基于新一代信息技術的光通信技術課程改革

摘 "要：新一代信息技術為國務院確定的七個戰略性新興產業之一，而光通信技術作為全球新一代信息技術革命的重要標志，已成為現代化通信中非常重要的支柱。新一代信息技術，不只是指信息領域的一些分支技術，如光通信、集成電路、計算機等的縱向升級，更主要的是指信息技術的整體平臺和產業的代際變遷。為適應這一挑戰，光通信技術課程正在經歷一場新時代的改革，課程改革是適應通信技術領域快速發展的必要措施，也是培養高水平專業人才的重要手段。結合上海理工大學的實際授課情況，該文討論在新一代信息技術革命背景下，如何提高光通信技術課程的質量和實踐教學。

關鍵詞：新一代信息技術；光通信技術；課程改革；教育創新；科技引領教學

中圖分類號：G640 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-000X（2025）10-0144-04

Abstract： The new generation of information technology is one of the seven strategic emerging industries identified by the State Council， and optical communication technology， as an important symbol of the global new generation of information technology revolution， has become a very important pillar of modern communication. The new generation of information technology not only refers to the vertical upgrade of some branch technologies in the field of information such as optical communication， integrated circuits， computers， etc.， but more importantly refers to the overall platform of information technology and the intergenerational change of the industry. In order to adapt to this challenge， the course of Optical Communication Technology is undergoing a new era of reform， which is a necessary measure to adapt to the rapid development of the field of communication technology， and an important means to train high-level professionals. Combined with the actual teaching situation of the university of Shanghai for Science and Technology， this paper discusses how to improve the quality and practical teaching of the Optical Communication Technology course under the background of the new generation of information technology revolution.

Keywords： the new generation of information technology; the Optical Communication Technology; curriculum reform; education innovation; technology-driven teaching

“十四五”時期，是信息化進入加快數字化發展、建設數字中國的新階段。習近平總書記指出：“信息化為中華民族帶來了千載難逢的機遇。我們必須敏銳抓住信息化發展的歷史機遇。”黨中央、國務院高度重視新一代信息技術產業發展，2022年9月份在以“大力發展新一代信息技術產業”為主題的“新時代工業和信息化發展”系列主題新聞發布會中指出新一代信息技術產業是國民經濟的戰略性、基礎性和先導性產業。此外，在世界范圍內新一輪信息技術革命和產業變革的加速進行，將同我國加快轉變經濟發展形成歷史性交匯，我國經濟發展進入新常態[1]。大力發展新一代信息技術，不斷催生出新技術、新產業、新模式和新業態，這些對工程學科的發展和工程科技人才的培養提出了更新更高的要求。

新一代信息技術賦能下的新工科建設是我國高等工程教育對未來發展的嶄新思維和深度思考，是對科技革命和產業革命的積極回應，是深化高等工程教育改革的必然路徑[2]。黨的十八大以來，高等工程教育改革加速發展，目前已建成了世界最大規模的工程教育體系，在校總人數占全球所有本科生的34%，全球工程教育總規模的35%。2023年2月教育部等五部門關于印發《普通高等教育學科專業設置調整優化改革方案》的通知中指出：主動適應產業發展趨勢，主動服務制造強國戰略，圍繞“新的工科專業，工科專業的新要求，交叉融合再出新”，深化新工科建設，加快學科專業結構調整。對現有工科專業全要素改造升級，將相關學科專業發展前沿成果、最新要求融入人才培養方案和教學過程。

新一代信息技術賦能下新工科光通信技術是信息傳輸領域的重要組成部分，在互聯網、云計算、物聯網和5G（第五代移動通信技術）等領域，光通信技術都發揮著關鍵作用。在新工科改革的背景下，為適應新一代信息技術發展，服務并合理利用新一代信息技術產業，包括光通信技術等工科課程的學習都應當進行新時代改革，應盡可能把理論技術和實踐結合起來，通過項目實踐學習原理和技術，進一步讓原理和技術反哺于社會實踐產業，從而培養學生的創新思維和創新能力。教育部高等教育司2023年工作要點中就提出推動高等教育體制機制創新和高質量發展，加強基礎學科人才培養并著力造就拔尖創新人才。因此，具備光通信知識和技能的專業人才成為了各行各業都爭相追求的目標。

