導語：如何才能寫好一篇光纖通信教程，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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Matlab是一種廣泛應用于工程計算和系統仿真的新型高級語言，將數值計算和可視化集成在一起，具有優秀的工程應用開發環境，其編程方式自由，簡單易學，可以通過編寫腳本或者函數文件實現用戶自己的算法，有利于算法開發和建模仿真等．而Optisystem進行仿真主要偏重系統方面，可以按照具體的物理概念直接建立仿真模型，可以根據需要對每個模塊設定具體參數，并且能夠對所建立的數學模型進行直觀地分析和仿真，并且仿真界面簡明生動，非常適合作為光纖通信系統的綜合實驗平臺．

仿真軟件輔助光纖通信教學

1Matlab編程應用于光纖通信教學

在本門課程的學習過程中，由于涉及到的數學處理比較復雜，學生學習起來普遍感到困難，如果恰當地使用可視化的界面以展現數學公式的物理圖像，使其變得直觀、形象，使學生獲得感性認識，縮小理論與實際的差距，縮短學生的認識過程，則提高課堂教學質量．而Matlab編程仿真可以有效的彌補這一缺陷．

例如在光纖的模式理論一節，涉及到光纖模式的大量數學推導，教材中一般是通過麥克斯韋方程，經過復雜的推導過程，最后給出光纖中傳導模式的特性方程、場分布等結果，公式推導過程繁瑣、結果抽象，理解起來復雜．為解決這一問題，我們在課程教學中引入Matlab軟件，自寫程序繪制典型的模場分布圖，達到了抽象的問題形象化，如圖1所示，給出了不同形式的線性偏振模(LP模)三維立體圖像和橫截面模場分布形式．將Matlab與光纖通信的公式推導相結合，通過編程和仿真，使學生更好地理解了公式的實際意義，也使得公式的推導不再變得枯燥無味．將Matlab數學建模引入光纖通信教學，可以讓學生參與編程，讓學生進一步搞清數學公式與物理概念的內在聯系，把Matlab程序設計語言的學習，變成了對問題求解所采取的探究行動，使教材中枯燥繁瑣的理論分析結果可視化．相對于繁瑣的公式推導來說，可視化的圖形更能調動學生的學習興趣和積極性，更能吸引學生的注意力，增強學生的課堂學習主動性，從而使學生輕松地理解掌握教材中的理論知識，達到提高教學質量的目的．同時在Matlab編程過程中，學生需要查詢資料、互相探討，無形中也提高學生實際動手能力，培養其合作和創新的能力．

2Optisystem系統仿真應用于光纖通信教學

利用Matlab語言編程來進行實驗，要求學生有較強的數學思維能力，能夠對公式和復雜的理論知識進行建模．相比而言，Optisystem則適合于對整個光纖通信系統鏈路的仿真設計，系統模型的搭建操作簡單，界面完整形象，有利于引導學生進行更復雜的系統探索和分析．例如色散是光纖的一種重要的光學特性，在高速光纖通信系統中，光纖色散是不可忽視的因素，色散使得輸出光信號脈沖被展寬，這樣就限制了通信容量和傳輸距離，解決色散問題的辦法之一是利用色散補償光纖進行色散補償，則通過Optisystem軟件可以構建這一通信鏈路，如圖2所示．

學生在仿真的過程中，可以自由設定各個通信模塊的參數，從而對整個通信系統有一個直觀的印象．通過點擊圖中的示波器和頻譜儀，了解到各個通信節點處的波形和頻譜特點，如圖3所示．從輸出波形中可以看到輸入的初始脈沖在通過10km的常規光纖后，脈沖展寬，中心功率降低，發生色散現象，然后通過1km的色散補償光纖后，最終的輸出脈沖回到原來的狀態，色散被完全補償．另外通過各個節點的頻譜儀可以看出，色散僅僅影響脈沖時域波形，不會引入新的頻率成分，頻譜在傳輸過程中保持不變．又例如波分復用(WDM)系統，它是現行光纖通信系統的主要架構形式，由于硬件平臺的限制，傳統的實驗箱教學不易對整個系統進行構建．而通過Optisystem仿真軟件可以很方便地搭建密集波分復用系統(DWDM)的仿真模型，并通過運行模擬，對系統中各個通信節點處的傳輸性能實施實時監測，模擬中各通信模塊所采用的參數可以為實際規劃WDM系統提供可靠的參考依據．

