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關(guān)鍵詞：光纖通信 實驗 OptiSystem

中圖分類號：G642.44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（b）-0006-04

光纖通信系統(tǒng)作為國家級電信網(wǎng)的骨干系統(tǒng)，光纖通信技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢成為我國發(fā)展最快的技術(shù)之一，因此“光纖通信”課程近年來一直作為我國理工科院校的重點專業(yè)課程。該課程開設(shè)的目的是使學(xué)生掌握光纖通信技術(shù)的基本原理、光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成以及系統(tǒng)設(shè)計方法，了解光纖通信技術(shù)的實際應(yīng)用和最新發(fā)展方向，為今后從事通信領(lǐng)域的工作打好必要的專業(yè)基礎(chǔ)[1-2]。

由于課程涉及面廣以及物理概念繁雜深奧，使學(xué)生理解起來非常困難。而且，由于光纖通信的設(shè)備器件都很昂貴，限制了國內(nèi)大部分院校的實驗僅通過簡單的光纖實驗箱完成，對實驗過程中的每個器件的輸出結(jié)果無法觀察分析，導(dǎo)致學(xué)生對光纖傳輸系統(tǒng)并沒有一個全局的認(rèn)識。目前，針對“光纖通信”的教學(xué)實踐中存在以下幾個問題：（1）概念抽象難懂，器件構(gòu)造原理復(fù)雜，不適合學(xué)生融會貫通掌握知識。（2）課堂教學(xué)模式單一，不能很好地調(diào)動學(xué)生的積極性與創(chuàng)造性[3]。（3）實驗設(shè)備簡單，實驗內(nèi)容涉及面窄。

目前國內(nèi)研究光纖通信的主流軟件包括VPI和OptiSystem。由于VPI軟件昂貴，多用于科學(xué)研究，用于本科教學(xué)不現(xiàn)實。而OptiSystem是一款創(chuàng)新的光通訊系統(tǒng)模擬軟件包，它集設(shè)計、測試和優(yōu)化各種類型寬帶光網(wǎng)絡(luò)物理層的虛擬光連接等功能于一身，從長距離通訊系統(tǒng)到LANS和MANS都可使用。OptiSystem具有強(qiáng)大的模擬環(huán)境和真實的器件與系統(tǒng)的分級定義。它的性能可以通過附加的用戶器件庫和完整的界面進(jìn)行擴(kuò)展，而成為一系列廣泛使用的工具。全面的圖形用戶界面控制光子器件設(shè)計、器件模型和演示，巨大的有源和無源器件庫包括實際波長相關(guān)的參數(shù)[4]。

筆者將OptiSystem引入“光纖通信”教學(xué)中，以O(shè)ptiSystem與課本相結(jié)合為主線，以知識構(gòu)建和應(yīng)用能力培養(yǎng)為重點，選擇與專業(yè)核心要素有關(guān)的基礎(chǔ)理論知識，用OptiSystem中的光器件理解抽象概念，用課本中的概念去指導(dǎo)實踐中器件的選擇。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行光纖通信課程的實踐教學(xué)體系的構(gòu)建，將OptiSystem模擬仿真與實驗相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生對光纖通信系統(tǒng)的正確認(rèn)知能力與創(chuàng)新能力。

1 建立基于OptiSystem的概念器件化的教學(xué)方法

突出基本理論基本分析方法和知識的應(yīng)用，讓學(xué)生在首次接觸該課程時，從了解生動的發(fā)展歷史入手，接|到一個開闊的視野，對所有相關(guān)課程的融會貫通，以突出“光纖通信”課程的理論性和完整的系統(tǒng)性，而不是讓其產(chǎn)生理論堆積的錯覺。所謂“概念器件化”就是將光器件引入基本概念的講解中，每個光器件都對應(yīng)著相關(guān)參數(shù)，而這些參數(shù)對光通信系統(tǒng)的影響，可以通過設(shè)置OptiSystem中相關(guān)光器件參數(shù)改變系統(tǒng)傳輸，從而讓學(xué)生對抽象的概念有更加形象的認(rèn)識。

以光纖通信課程中光纖一章為例，此章占全課程的課時最多，重要程度可見一斑。以光纖相關(guān)概念為例，課程涉及到光纖及光波導(dǎo)的基礎(chǔ)知識，光波導(dǎo)中模式、色散、損耗和偏振等基本概念，以及光纖的類型。這些理論是相當(dāng)抽象的，傳統(tǒng)的教學(xué)無非是將一些動畫Flash與PPT相結(jié)合，觀察光線在光纖中的傳播路徑，而對于光纖的線性與非線性效應(yīng)還是不能透徹理解。而OptiSystem中光纖的種類很多，引入光纖通信中的一些難懂的概念并對其進(jìn)行模擬，就能將抽象的概念形象化，有助于學(xué)生的理解。以標(biāo)準(zhǔn)光纖為例，在OptiSystem中標(biāo)準(zhǔn)光纖的參數(shù)設(shè)定參數(shù)如圖1所示。

圖1（a）為標(biāo)準(zhǔn)光纖的主參數(shù)設(shè)置，其中主要包括光纖的參考波長，傳輸長度和衰減系數(shù)等。圖1（b）中為標(biāo)準(zhǔn)光纖的色散參數(shù)相關(guān)設(shè)置，主要包括群速度色散，三階色散和色散參數(shù)等。當(dāng)然關(guān)于光纖的參數(shù)還有其他選項卡可以設(shè)置，常用的有偏振模選項卡和非線性選項卡等如圖1（b）所示，這里就不一一介紹了。這些參數(shù)均在“光纖通信”課程中有理論講解，但是概念非常抽象難懂。如果在OptiSystem中對這些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置與仿真，通過改變相關(guān)參數(shù)用頻譜儀觀察波形變化，可以使學(xué)生對這些概念的理解更加深入。

針對課程，筆者對所有章節(jié)所需要的相關(guān)光器件進(jìn)行分類，在講授相關(guān)章節(jié)時重點進(jìn)行介紹。對于第三、四章，主要介紹標(biāo)準(zhǔn)單模光纖與非線性光纖。第五章光發(fā)送機(jī)主要將LED（發(fā)光二極管）與LD（激光器）引入課程。第六章接收機(jī)主要引入PIN（光電二極管）與APD（雪崩二極管）。第七章光網(wǎng)絡(luò)中將引入偽隨機(jī)序列，信號發(fā)生器，波分復(fù)用器，光調(diào)制器，摻餌光纖放大器，光濾波器，光頻譜儀，電頻譜儀，誤碼分析儀等。這些有源與無源光器件的引入有利于后續(xù)實驗的設(shè)計與驗證。

2 先虛后實，先模擬后器件的分層次教學(xué)實驗體系

分層次的實踐教學(xué)模式，將實踐教學(xué)劃分為基礎(chǔ)認(rèn)知型、綜合型和創(chuàng)新設(shè)計型3個層次。另外，由于目前 “光纖通信”課程的實驗都是基礎(chǔ)實驗，由于光器件的昂貴和易損特性，因此這些基礎(chǔ)性實驗都是通過實驗箱完成的。涉及的實驗結(jié)果都是僅僅通過示波器觀察最后的波形，結(jié)果形式單一，操作過于簡單，而且?guī)讉€實驗的內(nèi)容過于基礎(chǔ)已經(jīng)滿足不了發(fā)展迅速的光通信現(xiàn)狀，因此，采用低成本、更貼近實驗的OptiSystem軟件來更深入地學(xué)習(xí)“光纖通信”課程勢在必行。在傳統(tǒng)的“光纖通信”課程實驗中，由于學(xué)生對器件的不了解和操作方法不當(dāng)，實驗箱上很多小器件的都被燒壞。如果在實驗前，學(xué)生能夠先使用Optisystem進(jìn)行搭建與模擬仿真，就可以避免這種情況的發(fā)生。而且學(xué)生還可以通過頻譜分析儀觀察每個光器件的輸出結(jié)果，這樣有利于對結(jié)果的分析與對錯誤結(jié)果的調(diào)整，也有利于學(xué)生在實驗箱上的正確操作和對實驗結(jié)果的正確認(rèn)知。此外，筆者還將在基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上增加綜合性實驗和擴(kuò)展性實驗，以提高學(xué)生的綜合分析能力和實踐能力。

