光纤通信实践教学研究

王现彬

（石家庄学院 机电学院，河北 石家庄 050035）

光纤通信实践教学研究

王现彬

（石家庄学院 机电学院，河北 石家庄 050035）

光纤通信是通信电子类专业必修的专业课程.在实践教学中将教学与科研相融合，同时引入仿真技术，在此基础上把理论知识与工程实践相对接，构建“科研项目观”“虚拟实验观”和“实际工程观”三位一体的实践教学模式.通过该方法提升了学生学习兴趣与学习主动性，增强了学生实践动手能力，也促使年轻教师科研稳步上升，为我校应用型转型提供了助力作用.

科研项目观；虚拟实验观；实际工程观；光纤通信

0 引言

在新建本科院校进行应用型转型过程中，学生实践能力的提升是一大关键因素，特别是理工科专业[1].对通信工程专业而言，光纤通信技术进步是推动骨干网、接入网技术发展的原动力，是“互联网+”“宽带中国”等国家战略层面项目的基础保障[2].在现有环境下如何提高通信工程专业学生在光纤通信技术方面的实践动手能力，成为光纤通信教学所面对的一个亟待解决的难题[3-5].通过完善光纤通信实践教学体系、优化实践教学内容，将实践教学和科研相融合，构建基于“科研项目”的实践项目体系；同时在实践教学中引入仿真技术，构建基于“虚拟光通信”的实践项目体系；在此基础上进一步建设并优化实践师资队伍，依托实验实训室，构建基于“实际工程”的实践项目体系，最终形成了“科研项目观”、“虚拟实验观”和“实际工程观”三位一体的光纤通信实践教学模式.通过该模式的进一步实施，提升了学生学习兴趣与学习主动性，增强了学生实践动手能力，也促使年轻教师科研稳步上升，为石家庄学院应用型转型做了有益探索.

1 问题与分析

近年来光通信领域持续发展，投资比重进一步加大，中国光通信设备产业一直保持30%-40%的较高增长速度，成为中国发展最快的产业之一.2013年8月17日，中国国务院发布了“宽带中国”战略实施方案；2015年3月5日，李克强总理在第十二届全国人民代表大会第三次会议上提出了制定“互联网+”的行动计划.无论是“宽带中国”还是“互联网+”，都与光纤通信密切相关，故社会经济发展对光纤通信技术人才必定有更大的需求.而作为通信工程专业的学生，在大学期间了解并熟悉该技术也有助于今后的发展.作为光通信人才的“生产”基地——高校中的通信工程专业，如何培养高素质的光通信人才以满足社会发展需求就成为亟待解决的问题.

光纤通信课程理论体系深、工程背景强，其实验实践教学对于学生拉高动手能力、提升学习兴趣、增强就业机会具有很重要的作用.但在工科院校的光纤通信课程教学中，实践教学环节向来是一个短板，这也与应用型转型背道而驰，同时在光纤通信实践教学中普遍存在下列问题：

1）实验实践设备陈旧、实验实践内容单一；

2）部分师生重理论、轻实践，理论与实践脱钩严重；

3）实验实践教学内容不能与时俱进、教学方法简单；

4）光纤通信课程一般开设学期较为靠后，学生就业和考研压力大，学习光纤通信的兴趣与积极性不高.

由此可见为适应当代光通信发展，通信工程专业光纤通信技术课程实践教学研究与改革需尽快展开.而通过实践改革可为新建本科院校应用型转型提供助力作用，同时也可为光通信发展提供具有持久创新能力的专业人才.

2 做法与经过

2.1 完善并优化了实践教学内容，将实践教学和科研相互融合，构建了基于“科研项目”的实践项目体系

光纤通信实践部分一般都在试验箱上通过“插”、“拨”、“连”等这些简单操作来完成，过后学生对实践内容几乎没有印象，也无法让学生了解最新的光通信技术.故需对光纤通信实践教学内容体系进行补充与完善，为此将实践项目分成了3个层次：基础性实践项目、综合性实践项目、创新性实践项目.