一 "課程新時代下的現狀與改革必然性

為了更好地應對我國在高速發展和快速變化的世界科技與經濟格局中的角色變換，國家及時調整戰略并提出一條全新的具有中國特色的工業化道路，為建設一個創新型、創造型的科技強國和人才強國的目標提出了一系列戰略規劃：2010年6月，教育部在天津大學啟動了“卓越工程師教育培養計劃”，主要目標是面向工業界、面向世界、面向未來，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為建設創新型國家、實現工業化和現代化奠定堅實的人力資源優勢，增強我國的核心競爭力和綜合國力。2016年我國正式加入國際工程教育《華盛頓協議》，標志著我國的工程教育質量標準得到了國際許可，使我國的工程教育進入全球工程教育的“第一方陣”。2017年國家開始全面推進新工科建設工作，建設目標是建設發展新興工科，持續深化工程教育改革，培養德學兼修、德才兼備的高素質工程人才，并以“五個更”，即更加注重理念引領、更加注重結構優化、更加注重模式創新、更加注重質量保障和更加注重分類發展的思想進行更為深層次的工程人才培養和學科專業建設，使我國的高等工程教育能夠實現變軌超車直至領跑，打造世界工程創新中心和人才高地。其中認為學與教、實踐與創新創業、本土化與國際化是三個關鍵任務。提出新工科必須突破現有的工科界定，重視經濟、法律、新聞和醫學等其他非工科門類學科對工科的介入滲透，通過預測未來人才市場需求，進行現有專業的改造升級建設[3]，從而實現現有學科專業的調整和完善的策略。

隨著科技和時代的發展，光學工程相關知識和技術正在不斷開發并應用到各種領域上，光通信技術已然成為信息社會的重要支柱和基礎設施之一，支撐著互聯網、手機通信、有線電視、數據中心和云計算等各個領域的運作，并對全球的未來科技發展起到了越來越關鍵的作用。而近年科技的突飛猛進，更使光通信及其相關知識不斷滲透到多個領域，形成大量新的交叉學科產生許多全新的應用，使光通信及其相關技術成為科技和教育普遍關注的重要專業內容。近年來國家在高等教育改革推進方面的一系列舉措，快速有力地扭轉了高等教育教學中的盲目性和單一性，不同層次的高校根據自身的特色卓有成效地開展了人才教育與培養的改革，使我國的本科教育在培養適量基礎型人才、學術型人才的同時，著力培養多規格、多樣化的工程應用型人才[4]。而多規格、多樣化的新型、復合型、工程應用型人才是我國高等教育面臨的重點和難點。作為一門重要的專業基礎性課程，目前電子信息大類下轄多個專業都在本科階段就開設了光通信技術類課程，并順序延伸到了碩士和博士階段，成為多個專業的核心課程。由此，積極配合和響應國家對高等工程教育的長遠規劃是高校未來教育改革和發展的重心。上海理工大學（以下簡稱“我校”）光電信息科學與工程專業正是在這樣思路的引領下，不斷對專業的培養方案和課程實施等方面進行大幅度改革，并于2013年成為全校率先通過德國ASIIN認證的專業，2015年加入了“卓越工程師教育培養計劃”，又于2017年順利通過了《華盛頓協議》認證。在整個發展歷程中，通過向國內外高水平學校的取經和學習，不斷對專業培養計劃、培養方案、課程體系、課程授課、課程考核和學生情況跟蹤等多個方面進行了大力改革。尤其是課程體系通過對國內外高水平學校的學習和參考，對以往的課程體系進行認真的梳理和較大幅度的改革。

為了更好地將光電相關專業與現代科技發展、現代信息相關產業的發展相適應，各高校普遍將光通信技術課程列為電子信息大類下轄多個相關專業的專業核心或專業基礎課程。該課程的基本目標要求掌握光通信技術的基本知識、基本原理、基本應用技能等，對學生深入學習、應用各種光通信技術、器件，以及在相關領域進行拓展和應用至關重要。以往該課程教學內容主要以課堂上書本理論教學為主，教學手段也主要采用課件和板書投影配合現場講解開展。存在教學手段上不夠豐富，教學內容的新穎性上相對滯后等明顯問題，已經不能滿足高速發展的科研或產業領域需求，特別是在面對新一代信息技術的高速發展時顯得尤為不足夠。鑒于以上原因，需要對光通信技術課程進行全面改革，明確新的教學目標，優化課程內容，實施新的教學手段，以增強教學效果，適應現代通信技術的發展[5]。

光通信技術是我校光學工程專業的核心課程之一。學生在學習光通信技術課程之前已經接受過光學和電子通信相關的基礎教學，但光通信技術同時還會涉及很多其他領域知識和一些精密的光電器件，是一門相互交叉融合的課程，對于學生來說陌生且抽象[6]。對于學生而言，前期的學習可能存在對于前導課程相關知識的側重不同，在課程教學中出現認知水平層次不一。另外受限于部分前導課程的實驗條件，如半導體工藝制備課程，其涉及到的半導體加工設備較為昂貴，很難讓學生系統地在相關的儀器上實驗操作，并接觸到現在先進的實驗成果和實驗理論。針對當前的主流技術，學生仍停留在簡單認知狀態，缺乏對前沿知識的了解，從而會影響光通信技術部分教學內容的開展，例如先進光波和光通信技術系統、全光信號處理和數字光通信技術系統等的關鍵技術的深入了解及研究[7]。

