仿真在光纖通信教學改革中的應用
信息化教學
作者：於麗霞 劉吉
摘要針對在光纖通信教學中存在的問題，結合該課程理論基礎深、知識更新快、理論與實際聯係緊密的特點，根據培養目標和培養要求，探索將OptiSystem仿真技術融入課堂教學和實驗教學環節。實踐證明：融入仿真技術後，課堂教學效果得到明顯改善，增加的創新型仿真實驗項目提高了學生綜合應用所學知識和獨立設計的能力。
關鍵詞光纖通信；教學改革；OptiSystem仿真
中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2013）24-0104-02
1 引言
光纖通信課程是高等工科院校通信工程專業的一門主要專業必修課，其基本理論是某些交叉學科的生長點和新興邊緣學科發展的基礎，具有理論基礎深、知識更新快、理論與實際聯係緊密等特點。
隨著光纖通信技術的迅猛發展，目前在教學過程中暴露出一些問題：1）現有實驗設備不生動，僅是對基本原理的簡單驗證；2）光纖通信設備價格昂貴，引進或建設專業實驗室難度較大；3）專業課知識更新速度快，課本及現有設備難於反映最新的發展成果；4）學生難於驗證、實踐對知識的構想。
基於以上原因，本課程的教學改革立足於將OptiSystem仿真技術融入光纖通信的教學中。
2 理論教學探索
光纖通信課程以培養和提高本科生的應用能力、創新能力和科研能力為基本目標。培養要求是：使學生較全麵地掌握光纖通信的基本概念、基本理論和關鍵技術，理解和掌握光纖通信係統的性能分析和係統設計方法，了解現代光纖通信新技術的發展及應用情況。
根據培養目標和培養要求，該課程設置的教學內容包括：1）光纖傳輸理論；2）半導體光器件、光無源器件及光放大器的工作原理及特性；3）光端機的基本組成及各部件功能；4）光纖通信係統的組成和係統設計方法；5）光傳輸網及光纖通信新技術的基本原理及應用。
光纖通信的整個理論教學體係中，很多定理都伴隨嚴格的數學證明和複雜的概念，並且很多概念比較抽象。比如：光在光纖中傳輸的波動光學理論，涉及電磁場與電磁波的知識，其公式推導繁瑣抽象，致使學生理解起來比較困難。針對這一類問題，教師在備課時不僅需要精心設計教學內容，將重點、難點和抽象不容易理解的內容提煉出來，而且要根據這些知識點的特征采用恰當的教學方法和教學手段，比如采用傳統黑板教學方式和技術相對成熟的多媒體教學方式相結合。實踐證明，這樣的教學方式已經取得比較滿意的教學效果，並且在該課程組教師的共同努力下，與課程配套的多媒體網絡課件在中北大學及全國多媒體課件大賽上獲獎。
為進一步提高學生學習效率，在課堂教學中融入OptiSystem仿真技術。OptiSystem作為一款功能強大的光通信係統模擬軟件，提供從元件到係統水平在傳輸層光通信係統的設計和預研，同時呈現可視化的分析結果。如光纖的非線性效應“四波混頻FWM”，采用仿真原理圖給學生講解，兩路光信號（波長分別為1540 nm和1540.5 nm）經過75千米單模光纖（SMF-28）傳輸，傳輸前後信號的光譜。在1539.5 nm和1541 nm波長處出現新的頻率成份，直觀地表達了四波混頻的概念：光纖中不同波長的光波相互作用，導致在其他波長上產生所謂混頻產物或邊帶的新光波的現象。