吕韵欣　毕美华　周雪芳　卢　旸

围绕专业综合能力培养的《光纤通信与光网络》课程教学改革研究

吕韵欣毕美华周雪芳卢旸

（杭州电子科技大学通信工程学院，浙江 杭州 310018）

依托课程教学来培养当代大学生的专业综合能力，促进其学习能力、课程知识运用能力和创新能力的有效提升，是当今高校教学工作的重点之一。文章围绕《光纤通信与光网络》课程，分析教学内容和教学实践中存在的主要问题，并以培养当代通信专业大学生的专业综合能力为目标，从教学设计和课程考核评价体系两方面角度探索《光纤通信与光网络》课程教学改革的实践方案。

光纤通信与光网络；教学改革；综合能力培养

引言

通信与信息技术是当今社会发展建设与科学研究的前沿热点领域。随着信息化社会建设的稳步推进，通信网络与通信系统已深入千家万户，成为人们日常生活必不可缺的重要元素之一。受益于高带宽、高可靠性、低传输损耗、低成本的特点，光纤通信技术是当代通信信息技术产业建设发展的核心支撑。目前，我国在光通信网络建设方面已实现了逾4.8亿用户的光纤网络覆盖，已建成光缆线路长度超过5351万公里[1,2]。随着5G时代的到来和工业互联网、智慧社会的建设，通信信息产业与光纤通信技术的发展将进一步加速，而相关人才的缺口也将随之放大。光纤通信类课程作为各大高校通信学科的专业课程，应当为培养符合新时代具备应用、创新、协作能力的全面高素质通信专业人才提供有力支撑。

近年来，高校本科光纤通信类课程教学从培养全面高素质的通信专业人才角度来说仍存在很多不足。学生学习兴趣不高、知识运用能力较低、问题解决能力缺乏、创新能力不足是当前光纤通信类课程教学存在的普遍问题。为了解决这些问题，国内多所高校均开展了相关课程的教学改革研究。南京邮电大学的课程组从培养学生“发现问题—分析问题—解决问题”的科研思维能力出发，探讨了培养具有新时代创新精神与能力的人才的教学改革思路[3]。山东理工大学的课程组针对当下应用型人才的培养需求，通过施行实际应用技术与课堂教学实践相结合的模式，同时联合校地、校企合作，提出了培养懂理论、会操作、能创新的应用型人才的教学改革方案[4]。东北林业大学的课程组分析了《光纤通信》课程教学中的教法问题，通过启发探索的教学方法和建立强调系统结构的思维方法，强化了理论知识与社会工程实例的关联，增强了学生的工程能力[5]。辽宁科技大学的课程组对《光纤通信》课程、教材、实践、活动四个主要教学环节进行全面改革，通过“实例结合—成绩分析—修改教学”的方式，提升了学生查阅文献、开展实验、解决问题、分析结果的能力，使学生具备设计、开发、调测、应用光纤通信系统和光纤通信网的能力[6]。南通大学的课程组则是从优化课程设置、优化教学方法、结合科研、优化考核体系四个方面探讨了激发学生学习积极性和学习趣味性、培养学生创新精神和问题解决能力的教学改革方法[7]。

本文针对《光纤通信与光网络》课程教学，通过分析教学中存在的一些主要问题，以提高学生学习、运用、创新、协作等能力为出发点，培养学生专业综合能力，探讨《光纤通信与光网络》课程教学改革方案，从教学设计和课程考核评价体系双角度出发，实现培养符合时代需求的高素质专业人才目标。

1　《光纤通信与光网络》课程存在问题

《光纤通信与光网络》课程内容覆盖面广，基础知识涉及《电磁场与电磁波》《信号与系统》《通信原理》《大学物理》等诸多课程。作为这些通信专业核心课程的后续，《光纤通信与光网络》课程是它们的延伸与综合应用。因此，《光纤通信与光网络》课程的学习目标应不仅限于使学生掌握光通信的基本理论知识，还应能培养学生对相关知识的联动理解运用能力，锻炼自主学习和应用创新能力。目前，《光纤通信与光网络》课程教学主要存在以下问题。