如圖4所示，用Optisystem軟件設計的一個4通道的DWDM長距離傳輸系統，復用器的左側是各個通道的間接調制發射系統，采用了馬赫曾德調制器．解復用器的右側是通信的光接收系統，可以用眼圖分析儀來分析通道的性能指標，而中間部分設置了在線放大器———摻鉺光纖放大器(EDFA)，其目的是為了減少光纖傳輸損耗的影響．學生通過這個模型的搭建和仿真，理解和鞏固了比如間接調制、眼圖、EDFA等有關DWDM方面的知識，綜合能力得到提高．波分復用技術，是以光波為載波，在同一根光纖內同時傳輸多個不同波長的光載波信號的技術，每個波長的光波可以單獨攜帶語音、數據和圖像信號．如圖5所示，學生通過點擊波復用器后的光譜分析儀，就可以了解到4路光信號傳輸時的波長復用情況．

結論

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關鍵詞：光纖通信；課程教學；教學改革

作者簡介：翟鳳瀟（1979-），男，河南永城人，鄭州輕工業學院物理電子工程學院，講師；郝蘊琦（1985-），女，河南扶溝人，鄭州輕工業學院物理與電子工程學院，講師。（河南 鄭州 450002）

基金項目：本文系鄭州輕工業學院第十批教改項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0144-02

自從英（美）籍華人科學家高錕提出光纖用于通信領域之后，光纖通信技術以其獨特的特點和優勢得到了前所未有的快速發展。[1]我國光通信設備產業近年來—直保持較高增長速度，成為中國發展最快的產業之一。現在國家級的電信網骨干主要采用光纖通信系統，而光纖通信技術已深入到社會生活的各個層面，成為現代社會重要的關鍵基礎設施。特別是2013年8月17日，國務院印發了“寬帶中國”戰略及實施方案的通知，必將對我國光纖通信技術發展起到了巨大的推動作用，也會對光纖通信人才培養產生影響。由于光纖通信技術在社會生活中占據的重要地位，因此“光纖通信”課程近年來一直作為國內外高校通信、電子學科的重點專業課程及相關專業的選修課程。這門課程系統主要介紹了光纖通信理論和技術。課程要求是通過這門課程的學習，可以使學生掌握光纖通信技術的基本原理、光纖通信系統的基本構成以及系統設計方法，了解光纖通信技術的實際應用和最新發展方向，為學生畢業后能夠從事光纖數字通信設備的操作、維護、設計、施工或繼續深造打下良好的基礎。“光纖通信”作為一門應用性很強的課程，在實際課程教學中存在諸多問題。關于“光纖通信”課程理論與實踐教學改革成為各高校研究的問題。[2-5]本文將從教學現狀及存在的主要問題出發，對該課程的教學改革進行探討。

一、“光纖通信”課程存在的問題

作為電子科學技術專業一門主要專業課，其特點是光纖通信科學技術發展迅速，新理論和新技術不斷產生和發展。這需要及時更新教學實驗內容、改革教學方法。由于種種原因，“光纖通信”這門課程在實際教學過程中存在諸多問題，主要表現在以下方面：

第一，從授課方面來看在傳統的教學模式下，一般都是按照教材的自然順序按部就班地進行講解，由于本課程公式多、表格多、圖形多，并且在課堂授課中，教師需在黑板上做大量的數學分析推導，課堂教學中過多的公式推導、證明導致課堂氣氛沉悶，教學效果不佳。另外，課程成績考核方式比較單一。目前“光纖通信”原理課程的考核多采取傳統閉卷考試方式，考試內容以理論知識為主，導致學生的學習方法呆板，習慣死記硬背，表現出綜合應用知識能力比較欠缺，不能充分反映出學生對課程知識進行融會貫通、創新思維解決實際問題的能力。以上原因都極大打擊了學生學習的積極性。