基础性和综合性实践项目可在一般试验箱上完成，而对于创新性实践项目则与科研项目相结合，在实际实施过程中我们结合了石家庄学院“DWDM光纤通信系统中高阶调制格式传输特性研究”等基金项目，吸收了一些学生参与进来.前期引导学生进行资料查阅，与课本理论内容相结合熟悉并掌握DWDM相关技术，在此基础上让学生利用在信号与系统》、数字信号处理、通信原理等专业课中所学的理论知识，分析高阶调制格式时域和频域特性，以此研究不同调制格式对光纤通信系统中色散、非线性效应和偏振模色散等限制因素的抑制能力.通过该方法即强化了学生所学的课本知识，同时和实际技术相结合，提高了学生的学习兴趣和创新能力，在这个过程中以点带线，以线成面，拉动大部分学生参与进来.

为进行系统级科研验证，需搭建基本的光纤通信系统，为此引导学生利用电路、模拟电子线路、数字电子线路、单片机原理与技术等课程中所学的硬件知识，设计了光发射机及相关控制模块电路，如温度控制模块、功率控制模块等硬件电路，以提高其动手实践能力与学习兴趣.通过该方法，学生在各学期所学的零散的知识点也进一步系统化、连续化.在此基础上，购买了激光二极管、光电二极管、光纤、连接器等相关系统部件，借助前期分析，进行系统级实现，使学生对整个通信系统有了一个完整的认识.

2.2 在实践教学中引入仿真的方法，构建了基于“虚拟光通信”的实践项目体系

光纤通信设备价格昂贵，由于一般地方本科院校资金薄弱，在对光纤通信实践设备的升级换代上很难能紧跟技术发展潮流，这就造成学生实践环境和实践技术与现有商用内容差距较大，基于此在实践实验教学中引入了仿真技术.

首先引导学生学习使用MATLAB工程软件，利用该软件理论研究OOK、DPSK等调制格式的时频域特性，为调制格式传输性能分析提供理论基础.在此基础上引导学生利用Multisim进行硬件仿真，验证发射端激光器温度控制电路等硬件部分的有效性，预测真实系统中可能出现的问题，进行相关预处理，提升了系统可实现性.

在“虚拟光通信”的实践项目体系的构建过程中，光纤通信系统仿真软件OptiSystem是关键一环.结合光纤通信技术理论讲解，让学生利用OptiSystem来全面了解光纤通信系统各环节、各模块、各器件的功能与作用.在此基础上让学生利用OptiSystem搭建光纤通信系统，全面分析色散、偏振模色散、非线性效应、光滤波器带宽、激光器线宽、掺铒光纤放大器噪声等因素对系统性能影响，进行系统级仿真验证和实验.通过该方法，学生在进行创新性实践设计与验证上走得更远，对学生科研意识与能力的培养也是一大助力.

2.3 进一步建设并优化实验实践师资队伍，构建了基于“实际工程”的实践项目体系

教师是实践创新的主导，学生是进行实践创新的主体，只有实验实践教师队伍的发展，才有学生能力的进一步提升.为此以通信教研室为基础，结合相关教师的研究方向进行方向整合，组建“移动通信”“光传输”及“数据处理”等研究方向，打造教师科研团队.利用团队优势，整合实验室相关实训设备，搭建基于实际工程的通信系统，以此为跳板，建立基于“实际工程”的实践项目体系.在此基础上把学生引导过来，以“实际工程”为导向，进行实践锻炼.

