光通信技术基础课程教学改革初步研究

乔忠良 李再金 赵志斌 陈浩 曾丽娜

摘  要 根据研究型专业的培养目标，结合当今光通信技术基础课程的专业性特点，对该专业课程的教学模式、教学方法和教学内容进行初步的改革探讨和研究，通过将课程內容、方法与科研紧密联系在一起，渐进式引导和培养本科学生学习光通信技术基础这门专业必修课理论的兴趣，使学生形成系统性的思考能力、细致的实践能力、周密的动手能力和严谨的创新能力，使这门课程更适应于光学工程学课专业性、技术性和研究应用兼顾型专业的培养目标。

关键词 研究型专业;光电工程专业;光通信技术基础;教学改革;实践教学;仿真教学

中图分类号：G642.3    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）07-0097-02

0 引言

光通信技术基础是由通信技术、激光技术、电子技术和系统集成技术等融合而发展出的一门研究光通信的热门学科，包括光子与光子、光子与电子、电子与电子之间相互作用。历经数十年的发展，人们基于通信技术基础研制了各种光通信的光子器件、电子器件及光电子器件。这些技术已经应用于大众日常的各个层面，并给大众的工作和生活带来巨大的变化。

以光通信技术为代表的高新技术掀起的高速信息产业浪潮，带动了我国产业重点发展方向，也是目前发展最快的高技术、高增加值、高密度就业的产业[1]，因此，我国每年都需要大批高质量的光电通信类技术人才。特别是近年来，大量高校设置了与光通信相关的专业，比如光电子器件与技术、光电信息技术和光电探测技术专业等，培养了可观的人才和技能储备[2-4]。光通信技术基础课程就是这类专业人才的专业必修课程。该课程的特点是课程内容覆盖面宽，理论性强，应用广泛，实践能力要求高，不仅是前期所学基础理论和实践知识（如数字电路、模拟电路、光电子器件等）的实践，也是对相关理论知识的深化拓展。通过本课程的学习，学生不仅可以深入理解相关光通信技术的理论知识，还培养了一定的科研基本素质[5-6]。因此，该课程是光电工程专业的一门深化的核心实践课程，这就对该门课程的教学和学习提出更进一步的实践要求。

当前，研究型专业学生的知识如果储备不丰富，对理论性较强的部分接受程度就会不理想。同时，研究型专业的学生实践能力是弱项，需要增强这方面的能力。所以，这就要求对光通信技术基础这门专业核心课程进行改革，以适应研究型专业学生培养目标和教学实情。

1 教学内容重构

课堂教学需要依据教学计划、对象和目的设定。研究型大学本科专业主要服务于行业内产业技术发展，注重理论知识的运用和相关技术的研究，培养的是与行业内产业技术发展需求相匹配的研究型技术人才。因此，对教学内容的设定既要兼顾理论，也要兼顾实践，更要根据研究型、应用型、技术型、产业型的人才培养目标设定教学内容。可将课程分为初阶基础知识必备、中阶技术应用延伸、高阶当今前沿发展。此外，学生的学习能力和动手能力也是考虑的因素，因此需要综合考虑理论知识和实践水平。初阶基础知识必备包括光波导、光源、光纤、光探测、光中继、光放大、光接收、光调制和光解调等。中阶技术应用延伸包括光存储、光显示光通信、光电成像、光编码和光解码等具体应用。高阶当今前沿发展包括当前关注度高、应用前景好的光电子集成器件及其系统应用，增加光电器件系统集成和应用方面的内容，比如各种硅光子、硅波导器件等当前研究热点内容。

2 教法改革

理论教学方面  光通信技术基础课程主要是激光与通信技术相结合的延伸。该课程既要介绍与光通信技术相关的光通信基本组成、光波导类型、光模式、激光解码和编码等基本理论知识，还需要对光通信技术的前沿技术和主要功能进行介绍。在传播经典基础理论知识的同时，教师还可将自己的和该领域最新的科研成果融入课堂教学中，将国内与国际上最新的技术发展状态和经典成果在课堂上展示给学生。比如在光纤结构章节，重点介绍阶跃折射率波导和渐变折射率波导，接着讲到阶跃折射光纤和渐变折射率光纤，进而扩展到硅光子波导和其他材料结构的光子波导，甚至延伸到神经网络波导结构，介绍与之相关的外腔可调半导体激光器工作原理和相关性能。通过这种方式授课，学生能够了解最新的科研动态，激发学习兴趣的同时，还可以拓宽视野，践行研究型和应用型方向的办学目的。同时，想考研的学生能够较清晰了解本专业方向。另外，让学生学习科技论文的引用关联查询方法，使学生获取信息能力大幅提升。这样可以让学生进一步掌握科技发展动态、应用和专利技术等，为后续培养创新性思维和专题分组讨论做准备。