首先，课程存在仍注重灌输式教学、内容传统陈旧、配套实验课程缺乏设计思考训练的问题。一方面，《光纤通信与光网络》课程虽为光通信技术基础入门课程，但涉及几何光学、波动光学、半导体理论、信号分析、电路分析等大量学科知识，在有限的课时中完成全部知识的教学极易造成灌输式的教学结果，影响学生对知识的有效掌握；另一方面，教材中的内容与相关领域前沿研究往往存在代差，从知识点教学中学生难以了解行业最新发展趋势，无法将自己的学习内容与个人未来发展相联系，无法为后续进入相关专业领域快速开展研究和实践搭设桥梁。这两方面因素造成了学生学习动力下降，难以进行自主学习与探索创新，并陷入死记硬背的应试学习陷阱。此外，配套实验课未注重设计与思考过程，学生往往进行按部就班操作，不能形成对知识运用、设计、问题分析与解决等实操能力的有效锻炼。

其次，课程存在考核偏向理论学习，缺乏综合应用与设计分析能力评价的问题。《光纤通信与光网络》课程的考核体系仍是以考试和平时作业为主的传统理论课程模式，试题也往往是一题一知识点，考察点分散且缺少对综合运用能力、系统设计分析能力和团队协作能力的综合评价。该模式造成的结果便是学生难以将课程所学知识串联起来形成系统学习，一些学生在应试目的下只学习分值大的知识内容，只会解题而无法解决实际工程问题，不仅影响课程的教学质量，也不利于学生专业综合能力的发展和进步。

为了解决这些问题，本文探索《光纤通信与光网络》课程教学改革方案，通过教学设计和观念的改变以及课程考核评价体系的创新激发学生学习积极性，促进学生专业综合能力的提升，为培养具备优秀专业技术知识和综合能力的通信专业大学生做好教学工作。

2　教学设计和观念改革

对于大部分课程来说，传统的课程教学设计和教学观念便是依照该课程的教材将课程知识按教材中出现的先后次序逐步堆压式地灌输给学生，《光纤通信与光网络》课程教学也不例外。然而，由于《光纤通信与光网络》教材未充分考虑到相关联其它课程的教学实际和教学覆盖情况，且存在知识点内容重复和连续度与结构化程度不够等问题，影响了学生对课程知识内容的系统性掌握程度，一来增加学习负担，二来影响相应知识的融会贯通。同时，教材中科学研究成果往往过于陈旧，阻碍了学生对课程领域在未来社会发展中作用的认识，使学生难以提升对课程和相关知识的学习兴趣，降低学生在相关领域继续学习继续深造的动力。因此，在《光纤通信与光网络》课程的教学改革中，最重要的便是对教学设计和观念进行改革，具体方案如下。

首先，以全面系统地掌握课程知识点为目标，对知识点教学安排和教学方案进行优化，体现课程知识点之间、课程知识点与学科其他课程之间的关联性，帮助学生更好地了解课程，构建系统框架，调动学生学习兴趣。具体来说，需要强化知识点原理性、直观化、现象性的讲解，增强知识点之间的联系，同时在讲授过程中更注重类比式的教学。例如，对数值孔径、脉冲展宽因素等知识点，注重其物理意义的说明，在讲解过程中以堂内作业方式鼓励学生自行推导相关计算式，理解数值孔径的意义以及材料色散、波导色散、模式色散三种脉冲展宽因素的差异；对比式地讲解光源和光检测器，充分利用动画等工具，直观地反映出光子从产生到被接收的整个过程，促使学生对光与电之间的转换形成直观认识，并构建光通信系统两端器件之间的联系；对于3 dB带宽知识，不仅从单个器件或者模块出发，而且要从光通信整个系统的角度联合各个器件模块进行讲解，并借此复习《通信原理》《电路分析》等相关课程内容。以此，帮助学生构建整个课程的学习框架，促使学生能够有效利用联想、图画、现象、概念等记忆手段充分且关联性地开展学习，避免死记硬背，降低学习压力，激发学习乐趣。