筆者將以一個擴(kuò)展性實驗實例來說明OptiSystem引入教學(xué)實驗體系的重要性。該實例是復(fù)用信號的全光波長變換實驗如圖2。里面涉及到光纖通信的若干知識點，包括偏振復(fù)用，四波混頻，光信號調(diào)制與解調(diào)等。此系統(tǒng)采用連續(xù)激光模塊（CW laser）生成系統(tǒng)光載波，其中泵浦光CW1、CW2參數(shù)設(shè)置分別為：頻率為193.24 THz、193.2 THz（，信號光參數(shù)設(shè)置為，頻率為193.05 THz。信號光經(jīng)過偏振器（Power Splitter）后成為一對正交的偏振光，調(diào)制后經(jīng)偏振合束器（Polarization Combiner）合束后與兩個平行的泵浦光經(jīng)耦合器耦合并送入半導(dǎo)體光放大器（SOA）中進(jìn)行全光波長變換。

調(diào)制部分用偽隨機(jī)發(fā)生序列器（Pseudo Random Bit Sequence Generator）產(chǎn)生速率為2.5 Gbit/s的偽隨機(jī)比特流，比特序列輸入NRZ產(chǎn)生器（NRZ Pulse Generator）調(diào)制，經(jīng)偏振分束器分兩路驅(qū)動MZ（Mach-Zehnder Modulator）調(diào)制器，MZ調(diào)制器消光比為30 dB，偏振合束器實現(xiàn)兩路MZ輸出信號的耦合。

解調(diào)部分采用光電探測器（PD，Photo Detector PIN），PD響應(yīng)度設(shè)為1 A/W，暗電流設(shè)為10 nA，在經(jīng)過低通濾波器在接收端觀察眼圖。

圖3（a）和（b）分別表示全光波長變換前后的頻譜圖，可以更直觀的了解四波混頻效應(yīng)。圖4（a）和（b）分別表示接收端的偏振復(fù)用信的眼圖。該實驗還可以通過改變泵浦之間的間距、信號速率、泵浦與信號光之間的間距來觀察實驗結(jié)果，得到最優(yōu)化的參數(shù)。以SOA的注入電流項為例，圖5為改變SOA注入電流后，得到偏振復(fù)用信號的眼圖與誤碼率曲線。

通過這個擴(kuò)展性實驗，可以利用軟件仿真的方式，更加直觀地掌握各個參數(shù)對光通信系統(tǒng)的性能影響，彌補(bǔ)實驗設(shè)備的局限性，開闊學(xué)生的視野與知識面同時提高學(xué)生的動手能力。

3 結(jié)語

該文將OptiSystem軟件引入光纖通信課堂，提出概念器件化的課程體系與先虛后實，先模擬后器件的分層次教學(xué)實驗體系，并利用OptiSystem設(shè)計了光纖通信實驗的一個擴(kuò)展實驗，可以更加直觀地掌握各個參數(shù)對光通信系統(tǒng)的性能影響，彌補(bǔ)實驗設(shè)備的局限性，開闊學(xué)生的視野與知識面，同時提高學(xué)生的認(rèn)知能力、動手能力。通過該文提出的教學(xué)改革與實踐，可以解決光纖通信課程中的概念抽象難懂、器件構(gòu)造原理復(fù)雜、課堂教學(xué)模式單一、實驗內(nèi)容涉及面窄等問題。

參考文獻(xiàn)

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[2] 黃震，畢衛(wèi)紅，張保軍，等.光纖通信教學(xué)實踐與總結(jié)[J].教學(xué)研究，2011，34（3）：58-59.

篇2

光纖通信課程是一門多學(xué)科交叉滲透的專業(yè)課，其內(nèi)容綜合了通信、光波導(dǎo)和半導(dǎo)體光電子等相關(guān)的理論知識。本課程對本科生的培養(yǎng)要求是：通過對光纖通信的基本原理、光端機(jī)、光無源器件以及光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行闡述和講解，使學(xué)生掌握光纖通信的基本概念，熟悉光有源器件、光無源器件的工作原理、特性以及光纖通信網(wǎng)基本設(shè)計方法，了解光纖通信技術(shù)實際應(yīng)用和最新研究進(jìn)展。經(jīng)研究表明目前各專業(yè)光纖通信課程在授課過程中，普遍存在一下幾個方面的問題：

1.課程設(shè)置有一定缺陷。

針對通信工程專業(yè)的學(xué)生，由于數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)相對薄弱，對課程的學(xué)習(xí)存在一定的難度。而且光纖通信課程本身與物理、材料、半導(dǎo)體光電子、光刻等技術(shù)知識聯(lián)系密切，很多的知識點都是建立在大量理論物理和數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上。如果學(xué)生對這些課程沒有一定的涉獵，對一些基本器件，如半導(dǎo)體器件、光檢測器等沒有一定的物理概念的理解或者接觸。那學(xué)生對光纖通信這門課程的學(xué)習(xí)將會比較困難。此外，對于通信、電子類專業(yè)，對于物理學(xué)科不重視，只學(xué)過普通物理的課程，導(dǎo)致學(xué)生對物理概念的理解以及物理模型的分析能力相對薄弱，造成學(xué)生在聽課或?qū)W習(xí)時感覺內(nèi)容過于抽象，對一些概念和公式理解很模糊，難以真正理解理論知識，往往知其然不知其所以然。

2.教學(xué)形式以及教學(xué)模式陳舊。

光纖通信是一門應(yīng)用十分廣泛的應(yīng)用學(xué)科。但是在目前的教學(xué)過程中，教師更多的照本宣科，按書上的內(nèi)容進(jìn)行每一章節(jié)的講解，在不自覺中，學(xué)生就以為光纖通信就是一門理論課程和講解器件原理的課程，而忘記了光纖通信課程的實際應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生更多地認(rèn)為這是一門與物理、數(shù)學(xué)相關(guān)的課程，特別是對于光纖傳導(dǎo)模式內(nèi)容，學(xué)生更多的認(rèn)為學(xué)習(xí)的重點是如何求解方程，而不是一門應(yīng)用類的課程，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為本課程對于實踐指導(dǎo)的意義不大。同時，教材的更新無法和光纖通信發(fā)展的實際情況吻合，造成教材的內(nèi)容過于老化，使得學(xué)生對整門課程的學(xué)習(xí)感覺乏味、枯燥，無法提高對課程的學(xué)習(xí)興趣。

3.教學(xué)內(nèi)容設(shè)置有缺陷。

光纖通信課程是一門交叉學(xué)科，涉及的內(nèi)容很廣泛。一般來講，由于課程教學(xué)學(xué)時的限制，不可能把所有關(guān)于光纖通信的內(nèi)容以及光纖器件全部囊括。這就導(dǎo)致在教學(xué)內(nèi)容的選擇方面存在一定的隨意性和盲目性，教師往往根據(jù)自身對課程的理解來講解，或完全依附于所選教材，導(dǎo)致教學(xué)的片面性、重點不突出。而對于學(xué)生來說，感覺課程的知識點過于零散和繁瑣，沒有連貫性。