光通信技术性能仿真教学  随着计算机性能和专业算法技术不断发展，仿真模拟实验的仿真结果越来越贴合实验结果，因此受到人们的普遍重视。当前，仿真技术为科研人员提供了有效的理论和实践教学方法。仿真计算可以节省劳动资源，减少实验强度，更好地服务于科研。在这样普遍应用的重要背景下产生的数学、模拟仿真软件，具有接近真实的数值计算分析功能、易学的操作界面、便捷的工作环境和成熟的编程语言。因此，可以让学生利用物理关系和数学运算相结合的数学、物理模型模拟物理、光学和光电转换等过程，对光通信、光波导和光器件等的模场、光场和载流子分布等进行数学建模仿真，将仿真结果与实验测试结果比较，使学生产生更加深刻的印象和学习兴趣。模拟仿真将是理论课和实验课的有益补充，可以极大促进学生对知识的掌握和理解。

分组讨论  光通信技术课程讲授的内容大都是与现实生活密切联系的，而且是当前产业发展、技术进步和科技研究的重点、难点和热点，因此可以将当前研究热点问题选为小组讨论主题。比如;技术方面，光纤、硅光子芯片、DFB半导体激光器和眼图等;产业发展方面，5G和6G光通信问题，以及国家针对芯片产业卡脖子问题做的大规模产业发展计划。学生通过查阅资料，收集与光通信和新型光子器件相关的素材，鼓励他们提出自己的设想，并在课堂上进行讨论，对学生天马行空的思想加以科学引导。这种方式可加深学生对教学内容的理解深度，也会对当前领域和行业的发展动态有较清晰认识，潜移默化间，对其未来所从事的职业和人生坐标有了进一步的定位和规划。

此外，本专业的学生既可以加入国家级、省市级和校级的创新创业，也可以参加全国智能小汽车比赛、全国光电设计大赛。可以让学生分享个人经历和相关经验，让其他学生少走弯路，或者带领其他年级学生形成良好的阶梯式良性发展。通过这种模式的小组讨论，能够使学生形成协作配合和团结合作能力，培养学生荣誉感和团队意识，增强学生自主学习的能力、思考和解决问题的能力。这些都是研究型和应用型高校教学目标的重要体现。

实践教学  实践教学是实验教学的延伸，是研究型和应用型高校教学中不可缺少的教学环节，是实现研究型和应用型高校学生培养目标的必备教学手段，也是目前高校专业理论学习与公司、企业工作实践相结合的过渡方式。通过实践和实验教学，可以实现抽象的、模糊的理论具体化、清晰化。将光通信技术的实践教学分为实践部分和公司、企业介绍部分。

1）实践部分包括半导体激光光源的功率测量、P-I特性曲线绘制、消光比测试、激光模式分析、误码率的测量、模拟和数字信号光传输、光纤传输成像、眼图的测量、码型分析、扰码和解码、各种码型编译及光纤传输参数测试等实验，涵盖了当前光通信技术应用最为广泛的内容。通过对实验课程的学习和实际动手操作，对实验数据和现象的观察、研究和分析，可以促进学生对理论知识的理解和巩固。

2）相關公司、企业介绍部分是介绍与本专业和本课程相近的公司、企业、研究所和高校，以及相关单位的发展水平，让学生了解以后找工作的具体目标，做到有的放矢;让学生了解单位的不同会形成不同的文化氛围和规章制度;让学生去观看相关的公司、企业、研究所和高校的纪录片，了解各种岗位、工作环境和心态，增强学生对本专业的了解和认可度。

3 考核评估方式

传统卷面评估方式比较适合那些专业性强、理论深的课程。光通信技术基础课程考核评估将学习效果的评估作为重点，以小组讨论、文献查找、章节作业、5分钟课上试讲提问和期末考试组成。其中，小组讨论占10%，文献查找占10%，章节作业占10%，各组5分钟课上试讲提问占10%，期末考试占40%，实验占20%。通过这种考核评估，实现对学生的学习态度、自学能力和创新能力的综合考查。

4 结语

根据光电工程专业的具体情况，结合光通信技术基础课程的特点，探索对该课程的教学内容、实践方式和考核评估方式等进行一系列初步改革。教学必须平衡培养方式和培养目标的要求，使学生既能深入理解和掌握基本理论知识，又能明确最新的学科发展动态，开阔视野，为以后工作确定方向和目标。对海南师范大学物理与电子工程学院2017级和2018级光电班学生进行对比调查，结果显示：通过改革，学生综合表现有了明显提升，提高了学生的学习兴趣，促进了学生的就业、择业能力，也对考研起到积极的推动作用。总之，教学改革是一项长期而艰巨的实践工程，要有与时俱进的精神和作风，需要在长期的、不断的改革中探索前行。■

参考文献

[1]朱京平.光电子技术基础[M].2版.北京：科学出版社，

2009.

[2]罗敏.“光电子技术基础原理”教学方法探讨[J].求知导刊，2014（10）：137.

[3]庞永师，林昭雄，陈德豪，等.应用型人才创新能力培养模式探索[J].高等工程教育研究，2008（2）：145-148.

[4]狄红卫，张永林.光电子技术人才培养的教学改革与实践[J].高等理科教育，2003（6）：36-39.

[5]刘红梅.“光电子技术基础”教学模式的思考与实践[J].教育现代化，2016（3）：159-160.