“光通信原理與技術”混合式教學探索與實踐

摘"要："“光通信原理與技術”是光電信息科學與工程專業(yè)一門專業(yè)核心必修課，為培養(yǎng)新型光電專業(yè)人才起著至關重要的作用。為適應應用型本科院校轉型發(fā)展要求，通過研究本課程在傳統教學中存在的問題，提出線上、線下混合式教學方式，深入挖掘思政元素，在教學方式改革、課程思政建設、課內實驗和教學評價等方面進行教學改革探索，優(yōu)化教學內容，將光通信專業(yè)知識與立德樹人結合，為進一步打造一流課程奠定基礎，為培養(yǎng)具有較強操作能力、解決問題能力的應用型技術人才具有重要的意義。

關鍵詞：光通信原理與技術；教學改革；混合式教學；課程思政

自諾貝爾物理學獎獲得者高琨發(fā)表論文《介電波導管的光波傳送》以來，光纖通信為現代信息社會發(fā)展起到了極其重要的作用，并展現了廣闊的發(fā)展前景。隨著社會發(fā)展速度的不斷提升以及工業(yè)化發(fā)展模式的轉變，光纖通信在國防安全、智能通信、電力等新型領域的應用需求急劇增加。因此，光通信原理與技術作為光電信息科學與工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，其課堂教學應瞄準國家發(fā)展需求，積極推進向應用型大學課堂的轉型發(fā)展，重視實踐教學以及強化應用型人才培養(yǎng)。因此，進行應用型大學課堂教學的改革[1-3]是迫切需要研究的重要課題。

“光通信原理與技術”是一門理論與實踐相結合的課程，既要求學生掌握專業(yè)基礎知識，又要求學生具有抽象思維和實踐操作的能力。在教學過程中，除了講授理論知識，還要設計課內實驗[4-5]和課程設計鍛煉學生的動手能力。然而，“光通信原理與技術”課程內容多、知識更新快、教學難度大。目前，課堂教學中，仍是以教師為中心，通過教師帶領學生進行理論學習為主。隨著學時推進，學生的基礎積累越來越薄弱，后續(xù)內容的跟進授課出現一定程度的困難。同時，學生會對本門課程學習的積極性降低，從而對整體的教學效果產生影響。傳統課堂教學模式難以滿足學生日益多樣化的需求，不能與實際應用場景進行有效銜接，造成教學內容與培養(yǎng)目標和實際需求脫節(jié)，難以達到學以致用的效果。

因此，本文從本課程的特點出發(fā)，根據課程運行實際情況，針對線上線下混合式教學方式開展應用型大學課堂教學的改革與研究[6]，有效改變傳統課堂束縛，讓學生不受時空限制，滿足學生隨時隨地學習的多樣化需求，有效提高學習效率，最終為培養(yǎng)具有較強操作能力、分析解決問題能力的應用型、技術型人才，同時也能為研究生階段的學習打下堅實的基礎。

• 課程簡介

“光通信原理與技術”作為光電信息科學與工程專業(yè)一門重要的本科專業(yè)基礎課，必修、考試課，共56學時，其中理論知識講授40課時，課內實驗16課時。選用由西安電子科技大學劉增基教授等主編，西安電子科技大學出版社出版的《光纖通信》（第2版）。該教材是國家級規(guī)劃教材，涵蓋光纖通信領域的基礎知識和新技術。前兩年由于疫情影響，很多課程需要線上進行。此外，電子信息發(fā)展迅速，電子化資源豐富，在線課程可以隨時隨地學習，利用碎片化時間完成課程任務，大大方便了老師和學生，因此，本課程實行線上線下混合式運行，進行線上線下混合式一流課程建設。整個授課過程中嘗試多樣化教學方式和課程考核評價，融入課程思政和翻轉課堂，充分調動學生的學習積極性，將思政育人與學生自主學習結合，全方位培養(yǎng)學生綜合素質，提升學生綜合能力。

• 教學內容改革

西安航空學院作為新興的應用型本科院校，教學內容和授課計劃以應用性和實用性為導向。“光通信原理與技術”作為光電信息科學與工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課，為培養(yǎng)新型光電專業(yè)人才起著至關重要的作用，在滿足創(chuàng)新型、高階性要求的同時，增加學生滿意度。使用多樣化教與學方式，分析教學中存在的問題，設計教學研究思路和解決途徑，提高授課效果。在本課程運行中使用學習通和騰訊會議進行混合式教學，及時反饋教學中存在的問題，修改和完善教學內容，提升學生學習主動性。教學研究方案設計如圖1。