4.教學(xué)方法不科學(xué)。

由于光纖通信課程涉及內(nèi)容廣泛，信息量大，使得教師在授課時主要將注意力放在課堂講授和板書上。學(xué)生在上課過程中的普遍反應(yīng)是缺乏課堂活力，感覺課程比較枯燥。由于課堂講授的理論性很強(qiáng)，使得學(xué)生不能將所學(xué)理論知識和實際應(yīng)用結(jié)合起來，雖然學(xué)到了一些理論知識，但不知道這些知識用在何處、如何運(yùn)用。另外，光纖通信的考試方法比較傳統(tǒng)，無法全面涵蓋課程的核心內(nèi)容。針對教學(xué)中出現(xiàn)的上述問題，本文針對教學(xué)中出現(xiàn)的上述問題進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，提出一個比較合理的課程設(shè)置方案，而且提出一個教學(xué)模式的改革方案。

二、光纖通信課程教學(xué)改革的探索

針對目前光纖通信課程教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，結(jié)合通信工程專業(yè)的學(xué)生以及光纖通信這門學(xué)科本身的特點，我們主要從優(yōu)化課程設(shè)置、優(yōu)化教學(xué)方法、科研促進(jìn)課程深化改革以及改進(jìn)考核體系這四個方面進(jìn)行考慮，具體的討論內(nèi)容如下：

1.優(yōu)化課程設(shè)置。

光纖通信課程的應(yīng)用范圍非常廣泛，很多專業(yè)都開設(shè)了光纖通信課程，但不同專業(yè)對光纖通信的要求是不一樣的，同時各專業(yè)掌握的基礎(chǔ)知識也差別很大?？紤]到光纖通信對材料、物理、數(shù)學(xué)的要求相對較高，而光纖通信又是一門與通信息息相關(guān)的學(xué)科，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)光纖通信課程之前，應(yīng)具備一定程度的數(shù)學(xué)物理通訊基礎(chǔ)，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)光纖通信課程是有一定通信背景以及數(shù)理知識。此外，由于通信工程專業(yè)是一門實用性很強(qiáng)的專業(yè)，我們培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)該從事通信、電子類的工作，因此也需要開設(shè)一些專業(yè)課程（如移動通信、現(xiàn)代通信網(wǎng)概論、光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等）來強(qiáng)化光纖通信的運(yùn)用。

2.優(yōu)化教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

光纖通信是一門交叉學(xué)科，涉及學(xué)科知識比較多。因此，教學(xué)方法的優(yōu)化要從理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩方面來考慮。理論是學(xué)好一門課的基礎(chǔ)，對學(xué)生充分掌握理解系統(tǒng)、器件本身的特性以及應(yīng)用具有重要作用。對于學(xué)生反映比較難懂的理論，有計劃地復(fù)習(xí)和補(bǔ)充一些前導(dǎo)知識進(jìn)行理論鋪墊。例如信息光學(xué)、高等數(shù)學(xué)、導(dǎo)波光學(xué)等知識都是本課程中要用到的重要理論。同時課堂內(nèi)容的講授要特別注重思路，對于難以理解的概念采用不同的分析方法，由淺入深，由宏觀到微觀，先通過介紹器件的理論模型架構(gòu)，再用嚴(yán)格的理論分析推導(dǎo)，說明器件工作原理、特性以及應(yīng)用。由于課時的限制，想要把所有的理論內(nèi)容都講深講透是不切實際的。因此，根據(jù)專業(yè)需要在課堂講授時，要抓住重點、突破難點，做到主次分明，以點蓋面，每次課只講一個重點內(nèi)容。不需要所有內(nèi)容都要面面俱到，在有限的時間內(nèi)讓學(xué)生獲得最有價值、最重要的信息。在課堂教學(xué)中主要采用板書和多媒體相結(jié)合的授課方式。傳統(tǒng)的板書教學(xué)模式使得教學(xué)內(nèi)容框架清晰、重點突出，方便理解，學(xué)生有充分的時間整理筆記，思路清晰。其缺點是信息量小、形式古板，內(nèi)容缺乏生動性和形象性。因此可適時、適當(dāng)、適度地引入多媒體輔助教學(xué)，其優(yōu)點是有利于提高教學(xué)質(zhì)量和效果，增加上課的趣味性，而且能加快教學(xué)速度，減少教學(xué)難度，加深理解教材的深度。例如在課件中，插入一些圖片、動畫、影音等多媒體文件，除了可以幫助學(xué)生能夠形象直觀地理解專業(yè)知識、增強(qiáng)教學(xué)效果外，還可以增加上課的趣味性，活躍課堂氣氛，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。實踐教學(xué)主要從課堂實踐、課后團(tuán)體實踐等方面進(jìn)行加強(qiáng)。通過課堂演示、課堂討論，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果，激發(fā)學(xué)生的思考和探索。例如借助光學(xué)仿真軟件，在課堂上直接演示光纖色散對光傳輸線路的影響，通過改變光纖長度來說明光纖色散對光信號傳輸特性的影響。另外開設(shè)實驗課，可以借助光學(xué)模擬軟件以及光纖通信實驗設(shè)備來進(jìn)行光纖連接以及光學(xué)傳輸系統(tǒng)特性的操作實驗，加深學(xué)生對光纖通信系統(tǒng)的理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生知道所學(xué)知識有什么用，怎么用。

3科研促進(jìn)課程的深化改革。

光纖通信技術(shù)由于發(fā)展迅速快，專業(yè)知識更新快，新技術(shù)更新快，導(dǎo)致教材內(nèi)容相對滯后。教材中現(xiàn)有的新技術(shù)主要包括光波分復(fù)用技術(shù)、光交換技術(shù)、光孤子技術(shù)和相干光通信、光接入網(wǎng)等，這些技術(shù)中有的已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?，而且很多技術(shù)還在不斷更新，同時很多新出現(xiàn)的技術(shù)還沒有涉及到。為了讓學(xué)生了解光纖通信技術(shù)發(fā)展的最近前沿，可以嘗試將將最近的科技進(jìn)展融入到教學(xué)方法和教學(xué)環(huán)節(jié)中，課堂上針對不同的教學(xué)內(nèi)容引入最新的研究成果，一方面可以以豐富教學(xué)形式，加深學(xué)生對相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的理解，另一方面可以為學(xué)生打開一扇科研的窗口，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力，鼓勵和引導(dǎo)探索式、研究式的學(xué)習(xí)，相應(yīng)的以科研推動光纖通信精品課程建設(shè)。

4改革考核體系。

閉卷考試一直是考察學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度的唯一方式。而這種方式往往易造成學(xué)生死記硬背，扼殺學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性以及創(chuàng)造性。光纖通信課程的考核方式應(yīng)當(dāng)根據(jù)課程本身的特點以及教學(xué)要求加以重新設(shè)置，既要體現(xiàn)學(xué)生對基本知識的掌握能力，還要突出學(xué)生的實踐能力與創(chuàng)新能力。因此在成績考核方面應(yīng)當(dāng)包括基礎(chǔ)知識考核、實踐能力考核、創(chuàng)新能力考核等方面?；A(chǔ)知識考核可通過學(xué)生對每堂課課后習(xí)題作業(yè)的完成情況來考察；實踐能力主要考核學(xué)生對光纖系統(tǒng)組建、光纖熔接、光纖損耗測量等實驗情況的考察；創(chuàng)新能力考核可通過只提出對于光纖系統(tǒng)的總體要求（傳輸容量、帶寬、響應(yīng)度等），要求學(xué)生通過模擬軟件以及試驗箱進(jìn)行相關(guān)的仿真實驗，同時對仿真過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，提出改進(jìn)問題的方法，解決問題。

