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光纤通信传送网教学设计研究

摘要:针对光纤通信课程中传送网教学难点,融入新的教学思路和方法,着重解决了学生知识体系难建立和传统授课方式枯燥乏味的问题。结果表明,学生的学习兴趣显著提升,教学质量和效率大大提高,教学效果令人满意。

关键词:光纤通信;传送网;教学方法;内容组织

“光纤通信”是通信工程专业本科生的一门重要的专业必修课,主要包括光纤基本概念,基本原理与特性、光器件、系统设计以及光纤网络等内容。前面部分是与光纤“系统”相关的知识点,而后面光纤网络中的同步传输体制/多业务传送平台(SDH/MSTP)、波分复用/光传送网(WDM/OTN)和分组传送网(PTN)可归类为“传送网”[1,2]。在传统教学设计中,光纤系统部分是课程的重点,往往投入大量课时和精力进行教学,而对传送网部分的重视程度相对不够。但根据调研,现在的实际情况为大部分学生走上工作岗位后接触和使用更多的是光纤网络设备,因此加强传送网部分的教学对于本门课程的实用性具有十分重要的意义。通过一段时期的教学实践与改进,本文较为系统的总结了光纤通信课程中传送网部分的教学设计。

一教学目标与难点分析

“光纤通信”课程以培养学生光纤通信系统/网络的分析、设计和应用能力为主要目标。但是对于学生来说,未来从事相关工作所用到的知识却有着侧重点的差异:少部分从事专门研究工作的学生(毕业后转入研究生学习)对课程中光纤原理、传输特性、器件等知识点的掌握要求更高,而大部分学生本科毕业后进入政府、企业、军队等机构从事具体工作(多为工程师),操作、维护和管理相应的光纤通信设备特别是传送网设备,已经成为他们适应第一任职岗位并快速成长为合格技术人员的关键。因此,在光纤通信课程中需要重视传送网相关的教学工作,使学生对理论知识掌握更加深入透彻,对实际设备应用更加得心应手。在教学过程中我们发现传送网恰恰是学生很难学好的部分,原因归纳起来有以下几点。1)知识点繁多,该部分主要包括SDH、MSTP、WDM、OTN以及PTN等技术体制,是业内几十年发展的成果汇总,涉及的具体技术、协议、标准等知识非常多而且有些比较晦涩难懂,给教学带来了很大难度;2)传统教学对知识相关性介绍不够,课堂讲授多按照教材内容顺序生硬的“堆砌”知识点,使学生难以形成完整的知识体系;3)学生基础知识匮乏,该部分教学需要学生掌握部分前期基础课程的知识,否则难以真正理解相关内容,例如不清楚多协议标签交换(MPLS)就无法理解PTN的“面向连接”,而根据实际教学经验,学生对某些相关的网络基础知识掌握得并不理想;4)理论与实践脱节较严重,部分缺乏实际网络设备的高校难以开设相关的实验课程,使得学生对实际设备情况不清楚,严重影响教学效果;5)概念英文缩写多,为了叙述的简练性传送网中大量的概念都以英文缩写形式出现,初次接触的学生要在短时间内快速熟悉和掌握它们难度很大。

二教学内容组织

正是由于传送网教学存在上述难点,我们需要对教学内容进行科学合理的组织。传送网从上世纪70年代出现到今天已近50年,其中涉及的技术虽然很多,但大体还是遵循基本的发展脉络,通常都是某个技术在新时期出现了不足或对新业务支持得不好才推出了更先进的技术。因此我们基本按照技术的演进安排教学内容的先后顺序,即SDH、MSTP、WDM、OTN和PTN。但仅仅安排好内容的先后顺序是远远不够的,在教学过程中还需要特别重视讲解它们之间的相互关系,例如最早出现的PDH采用准同步方式但传输速率不高,因此出现了采用同步方式且速率更高的SDH,而数据业务的兴起要求传送网支持多种业务传输即MSTP;SDH/MSTP采用的时分复用方式接近其容量极限后,出现了更大容量的波分复用即WDM,为了增强监控管理等能力,又在WDM和SDH基础上提出了OTN。另一方面,过去以承载数据业务为主的以太网技术是“无连接”的,但为了提供更好的Qos并增强OAM功能,出现了“面向连接”的PTN,能够更好的承载包括语音在内的多种业务。教学过程中除了每次学习新技术时需要介绍上述联系外,还应在适当时机对这些技术的特点和关系进行系统的梳理和高屋建瓴的讲解,以达到“既见树木,又见森林”的效果。除了理清上述“大”知识点的关系,每个知识点内部也包含很多具体内容,同样也需要精心安排。以SDH为例,一条可行的思路是从学生熟悉的概念——脉冲编码调制(PCM)出发,展示话音从一个模拟信号逐步演变为E1、PDH和SDH的过程,从而引出SDH的概念;该过程中的低速信号和高速信号可以比拟成大小不同的“箱子”,而对这些箱子的操作就是SDH的“复用映射结构”;对SDH组帧的基本过程有了充分了解后,我们再把“箱子”打开,即介绍SDH的“帧结构”;运输这些“箱子”的“物流网”就是SDH网络,包括基本的网元设备、网络分层结构以及自愈环网保护等知识点。通过类似的方式,学生可以把各知识点的内容串联起来,头脑中形成完整而牢固的知识体系[3]。另外,针对学生对某些基础知识掌握不牢甚至在前期课程中没有涉及的问题,我们要在课上对相关内容进行必要的补充,例如E1帧、MPLS和VPN等。