本課程運行中，采用理論講授、演示互動、興趣小組、翻轉課堂、案例教學、問卷調查等多種教學方式提高教學過程中學生的參與度，促進學生主動學習、思考、與動手能力，在獲得學生對本課程授課形勢的效果反饋的基礎上，探索新型的輔助教育手段，形成對教學效果的促進改革作用。主要體現在以下三個方面：

（一）教師線下授課+學生自主線上調研的異步混合教學方式。

本課程在上兩輪運行中，線上部分32課時，線下部分24課時，其中線下部分包括16課時課內實驗。線上課程采用學習通+騰訊會議方式，上課前在學習通中建立在線課程，包括所有的授課內容。課前為學生下發(fā)調研任務，以學生自主調研，完成調研報告的形式，督促學生預習；課中根據上課內容，發(fā)表話題任務和學生討論；課后，學習可以在學習通中完成相關練習，隨時隨地觀看授課視頻進行復習。同時，課堂上預留10分鐘左右時間進行討論，對調研結果進行總結匯報。從授課效果上看，有效提高了學生自主學習能力，本方案適用于教學難點問題和光纖通信發(fā)展的新技術中的熱點問題，作為課外拓展內容，增加學習的寬度和廣度，有利于提高學生掌握問題、解決問題的能力，培養(yǎng)一定的科學素養(yǎng)，達到教與學的相互促進目的。

（二）通過課內實驗與實際應用銜接，鍛煉學生實驗操作能力。

制定線下授課計劃，增加光纖通信最新技術的課程內容，使學生掌握技術現狀與前沿動態(tài)；引導學生培養(yǎng)綜合應用知識的能力，進而培養(yǎng)學生具有發(fā)現實踐教學問題，解決問題的創(chuàng)新能力。通過課內實驗與實際應用銜接，鍛煉學生實驗操作能力，本課程設置4個課內實驗，如下表1。

使用光通信綜合實驗平臺和labview軟件，線上、線下混合式進行。實驗目的要求、實驗儀器介紹、實驗步驟等環(huán)節(jié)在學習通中線上展示，方便學生預習；實驗實際操作，實驗數據采集、分析、實驗報告撰寫線下進行，課內實驗實景展示如下圖2和圖3。課程運行期間，對因疫情不能返校的學生，設置仿真實驗，使用labview軟件線上進行模擬仿真實驗，保證課內實驗順利開展。

圖2和圖3分別是PN序列光纖傳輸實驗系統連線展示圖和實驗結果圖。這是其中一個課內實驗，學生4個人一組，分組討論、相互合作，通過完成這樣4個課內實驗，鍛煉實驗操作能力，完成分工合作，同時在實驗報告撰寫過程中，也鍛煉了基本的科技論文寫作能力，提高學生綜合素質。

（三）挖掘思政元素，滲透課程思政內容，將專業(yè)知識與立德樹人結合

根據習總書記在全國高校思想政治工作會議精神，以及教育部關于專業(yè)課程對課程思政[7-8]的要求，以《高等學校課程思政建設指導綱要》為指導，結合本課程教學內容，在第1章緒論、第3章光源、第7章光纖通信新技術以及4個課內實驗中融入課程思政內容，具體知識點與思政內涵對應關系如表2。

在第1緒論中，介紹光通信發(fā)展歷程，從烽火臺、旗語、無線電通信、電報、電話講到光通信，從同軸電纜作為傳輸介質到高錕發(fā)現光纖可以作為光通信傳輸介質，隨著光纖生產技術和激光器技術的發(fā)展，光纖通信逐步進入人們生活，通信的傳輸能力和中繼距離大大提高，人民生活更加便捷，而這一切都源自科技的發(fā)展。科學技術的飛速發(fā)展改變人們的生活方式、提高了生產力。在這部分介紹中穿插高錕的簡介，1966.7月，華裔科學家高錕發(fā)表論文提出，光纖可以作為傳輸介質，用于通信傳輸，光纖不僅損耗小、造價低，而且傳輸速率快、通信容量大。這一發(fā)現，在當時通信行業(yè)中是巨大創(chuàng)新，隨著光纖制造技術的發(fā)展，光纖通信迅速發(fā)展。2009年，高錕獲諾貝爾物理學獎。這43年中，光纖通信從理論模型，逐步發(fā)展到進入每個人的生活，科學家高錕經過近半個世紀拿到諾貝爾獎，培養(yǎng)學生堅定理想信念，搞科研不能一蹴而就的科學精神。