三、結(jié)論

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1.1符合高職特色的“對口”教材欠缺

目前的各級高職院校選用的光纖通信教材，主要來自以下幾個方面：一是借用通信類重點本科院校同類教材，結(jié)合本專業(yè)人才培養(yǎng)方案的要求，適當(dāng)刪減和增加內(nèi)容而成；二是由不同高職院校專業(yè)課教師聯(lián)合出版的教材；三是使用由專業(yè)課教師編寫的講義。這些教材共同特點是：知識的系統(tǒng)性較強(qiáng)，內(nèi)容全面，但是理論知識和技能訓(xùn)練比例不當(dāng)，側(cè)重理論講授，忽略技能訓(xùn)練培養(yǎng)，高職教育的特征沒有從根本上體現(xiàn)出來。

1.2缺乏實踐理論的支持，課程內(nèi)容存在不足

由于教材編寫人員缺少對行業(yè)企業(yè)的的深入調(diào)查研究，針對職業(yè)崗位或崗位群的專項能力的分析不夠細(xì)致和深入，教材內(nèi)容缺少實踐理論的支撐，出現(xiàn)重復(fù)或脫離實際、崗位能力針對性不強(qiáng)等時有發(fā)生。

1.3教學(xué)方法單一

由于教材內(nèi)容設(shè)置未突破重理論輕技能的限制，富有高職特色的內(nèi)容結(jié)構(gòu)體系難以形成，新的教學(xué)形式、教學(xué)方法、教學(xué)模式?jīng)]有充分應(yīng)用，知識傳授仍未擺脫以教師為主導(dǎo)的羈絆。

1.4與教材內(nèi)容配套的實踐內(nèi)容缺失

實踐內(nèi)容建設(shè)在高職教育中應(yīng)占有非常重要的地位，由于各校實踐條件存在差異，實踐教學(xué)難以形成嚴(yán)格統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容繁雜，教學(xué)規(guī)范性較差，實踐教學(xué)教材內(nèi)容與崗位能力要求不對應(yīng)，教材建設(shè)普遍不夠重視等，已成為制約高職人才培養(yǎng)的薄弱環(huán)節(jié)。

1.5傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容與相關(guān)職業(yè)資格

證書制度缺乏有效銜接“雙證制”是目前大多數(shù)高職院?；疽?，也是職業(yè)教育的特色所在。而目前光纖通信教學(xué)實踐教學(xué)內(nèi)容不足，造成學(xué)生獲取部門頒發(fā)的職業(yè)資格證書比例較低。

二、改進(jìn)思路

2.1教學(xué)內(nèi)容

參照通信類相關(guān)行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)，改革本課程的教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)企業(yè)發(fā)展需要和完成目標(biāo)職業(yè)崗位工作任務(wù)，確定本專業(yè)學(xué)生需要掌握的知識、能力、素質(zhì)要求，依此選取對應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容；最后由專業(yè)建設(shè)指導(dǎo)委員專家按照課程目標(biāo)和工作任務(wù)要求，確定具體課程內(nèi)容和要求。針對現(xiàn)有通信類教材重理論教學(xué)輕實踐訓(xùn)練，重知識傳授輕教法引導(dǎo)的問題，本課程做了相應(yīng)改革，以SDH光傳輸系統(tǒng)為例，教材的內(nèi)容與實際工作情境相結(jié)合，將教學(xué)過程通過四個具體的工作情境實現(xiàn)。

2.2教學(xué)方式、教學(xué)方法與手段

(1)與通信企業(yè)、行業(yè)深度合作，借鑒企業(yè)、行業(yè)的培訓(xùn)方法和手段，以項目為導(dǎo)向，以任務(wù)為驅(qū)動，形成以“崗位任務(wù)驅(qū)動型”教學(xué)方法。①教材任務(wù)模塊化的構(gòu)架依據(jù)通信行業(yè)的崗位任務(wù)和職責(zé)，以具體任務(wù)模塊的形式組織教材內(nèi)容，明確具體任務(wù)要求和目標(biāo)。使學(xué)生獲得任務(wù)后就明白學(xué)什么，怎么學(xué)。②實訓(xùn)內(nèi)容分層次每門課程中的實訓(xùn)內(nèi)容以模塊化形式呈現(xiàn)，每個模塊即教學(xué)的核心。實訓(xùn)的要求是步步遞進(jìn)的關(guān)系，即分層。③模擬崗位職業(yè)能力形成以任務(wù)驅(qū)動的方式進(jìn)行模擬崗位能力要求，以模塊任務(wù)形式分配給學(xué)習(xí)小組，小組在完成實訓(xùn)操作同時提高不同成員協(xié)作能力，最后不同小組交流討論。

(2)文獻(xiàn)專題研究在實際教學(xué)過程中開展文獻(xiàn)專題研究性教學(xué)，讓學(xué)生初步掌握光纖通信的基本概念、基本理論基礎(chǔ)上，了解光纖通信的最新發(fā)展?fàn)顩r。該方法打破了單純依靠理論授課教學(xué)方法，對其自探究學(xué)習(xí)能力的提高有很大幫助。

(3)仿真軟件學(xué)習(xí)光纖通信課程理論基礎(chǔ)復(fù)雜，涉及多學(xué)科內(nèi)容，新知識、新技術(shù)更新快，教學(xué)中涉及數(shù)學(xué)知識難以理解等問題，利用仿真處理，則使上述問題變得直觀、簡單、形象。將Matlab軟件使用引入光纖通信教學(xué)。該軟件將課程中抽象的概念和理論用直觀的圖形演示，大大提高了學(xué)生理解和掌握課程內(nèi)容的能力，提高教學(xué)效率。

2.3實驗、實訓(xùn)方面

(1)校內(nèi)開展的實驗。在實驗環(huán)節(jié)中，主要采取教師演示實驗，每個學(xué)生自己設(shè)計和動手實驗。實驗內(nèi)容包括光纖參數(shù)的測量，光纖損耗和色散的測量，光有源和無源器件的測量等。這部分實驗覆蓋光纖通信的基本理論和基本參數(shù)，增加學(xué)生感性認(rèn)識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性(2)校外的實踐。學(xué)校定期組織師生到實訓(xùn)現(xiàn)場實習(xí)，結(jié)合實際工作情景，加深對所學(xué)知識的理解掌握。(3)其他手段。定期組織學(xué)生積極參加技能大賽，提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)解決問題的能力，加快學(xué)生從知識型向?qū)嵱眉寄苄偷霓D(zhuǎn)化。

2.4課程評價

采用行業(yè)企業(yè)專家、校內(nèi)督導(dǎo)、同行評價及學(xué)生評價相結(jié)合的方式進(jìn)行，評價如下：

(1)制定與職業(yè)能力配套的學(xué)生能力鑒定方案。采用百分制，實行“雙考”模式，即“過程考核”與“結(jié)果考核”相結(jié)合，突出對學(xué)生實踐能力考核。其中“，過程考核”占40%，“結(jié)果考核”占60%。平時考核包括：學(xué)生的職業(yè)態(tài)度、課堂答問、平時作業(yè)（含實驗報告）等。職業(yè)態(tài)度占平時成績的20%，課堂問答占平時成績的20%，平時作業(yè)占平時成績的60%。

(2)采用學(xué)生、小組和教師三方評價結(jié)合的體系。學(xué)生自評內(nèi)容主要包括課堂問答、職業(yè)態(tài)度、實驗報告；小組互評和教師點評相結(jié)合；平時作業(yè)主要由教師點評。

三、結(jié)論

篇4

關(guān)鍵詞：通信傳輸 自動保護(hù) 傳輸 系統(tǒng)

