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摘要：光纖通信課程是通信工程專業的核心課程之一，背景知識復雜，涉及內容多，授課難度大．在當前學時普遍被壓縮的條件下如何提高教學效率，確保教學質量已成為必須解決的問題．根據該課程特點和教學實際，以傳輸原理與特性知識點為例分析了光纖通信教學中容易出現的幾種問題，并對相應的解決方法進行了探討．

關鍵詞：光纖通信；傳輸原理與特性；教學方法

光纖通信是高等院校通信工程專業的必修專業課程，涉及物理、通信原理、模擬/數字電路及電磁場等諸多基礎課程的知識[1-2]．教學過程中常出現因知識點繁雜及學生基礎理論不扎實，導致把握不住學習重點，形成不了知識體系的現象[3-4]．針對該情況，本文結合教學實踐經驗，以光纖通信傳輸原理與特性知識點為例分析存在的主要問題并提出相應解決方法．

1光纖通信教學問題分析

當前光纖通信相關的經典教材較多，雖然內容編排順序不盡相同，側重點稍有差異，但基本知識點都是相同或近似的，主要包括光纖傳輸原理與特性，有/無源光器件，發射機與接收機，光纖系統設計，SDH和DWDM及各類新型光網絡，光器件操作與性能測量等[5]．其中傳輸原理與特性一般作為全書第2章的內容講述光纖通信的基本原理和主要特性，是后續知識點也是全課程的基礎理論部分．因此，是教學的一個重點內容，而且該模塊由于涉及較多的物理與數學知識，內容抽象，公式繁雜，也是教學的難點內容．以該模塊為例，分析光纖通信教學中容易出現的幾個問題：1.1教學內容多但課時有限．該部分包括光纖與光纜結構、射線理論法、波動理論法、光纖損耗特性、色散特性和非線性特性等主要知識點，而且每個知識點又包含較多的基礎概念、基本原理甚至較復雜的數學公式推導．與之相對應的是當前高校課程門類多，普遍存在課時被壓縮情況，該部分只分配了6學時的理論教學和2學時的實驗課．因此，如何根據人才培養目標來合理確定教學內容，并做好學時分配是確保光纖通信教學質量的前提．1.2主要知識點理解難度大．在知識點中波動理論法需要學生具備較強的電磁場理論知識背景，概念比較抽象并包含復雜的公式推導；色散特性包含模式色散、材料色散、波導色散和偏振色散等4種不同類型，其生成原因各異且涉及光纖模式、相位常數、群速度和雙折射等很多學生較難理解的概念；．非線性效應包含受激散射和折射率擾動2大類，相應的物理過程也都比較復雜．因此，如何使學生切實掌握這些知識難點是提升光纖通信教學水平的關鍵．1.3難以形成完整的知識結構體系該模塊內容可分為光纖及光纜結構、傳輸原理和傳輸特性，三者既有聯系又相互獨立．如果完全按照獨立的小節講解，學生必然會感覺知識點龐雜且易混淆、易忘記．例如：學習傳輸原理必然要用到光纖結構知識，理解保偏光纖又需要了解光纖模式和偏振特性．因此，如何安排好各知識點的講解順序并構建每章、每節甚至每次課的知識體系是增強光纖通信教學效果的重點．1.4某些內容可能與其他課程重復．學校開設了諸如通信系統、現代通信技術和軍事通信基礎等基礎通用課程，其中會用一章或一節介紹光纖通信的知識．這些內容如果在光纖通信課程中完全不講，則導致教學內容不完整，但如果完全重復已學知識又導致教學資源浪費．因此，如何處理好光纖通信與此類課程的關系是提高光纖通信教學效率的助力．