第二，實踐性教學環節欠缺。在工科院校“光纖通信”教學實踐的過程中，實踐教學環節向來是一個短板。隨著光纖通信的新理論和新技術不斷產生和發展，實驗硬件更新升級落后、實驗設備陳舊、實驗項目單一、實驗內容老化等原因，教學內容已經落后于光纖通信技術的發展。另外，采用封裝性強、集成化程度實驗箱型的實驗方式在方便操作的同時卻無法讓學生深入了解光纖通信系統全貌。實踐教學很難達到培養學生動手能力的目的，導致學生普遍對實驗教學認識不足，嚴重影響了實驗教學質量和效果。

第三，由于光纖通信技術涉及的物理基礎知識較多如場論、光學原理、通信技術、激光技術等。故在學習本課程之前，學生應先修這些課程。但是由于這些課程本身都有比較深的難度，所以不少學生很難全面掌握。例如研究光纖中的模式分布通常是在圓柱坐標系下用分離變量法解給定邊界條件下的亥姆霍茲方程來完成，要求學生有較好的數學功底和電磁波方面的知識，如果基礎知識不夠扎實這部分的學習就會出現困難。學生對知識的掌握僅僅限于簡單地背結論、公式，做計算題。學生不了解理論的工程應用意義，不具體分析問題，導致學生對課程認識不足，出現不知道學了有什么用的現象，這些問題會使得學生逐步失去對這門課程的興趣。

二、“光纖通信”課程的教學改革思路

鑒于教學現狀和存在的問題，對“光纖通信”課程的教學內容和體系改革非常重要。下面將從教學內容、教學方法以及實驗領域進行改革探索，在教學過程中培養學生的創新能力，為學生圓滿完成學業打下堅實的基礎。

1.創新教學方法

在授課的過程中應摒棄傳統教學方法缺點，充分利用計算機多媒體技術在現代教育中的優勢。從教學目標出發選擇教學內容，把握理論上的度，對課程進行準確定位，突出技術實質。根據不同的教學內容精心制作教學課件，在講課程前言和緒論部分宜采用聲情并茂的圖文、視頻展示，突出基本理論基本分析方法和知識的應用，讓學生在首次接觸該課程時，接觸到一個開闊的視野，有生動的發展歷史和鮮活的應用基礎，而不是讓其產生理論堆積的錯覺。在講授光源時，采用flas來演示受激輻射機理。在講授光纖無源（有源）器件時，可以現場演示一些器件。根據課程內容，把課程涉及的知識分成若干主題，如“低損耗光纖研究現狀及進展”、“摻Er光纖放大器”、“光無源器件及市場調查”、“基于光纖傳感器的研究進展”、“光纖通信的發展趨勢”等。把班級學生分成若干小組，每組負責一個主題，查閱相關文獻資料。當講授先關內容時，小組負責人把寫出的調查研究報告，以ppt的形式進行報告。這不僅可以拓寬學生的視野，提高學生獲取資料的能力，也極大的調動了學習的積極性。讓學生參與到教學中來，充分發揮以教師為主導，以學生為主體的作用。這些教學方法學生參與度高，為學生以后的畢業設計以及研究生學習奠定了良好的基礎。這些教學手段改變了以往課堂教學氣氛沉悶的現象，刺激了學生求知、探索的興趣和激情。

