(jìn)行仿真結(jié)果觀察。通過(guò)設(shè)置不同的光纖長(zhǎng)度或傳輸速率，使學(xué)生觀察光脈沖形狀的變化。通過(guò)軟件仿真，可以使抽象的概念直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生直觀形象地理解色散的概念及影響色散的因素，從而加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

在光通信原理教材中，波分復(fù)用技術(shù)的定義是：波分復(fù)用(WDM)技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)[5]。而學(xué)生從定義上并不能完全理解波分復(fù)用概念的具體含義，這時(shí)我們可以使用OptiSystem軟件在模擬平臺(tái)上形象地搭建WDM系統(tǒng)的仿真模型，并且通過(guò)仿真軟件平臺(tái)的功率譜分析儀和眼圖分析儀使學(xué)生判斷分析搭建的仿真WDM系統(tǒng)的性能。通過(guò)OptiSystem軟件輔助教學(xué)，可以使學(xué)生更直觀形象地理解光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及各部分器件，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的可視化[6]。同時(shí)采用該軟件可以對(duì)光通信器件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置與仿真, 通過(guò)改變相關(guān)參數(shù)用頻譜儀，功率譜分析儀和眼圖分析儀觀察波形變化, 加深學(xué)生對(duì)波分復(fù)用概念和光學(xué)現(xiàn)象的理解。

四、利用網(wǎng)絡(luò)資源開(kāi)拓視野

在光通信原理課程教學(xué)中，可以引入課程相關(guān)內(nèi)容的精品視頻，強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[7]。目前，國(guó)內(nèi)很多大學(xué)都建立了光通信精品課程，深受廣大學(xué)生推崇。例如，中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)國(guó)防科技大學(xué)馬東堂等開(kāi)設(shè)的國(guó)家精品課“通信原理”，南京郵電大學(xué)沈建華開(kāi)設(shè)的國(guó)家精品課“光纖通信”等。引入這些優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)教程，可以使學(xué)生所學(xué)內(nèi)容不局限于課堂教學(xué)，加深對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的理解，喚起學(xué)習(xí)興趣，拓展知識(shí)視野。

通過(guò)建立光通信原理課程教學(xué)網(wǎng)站，開(kāi)展線上教學(xué)。教學(xué)網(wǎng)站上不僅包括光通信教學(xué)視頻及課件，還包括光通信相關(guān)領(lǐng)域的最新研究成果和動(dòng)態(tài)，另外還可以添加國(guó)內(nèi)光通信相關(guān)精品教學(xué)資源鏈接。這不僅可以豐富學(xué)生的知識(shí)，同時(shí)通過(guò)了解光通信相關(guān)領(lǐng)域的最新研究成果和動(dòng)態(tài)，可以讓學(xué)生了解所學(xué)的知識(shí)與社會(huì)需求之間的聯(lián)系, 從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

五、結(jié) 語(yǔ)

光通信原理課程教學(xué)通過(guò)改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣確有明顯提升，同時(shí)課堂氣氛也活躍起來(lái)。特別是將Optisystem 仿真軟件融合到課堂教學(xué)中，使枯燥的理論概念直觀生動(dòng)，明顯調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。