演示性实验在光纤通信的运用

一、引言

光纤通信是以光波为载波，以光纤作为传输介质的一种有线类信息传输方式。因其拥有巨大的带宽、极低的衰减、抗电磁干扰等特性而成为信息社会最重要的通信传输手段[1]。对于光纤通信这门学科而言，知识交叉性非常强，包括了物理、化学、通信、电子等各方面知识。另一方面，相对其他通信系统而言，由于光纤通信的起步较晚，其学科前沿性较强，还有许多不成熟的技术有待进一步开发，所以，其知识更新较快。《光纤通信》作为本科院校通信类专业的必修科目，其教学必须要兼顾光纤通信技术的学科交叉性大、更新度快等特点，以区别其他学科对学生进行有效地教学[2]。采用“理论”与“实验”相结合是大部分应用型学科的基本教学方式。对于《光纤通信》这门课程而言，理论较深奥、繁杂，而且实验设备昂贵、更新性大，大部分高校无法向所有学生提供所有实验单元。鉴于以上分析，提出采用增设课堂演示性实验来克服上述传统教学上的不足。采用课堂演示性实验能够克服《光纤通信》课程理论过于抽象的缺点。

二、《光纤通信》教学现状分析

《光纤通信》是通信工程学科较重要的专业课，旨在培养具有光纤通信理论和一定实践能力的大学毕业生。该课程主要讲述了光纤的传输理论、光纤通信系统的组成与工作原理、光网的组成原理与结构以及当前光纤通信的一些新技术[3]。其知识内容涵盖了物理、化学、通信、计算机、电子等各个学科，需要学生掌握良好的专业基础才能为该门课程的学习打好必要的基础。现今大部分高校该课程均为32课时（理论28学时、实验4学时）或者48课时（理论44学时、实验4学时）。对于教授该门课程理论的高校教师来说，在规定课时内如何能更充分地表达自己的教学思路，更生动形象地开展教学，如何让学生更形象、更直观地理解所讲授内容，历来是探讨的热点。此外，光纤通信技术是一门面向应用的通信技术，就业单位非常注重学生的动手能力与工程经验，因此，如何能够让学生对光通信器件与测量仪器有个更直观的认识也是该门课程教学的一个重要目标。

三、基于课堂演示性实验的光纤通信教学

目前《光纤通信》课程教学普遍采用理论课与实验课相结合的方式，但是两者结合不够密切且出现理论过于繁杂、实验课时严重不足的现象，造成学生缺乏学习兴趣，甚至很多学生反映：理论太过抽象，无法在课堂上及时理解与消化；实验课时太少，不能对整个光通信系统进行整体认识。为了解决该问题，本章提出了基于课堂演示性实验来弥补理论课过于抽象与实验课时严重不足的缺点。

