“光纤通信”课程混合式教学模式探索与改革

王玉青 张昕 王天雷

摘 要：文章针对普通高校“光纤通信”课程普遍存在的问题和现状，提出了一种基于OptiSystem仿真设计的理论教学和实验教学的混合式教学模式。该教学模式结合全方位的考核机制，充分调动了学生的眼、耳、口、手、脑等多个器官，有助于学生对课程知识进行全方位、多角度理解与掌握。这一教学模式和考核机制的实施有助于培养学生的创新能力和工程实践能力。

关键词：光纤通信；混合式教学模式；仿真设计；考核方式

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2018）10-0013-03

本文从普通高校的教学现状和教学定位出发，提出了以学生为中心、理论教学、实验教学分别和OptiSystem光通信仿真设计相结合的混合式教学模式[1-3]，该教学模式有助于强化学生的主观能动性，培养学生的创新设计能力和综合应用能力。

一、课程教学现状和教学定位

“光纤通信”是五邑大学通信工程专业一门重要的专业选修课程[4-5]，其定位为理论与实践并重，要求具备大学物理、电磁场与电磁波等众多前修课程基础，涉及较复杂的理论推导，对物理的理论知识要求较高。五邑大学属于普通二本院校，一方面理论性较强的公式推导素来是该校学生的弱势所在，另一方面有限的经费导致实验设备的投入有限，设备较为陈旧，因此如何能够弱化这些复杂的公式推导，既能克服陈旧设备的局限又能方便对课程的核心内容更直观地理解与掌握，这是该课程历年来探索的热点问题[6-7]。

传统的教学是以教师为中心，以课堂讲授为主。采取“填鸭式”教学模式进行课程教学，此教学模式缺乏学生的积极主动参与，使得学习较为被动、枯燥，课堂缺乏吸引力，直接导致学生学习的积极性降低，如何保证每位学生的发言权，确保“我为人师，人为我师”，利用简单而有效的方式调动学生的动手能力和独立思考能力，充分发挥学生的主观能动性，调动学生学习的积极性，这也是所有工科院系历年来改革的最终目的。

完全以学生为主导的翻转课堂教学模式则占用学生大量的课下时间，造成学生怨声载道，严重挫伤学习的积极性，而且由于学生对内容的把握不够熟练，在内容的学习上难免走弯路，效率不高，学习效果并不明显，尤其对学风欠佳的班级而言，该教学模式的学习效果甚至不如传统的教师“填鸭式”授课模式的学习效果。目前翻转课堂教学模式主要采用微课教学，过于强调知识点的独立性，忽略了知识之间的系统关联，造成学生“一叶障目不见泰山”的感觉，非常不利于学生知识、能力和素养的综合提高。

以上两种教学模式，都忽略了过程的学习，忽略了学生不断反馈这一驱动因素，学生的自主性没有得以体现，因此没有“乐在其中”的感觉，不知道学到了哪些知识，更不知道应该深入补充哪些知识，只是简单地达到“懂了”的地步，并没有达到“学以致用”的境界，学生看似明白，实则并没有掌握，总是处于似懂非懂的混沌状态。

基于以上原因，对“光纤通信”理论和实验教学进行了初步改革和探索，既克服了有限设备资源的局限，也充分激发了学生动手动脑的积极性，提高了教学质量。

二、混合式教学模式改革

（一）理论课程的改革

根据学生的认知规律对本课程的内容进行重新组织，目的是既保证学生的知识水平得以提高，又使得学生的综合能力得到一定程度的提高，所以，在对教学内容的处理上就必须要考虑“以学生为中心”，充分考虑学生的需求。在课程开始阶段，学生对需求所涉及的知识尚无清晰的概念，此时的教学方法应适当向教师讲解倾斜，而当学生具备一定的理论基础后就必须充分调动学生的积极主动性，根据要达到的目的选择合适的教学方法，确保学生对要解决的问题和拟采取的解决方法有清晰的概念。