三教学方法

克服传送网教学的难点还需要综合运用多种教学方法和手段。1)由于传送网的很多概念和原理比较抽象,学生学习时感到非常枯燥,那么用生活中常见的实例进行类比就显得非常重要。例如,SDH的复用映射过程相当于把货物(待传输信息)装进箱子(容器),打上标签(开销)后成为虚容器,而指针则指示了箱子在集装箱(SDH帧)中的位置;WDM中的波分复用可比作高速公路上的多个波道,在其上运行的SDH信号相当于运输货物的汽车,光放站与加油站功能类似,而监控管理系统则相当于交警或公路管理部门。2)在教学中还要多用启发式的方法,例如,学生已知SDH的“刚性管道”不适合分组业务的传送,那么经典的数据网能否很好的传递话音呢?通过类似的问题可以开拓学生思维,使其从不同角度看待问题,并极大调动学习思考的主动性。3)初学者面对传送网中涉及的大量英文缩写往往不知所措,经常是学习了后一个忘了前一个,因此我们建议学生使用理解-简并的方式进行记忆,在充分理解概念的基础上对某些常用的缩写字母进行重点关注,例如字母O往往指代光纤“Optical”,N指代网络“Network”,而“T”多指传送“Transport/Transfer”等等,同时还要在课后进行总结以加深印象。4)传送网的应用性非常强,这就要求教学中必须重视理论联系实际,我们通过校企合作的方式引进了主流的SDH/MSTP和PTN设备,建立了通信传输技术实验室,学生可以零距离的接触这些设备并开展相关实验。5)通过Matlab和Optisystem等软件仿真来辅助教学可以使理论知识形象化,并且不受时间和场地限制,有利于学生开展自主学习。6)在课堂上还可以间插一些现代年轻人的“语言”来活跃气氛,让学生在轻松愉悦的环境下更好的掌握知识,例如在解释“电信级以太网”(CarrierEthernet)时可以将“Carrier”类比为流行游戏(如dota和英雄联盟)中的“核心”(Carry),具有超强的“掌控力”而且是队友最终取胜的“依靠”,这与电信级以太网强调的“可管理性”以及“高可靠性”有异曲同工之妙。总而言之,在教学中要尽量避免传统课堂上枯燥乏味的授课方式,多运用生动、有趣、灵活的教学方法和手段,以提高教学效果为最终目的[4]。

四考核与效果评估

考核按照闭卷考试(70%)+实验(20%)+课堂提问(10%)的方式进行,这样兼顾了理论知识与实践能力的要求,同时也调动了学生在课堂上的积极性。经过两轮的教学实践,新的教学方案能够极大提高学生对传送网知识的学习兴趣,课堂氛围明显活跃,对知识的掌握更加系统,教学质量和效率大大提高,成绩相对过去也有了较大进步。

五小结

本文对当前光纤通信课程中传送网部分的教学设计进行了系统性的总结,分析了教学目标和教学难点,针对知识点多、概念抽象难懂、掌握相关英文缩写难度大的教学实际,从教学内容组织和教学方法两方面入手加以解决:通过梳理并强调各知识点之间的联系使学生建立一套相对完整的知识体系;通过各种新颖、生动的教学方法或表现形式激发学生的学习兴趣,并引导学生进行多角度多层次的思考。实践表明新方案取得了很好的教学效果。

参考文献

[1]苏渤力,贺秀玲,刘春侠,等.应用型本科通信工程专业“光纤通信”课程三位立体教学法研究[J].电子世界,2017,13:50.

[2]罗彬彬,邹雪,石胜辉,等.电子信息工程专业的光纤通信课程教学方法研究[J].教育教学论坛,2017,8:167-169.

[3]孔维敬,倪晓昌,赵文慧,等.光纤通信与传输一体化教学改革探究[J].科教文汇,2017,378:47-48.

[4]陈立功,阴素芹.OptiSystem仿真软件在“光纤通信”课程教学中的应用探讨[J].教育现代化,2016,22:134-136.

作者:戴精科 郭文普 单位:火箭军工程大学

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