其次，在课堂中穿插领域内前沿的研究热点及先进技术介绍，对技术应用、技术突破和对社会发展的贡献进行展望。具体来说，结合课程组教师研究内容，在相关知识点讲解时对当前研究热点与亟需攻克的技术难点进行介绍，并选取一些易于理解的技术方法作简要说明，以使学生不仅对课程的意义价值和教师科研团队有更好的了解，也对如何进行研究、什么是创新、如何进行科学分析有初步了解。例如，在光网络知识讲解及应用介绍中列举光网络在B5G、6G中的应用情景，介绍目前光网络在面向满足未来通信网需求时遇到的信道容量、资源分配、时延性能、可靠性、能效等问题以及一些可行的解决方案；又如在光通信技术应用中介绍先进的光纤传感技术，简要说明如光电振荡器是如何实现传感的，其性能相比传统电传感器的优势。在介绍一些简单的先进技术时，通过堂内小组讨论或者课后作业的方式要求学生对其优势和劣势进行分析，对可能带来的价值自由地进行设想，锻炼学生的自主学习和创新思维能力。以此，增强学生对课程科学意义和社会价值的了解，锻炼学生课外自我学习、自主发现并分析问题、创新创造的能力，培养学生对领域内高尖端技术研究的兴趣。

最后，在配套的《光纤通信与光网络》实验课程中，强化对知识运用能力和设计思考能力的培养。实验课程尽量减少对实验方案的说明，引导学生在掌握实验原理的基础上，自行设计实验步骤方案来达到实验目标，注重培养学生发现问题和解决问题的能力。因此，在理论课授课至实验相关知识环节时，需对原理性知识进行强调，利用动画等手段使学生能清楚了解理想情况下实验的原理过程。例如，对于空间光通信实验，在理论课中需要对空间光通信的原理进行强调说明，并复习构建通信系统的要素，说明音频信号是如何通过光传递到接收端并重新变回音频信号的。随后，告知学生可选择的实验器材，让学生在实验课前提交实验方案的设计。教师需先审核学生提交的实验方案设计，通过之后再允许学生进入实验室开展实验，以保证实验安全。在实验过程中，教师应动态地调整实验环境因素，例如空间光通信实验中调整环境光、空间遮挡情况，并引导学生分析这些因素对实验结果的影响。实验中，学生提出标新立异的想法，若安全合理，也应予以鼓励并协助学生实现，如在空间光通信实验中学生发现传输音频质量不理想，于是思考采用“空间—光纤—空间”的传输模式降低环境干扰以提升传输音频质量。以此促进学生掌握基本原理，训练学生知识运用、设计、思维、分析等实操能力，达到综合能力培养的目的。

3　课程考核评价体系改革

传统《光纤通信与光网络》课程考核是平时成绩和期末成绩的加权，然而由于课堂问答、平时作业以及考试往往是“一题一知识点”和“一人一答”的模式，无法体现学生对整个光纤通信系统、整个光网络的认识与掌握能力，无法考查学生建立系统性工程的能力，同时也难以体现学生合作、交流等团队协作能力。因此，在课程中设置光纤通信网络系统搭建的开放式任务，形成平时成绩40%、开放式任务成绩20%、期末考试成绩40%的综合评价方法，更全面地评价学生对知识的掌握程度与综合应用和分析能力。同时，通过开放式任务，培养学生应用、设计、团队协作等能力。开放式任务在期末进行，要求学生组成8人小组，从光通信服务供应方的角度，结合课堂所学习的光纤通信与光网络系统知识，为某一应用需求合理设计光纤通信网络系统。任务不设置参考答案，仅仅给出客户需求目标，学生需要在设计中体现针对该目标进行的特定设计，给出一定的分析，教师则根据学生分析设计的完整性和合理性进行评分。评分采用得分制，以促进学生发散性地思考问题。任务目标范围不仅限于传统考虑的高容量和高速率，成本等商业因素也要成为设计任务点，以此促使学生去了解各大厂商产品信息，了解行业内的一些市场信息，能够系统地运用所学的知识，对相关工程的难度和代价都能有更清晰的认识。例如，任务给出覆盖一定范围用户且有一定速率要求的网络服务需求，则从信息率角度而言，学生需要综合考虑所使用光源的线宽、所使用光纤的色散性能、是否进行色散补偿；从功率预算角度而言，学生需要考虑光源功率、接收器灵敏度、冗余功率预算、光纤损耗、是否需要信号再生或放大；从复用技术角度而言，学生需要考虑是采用时分复用、波分复用还是空分复用等。以上的技术分析再结合一定的成本调研分析，可使学生对商业模式下系统的设计有直接充分的认识，有效锻炼学生的知识运用、问题发现与解决、团队协作、创新思维等能力，对高素质人才的培养有重要的促进作用。对国内外各主要厂商产品的了解过程也能增加学生对国产尖端科技产品的认识度，既有助于学生了解国内产品的优势之处，增进民族自豪感和爱国情怀，也能够让学生意识到国内目前在相关产品方面的不足之处，激发学生将来努力探索取得相应技术突破的动力。任务完成的形式是报告书的撰写与10分钟的课堂口头小组报告：报告书每组一份，要求有一定的格式规范和团队协作体现；口头报告需准备PPT，同时强调组内成员需分别介绍自己对团队工作的贡献与思考。以此，增强该开放性任务完成的团队性与专业性。