具体做法如下：将本课程知识进行重新整合，碎片化分解为一个个离散的小知识点，打破传统的授课方式，不再按照课本的目录按部就班地讲课，而是按照各知识点之间的相互关联进行课程的学习，每次授課过程只解决1—2个小知识点，将更多的时间留给学生独立思考和设计，真正做到“学有所思，学有所成”，确保整个授课过程在愉悦的、无压力的环境中进行，具体实施过程如图1所示。

图1 理论课程改革实施图

首先会在课前就将要讨论的知识点提出1—2个简单的问题，然后按照以下思路进行课程内容的组织和授课。

1.课前“练”和“思”。（1）动手：借助于OptiSystem软件，将学生按4—5人分成一组，由学生利用课下时间将该知识点所涉及的内容进行仿真模拟，并画出输出波形、误码率、信噪比、光功率等曲线，这样每位学生既可以根据自己的任务要求进行个性化设计，小组内部也可以互相讨论，既培养了学生的实践能力和自主学习的能力，克服了学生对抽象知识理解的恐惧心理，也锻炼了团队协作能力。（2）动眼：根据输入信号的不同，指明波形、误码率、信噪比、光功率等曲线的变化规律，这样，将课下作业置于课堂讨论，避免了大规模的作业抄袭，避免学生眼高手低。（3）动脑：针对课前所提出的问题进行思考，运用所学知识，对仿真结果进行初步分析，指明其结果的合理之处、不合理之处和不解之处，有利于学生对基本原理的理解，培养了独立思考的能力。

2.课中“教”和“学”。（1）动口：随机挑选学生演示自己的仿真结果，并针对结果进行各知识点初步的详尽的分析说明，有助于培养学生的表达能力和语言组织能力。（2）动眼：学生自己仔细观察所演示的仿真图，并对比与自己的仿真结果的不同之处，对有异议和不明白之处进行标注，有助于激发学生学习的积极性和创新意识，培养学生严谨的科研素养。（3）动耳：教师和学生共同讨论演示图的仿真结果，学生可根据自己标注的不清楚之处发表自己的意见和看法，在此过程中，教师通过引导学生的思考方向，鼓励学生对提出的问题各抒己见，有助于培养学生的沟通能力和表达能力。（4）动脑：解决课前所提问题，分析产生该问题的物理根源，启发学生思考该问题在进行长距离高速通信时将会导致何种结果，进而引导学生为避免该结果应采取何种措施，从而将抽象复杂的问题简单化，同时也引出下节课将要讨论的内容，有利于培养学生终身学习的能力和开拓创新的能力。

3.课后“練”。（1）动手：本节课完成后，学生针对各自作品不足之处进行改进，对课前提交前的仿真图进行查漏补缺，强化学生基本的理论知识，不断完善设计和分析过程，形成一份仿真分析报告作为平时作业上交，这有助于培养学生的社会责任感、终身学习能力以及不断创新的能力。（2）持续改进：教师对学生交上来的分析报告进行归纳总结，将优秀、良好、中等和及格的总结报告（包括电子版）进行分类存放，建立仿真资源库，供学生交流学习提高之用，这对学生学习成果的强化和提高非常有益。

4.后续课安排。此后每节课都将在前面知识点的基础上对系统逐步进行完善，最后在本课程结束时合成为一个相对较完整的光纤通信系统，这样各知识点之间的关联也就一目了然，既有利于学生对相关知识点的深入理解，也有助于激发学生的学习热情。

例如在讲解光纤色散这一知识点的基本概念时，可按下表1逐步分析。

（二）实验课程的改革

五邑大学为工科院校，注重实践训练，故学生们的理论水平基础薄弱，因此当实践环节出现问题时，大多数学生都无法利用有限的理论知识解决实践过程中所遇到的形形色色的问题，故仿真的指导作用就显得至关重要。因此，在充分利用实验设备已有资源的基础上，结合OptiSystem仿真模拟来进行实验内容的安排，具体做法如图2所示。