2.優化教學內容

在教學內容上既要重視課程的理論性，也要強調課程的工程實用性。光纖課程的理論較多，在理論課講授時，面面俱到，都講深入也是不切實際的。這就要求對課程教學過程中抓住重點、突破難點，做到詳略得當、主次分明。對于學生反映掌握比較困難的理論，可以適當地在課前進行一些知識的補充。比如在理論推導中用到的一些高等數學知識、電磁場理論中的麥克斯韋方程、導波光學等。這些可以讓學生課前預習，在課堂上教師進行回顧復習來達到鞏固知識的目的，這樣學生在學習新的課程內容就顯得容易接受了。在教學中，既注重理論分析的嚴謹性，又在一些理論分析難度較大的內容上，結合物理意義以簡化分析，以突出“光纖通信”課程理論性和系統性強的特點。適當增加新技術、新理論的課時，使學生更多了解最新技術發展動態。比如在分析光纖中傳輸模式時候，可以不必要去細致分析每一步的公式推導，只需把結論及其物理含義進行解釋。由于公式中用到了貝塞爾函數，函數的解比較復雜，對于方程的解可以利用計算機完成，尤其是相關計算機軟件比如matlab具有可視化功能，[6]由學生自己動手編程解方程和繪圖，既可以降低教師在教學中的勞動量還可以加深學生對知識的掌握和理解。

3.加強實驗教學項目及硬件建設

“光纖通信”原理課程是一門理論性及實踐性很強的課程，因此必須加強和改進“光纖通信”課程的實踐環境教學內容，突出本課程重實踐、強能力的培養特色。實驗建設和實驗教學的重視和完善，有利于培養和提高通信工程類大學本科生的應用能力、創新能力和科研能力。

光纖通信技術發展十分迅速，這使得教學內容更新周期越來越短，結合工程實際越來越密切。光纖通信的實驗教學環節隨著學科的發展顯得越來越重要。由于實驗硬件建設需要投入的資金較多，許多院校在實驗教學環節嚴重落后于光纖通信技術的快速發展。因此在實驗硬件建設方面，亟待改善實驗教學條件，加大經費投入。逐步開設多層次實驗教學項目如基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗等。基礎性實驗以驗證內容為主，例如采用大恒光電GCS-FIB光纖技術基礎綜合實驗平臺進行“數值孔徑測量”、“光纖準直”等實驗。綜合性實驗對學生綜合知識提出更高要求，例如“自組光纖馬赫-曾德干涉儀”要求學生對馬赫-曾德干涉儀有深入的理解，同時要有較強的動手能力。創新性實驗主要結合教師的科研項目以及大學生創新項目，有興趣的學生可以進行此類研究性實驗。考慮到實驗建設資金限制，對于一些實驗可以用軟件模擬的方式進行驗證，例如“光纖中模式的傳輸”、“光的偏振狀態”可以采用matlab可視化模擬的方法驗證，這些實驗可以由學生參與程序的編寫，提高學生對所學內容的理解。學生參加實驗建設活動，可以在其課程成績中給予體現，以提高學生參加的熱情和積極性。

4.建立全面的評價體系

重理論，輕實踐，重結果，輕過程是傳統評價方式的特點。因此建立能夠反映學習本課程情況的全面評價體系十分必要。建議提高學生學習過程的成績比重，提高學生實驗部分的成績比重。在理論課成績部分可以采用期末考試、主題報告、課堂討論幾項成績的綜合方法，這充分體現了學生的學習過程和學習效果。實驗成績采用包括基礎實驗、綜合性實驗和設計性實驗以及模擬實驗建設部分組成。對于設計性實驗要有更高的要求，實驗結果按照科技論文的形式撰寫，為學生后期的畢業論文和研究生學習打下基礎。總而言之，建立全面的考核評價體系有助于全面考查學生對課程的學習情況，激發學生學習的積極性。

三、結束語

“光纖通信”是一門多學科交叉的理論性和實踐性都很強的課程，在教學過程中，做到理論教學和實踐教學并重。通過這門課的學習使學生成為知識面寬，實踐能力強和具有創新能力的技術人才，這需要在“光纖通信”課程的教學方法、教學內容、實踐環節等方面進行改革和探索。

參考文獻：

[1]白顯東.光纖通信技術特點及未來發展趨勢[J].電腦知識與技術，2012，（34）.