中圖分類號：TN929.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)06-0045-01

光纖通信是指利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信之目的，要使光波成為攜帶信息的載體，必須對之進(jìn)行調(diào)制，在接收端再把信息從光波中檢測出來。光纖自動保護(hù)系統(tǒng)是一個獨(dú)立于通信傳輸系統(tǒng)，完全建立在光纜物理鏈路上的自動保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)工作光纖損耗增大導(dǎo)致通信質(zhì)量下降或工作光纖發(fā)生阻斷時，系統(tǒng)能夠?qū)崟r自動地將光通信傳輸系統(tǒng)從工作光纖切換至備用光纖，恢復(fù)通信，實現(xiàn)光纜線路的保護(hù)。

1、光纖通信自動保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 光纖通信自動保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光纖通信自動保護(hù)系統(tǒng)分三個層次，最上層為遠(yuǎn)程控制中心，它統(tǒng)一管理和調(diào)度整個系統(tǒng)，中間層為監(jiān)測站，它的作用是向上與遠(yuǎn)程控制中心通信，接收各種命令和數(shù)據(jù)，向下管理各個光保護(hù)盤，向光保護(hù)盤發(fā)送告警門限，接收光保護(hù)盤上傳的光功率，強(qiáng)制復(fù)位或切換光開關(guān)，最下層為光保護(hù)盤，它的作用是監(jiān)測光纖線路中光信號的功率值，并將光功率與絕對門限和相對門限比較，需要倒換光路時，控制光開關(guān)切換屯路進(jìn)行倒換。

1.2 光纖通信自動保護(hù)系統(tǒng)原理

在通信建設(shè)中，光纖通信自動保護(hù)系統(tǒng)采用1：1保護(hù)方法。利用備份光纜對主路實施保護(hù)，當(dāng)主路出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)立即切換光開關(guān)，將工作線路倒換到各路。光纖通信自動保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)的對象是光纖線路，它通過監(jiān)測線路中光信號的功率值，來了解通信線路是否出現(xiàn)斷裂故障或者光信號功率是否衰減到了無法容忍的程度。光保護(hù)盤每采集一次光功率就與告警門限值比較，根據(jù)比較結(jié)果判斷是否出現(xiàn)故障。告警門限根據(jù)通信系統(tǒng)實際狀況設(shè)定，包括絕對門限和相對門限。

2、光纖通信自動保護(hù)系統(tǒng)電路設(shè)計

2.1 光保護(hù)盤工作原理

光保護(hù)盤是一個典型的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。光保護(hù)盤的控制核心采用單片機(jī)，它負(fù)責(zé)控制器件實現(xiàn)對通信線路的監(jiān)控并與監(jiān)測站通信。通信光纖中的光信號由分光器分成兩路信號，一路占原信號的97％，用來完成正常的通信任務(wù)，另一路3％的光信號用于線路通信狀態(tài)的監(jiān)測。3％的光信號先經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換，成為光電流信號。此信號幅度較小，為了保證A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果的精確性，需要利用噪聲比較小的放大電路將光電流信號放大，稱之為前置放大電路。為保證最好的轉(zhuǎn)換精度和分辨率且電壓信號不超出A／D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍，需要利用程控放大電路調(diào)整待轉(zhuǎn)換信號幅度大小。將采集到的光功率值與絕對門限比較，如果前者小于后者，則認(rèn)為發(fā)生光纖斷裂故障。

2.2 光保護(hù)盤硬件電路結(jié)構(gòu)

光保護(hù)盤硬件電路由單片機(jī)，信號調(diào)理電路，光開關(guān)控制電路，串行通信接口電路，時鐘和復(fù)位電路、電源電路組成。單片機(jī)是光保護(hù)盤的控制核心。系統(tǒng)所用的單片機(jī)內(nèi)部帶有ADC模塊．因此可將待轉(zhuǎn)換的模擬電壓信號直接輸入到單片機(jī)中。通過計算，單片機(jī)將AD轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換為光功率值，并與門限值比較。根據(jù)比較結(jié)果，單片機(jī)可以控制光開關(guān)控制電路切換光開關(guān)，信號調(diào)理電路的作用是保證輸入ADC模塊的模擬信號電壓在合適的范圍內(nèi)。

2.3 光保護(hù)盤硬件電路設(shè)計

2.3.1 系統(tǒng)的控制核心

系統(tǒng)的控制核心PICl6F877A單片機(jī)是微芯(Microchip)公司推出的8位單片機(jī)。這種14位指令寬度的中檔單片機(jī)片內(nèi)功能模塊種類齊全，組合靈活多交，價位適中，應(yīng)用領(lǐng)域極其廣闊。采集光功率涉及到A／D轉(zhuǎn)換，此工作由A／D轉(zhuǎn)換器完成。PICl6F877A自帶IO位分辨率的A／D模塊，最多可同時接8路模擬輸入信號，可輪流對它們進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。A／D轉(zhuǎn)換所需的參考電壓可用單片機(jī)的工作電源電壓，對于要求較高的應(yīng)用，可以在單片機(jī)引腳外接參考電壓。

2.3.2 信號調(diào)理電路

光功率采集是將光功率盡量真實地轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能處理的數(shù)字信號的過程：先通過光電轉(zhuǎn)換將光信號轉(zhuǎn)換為光電流信號，光電流信號通過電流／電壓變換、程控放大、濾波等一系列處理后進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過計算．最終得到數(shù)字光功率。其中的變換、放大、濾波稱為信號的調(diào)理。由于光電流信號的幅度范圍比較寬，且其值可能比較小，因此采用前置放大電路和程控放大電路組合的方式對光電流信號進(jìn)行放大，經(jīng)過前置放大后的光電流信號成為電壓信號，但仍不能直接對其進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，因為光電流信號的范圍比較寬，最小可達(dá)pA級，最大為mA級。

2.3.3 光開關(guān)控制電路

當(dāng)光纖線路中光信號的功率小于絕對門限，或者參考門限與光功率之差大于相對門限時，單片機(jī)向光開關(guān)控制電路發(fā)送信號，切換光開關(guān)。

2.3.4 串行通信接El電路

串行通信端口(RS232)是計算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)配置，因此串行通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)和PC機(jī)問的通信。只要具備UART(通用異步收發(fā)器)模塊，MCU就能與PC通信。MCU發(fā)送信號時，將TTL電平信號轉(zhuǎn)換為RS-232電平信號，如果傳輸距離比較近，可直接通過電纜送人PC串13，PC發(fā)送的RS-232電平信號被轉(zhuǎn)換為TTL電平信號即可被MCU接收。

2.3.5 時鐘電路和復(fù)位電路

對于時鐘，PIC單片機(jī)有多種工作配置方式。如果需要用到PICl6F877A內(nèi)部的A／D轉(zhuǎn)換模塊，應(yīng)該盡量為A／D轉(zhuǎn)換提供“安靜”的環(huán)境。在休眠模式下進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換最大的好處是可以消除單片機(jī)內(nèi)部所有數(shù)字電路運(yùn)行時所產(chǎn)生的噪聲，可以保證A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果的誤差最小。因此，PICl6F877A的時鐘電路采用了晶體振蕩和外部RC振蕩可選方式，用跳線選擇其中一種振蕩方式。

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關(guān)鍵詞:教學(xué)方法；課堂氣氛；教學(xué)效果

1課程介紹

《光纖通信技術(shù)與設(shè)備》課程是光纖通信專業(yè)的專業(yè)核心課程之一,主要給學(xué)生建立光纖通信的基本概念、基本理論和基本分析方法。該課程教師通過加強(qiáng)與企業(yè)的聯(lián)系,及時了解企業(yè)對人才在知識、能力等方面的需求變化,適時調(diào)整課程具體的教學(xué)內(nèi)容?？紤]到學(xué)生的接受能力以及實際工作崗位需求,經(jīng)過學(xué)術(shù)委員會開會討論,人才培養(yǎng)方案修訂,課時數(shù)由原來的78課時調(diào)整成72課時,理論課時54,實踐課時18。