在光通信方面，利用SDH实训室中的华为OptiX OSN 3500/2500/1500业务板件，先使学生对当今光纤通信的主流数字传输技术与设备有一个基本了解.在此基础上以“实际工程观”为指导，利用所学理论知识，结合OptiX OSN 3500/2500/1500业务板件，搭建SDH链形网及环形网等实际工程中的相关网络，并利用软件进行网络配置，以最接近于真实项目的方式引导学生进行相关内容的理解.通过该方法提高了学生的学习兴趣和实践能力，使学生对光通信的一些真实测试设备、相关仪器有了更多的认识，同时也树立了学生的“光纤通信工程观”，使学生的软硬件方面都得到了提升.

3 成效与反响

通过项目的实施，优化了光纤通信实践教学体系，借助该体系在增强学生动手能力的同时也提高了学生的学习兴趣与积极性.

在该项目实施过程中，经过合理引导，促使学生与教师结成兴趣小组，围绕光纤通信课程进行理论与实践训练，强化了学生动手实践能力，也进一步提高了通信教师的整体教学水平及科研能力.

依托该项目，构建了高水平的实践平台，提升了通信工程专业的专业水平，凝练了专业特色，活跃了学术氛围，营造了一个又快又好发展的专业环境，并为学校转型提供了助力作用.

4 思考与启示

本项目切中了新建本科院校通信电子类专业实践教学中的主要问题环节，针对性较强.而项目实施过程中恰逢学校向应用型方向转型，同时用人单位对学生的动手实践能力要求越来越高，单纯的理论学习已经无法满足用人单位和社会对毕业生的能力需求，必须在学好理论的同时提高实践能力，极具紧迫性.同时项目内容较为综合，将“科研”“仿真”和“实际工程”融为一体，内容较多，实施起来难度大，实施过程中难免顾此失彼，这也有待后续做进一步优化.通过该项目，学生学习兴趣和实践能力确实得到了一定的提升，但本项目开展对象是大四学生，限于一些实际问题，一部分学生始终参与不进来，故以后可使开展对象向低年级倾斜.而该项目也不仅局限在光纤通信这门课程上，通信电子专业相关专业课都可以按照“科研项目观”“虚拟实验观”和“实际工程观”三位一体的实践教学模式来开展相关实践教学活动.

[1]黄震，毕卫红，张保军，等.光纤通信教学实践与总结[J].教学研究，2011，34（3）：58-59.

[2]崔秀国，刘翔，操时宜，等.光纤通信系统技术的发展、挑战与机遇[J].电信科学，2016，32（5）：34-43.

[3]刘勇，孙学康，张筱华.实践性远程通信类课程一体化教学设计——以“光纤通信技术”课程为例[J].北京邮电大学学报（社会科学版），2012，14（1）：99-105.

[4]杜云刚，李继军，刘闽华.光纤通信实验教学的改革实践[J].实验技术与管理，2012，29（8）：168-170.

[5]武一，周亚同，张雯，等.通信工程虚拟仿真实验教学中心构建及管理[J].实验技术与管理，2017，34（5）：218-222.

A Research on Practical Teaching ofquot;Optical Fiber Communicationquot;

WANG Xian-bin
(School of Mechanicalamp;Electronic Engineering,Shijiazhuang University,Shijiazhuang,Hebei 050035,China)

quot;Optical Fiber Communicationquot;is a required course for communication and electronic specialty in colleges and universities.In the practical teaching,teaching and research need to be integrated,theoretical knowledge and engineering practice need to be linked based on simulation technology for the purpose of building threein-one practice teaching mode ofquot;research project conceptquot;,quot;virtual experimentation conceptquot;andquot;practical engineering conceptquot;.This mode can improve students’interests and initiative in learning,enhance their ability of operation,and steadily promote young teachers’scientific research,thereby contributing to the application transformation of Shijiazhuang University.

research project concept;virtual experimentation concept;practical engineering concept;optical fiber communication

G642.0

A

1673-1972（2017）06-0132-03

2017-10-01

王现彬（1981-），男，河北邢台人，副教授，博士，主要从事光通信技术研究.

（责任编辑 钮效鹍）