此外，光通信技術自身也是一項發展迅猛的技術，新的光學器件、協議和通信標準不斷涌現。光通信技術課程的內容也應該與時俱進，緊跟前沿技術進行拓展[8]。尤其要結合新一代信息技術，特別是應解決專業課程之間知識點重復、內容陳舊、沒有引入最新知識前沿和最新技術講解等問題，切合現有的技術發展去剖析相關的知識，為學生提供創新的想法。當前，前沿技術發展迅速，最新科研成果迅速迭代，學生自我學習很難把握領域內的發展進度，無法獲取最新的科研方向，需要在課程中靈活增加相關內容。

經過近年的摸索和實踐發現，雖然該課程的基礎理論內容變化相對較小，但也需要隨時跟進發展不斷更新，畢竟理論基礎是課程的根基，同時在課程教學中也要不斷補充新的知識和技術內容，不斷將現有理論、知識和新的科技內容相結合，才能幫助學生通過歷史發展到現狀有深入的理解，并激勵學生在相關領域有創新驅動力和思想認知。因此隨著光通信技術不斷進步，需要教學課程改革不斷開展，才能使課程內容與最新科學技術保持同步，確保學生在保證扎實的理論基礎前提下，又能獲取最新知識，與光通信技術及相關產業接軌，為新一代信息技術發展筑基。同時還要響應國家和認證的思路，不能隨意增加理論課程的課時量，給學生帶來更多的學習負擔，并影響學生的實踐與能力。使得新時代下的課程教學內容改革必須與行業需求相符，與社會市場需求緊密關聯，以便更好地服務于未來中國的科技和產業發展、規劃。

二 "新一代信息技術賦能新工科課程改革深化

我校光電信息科學與工程、通信工程等專業都將光通信技術課程作為專業核心必修課，并且延伸到了碩士研究生和博士研究生的課程教學中。本團隊的光通信技術課程也是在現代課程教學改革需求的大背景下開展了長期、持續、閉環和可溯源的跟蹤、分析、研究與改革，并申請了上海市重點建設項目，組建了完善、穩定的課程組，教學團隊梯隊合理人員優化，配備了老中青三代優秀的教師，均是博士學位且都具有光通信領域的科研工作經歷，其中有10%的人員曾在光通信相關的國內外知名企業有超過3年以上的工作或進修經歷。優秀穩定的團隊為課程的優化與改革打下了堅實的基礎，團隊同時負責了本科、碩士和博士的光通信技術課程。課程組和教學團隊每年都會根據教學情況對課程開展定期的總結與討論，同時結合不同學生的教學情況、課堂反應、學生反饋等信息，對教學大綱、教學課件、教學內容、授課方式和教學團隊等內容進行共同的研究、討論，要求課程和授課都能做到與時俱進、緊跟科技的發展現狀，并及時地關注國家和社會的發展，將思政教育和專業教學緊密結合。

（一） "改革促進課堂理論與時俱進

課程改革的先決條件在于確立符合新一代信息技術發展的教學目標。光通信技術課程的改革旨在賦予學生適應和服務新一代信息技術發展所需的基礎理論知識和實踐技能。首要改革是基于基礎知識的教學創新，針對學生在光通信技術課程教育前的知識認知層次差異的問題，可在課程開始前建立學習群體（如本校的WeLink可將學生由課程老師拉入群組），通過簡單的問卷調查或基礎知識測試，在學習群體中收集相關知識點，建立教學前的大信息數據庫，教師可根據對問卷調查或測試結果的分析，選擇知識內容的講解分配。為了幫助學生更好地理解和掌握該領域的知識，可以借鑒其他課程的成功案例，將知識點分割成幾個板塊，例如，可按照光通信技術系統的構成層次分成光纖線路、光發射機、光接收機、數字光通信技術系統和光通信技術新器件五部分進行教學[9]，這樣的分塊教學有助于系統總結和逐級深入的教學。同時在每一板塊進行簡單分類，例如光通信技術新器件部分就可分為有源器件和無源器件。若時間允許，可以對每個部分中代表性器件進行詳細講解，例如在光發射機光源部分就可對集成可調諧窄頻激光器進行詳細講解，讓學生對器件基礎知識有更深的了解。此外，課堂不僅需要教師的知識講解，還需要有相應的教學書籍進行配合補充學習，如我校光通信技術使用《光纖通信》劉增基版書籍配合教學課堂使用，學生可在書籍中找到自己感興趣的部分進行細致的補充學習，同時書籍每章節之后的習題可以鞏固章節知識點。