2課堂氣氛沉悶的主要原因

作為實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)、保證教學(xué)質(zhì)量的方式、手段與途徑,高校教學(xué)方法引起了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注與研究[1]。所謂教學(xué)方法就是圍繞著一定的教學(xué)目標(biāo),依據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生身心發(fā)展的特點以及手段條件因素,設(shè)計教學(xué)要采用的策略、方法和組合[2]。在新一輪教學(xué)改革的促進(jìn)下,職業(yè)教育正由注重知識的傳授向注重能力的培養(yǎng)轉(zhuǎn)變,課堂教學(xué)中也要求教師要改變過去的教學(xué)模式,營造一種輕松、活躍的教學(xué)氣氛。課堂教學(xué)氣氛,又稱班級社會氣氛、課堂教學(xué)心理氣氛。課堂教學(xué)心理氣氛是在課堂教學(xué)中,教育者、受教育者和教育情境相互作用的結(jié)果,是教師在科學(xué)的教學(xué)思想指導(dǎo)下,通過行之有效的調(diào)節(jié)方式引導(dǎo)的結(jié)果[3]。教師在授課過程中發(fā)現(xiàn)課堂氣氛沉悶,教學(xué)效果差,針對這些問題,與學(xué)生在課下進(jìn)行了交流,原因大致有四個方面,現(xiàn)羅列出來,并進(jìn)行了分析。

2.1專業(yè)基礎(chǔ)薄弱

光纖通信專業(yè)招收的學(xué)生,高中的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)不是很好,對原子能級的基本概念不是很清楚,對半導(dǎo)體PN結(jié)的形成原理掌握得不是很好,二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換原理不清楚。因此在課堂教學(xué)中要對相關(guān)高中知識進(jìn)行補(bǔ)充。與學(xué)生進(jìn)行交流,在確認(rèn)學(xué)生在聽懂了前面的內(nèi)容之后再進(jìn)行后面的教學(xué),因為知識講究一個邏輯性,前面的內(nèi)容學(xué)生沒有搞懂,再講后面的內(nèi)容,學(xué)生也無法掌握。

2.2注意力不集中

課程的上課時間是每周三下午的5、6節(jié)課,學(xué)生狀態(tài)不好,大部分學(xué)生在聽課過程中容易困倦。教師在上課的過程中要走下講臺,調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。要注意課程紀(jì)律的把控,遇到有睡覺的同學(xué)要進(jìn)行提醒。

2.3電子設(shè)備干擾

電子設(shè)備的普及導(dǎo)致部分學(xué)生帶手機(jī)和PAD上課,干擾了部分學(xué)生的聽課效果。學(xué)生帶手機(jī)進(jìn)課堂,無法集中精力學(xué)習(xí)。手機(jī)對學(xué)生有著不同程度的負(fù)面影響。學(xué)生的自制力較差,一旦帶了手機(jī)就控制不住自己。學(xué)生在上課期間QQ聊天、玩游戲、發(fā)短信息所帶來的聲響將直接影響教師授課的質(zhì)量。經(jīng)過實際調(diào)研,學(xué)生很少用手機(jī)軟件來進(jìn)行學(xué)習(xí)。手機(jī)更多的是用于同學(xué)之間聯(lián)系、上網(wǎng)閑聊、玩游戲、聽音樂等。因此,教師要把課上得精彩,與學(xué)生進(jìn)行互動,讓學(xué)生跟著教師的節(jié)奏走,這樣學(xué)生無暇去玩手機(jī)。

2.4成績評定標(biāo)準(zhǔn)模糊

學(xué)生對平時成績的構(gòu)成不清楚,覺得聽與不聽一個樣,只要來到班級點名點到就能拿到平時成績。學(xué)生來到課程只是湊個人數(shù),并不關(guān)心教師的教學(xué)內(nèi)容。因此,要細(xì)化平時成績,將課堂提問納入平時成績。積極回答問題的同學(xué)會得到更高的平時成績。

3課堂氣氛活躍方法

針對課堂氣氛沉悶的原因,對授課過程做了相應(yīng)的調(diào)整。在教學(xué)方法上,堅持以“學(xué)生為本位”、以“能力為核心”的職業(yè)教育理念,通過實施多種教學(xué)方法,教學(xué)效果有了改進(jìn),學(xué)生的聽課積極性得到了提高。下面結(jié)合實際教學(xué)中的部分案例,談下如何改善課堂教學(xué)。

3.1溝通情感法

課堂上教師的感情主要流露在語言、神態(tài)、手勢等方面。?？茖W(xué)生可以說是高考中的失敗者,本身就帶有高中階段的一些不良學(xué)習(xí)習(xí)慣,如果教師一味地批評,會導(dǎo)致學(xué)生的逆反心理,更加不愿意學(xué)習(xí),進(jìn)而放棄自己,沉迷于網(wǎng)絡(luò)和游戲。有經(jīng)驗的教師都很注意滿懷激情,進(jìn)入角色,帶動課堂氣氛。同時教師要幽默風(fēng)趣,在教學(xué)的過程中穿插一些知識典故、笑話和時事新聞,也能吸引學(xué)生的注意力。此外,利用課前時間或課后時間和學(xué)生交談,了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài),進(jìn)行有針對性的指導(dǎo)。教師采用簡短的攻心戰(zhàn)術(shù),以加深感情溝通。一般來說,學(xué)生喜歡一位教師,就會喜歡這位教師所講授的內(nèi)容。反之,如果學(xué)生不喜歡授課教師,他很難從心理上接受課堂教學(xué)內(nèi)容。所以與學(xué)生的溝通交流比課堂上的說教更有用處,因為在校的學(xué)生是大學(xué)生,已經(jīng)成年,有著自己的獨(dú)立思維,喜歡平等的交流,不喜歡居高臨下的說教。教師與學(xué)生要打成一片,成為朋友,這樣更有利于課堂教學(xué)的開展。

3.2挑起矛盾法

矛盾是打開學(xué)生思維大門的鑰匙。有了矛盾,才能激發(fā)學(xué)生思考的興趣。這里所說的矛盾,通俗地說就是學(xué)習(xí)中的疑惑和不解。對這些疑惑和不解,教師要根據(jù)學(xué)生的解開能力一層一層地逐步挑起,也可由學(xué)生自己挑起,教師再有選擇地交給學(xué)生。這好比平靜的水面投入一顆石子,學(xué)生思考、爭辯、究底的興趣被激發(fā)起來了。

3.3激勵競爭法

(1)教學(xué)內(nèi)容:復(fù)結(jié)學(xué)習(xí)過的內(nèi)容。(2)教學(xué)過程:①在幻燈片上顯示出:“為了慶祝新年的到來,該節(jié)課最后設(shè)置有獎問答,5個問題全答對者可以獲得教師送出的神秘紀(jì)念品?！雹谥鸫物@示出5個問題。第一，光纖通信的概念？第二，光纖的結(jié)構(gòu)和分類？第三，光與物質(zhì)的作用方式？第四，我們學(xué)過的無源光器件有哪些？(說出5種)第五，SDH網(wǎng)元有哪些？③選出一位成績較好的,預(yù)計5個問題能夠全部回答上來的同學(xué)回答問題。(3)教學(xué)效果:同學(xué)們的情緒被調(diào)動起來,為了保證紀(jì)念品能正常送出,教師最后選擇了一位平時學(xué)習(xí)比較認(rèn)真的同學(xué)回答問題。第一、第二個問題難度一般,所以學(xué)生迅速回答出來,第三個問題有點難度,學(xué)生采取了場外求助,在另一位同學(xué)的幫助下也回答上來了,第四個問題,每位同學(xué)至少可以說出一種無源光器件,因此在全班的提示下也回答上來了。最后一個問題比較簡單,全班同學(xué)都回答上來了,在送出紀(jì)念品的那一刻,全班的課堂氣氛達(dá)到,獲得了良好的教學(xué)效果。