[2]譚振建，王志明，洪梅.《光纖通信》課程體系的思考實踐[J].南京工程學院學報（社會科學版），2006，（2）.

[3]龍青云，左敬龍，肖明.基于大工程觀的光纖通信實驗教學改革探索[J].實驗室研究與探索，2012，（8）.

[4]耿濤，冉天綱.基于項目式的光纖通信實驗教學改革[J].實驗室科學，2011，（5）.

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關鍵詞: 《光纖通信》多媒體教學教學研究

一、引言

目前,隨著信息技術和現代教育技術的進步,以多媒體技術和計算機網絡技術為基礎的信息化技術正極大地改變著我們的思維方式與教學方式,促使教育越來越走向網絡化、國際化和個性化。與傳統的教學相比,多媒體信息具有圖、文、聲并茂及動畫效果的特點,將其引入教學過程,作為輔助教學手段,可使抽象的內容形象化,彌補傳統教學方式在直觀性、立體感及動態效果方面的不足,能有效地激發學生的學習興趣;同時還能增大課堂教學容量,提高教學質量。其中,Flash在多媒體教學課件的制作中扮演著重要的角色。與其它軟件相比,用Flash制作動畫,效果多樣,形象逼真,圖像可任意放大或縮小,不易失真,圖像和聲音配合緊密[1]。

《光纖通信》是我校工程學院電子系電子信息工程、通信工程專業開設的一門專業選修課,總學時為32學時,26學時課堂理論教學,6學時實驗教學。主要講授光纖通信基本概念;幾何光學方法和波動理論分析光纖的傳輸原理;光纖色散、光纖損耗及光纖非線性光學效應;通信用的光器件;光發射機、光接收機;數字光纖通信系統;光纖通信新技術(光纖放大器、光波分復用)。筆者結合《光纖通信》Flash多媒體課件,介紹在教學過程中的一些體會。

二、利用多媒體課件增大教學信息量

多媒體課件的載體,除文字外,還有聲音、圖像與圖形、動畫與視頻等多種媒體。在課件的制作中充分運用這些媒體,可有效彌補傳統教學方式中的信息量不足、內容陳舊、手段落后等缺陷。例如,本課程第一章在介紹光纖發展史的時候,我們充分利用美國康寧公司網站[2]等網上資源制作flash課件,使以往教學過程中枯燥無味的光纖發展史生動清晰地展示在學生面前,極大提高了學生的學習光纖通信技術的興趣。圖1展示了本課件中介紹光纖發展史的一頁,該頁來自美國康寧公司網站。又如,在第二章介紹光纖的結構之前,給學生展示光纖的照片,讓學生對光纖有一個感性認識。圖2就是課件中的光纖照片。

圖1光纖的發展史

圖2光纖的照片

三、發揮多媒體的視聽優勢提高教學效果

教育心理學研究表明:在人獲取的外界信息中,83%來自視覺,11%來自聽覺,35%來自嗅覺,1.5%來自觸覺,1%來自味覺[3]。顯然,視覺、聽覺是獲取信息最可取的方法。因此在課件的設計中,教師發揮多媒體的視覺優勢,通過動靜的配合、色彩的和諧調配、突出概念的特征等方法,可使枯燥的內容變得生動、活潑、吸引學生的注意力,從而提高教學效果。

