光通信技術基礎課程教學改革初步研究

喬忠良 李再金 趙志斌 陳浩 曾麗娜

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

關鍵詞 研究型專業;光電工程專業;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、電子技術和系統集成技術等融合而發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。歷經數十年的發展，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業浪潮，帶動了我國產業重點發展方向，也是目前發展最快的高技術、高增加值、高密度就業的產業[1]，因此，我國每年都需要大批高質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，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等，培養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人才的專業必修課程。該課程的特點是課程內容覆蓋面寬，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，還培養了一定的科研基本素質[5-6]。因此，該課程是光電工程專業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核心課程進行改革，以適應研究型專業學生培養目標和教學實情。

1 教學內容重構

課堂教學需要依據教學計劃、對象和目的設定。研究型大學本科專業主要服務于行業內產業技術發展，注重理論知識的運用和相關技術的研究，培養的是與行業內產業技術發展需求相匹配的研究型技術人才。因此，對教學內容的設定既要兼顧理論，也要兼顧實踐，更要根據研究型、應用型、技術型、產業型的人才培養目標設定教學內容。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、光調制和光解調等。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應用，增加光電器件系統集成和應用方面的內容，比如各種硅光子、硅波導器件等當前研究熱點內容。

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，將國內與國際上最新的技術發展狀態和經典成果在課堂上展示給學生。比如在光纖結構章節，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構的光子波導，甚至延伸到神經網絡波導結構，介紹與之相關的外腔可調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，激發學習興趣的同時，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方向。另外，讓學生學習科技論文的引用關聯查詢方法，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展動態、應用和專利技術等，為后續培養創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算法技術不斷發展，仿真模擬實驗的仿真結果越來越貼合實驗結果，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生的數學、模擬仿真軟件，具有接近真實的數值計算分析功能、易學的操作界面、便捷的工作環境和成熟的編程語言。因此，可以讓學生利用物理關系和數學運算相結合的數學、物理模型模擬物理、光學和光電轉換等過程，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學建模仿真，將仿真結果與實驗測試結果比較，使學生產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容大都是與現實生活密切聯系的，而且是當前產業發展、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;產業發展方面，5G和6G光通信問題，以及國家針對芯片產業卡脖子問題做的大規模產業發展計劃。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容的理解深度，也會對當前領域和行業的發展動態有較清晰認識，潛移默化間，對其未來所從事的職業和人生坐標有了進一步的定位和規劃。

此外，本專業的學生既可以加入國家級、省市級和校級的創新創業，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歷和相關經驗，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展。通過這種模式的小組討論，能夠使學生形成協作配合和團結合作能力，培養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。

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節，是實現研究型和應用型高校學生培養目標的必備教學手段，也是目前高校專業理論學習與公司、企業工作實踐相結合的過渡方式。通過實踐和實驗教學，可以實現抽象的、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測試等實驗，涵蓋了當前光通信技術應用最為廣泛的內容。通過對實驗課程的學習和實際動手操作，對實驗數據和現象的觀察、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、企業介紹部分是介紹與本專業和本課程相近的公司、企業、研究所和高校，以及相關單位的發展水平，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章制度;讓學生去觀看相關的公司、企業、研究所和高校的紀錄片，了解各種崗位、工作環境和心態，增強學生對本專業的了解和認可度。

3 考核評估方式

傳統卷面評估方式比較適合那些專業性強、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、章節作業、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%，章節作業占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，實現對學生的學習態度、自學能力和創新能力的綜合考查。

4 結語

根據光電工程專業的具體情況，結合光通信技術基礎課程的特點，探索對該課程的教學內容、實踐方式和考核評估方式等進行一系列初步改革。教學必須平衡培養方式和培養目標的要求，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展動態，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查，結果顯示：通過改革，學生綜合表現有了明顯提升，提高了學生的學習興趣，促進了學生的就業、擇業能力，也對考研起到積極的推動作用。總之，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。■

參考文獻

[1]朱京平.光電子技術基礎[M].2版.北京：科學出版社，

2009.

[2]羅敏.“光電子技術基礎原理”教學方法探討[J].求知導刊，2014（10）：137.

[3]龐永師，林昭雄，陳德豪，等.應用型人才創新能力培養模式探索[J].高等工程教育研究，2008（2）：145-148.

[4]狄紅衛，張永林.光電子技術人才培養的教學改革與實踐[J].高等理科教育，2003（6）：36-39.

[5]劉紅梅.“光電子技術基礎”教學模式的思考與實踐[J].教育現代化，2016（3）：159-160.