2教學方法探究

要提高課程教學效果，必須解決存在的問題，并輔以適應的教學方法和手段．2.1分清主次，做好內容取舍．在課時有限的情況下要將所有知識點講透徹是很難做到的，需要根據學生培養特點有所側重．目前工科院校的本科生培養大部分注重實際工程應用，各知識點可根據本校教學實際適度調整教學內容．例如：在介紹傳輸原理時可使用射線理論法，也可使用波動理論法，前者簡單但得到的是近似結果，后者得到精確結果但過程極為繁雜．如果學生培養的主要目標不是從事光纖通信專門科學研究，可以將教學重點置于射線理論法，對波動理論法只做主要概念和推導思路的介紹．2.2深入淺出，側重概念掌握．波動理論法、色散特性和非線性效應等內容原理復雜，涉及概念多，甚至還有復雜的數學推導．教學中應該側重學生對基本和關鍵概念的掌握，透過現象直擊本質．例如：波動理論法的本質就是通過求解特定邊界條件下的麥克斯韋方程獲得電磁場分布，每種分布對應不同模式，引出歸一化頻率、模場直徑等基本概念的含義，而詳細的推導過程可以根據教學實際進行簡化處理甚至省略（實際上已有本科生教材不再列出詳細推導過程）；色散特性和非線性效應分別講解各自產生的原因及對通信的影響，而色散補償及非線性效應中功率/相位的計算推導等內容可以給學生提供思路，在課后查閱資料自學．2.3高屋建瓴，構建知識體系．形成相對完整的知識體系結構不僅有利于學生全面掌握所學知識要點，還有利于其加強對各知識點的理解．因此，教學中有必要對相關知識點進行適當調整，通過其內在邏輯性串聯在一起并及時歸納總結．例如：光纜結構的內容涉及到傳輸原理和特性的知識，所以可將其放在第2章最后講授；學生易混淆4類色散原因，故在介紹概念后可馬上歸納其特點并進行比較，而不一定等到本次課結束時再總結．當然，完整的知識體系是由多個“小”模塊組成，每個小模塊又包含很多概念或原理，因此也需要重視每個模塊自身的體系構建．例如：在講解射線理論法時可將7個小的知識點通過層層遞進的方式分析光纖是“如何傳輸光信號”這個核心問題（見圖1）．而且在解釋完最后一個小知識點“基于射線理論法的模式”后可順勢引出下一部分“波動理論法”內容，這樣將多個零散的知識點串成“線”，再與其他知識點形成“面”，最后構建課程完整的知識體系．2.4由表及里，揭示內涵本質．在某些通用基礎課（如通信系統）中，學生已經接觸了部分光纖通信的知識，那么在專業課中講授時不僅要控制這部分內容的時間，還應該利用該條件加強學生對新知識的理解．首先，學生已有的知識在專業課中不能完全不講，否則難以構建課程完整的知識體系．其次，課堂中對該部分知識的控制要根據學生的實際掌握程度確定，可快速回顧亦可適度分析[6-7]．第三，通過已學知識啟發學生對新知識的興趣，例如：學生已學過光學定律和光纖結構的基礎知識，可提問是否所有光線都能被光纖傳輸，如果不是那么有什么原因，從而引出后面一系列問題（見圖1）．學生已經了解光纖在傳輸過程中會有損耗，那么到底損耗有哪些來源，損耗是如何度量等．通過這樣的方法不僅使授課內容的知識點完整，提高課時利用率，還可激發學生學習興趣并加深對新舊知識的理解．2.5靈活多變，豐富教學手段．除了需要注意的方面，靈活運用各種教學方法手段也是提高教學質量的重要途徑．包括：使用多媒體資源增強描述的生動形象性，如Flash動畫展示不同波長光線在漸變折射率光纖中可同時到達接收機，光斑亮度圖片解釋線性偏振模的含義，專業視頻說明光纖的制造過程等；利用例題加深學生對重要概念的理解，如通過計算不同色散系數光纖的時延和帶寬來理解色散對系統性能的影響；引入實物解釋特殊現象[8]，如光纖的彎曲損耗可通過一個簡單并且可在課堂上完成的實驗來驗證——使用激光筆把光打入一段彎曲的光纖，光從光纖側邊泄露出來，即存在能量損耗；應用工具軟件輔助教學難點[9-10]，如使用Matlab軟件生成線性偏振模的三維立體圖像以及仿真色散展寬過程等．雖然這是基于光纖傳輸原理與特性知識點進行的探討，但對于其他知識點也是適用的．例如：對傳送網部分的講授就必須要理清同步數字體系（SDH）、多業務傳送平臺（MSTP）、波分復用（WDM）、光傳送網（OTN）及分組傳送網（PTN）之間的關系，讓學生形成清晰完整的知識體系．

3教學效果評估

通過對教學內容的精心組織和教學方法的靈活運用，授課時學生的學習興趣明顯提升，注意力更為集中，課堂氣氛非常活躍．課后的問卷調查與座談交流中，學生們認為內容的安排比較合理，知識點之間的關系脈絡十分清晰，特別是對核心知識的印象非常深刻．課程考核通過理論考試、實驗和課堂提問的形式進行，比例分別為70%，20%和10%．通過2輪的教學實踐，發現學生對知識點的理解更為深刻，掌握更加全面，實驗能力得到很大提高，考核平均成績相比過去有5~8分（百分制）的提高，教學效果令人滿意．

綜上所述，傳輸原理與特性模塊是光纖通信課程的基礎理論部分，也是課程教學的重點和難點．本文以該知識點為例，分析了教學實踐中遇到的課時受限、難點較多、體系構建及內容交叉等方面的問題，并提出了相應的解決辦法．光纖通信其他模塊的教學可參照所列方法，根據不同內容特點加以調整改進，提高教學效果并促進課程整體質量的提高．

作者:戴精科 井亞鵲 張峰干 單位:火箭軍工程大學