《光纤通信》课程实验的互动式教学初探

摘要: 为了提高目前《光纤通信》课程实验的教学效果,本文作者在《视频光纤传输》实验教学中采用互动式教学方法,同时利用多媒体教学手段进行了教学改革初探,结果提高了学生的实验兴趣,加深了学生对实验的理解。由此可以看出互动式教学方法在实验课程中的必要性。

关键词: 《光纤通信》课程实验《视频光纤传输》互动式教学多媒体教学

光纤通信是通信技术新的重要发展方向,与传统的通信技术相比具有信息容量大、抗电磁干扰、保密性好等明显的优势。上世纪90年代中后期以后,我国的光纤通信技术迅速发展,目前其已经成为社会信息基础设施中不可缺少的一部分,广泛应用于各个领域。

光纤通信这一高新技术的发展,不仅需要通信领域的专业人士,而且需要大批光学和光电子领域的技术人员共同奋斗,因此,近年来我国许多高校的通信相关专业都陆续开设了光纤通信课程[1,2]。我校的光信息科学与技术专业为适应市场需求,结合本专业的特色,将《光纤通信》设立为专业必修课程,课程涵盖理论与实验两大部分。《光纤通信》是一门技术性较强的课程,开设实验的目的是让学生在系统学习光纤通信系统的基本原理、基本概念、基本技术和基本分析设计方法的基础上亲自动手,掌握光纤通信系统的基本组成和设计原理。实用化的光纤通信设备造价高昂,一般高校无法实现其基本配置,多数高校采用实验室适用的光纤通信实验箱作为主要实验设备。我校选用了众友科技有限公司设计研发的ZY12OFCom23BH1型光纤通信实验箱,该实验箱融合了当今的光通信技术发展的新技术和新器件,为学生理解光纤通信系统提供了较好的实验平台。

尽管采用光纤通信实验箱是目前解决开设《光纤通信》课程实验的最优方案,但是笔者经过多年的实践教学发现,以实验箱作为主要实验设备存在封装性强,不利于学生深入理解光纤通信系统组成与设计的弊病,有时学生在实验完成后还不清楚系统的基本原理。为此,笔者在实验中采用多媒体教学手段,以互动式教学形式为主,进行了教学试验。笔者以《视频光纤传输》实验为例,讲述了具体教学过程,希望为国内同行提供一种新的《光纤通信》课程实验教学模式,以弥补目前实验箱的教学缺憾,提高教学效果。

作为课程初期的一个基础实验,《视频光纤传输》的主要实验目的是让学生了解光纤通信系统的应用,并通过合理选取核心器件搭建能够传输视频的光纤系统。笔者将整个课程分为两个阶段,即基础实验阶段和提高实验阶段。其中,基础实验阶段为实验讲义中的基本内容,而提高实验阶段则需要发挥学生主观能动性设计实验步骤。

1.基础实验阶段

课程首先展示学生熟悉的两个应用领域——电话和MSN聊天(见图1)。笔者通过明确这两个应用是在光纤通信系统中完成的,激发学生搭建系统的兴趣,进而提出本实验的目的和任务。

明确任务后,引导学生运用理论知识选择系统核心器件,图2所示即为通过电子课件展示出的需要搭建的系统原理图。对于发送端的器件选择包括信源、调制器和载波源。

第一步,笔者提问:请大家考虑信源该如何选择呢?信源的功能是把原始信号转换成电信号,今天我们的任务是传输视频,信源的作用就是采集视频流,大家想,我们应该选用什么设备作为信源呢?学生说出CCD、数码相机、摄像头等设备,于是笔者在实验配件箱中选择了小摄像头。第二步,笔者提问:调制器有两种——模拟调制器和数字调制器。大家知不知道小摄像头采集到的视频流,不经过任何处理,是模拟信号还是数字信号呢?学生根据已有知识回答:是模拟信号,于是笔者确定了选用模拟调制器。第三步,笔者提问:光纤通信系统中常用的载波源有哪些呢,在本实验中应该选择哪种呢?尽管学生知道LD和LED是系统常用载波源,但是出于性能的考虑,认为应该选择LD。这时笔者引导:LD的各项指标确实优于LED,但最好的是否是最适合的呢?想想我们这个实验需要传输的数据量的大小,需要传输的距离,等等。这时,学生理解了在该实验任务下选择LED是更恰当的。由此完成了发送端的器件选择。在接收端笔者也进行了同样的互动式教学,引导学生进行正确的选择。完成器件选择任务后,笔者在课件上展示本实验要用到的传输模块(见图3),开始实验。

2.提高实验阶段

为了考查学生对系统搭建的掌握情况,笔者又提出了进一步的实验要求:利用现有的设备,让图像传输在更远距离实现。这个实验任务在实验讲义中没有,学生只有真正理解了前述实验原理,才能完成这一任务。

在基础实验阶段,视频传输由于是在同一台实验箱上完成的,因此传输距离有限。根据笔者提出的要求,学生经过分组讨论后,得出了结论:将两台实验箱联用。学生一致认为可行,于是进行了实验验证。由于有了基础实验阶段的搭建经验,学生多数可以顺利搭建系统,完成视频传输实验。

在这个实验环节中,从实验设计到系统搭建都是学生独立完成的,学生一方面加强了对视频传输系统的理解,另一方面激发了探索欲,进而增强了掌握本门课程的信心。

通过对比试验,笔者发现本方法与直接给出实验步骤的传统教学方法相比有以下几点优势:(1)学生实验积极性明显提高;(2)学生在理论课堂上学习的基本理论得到了巩固和应用;(3)学生对如何选择器件、搭建光纤视频传输系统有更深入的理解。

总之,互动式教学在《光纤通信》课程实验中发挥了很好的作用,极大地弥补了实验环节呆板,学生只关注结果而不重视过程、对系统原理无法深入了解等问题。再配合多媒体教学手段,学生能清晰明了地完成实验任务,达到实验目的。

参考文献:

[1]刘增基,周洋溢,胡辽林,周绮丽.光纤通信[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.

[2]陈才和.光纤通信[M].北京:电子工业出版社,2004.

华南农业大学教学改革项目资助(No.jg09084)