例如,光源發光機理中能級躍遷這一小節有自發輻射、受激輻射和光吸收這三個概念。處于低能級E1上的粒子,在一個能量為hv=E2-E1的外來光子作用下,粒子吸收外來光子的能量,從低能級E1躍遷到高能級E2,這個過程稱為光吸收。處于激發態的粒子是不穩定的,在沒有外界刺激的條件下,也會自發的從高能級E2躍遷到低能級E1,同時發射出一個能量為hv=E2-E1的光子,這個過程稱為自發輻射。處于高能級E2上的粒子,在一個能量為hv=E2-E1的外來光子刺激下,粒子吸收外來光子的能量,從高能級E2躍遷到低能級E1,同時輻射出一個能量為hv=E2-E1的光子,這個過程是在外界條件刺激下產生的,因而稱為受激輻射。這三個概念分別定義了光與物質相互作用的三個過程,是光源發光的物理基礎。用傳統的方法來講授這些內容時,學生可能只得到抽象的概念,如果將這三個過程做成多媒體動畫,在課堂上演示,則既能讓學生易于理解,又能減輕教師講授的難度,可謂一舉兩得。圖3是其中“受激輻射”動畫演示過程的截圖。

APD雪崩光電二極管的雪崩現象是一個教學重點。雪崩現象可以這樣給學生解釋:當PN結上加較高的反向電壓時,耗盡層電壓很強,其中的載流子得到加速,獲得很大的動能。它們與半導體晶格碰撞,將束縛在價帶中的電子激發到導帶,這樣就產生了新的電子-空穴對,這種現象叫碰撞電離。碰撞電離的反復循環使得耗盡層中的載流子數急劇增加,電流也增大,這就是雪崩現象。如果這樣平鋪直述地講給學生聽,恐怕大多數學生無法理解雪崩現象。其主要原因有兩個,其一,雪崩光電二極管的內部結構比較復雜,各個部分的功能和作用不易掌握;其二,碰撞電離這個物理概念不易理解。我們采用Flas的形式,將整個雪崩現象的過程在課堂上演示,使雪崩光電二極管的結構,結構內部電場強度分布狀況,以及碰撞電離的過程等知識點易于被學生理解和掌握。

四、多媒體課件設計與應用中注意的問題

多媒體課件作為教學輔助手段引入課堂教學,使教學模式、內容和形式、課堂教學結構以至教育思想和觀念都發生了重大的變化。但如若設計、使用不合理,就不能收到預期的效果,甚至有可能適得其反。因此,多媒體課件的設計和應用時應注意以下幾個問題。

1.多媒體課件要緊扣教學大綱。課件制作的目的主要用于教學。因此,課件的設計應該緊扣教學大綱,選題恰當,做到突出重點、分散難點、深入淺出,使學生易于接受。我們的選題基本是按照目前運用的電子信息工程和通信工程專業光纖通信教學大綱進行的,主要包括光纖結構和特性,光源和光發射機,光檢測器和光接收機,以及光纖通信系統及新技術等幾個部分。因此,在制作課件前要找出每一部分的重點,進行解析,針對學生的實際情況,把難點進行分散,啟發學生積極思維,使學生易于理解。

2.多媒體課件設計要科學規范。首先應該內容正確,術語標準,概念清楚。語言文字運用要簡潔、規范。對問題的闡述,應該準確,邏輯嚴謹,具有科學性。

3.多媒體課件的版面設計要簡潔大方[4]。表現形式在突出主要特征的前提下,要富有特色,力求避免使用過于新奇的背景或陪襯轉移學生的注意力,導致喧賓奪主。

4.課件的界面持續與轉換時間要適當。課件的設計與應用,基本上代替了板書,要使學生在課堂上邊看、邊聽、邊記,就要求課件的界面持續與轉換時間要適當。倘若節奏太快,會導致學生的思路跟不上、不連續,久而久之,則會挫傷學生學習的積極性,影響教學效果。

五、結語

《光纖通信》多媒體課件已經應用于教學實踐中,取得了較好的教學效果。我們認為,注重課件制作期腳本內容的選材,設計思想與學習心理相結合,界面與動畫的構思創意與認知規律相結合,方可使課件的內容與形式達到完善的結合。應用課件需注意根據課堂環境,因地制宜地發揮其作用。

參考文獻:

[1]畢靖,張琨,成曉靜.Flash CS3中文版從入門到精通[M].北京:電子工業出版社,2008.

[2]省略/index.aspx.