具体安排如下。

1.每次实验之前，根据实验内容利用OptiSystem仿真软件进行光路的仿真模拟，对仿真结果进行合理性分析并形成简单的分析报告，实验时需携带至实验室供教师查阅。2.在实验时，利用现有的光学仪器和相关设备对实验内容进行验证测试，对比仿真结果和实验结果的异同，思考产生该现象的根源，形成实验报告，在巩固所学知识的同时也锻炼了学生的动手能力。3.实验完成之后，需对实验结果和仿真结果进行汇总分析，每次实验均需形成一份完整的测试报告（包含理论分析结果、实验测试结果和软件仿真结果的对比）作为平时作业上交，为平时的成绩提供依据支撑。

三、考核方式的改革

本课程是工程性非常强的一门课程，单一的考核模式已然不再适合当今通信行业多极发展的态势，因此多样化的考核方式势在必行。本课程对不同章节的内容采取不同的考核模式，改变临时抱佛脚的局面，注重对学习过程的考核，充分考虑了学生学习过程中分析/解决问题的能力、工程实践能力、开拓创新能力、沟通表达能力、领导能力、团队协作能力和终身学习的能力等，重在平时的积累，使考核过程贯穿于课程始终，旨在充分调动学生学习的积极性。

如：在讲解光纤结构的内容时采取市场调研的方

式，参观电信公司的机房，学以致用，让学生明白不同类型的光纤之间的特点和各自的用途等，上交调查报告，真正做到理论联系实际；在讲解光传输和光信号接收时以仿真模拟为主，通过设计简单的光通信系统，根据“通信原理”课程的基本分析原理，观察眼图和信号波形，分析各器件参数变化对系统误码率、信噪比和光功率等的影响，理解为何以及如何进行功率预算等，上交仿真模拟报告，这样避免了枯燥无味的理论公式推导，有助于对抽象内容的理解；在实验部分，注重常用光学实验仪器的操作，同时对比仿真结果，观察二者的异同之处，上交实验报告，这样将学生“学”和“习”的效果进行无缝跨接，对学生的学习成果进行进一步巩固，有助于培养学生的创新思维。

最终的考核标准由三方面组成：调研论文、仿真模拟图和实验分析报告。三者所占权重分别为：0.2、0.5、0.3。

本论文讲述了如何利用混合式教学模式进行“光纤通信”课程理论和实验的改革。实践表明，该教学模式结合OptiSystem仿真软件的使用充分调动了学生的多种器官，激发了学生的学习兴趣，有利于学生对抽象的光纤通信理论教学内容的理解，避免了烦琐的理论公式，学生可充分利用业余时间自行设计千变万化的仿真实验，既可以反复练习又激发了创造性思维，同时也节省了较高的实验费用，而且多样化的考核方式保证了大多数学生能广泛参与到课程的讨论中来，极大地促进了教学改革，提高了教学的质量和学生的学习效果。

参考文献：

[1]王秋光，张亚林，胡彩云，等.OptiSystem仿真在光纤通信 实验教学中的应用[J].实验室科学，2015，（1）.

[2]钟东洲，王玉青.“光纤通信”课程实践教学和考核方式改 革[J].电气电子教学学报，2013，（3）.

[3]周雪芳，王天枢.仿真软件在《光纤通信》实验教学中的应 用研究[J].实验科学与技术，2011，（5）.

[4]韩一石.现代光纤通信技术（修订版）[M].北京：科学出版 社，2010：8-217.

[5]顾畹仪，李国瑞.光纤通信系统[M].北京：北京邮电大学出 版社，2008：1-367.

[6]张淑娥，李永倩，杨再旺.“光纤通信原理”精品课程实验 建设探究[J].实验技术与管理，2010，（5）.

[7]唐志军，席在芳，吴新开.光纤通信实验教学的探索与实 践[J].实验室研究与探索，2008，（5）.