科研在“光纤通信”课程教学中的应用

姜凌红 王超

摘 要：科研可以为创新产品和新型技术提供很好的理论和实验依据，以探索、创新、研究的过程带动科学技术的发展。文章以“光纤通信”课程为教学实例，将理论教学、科研和工程实践三者结合，将科研实践融合到课程教学中，利用资源合理结合，提高学生的创新学习能力。

关键词：“光纤通信”;科研;课程教学

0    引言

随着知识经济时代的到来，如何实现科技创新，将科研成果转化为教学资源，多渠道地在教学中应用，是教学型大学在发展中应着重解决的问题。将科研应用到教学中，不仅可以拓展课程本身的知识面，还可以培养学生们的独立创新能力，启发学生的创新意识[1]。以科研成果丰富课堂教学内容，把教师的科研活动与教学紧密联系起来，并及时把科研成果引入教学，是丰富课堂授课内容和提高教学质量的途径之一。

1    “光纤通信”专业技术人才培养

“光纤通信”是一门通信工程专业的专业课，主要包括现代光技术与光纤通信的基础知识、基本原理及新技术的发展，如光纤与光缆、常用器件和仪器、光发射机和光接收机以及光纤通信领域中一些先进的技术。

随着光纤通信信号传输向超大速率、超大容量趋势的快速发展，通信技术行业需要更多的专业技术人才。如何培养具有扎实的光纤通信传输理论知识和实践能力的人才，将是各高校培养通信工程专业学生需要思考和解决的重要问题。

2    利用科研内容进行通信工程专业学生培养的具体途径

2.1  以教材为教学基础，结合科研内容拓展教学范围

从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，被称为“有线”光通信。当今，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。

结合“光纤通信”教学大纲中所需掌握的光纤传输原理、传输特性以及基于光纤的无源器件的相关知识点，教师可以将传统光纤和教师科研相关的新型的光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber，PCF）相关内容进行结合教学，将最新科研融合到教学研究中，进一步拓展知识的前沿性，增强学生的创新意识[2]。

图1以“光纤通信”教材的核心内容光纤为例，显示了将科研内容与教材内容融合教学的结构设计。根据教学大纲的要求，教师将传统光纤的结构、拉制过程、传输特性以及具体应用和教师科研中涉及的在传统光纤基础上发展的PCF相关知识点进行结合教学。两种类型光纤结构的比较，使同学们可以全面深入地掌握光纤的排列方式、分类以及不同材料组成形成的不同光纤结构;通过光纤制备工艺的比较，将科研内容引入，学生可以全面地深入学习两种类型光纤的预制棒的制作、拉丝塔拉制过程以及工艺程序上的不同点和相同点;光纤结构排列的不同对传输特性会有很大的影响。教师可以将这两方面结合教学。最后两种类型光纤的应用比较，可以拓展延伸到整本教材，用于光纤通信、无源器件以及有源器件。教师除培养学生掌握教材中相关知识之外，进一步扩大了与前沿科研相关的知识范畴，培养学生从事科学研究和创新的能力。

2.2  将前沿科研内容与教学结合，拓展学生科学思维和科研视野

在构建完“光纤通信”课程的整体教学体系之后，教师将该课程涉及的当前学科中最新的科研内容、科研方向和教学内容进行有序结合，很大程度上增加了学科的应用前沿，拓展了学生的科研思维。

具体而言，“光纤通信”课程涉及基于光纤的无源器件，如果只是简单讲解课本提供的原理，利用传统意义上的求解、推导、原理分析去教授光纤的无源器件相关知识，必将是一个非常抽象、复杂而又枯燥、难以理解的过程，最终的学习效果将会不尽人意。光纤功能器件大多用于光纤传输中光信號的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡，并且以各类光纤器件的形式出现。这些器件具体应用到何处，涉及的前沿科研具体包括哪部分内容，和当今信息社会向高速率、宽带宽、微型化、集成化的全光网络的哪一部分光子器件相关联，最终如何实现这些无源器件的应用，以及存在何种缺陷，哪些因素阻碍全光网络的发展，这一系列问题都是教师在课前需要充分准备的教学内容。