4結(jié)語

教無定法,無論采用什么方法,其目的都在于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,點燃他們智慧的火花,讓他們積極地、主動地學(xué)習(xí)。當(dāng)然,各種方法并不是孤立的,而是相互聯(lián)系的。在實際的教學(xué)中應(yīng)當(dāng)是隨機(jī)應(yīng)變的靈活運(yùn)用各種方法。盲目的、隨心所欲的、游離于教學(xué)內(nèi)容之外的方法,教學(xué)效果將適得其反。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：現(xiàn)代通信技術(shù)；公選課；教學(xué)探索；教學(xué)實踐

中圖分類號：G642　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B　文章編號：1672-5913(2009)04-0109-02

公選課是以人文素質(zhì)與科學(xué)素質(zhì)為核心的綜合素質(zhì)類教育課程，是高校人才培養(yǎng)計劃的重要組成部分，目的在于擴(kuò)大大學(xué)生視野，提高大學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和人文素養(yǎng)。

通信技術(shù)和通信產(chǎn)業(yè)是20世紀(jì)80年代以來發(fā)展最快的領(lǐng)域之一?？v觀通信技術(shù)的發(fā)展，雖然只有短短一百多年的歷史，卻發(fā)生了翻天覆地的變化，從當(dāng)初的人工交換到后來的電路交換，以及現(xiàn)在的分組交換和程控交換：從當(dāng)初單一的固定電話到現(xiàn)在的光纖通信，衛(wèi)星通信，移動通信，通信和計算機(jī)結(jié)合的各種其他業(yè)務(wù)，以及目前炙手可熱的3G通信技術(shù)和以后的第四代通信。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，人類已經(jīng)逐漸步入信息化社會。在信息化社會中，現(xiàn)代通信技術(shù)與個人日常生活息息相關(guān)。在提倡素質(zhì)教育、鼓勵拓寬大學(xué)生知識面的今天，學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代通信技術(shù)是必要的。基于上述考慮，我校在本科生中開設(shè)了“現(xiàn)代通信技術(shù)”公選課。

1　教學(xué)內(nèi)容安排

“現(xiàn)代通信技術(shù)”屬于通信及計算機(jī)相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課范疇，該課程涉及多門通信及計算機(jī)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，專業(yè)性很強(qiáng)。而選修課的生源絕大部分來自非通信、非計算機(jī)專業(yè)，甚至非工科類專業(yè)，相關(guān)知識比較欠缺，因此在確定教學(xué)內(nèi)容和選擇教材時要非常慎重，綜合考慮多方面的因素，把傳授知識、科學(xué)普及與思想教育密切結(jié)合起來。

公選課一般只有32學(xué)時，從廣度上來說，面面俱到既不可能也沒有必要，只要能夠涉及大多數(shù)主流通信方式及技術(shù)即可，這就要求精選內(nèi)容、突出重點；從深度上來說，部分知識點的介紹不能太深，要把教學(xué)內(nèi)容簡化，做到把一般工作原理解釋清楚為止。這一點非常重要，因為“現(xiàn)代通信技術(shù)”涉及到很多通信原理的內(nèi)容，如果進(jìn)行大量數(shù)學(xué)推導(dǎo)和公式計算，教學(xué)將變得非?？菰?，學(xué)生也不容易聽懂，從而失去了開設(shè)公選課的意義。

經(jīng)過綜合考慮，確定教學(xué)內(nèi)容包括六部分：通信系統(tǒng)概述、電話通信、無線電通信、光纖通信、移動通信和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。通信系統(tǒng)概述主要介紹通信系統(tǒng)的基本概念、相關(guān)模型和組成，以及通信復(fù)用方式、交換技術(shù)，讓學(xué)生對通信系統(tǒng)建立初步概念；電話通信則以公共交換電話網(wǎng)PSTN為基礎(chǔ)，讓學(xué)生了解載波通信的基本過程，理解電話交換的概念與作用；無線電通信介紹無線電通信的基本組成及工作過程，另外通過短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信加深學(xué)生對無線電通信的了解；光纖通信從光源和傳輸介質(zhì)兩個角度進(jìn)行講解，突出光纖通信的優(yōu)勢；移動通信部分則以學(xué)生熟悉的GSM系統(tǒng)為基礎(chǔ)，介紹移動通信過程中的位置登記、越區(qū)切換等概念，講解3G標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展歷史；計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要介紹網(wǎng)絡(luò)組成、IP地址、TCP/IP協(xié)議，著重突出網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，如WWW、FTP、E-mail等。

2　教學(xué)方法及手段

課堂教學(xué)的目的是利用有限的教學(xué)時間，使學(xué)生充分理解、掌握和運(yùn)用該門課程的知識，完成教學(xué)計劃。

2.1　傳統(tǒng)教學(xué)方法的采用

2.1.1　授課由淺入深，語言通俗易懂

公選課的學(xué)生來自全校不同專業(yè)，學(xué)生相關(guān)知識基礎(chǔ)參差不齊，這就要求教師在授課過程中要從最簡單、最根本的源頭談起，逐步過渡，由淺入深，使學(xué)生把握問題的來龍去脈。比如，在通信系統(tǒng)概述中講解“通信”這一概念時如果直接給出其定義，學(xué)生很難有透徹的認(rèn)識。我從成語“千金買笑”談起，講馬拉松的故事，再談到擊鼓、烽火臺和信鴿等，這些具體例子讓學(xué)生對“通信”有了很直觀的認(rèn)識，在此基礎(chǔ)上給出其概念就容易接受得多。

“現(xiàn)代通信技術(shù)”專業(yè)性和理論性都很強(qiáng)，作為公選課，我在授課過程中盡量采用通俗易懂的語言，避免大量術(shù)語的堆砌。比如，把光纖容量的巨大與傳統(tǒng)介質(zhì)容量的甚小比喻成“高速公路”與“羊腸小道”；把調(diào)制過程比作“人坐船過河”，其中“人”相當(dāng)于原始信號，“船”相當(dāng)于載波。

2.1.2　課堂設(shè)置懸念

教師在講課過程中提出一些問題，有些問題當(dāng)時就回答，而有些問題則不做回答，在課堂中設(shè)置問題懸念，讓學(xué)生帶著問題聽課，在聽課過程中找答案，激發(fā)他們的求知欲。

2.1.3　互動教學(xué)

課堂教學(xué)要吸引學(xué)生注意力，使學(xué)生積極參與教學(xué)，活躍課堂氣氛，這一點是至關(guān)重要的。上課時，教師不能采用滿堂灌的方式滔滔不絕，而要注意學(xué)生的反應(yīng)，不時與學(xué)生互動，調(diào)動學(xué)生的情緒，引導(dǎo)他們主動思考。

2.1.4　與學(xué)生建立融洽關(guān)系

教師在授課過程中態(tài)度要誠懇，不能給學(xué)生一種高高在上夸夸其談的感覺，使學(xué)生產(chǎn)生反感和抵觸情緒。在課堂互動的同時，利用課間多接觸學(xué)生，加強(qiáng)師生交流，與學(xué)生建立融洽關(guān)系。課下交流還能從學(xué)生中獲取有用的反饋信息，指導(dǎo)教師改進(jìn)教學(xué)方式與方法，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，以便取得更好地教學(xué)效果。

2.2　多媒體教學(xué)