在第3章光源介紹中，介紹激光器發(fā)展歷程和王大珩院士、王之江院士卓越貢獻。1960年，梅曼等人發(fā)明了第一臺紅寶石激光器。1961年，中國科學院長春光學精密機械研究所，自主研發(fā)成功我國第一臺紅寶石激光器，僅比國外晚了一年。這臺激光器是由王大珩院士和王之江院士一起主持研制的，為中國光學事業(yè)發(fā)展奠定基礎。自此以后，我國激光器技術迅速發(fā)展，1978年半導體激光器開始應用到光纖通信系統中，為光纖通信技術進一步奠定技術基礎。科技進步離不開科學家的默默付出和無私奉獻，在介紹這些背景的同時，激發(fā)學生原創(chuàng)意識，培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新精神，以及為國家重大戰(zhàn)略犧牲的歷史使命感和責任感。在王大珩院士和王之江院士的卓越貢獻中體會理想信念的重要性，在潛移默化中培養(yǎng)學生堅定理想信念是學習和工作的首要任務。

在第7章光纖通信新技術相干光通信應用中，舉辦專題講座，介紹光外差探測技術在相干光通信中的廣泛應用和發(fā)展瓶頸，通過代課老師主持和參與的科研項目為依托，介紹相干光通信發(fā)展的卡脖子問題，以及目前研究的關鍵問題，將科研反哺到教學中，培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新意識和社會責任感。

在4個課內實驗中，從實驗原理、實驗目的、實驗操作、實驗報告撰寫等具體環(huán)節(jié)，使用引導式教學、翻轉課堂、分組討論等教學方式，激發(fā)學生實驗興趣和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生工程倫理和工匠精神。

通過以上課堂教學內容改革，在學習專業(yè)知識的同時，培養(yǎng)學生堅持理想信念、創(chuàng)新意識、科學精神、工程倫理、家國情懷以及社會責任感，在日常教學中潛移默化的滲透德育思想，最終達到立德樹人效果。

• 考核方式改革

對于專業(yè)基礎必修課，大多數課程采用閉卷考試的考核方式。這種考核方式單一，從試卷上無法完全反映學生平時學習情況，也不能滿足多樣化混合式教學內容的考核。教學形式的多樣化，要求考核方式也要多樣化，這樣才能有效提高學生學習積極性，全面反應學生平時的學習情況。具體來說，本課程運行過程中將傳統模式教學考核轉化成“研究報告+實驗技術+期末考試”的模式，研究報告包括案例分析和課內實驗的報告，實驗技術反應學生平時課內實驗的線上預習情況以及線下實驗實際操作能力，期末考試是學期末終結性的考試，有效反應整個課程運行過程中學生的學習情況，將過程性考核和終結性考核結合，更加全面的反應學生學習效果，有效提升學生對教學內容的理解和掌握程度，實現學習內容與實際應用的有效銜接。

結語

“光通信原理與技術”作為光電信息科學與工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課，綜合性強、應用范圍廣，為適應社會發(fā)展與應用型本科院校人才培養(yǎng)要求，提出線上、線下混合式教學方式，優(yōu)化教學內容，深入課程思政內容，激發(fā)并培養(yǎng)了學生的理想信念、科學素養(yǎng)、家國情懷、工匠精神、社會責任感以及科學奉獻精神，充分發(fā)揮教書育人作用，讓學生在掌握知識的同時實現價值引領、能力培養(yǎng)作用，結合多元化教學手段達到潤物無聲的教學效果。同時這種教學模式有效提高了教學質量，對應用型本科院校課堂教學改革做出積極探索，為進一步打造校級一流課程奠定研究基礎。

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基金項目：2021年陜西省高等教育教學改革研究項目“新工科背景下航空材料產業(yè)學院建設研究與實踐-以西安航空學院為例”（21BY164）；2021年西安航空學院高等教育教學改革研究項目“光纖通信原理與系統課堂改革與研究”（21JXGG2023）；2023年西安航空學院混合式一流課程建設項目“光通信原理與技術”（22ZLGC5003）；2021年西安航空學院高等教育教學改革研究項目“大數據背景下的《機器學習與數據挖掘導論》課堂改革與研究”（21JXGG2022）；2021年西安航空學院高等教育新工科研究與實踐項目“新工科人才培養(yǎng)模式探索（21XGK2008）”；2022年西安航空學院課程思政示范課程重點項目“電磁場理論”（22KCSZ10）

*通訊作者：黨文佳（1983—""），女，漢族，陜西西安人，博士，講師，主要從事光通信教學和研究工作。