光通信技術基礎知識講解完成之后，可按照上述教學內容所劃分的部分，每部分找到一些代表性的前沿科技成果（高質量論文或者新型光電器件）進行課堂拓展分享，例如相干光通信技術，100G/400Gb/s高速光模塊技術、光子集成電路和光傳送網等，從而拓展學生的科學視野，反復鞏固知識，同時還可對學生的科研發展和學習提供一些建議，做到真正的科研興趣源于課堂。

（二） "實踐深化理論服務新一代信息技術

光通信技術課程的成功改革需要充分融入實踐教育，實踐教育在提高學生光通信技術課程質量方面扮演著關鍵角色。實驗通常包括解決問題的過程，學生需要分析實驗結果、找出錯誤并采取措施來修復問題，這有助于培養學生的問題解決和創新能力。本課程改革設置在基礎理論知識和科技發展前沿學習結束之后進行實驗實踐，例如，通過獨立配套的實驗課程設計，以促進對光通信技術系統相關器件和通信系統的深入理解。為保障安全，在進行實驗操作之前，教師須講解一些實驗基礎理論和必要的注意事項，復雜實驗由教師演示后，學生進行實驗操作并掌握相關器材的使用方法。在實驗實踐中，通過結合知識點劃分并完成實驗操作計劃安排，我校課程開設了多個實驗項目，如光纖跳線的測量和使用、光模塊特性及眼圖測試、光模塊設計和光纖熔接等實驗，通過這些有針對性的實驗操作和結果分析，學生將更清晰地理解光通信技術系統的相關器件和實際應用[10]。同時，學校教師擁有豐富的科研實驗室資源，可通過科研實驗室為光通信技術課程提供調節。學生在參與實驗室的實驗學習期間，還將參與實驗室中其他儀器和光電器件的操作，獲得基礎全面的了解，這將為之后的實驗提供先導性幫助。并對實驗室的研究背景、目的和創新進行全面了解，激發學生的創新思維。

尤其需要注意的是，新一代信息技術背景下，不斷地涌現出各類與光通信技術相關的新型仿真軟件及平臺，這是尤為寶貴的教學資源。教師需要跟進學習相關技術，將理論仿真學習納入課程，達到最佳的實踐實驗的學習效果，目前可以借助的一些仿真平臺有FDTD、COMSOL、OptiSystem等，通過這些平臺可以進行基礎光電器件的仿真設計，也可進行系統模塊仿真實驗，如PDH光傳輸系統設計、DWDM系統仿真設計、EDFA模塊設計和FTTH網絡設計等，教師可在線上平臺提供一些仿真資料，便于學生更快的操作學習。

以上，我們通過充實的實踐教育安排，確保學生在光通信技術課程中獲得全面、深入的理論與實踐結合的學習經驗，以更好地適應光通信技術領域的發展與要求。

（三） "多樣化教學方式為新工科課程改革賦能增效

隨著網絡的迅速發展，線上教學已成為高校課程的重要組成部分。利用線上教學平臺（例如我校WeLink中的一網暢學平臺），可規劃課程內容、理論要點、實驗器件仿真視頻和課外習題，讓學生在課下自主完成教學大綱中的學習任務。同時，引入人工智能模塊提供互動學習，豐富課程內容。

為評估學生學習成果并促進有效學習，可在線上平臺設立小組匯報制度。學生分組進行特定課題的調研、討論和報告提交，評估其對課程內容的理解和認知，培養科研規范成果。這一過程可在線上平臺完成，實現全過程透明化管理，并作為平時成績的依據之一。

三 "結束語

新一代信息技術產業蓬勃發展，新技術的發展需要教育提升改革進行支撐，同時也可服務于教育。為適應時代發展的新工科教育，作為新一代信息技術相關的光通信技術課程，其改革也是有必要的。課程改革將繼續推進新一代信息技術的拓展，提高國家的競爭力。本文在上海市重點課程項目的資助下，結合我校的實際授課情況，建立了穩定的教學團隊，認真研究、討論了新一代信息技術賦能光通信技術課程改革與實踐提高的具體方法，指出在具體實施過程中，需要不斷更新課程內容、注重實踐教育、引入多樣化的教學方法，共同推動光通信技術教育的發展。同時，課程團隊根據實際情況，緊密結合國內、國際的發展與變換，將科技發展與國家、民族社會等思政內容緊密結合，在學生課程反饋中取得了很好的效果，為新一代信息技術產業的發展提供了強有力的支持。

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