4　结束语

大学生人才是推动社会进步与发展的关键动力，也是实现中华民族伟大复兴的核心力量之一。作为大学生人才培养的关键环节，高校课程教学的重要性不言而喻。实行高校课程教学改革，对提升大学生的学习动力、培养大学生的知识运用能力、锻炼大学生的发现和解决问题能力、激发大学生的创新突破能力有重要的积极意义，对有效培养新时代高素质人才和推动相关领域技术发展作用重大。针对《光纤通信与光网络》课程，本文以实现系统性学习、激发学生学习兴趣、锻炼学生知识综合运用能力和创新思维能力为目标，探讨课程教学改革的方法。通过优化知识点教学设计和教学方案、结合教师科研领域穿插先进技术介绍和展望、强化实验课程对知识运用能力和设计思考能力的培养、增设光纤通信网络系统搭建的开放式任务考核内容，形成对学生学习、运用、协作、创新等能力的综合培养，从而有效培育符合新时代需求的具有良好专业综合能力的高素质人才。

[1] 工业和信息化部. 2021年1－6月通信业主要通信能力[EB/OL]. https://www.miit.gov.cn/gxsj/tjfx/txy/art/2021/art_0aeecb553d904529b918cc48ccd3bfee.html，2021-08-16.

[2] 工业和信息化部. 2021年1－7月通信业主要指标完成情况[EB/OL]. https://www.miit.gov.cn/gxsj/tjfx/txy/art/2021/ art_8c058ba4262c46d09cde1633becb2bb3.html，2021-08-20.

[3] 谷平，谌静，李培丽. 大学“光纤通信系统”课堂教学的学生创新能力培养研究[J]. 无线互联科技，2020(17): 111-113.

[4] 任鲁涌，袁玉英，彭荣群. 光纤通信课程教学改革的实践探索[J]. 科技视界，2019(36): 190-191.

[5] 李东宸，董光辉，刘一琦，等. 基于“OBE”模式下的“光纤通信”课程教学改革[J]. 科教文汇，2018(10): 63-66.

[6] 齐艳，齐舒畅，高闯，等. 基于OBE理念的《光纤通信》课程教学改革与实践[J]. 科技资讯，2020(21): 21-24.

[7] 朱晓军，季彦呈，曹娟，等. 通信工程专业光纤通信课程的教学改革研究[J]. 教育教学论坛，2015(45): 82-83.

Research on the Teaching Reform ofCourse Focusing on the Cultivation of Professional Comprehensive Ability

Relying on curriculum teaching to cultivate the professional comprehensive ability of contemporary college students and promote the effective improvement of their learning ability, curriculum knowledge application ability and innovation ability is one of the key points of teaching work in colleges and universities. Focusing on the course of, this paper analyzes the main problems existing in the teaching content and teaching practice, and aims to cultivate the professional comprehensive ability of contemporary communication college students, and explores the practical scheme of the teaching reform offrom the two aspects of teaching design and course examination and evaluation system.

optical fiber communication and optical network; teaching reform; comprehensive ability cultivation

G642

A

1008-1151(2022)01-0124-03

2021-09-18

国家自然科学基金项目资助（62001147）；杭州电子科技大学2021年高等教育教学改革研究项目资助（YBJG202162）。

吕韵欣，男，杭州电子科技大学通信工程学院讲师，研究方向为光纤通信网络。

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