可见，鼓励教师做好相关科研，并将课程内容相关的科研应用到具体教学过程中，是非常有必要的。在课堂上，笔者将自己科研立项的省级项目“金属填充光子晶体光纤偏振相关滤波器色设计与研究”相关的科研方向和研究内容引入“光纤通信”课程教学，并与光纤通信中的传输技术、应用技术有效结合。其中，金属填充光子晶体光纤产生的一种表面等离子共振现象，是当前最热门的科研方向之一，利用这种表面等离子共振现象，结合光纤的结构，可以实现很多传统光子器件无法实现的优异传输特性，将其相关内容和传统光纤中的器件结合进行教学，鼓励学生在学生传统光纤所设计的无源器件之余，激发同学们对最新、前沿科研的研究兴趣，在很大程度上增加了学生的学习兴趣和学习动力。这种方法能激发大学生的主观能动性和创造力，磨砺大学生的思维，构建知识结构，让学生更加了解和熟悉自己所学的课程，有利于增加教学内容的时代性、先进性，拓展了学生的知识视野，通过向学生介绍科研的内容、方法，将和教学内容有关的学科领域的最新学术观点、动态向学生讲解，启发学生思考问题。

2.3  将科研实验平台与教学结合，培养学生的实践能力

以光纤通信中传统光纤的切割、熔接、拉制为例，将科研实验平台和教学相结合。比如，光纤切割知识，教师可以利用科研实验平台进行光纤切割的具体操作，展示光纤切割的实验过程，将光纤切割中需要考虑的环境、切割刀的使用及注意事项、操作过程中的注意事项、光纤涂覆层的剥离、光纤表面的擦拭、光纤断裂端面产生的原因等一系列知识，都全面、详细地展示给学生，而不是简单地在PPT上进行理论描述。另外，传统光纤的拉制相对简单，教师可以利用自身的科研平台，带学生们参观新型微结构光纤拉制的操作过程，介绍光纤拉制过程中涉及的加高温石墨炉、拉丝牵引、电控柜、高倍显微镜等实验设备工作原理，教师可以形象生动地展现石英毛细玻璃管拉制到光纤的过程，利用教师科研实验平台所涉及的所有资源和条件，将科研中实验具体实践细节展示给学生，根据学生的能力、知识储备来合理设计和科研相关的实验，结合“光纤通信”课程所描述的物理现象进行实验研究和实验现象观察[3]。最大化地将枯燥的、抽象的、复杂的理论知识形象化，激发学生的学习兴趣和学习主动性，也拓展了学生的学习视野，具体实践除了加深了学生对“光纤通信”课程中的物理概念的理解，也锻炼了学生们的具体实践能力和提出问题、解决问题的创新能力，达到更好的教学效果。

4    結语

将科研成果引入教材和课堂，有利于强化学生对专业知识的了解，培养学生的思维能力，开阔学生的学习视野和学习兴趣。教师将教研应用到教学中，能够更好地培养出具有创新精神、创新意识和具有发展潜质的符合现代社会需要的人才。

[参考文献]

[1]王鲜芳.基于创新能力培养的嵌入式系统课程教学研究[J].河南科技学院学报，2013（8）：55-56.

[2]庄坚泉.面向项目实践的光纤通信课程教学改革研究[J].信息通信，2015（5）：202.

[3]耿涛，冉天纲.基于项目式的光纤通信实验教学改革[J].实验室科学，2011（5）：33-35.

（编辑 王永超）

Application of scientific research in the teaching of “Optical Fiber Communication” course

Jiang Linghong， Wang Chao

（College of Intelligence and Information Engineering， Tangshan University， Tangshan 063000， China）

Abstract：Scientific research can provide a good theoretical and experimental basis for innovative products and new technologies， and promote the development of science and technology in the process of exploration， innovation and research. Taking the course of “Optical Fiber Communication” as a teaching example， this paper combines the theory teaching， scientific research and engineering practice， integrates the scientific research practice into the course teaching， and uses the reasonable combination of resources to improve the students innovative learning ability.

Key words：“Optical Fiber Communication”; scientific research; course teaching