（一）课堂演示性实验的重要性

“百闻不如一见，百看不如一做”，做好演示实验，对提高学生学习兴趣和提高课堂效率都能起到事半功倍的效果。因此，作为一名大学教师，应该尽一切可能，用演示实验在课堂上为学生展现出丰富多彩的科学现象和技术情景，帮助学生直观、形象地理解光纤通信的技术规律，形成物理概念。演示实验是课程教学的重要手段之一，是体现具体与抽象相统一、实践与理论相结合教学原则的主要方法。其重要性主要表现在以下几个方面。1.演示性实验能直观形象地为学生提供感性认识，是学生形成物理概念、理解物理规律的重要途径。大学生刚接触光纤通信这门学科，没有任何的工程经验可言，对光通信系统的各类器件与系统没有任何的感性认识，想要从理论升华到实践是一个长期的过程。只有借助大量的观察才能经过分析和推理、归纳和概括，上升到理性认识阶段，形成物理概念，导出物理规律。例如对于通信用激光器，一般其工作波长在红外区域，其波长、功率、线宽都是学生们看不见、摸不着的，所以学生很难在自己的主观世界对其有感性认识，课堂上他们也许对其了解仅局限于一些零碎的半导体知识。可以在课堂教学上引入演示性实验环节，在讲解激光器原理的同时可以教同学们怎样理解激光器的功率、线宽、波长等特性，通过物质的性质来理解该物质是最好的方式，不仅能够加深学生对该事物表象的认识，更有助于对其物理本质的理解。2.演示实验是学生学习使用仪器、进行实验操作的示范。规范的演示实验有利于培养学生良好的实验习惯与基本实验技能。科学实验是非常严谨的一件事，一个不规范的操作将会导致实验的失败，甚至损耗仪器，所以，教师规范的演示实验是学生进行实验的规则典范。大学生具有很强的模仿性的心理特征，只要我们充分发挥榜样的力量，通过长期的潜移默化、耳濡目染，就一定能培养出学生良好的实验习惯和修养。比如，在光纤通信中，跳线的接头一般有平头（PC、UPC）与斜头（APC）之分，如果学生不注意实验规范，将平头与斜头通过法兰头连接，由于光路不通，通信光能量将在法兰头中几乎耗尽，在输出端接收到的光能量将微乎其微，严重的话甚至会由于斜头与平头的不匹配挤压造成接线头的损坏。3.演示性实验是培养学生的观察能力与思维能力，引发他们发现问题、分析问题的有效途径。成功而生动的演示实验，不仅有利于学生掌握光纤通信的专业知识，培养学生的实验技能和各种能力，而且还能培养学生的兴趣和爱好，调动他们的学习积极性，发挥非智力因素的能动作用，激发他们树立敢于攀登科学高峰的雄心壮志。年轻人总是有一颗“好奇”的心，成功的演示实验有助于激励学生心中的好奇心，促发他们去解决疑问。例如介绍“耦合模”理论的时候，如果我们单从麦克斯韦方程出发，尽管教师们花了九牛二虎之力对理论公式进行尽心、完备的推导，但有些学生一见方程就晕，效果不甚理想。在课堂上可以拿“耦合器”做一个演示性实验，得出“当两根波导接触得很近的时候会出现光从一个波导耦合到另一上去”的结论，通过该实验激发学生的好奇心，激发他们自己去预习“耦合模”理论，下节课讲解的时候就能起到事半功倍的效果。

（二）课堂演示性实验的具体实施方法

首先，做到课前精心设疑，找出切入点。课堂教学是在不断地设疑、释疑过程中进行的。在教学过程中，教师要把握时机适时设疑，巧妙解疑，对于学好理论知识、培养能力、调动学生的学习积极性很有好处。如讲“光纤通信容量”一节，教师可以做一个对比实验：对基于光纤与电缆的点对点链路带宽对比。然后提出问题：为什么光纤通信的通信带宽要远大于电缆？这样既激发了学生的学习兴趣，又自然导入新课。其次，完成从演示到概念的转变。教师要引导学生把实验结果概念化，对比实验结果与理论结果，总结规律，形成概念，变成自己的东西。例如在分析“激光器光功率对通信链路信噪比的影响”的问题上，教师可以先做理论分析，然后通过演示性实验进行论证，最后根据实验结果对该问题作总结，形成学生们自己的概念。最后，教师要引导学生在验证规律、巩固知识的同时，发现新问题、新规律。教师在利用演示性实验提出问题、验证规律、巩固总结后，还要鼓励学生发现新的问题、新的规律，鼓励学生自己解决新问题的能力。

四、总结

针对传统教学中理论课程枯燥与实验课时少的特点，提出了采用课堂演示性实验的方法来弥补传统教学中的不足。本文立足于课堂演示性实验，提出了具体的实施方法与注意事项，并结合《光纤通信》课程具体的教学情况分析了课堂演示性实验对学生理论理解与实验操作上的影响。

本文作者:洪俊姚胜兴方小勇工作单位:湖南工学院