多媒體教學(xué)以圖文并茂、聲像集成、動靜配合、交流互動的表現(xiàn)形式，一掃傳統(tǒng)單一、呆板的板書教學(xué)表達(dá)方式，將教學(xué)內(nèi)容準(zhǔn)確、直觀、形象地表現(xiàn)出來，突出重點、難點。多媒體教學(xué)將教師從繁重的板書中解脫出來，充分利用課堂時間進(jìn)行講解，與學(xué)生交流，從而優(yōu)化教學(xué)過程，提高教學(xué)質(zhì)量和效率，化抽象為直觀，化繁雜為簡單，化空洞為具體，使課堂教學(xué)變得生動有趣。

多媒體教學(xué)的效果在很大程度上取決于課件的質(zhì)量。制作課件時，首先要認(rèn)真鉆研教學(xué)內(nèi)容，明確教學(xué)目標(biāo)是什么，解決什么問題，難點是什么，重點是什么等，整理出思路清晰的教學(xué)方案；然后從視聽角度進(jìn)行總體構(gòu)思，包括怎樣設(shè)計開頭，怎樣結(jié)尾，用什么樣的表現(xiàn)手法(圖形、圖像、聲音和動畫等)展示教學(xué)內(nèi)容，使之結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、層次分明、風(fēng)格一致。還要考慮畫面與聲音之間的配合，使之符合心理和視覺規(guī)律?；脽羝皇呛唵蔚拇罅课淖值亩哑?，而應(yīng)力求概括和精練，重點突出，以提綱式為主；另外還應(yīng)選取合適的字體、字號，背景顏色合理搭配。

總之，應(yīng)充分利用多媒體計算機(jī)豐富多彩、形象生動的圖形、圖像和動畫技術(shù)，有效地解決常規(guī)教學(xué)手段難以表現(xiàn)和講解的教學(xué)重點與難點，使學(xué)生通過多個感官來獲取相關(guān)信息，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)主動性和積極性。

2.3　動畫演示

“現(xiàn)代通信技術(shù)”的教學(xué)內(nèi)容常常涉及信號的處理過程，傳統(tǒng)教學(xué)方式通過圖形和數(shù)學(xué)公式將其表達(dá)出來，學(xué)生難以理解。為了直觀地展示信號處理過程，我制作了大量flas進(jìn)行演示。比如，講解AM調(diào)制技術(shù)時，通過flas演示原始信號和載波生成已調(diào)信號的動態(tài)過 程，讓學(xué)生對載波幅度隨原始信號變化有直觀感受，生動的波形和頻譜圖幫助學(xué)生理解信號處理的全過程；再如，講解電話載波通信的復(fù)用技術(shù)時，通過flas演示載波通信的全過程，學(xué)生可以直觀地感受到調(diào)制器、濾波器等在整個通信過程中的作用。

3　成績考核方式的確定

課程成績評定是否公平合理，不僅關(guān)系到每個學(xué)生的切身利益，而且體現(xiàn)和影響到教師的職業(yè)道德與職業(yè)形象，因此需要有完善的成績評定方法，使成績的給定能科學(xué)公正地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)效果以及掌握知識的能力。每學(xué)期的第一次課我就給出總評成績的評定方式，即：總評成績=期末考試成績×60％+平時成績×40％。平時成績的比重之所以這么高，是想盡量避免學(xué)生混學(xué)分的現(xiàn)象，告誡學(xué)生要把功夫下在平時，單靠期末考試前臨時抱佛腳是不行的。

平時成績從課堂出勤、課堂發(fā)言、隨堂測驗等角度綜合考察。課堂點名是約束學(xué)生出勤的有效方法，但使用該方法需要有一定的度，點名次數(shù)過多，占用上課時間：點名次數(shù)太少，達(dá)不到督促學(xué)生出勤的效果?；谏鲜隹紤]，每學(xué)期16次課中隨機(jī)抽查課堂出勤情況3-4次，計入平時成績，缺一次扣4分，在一定程度上避免了聽不聽課都一樣的不公平現(xiàn)象，收到大部分學(xué)生的支持。課堂發(fā)言情況能夠反映出發(fā)言者是否認(rèn)真聽課，是否在思考相關(guān)問題。我嘗試給發(fā)言者加分獎勵，把發(fā)言質(zhì)量分為3檔，分別獎勵4、3、2分，計入平時成績。這樣不僅為學(xué)生提供了展示自己、鍛煉自己的機(jī)會，也活躍了課堂氣氛，調(diào)動了他們參與課堂教學(xué)的積極性。而將發(fā)言質(zhì)量分檔避免了少數(shù)學(xué)生沒有思考問題而隨意回答以獲得平時成績的現(xiàn)象?？紤]到公選課的性質(zhì)和特點，專門抽出時間進(jìn)行期中考試不現(xiàn)實，我采用一種變通的方式，每學(xué)期安排2次隨堂測試，一方面可以檢驗學(xué)生的聽課效果，另一方面也可以變相考察學(xué)生的出勤情況，一舉兩得，隨堂測試情況計入平時成績。上述平時成績記錄在Excel表格中，隨時進(jìn)行更新。期末時，當(dāng)著全體學(xué)生打開Excel文件，公布每個學(xué)生在課堂出勤、課堂發(fā)言和隨堂測試等方面的表現(xiàn)，并計算平時成績，讓學(xué)生確實感覺到教師的公平、公正和公開。

期末考試主要包括現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)知識測試和論述兩部分。基礎(chǔ)知識測試學(xué)生對現(xiàn)代通信技術(shù)相關(guān)基本知識、原理的了解與掌握情況。論述部分在更高層次考察學(xué)生對現(xiàn)代通信技術(shù)的理解，如“如何利用現(xiàn)代通信技術(shù)解決本專業(yè)遇到的一些實際問題?”論述題靈活性很大，給學(xué)生充分發(fā)揮的空間。

篇7

電子科學(xué)與技術(shù)（以下簡稱“電科”）專業(yè)是以培養(yǎng)具備微電子、光電子、集成電路等領(lǐng)域?qū)捄窭碚摶A(chǔ)、實驗?zāi)芰蛯I(yè)知識，能在電子科學(xué)與技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域從事各種電子材料、元器件、集成電路、電子系統(tǒng)、光電子系統(tǒng)的設(shè)計、制造、科技開發(fā)，以及科學(xué)研究、教學(xué)和生產(chǎn)管理工作的復(fù)合型專業(yè)人才為目標(biāo)的工程專業(yè)。作為電科專業(yè)教育中重要內(nèi)容的光電子技術(shù)，不僅是當(dāng)代信息技術(shù)兩大支柱之一，而且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展持續(xù)煥發(fā)著生命活力。而讓光電子技術(shù)保持如此強(qiáng)勁發(fā)展勢頭的主要原因之一，正是光電子材料與器件的廣泛應(yīng)用，例如激光器與新型光電探測器的應(yīng)用的人你還。另外，諸如納米光電材料與器件、光子晶體及相關(guān)器件、超材料及相關(guān)器件與表面等離子體激元及器件等新型光電子材料與器件的研究與應(yīng)用，是目前國際上光學(xué)與光電子學(xué)研究領(lǐng)域的前沿?zé)衢T方向。由此可見，學(xué)習(xí)光電子材料與器件的相關(guān)知識，不僅對電科學(xué)生知識體系的構(gòu)建與就業(yè)方向的確定具有積極的影響，也為那些將來希望從事新型光電子材料與器件科研工作的學(xué)生，提供了堅實的理論基礎(chǔ)與知識儲備。然而，根據(jù)筆者的調(diào)研，雖然國內(nèi)許多重點大學(xué)的電科專業(yè)都開設(shè)了光電子技術(shù)課程，但很少有大學(xué)專門開設(shè)光電子材料與器件這門課程。而由于光電子技術(shù)的內(nèi)容多、涉及知識面廣，教學(xué)課時又往往有限（一般為32或48個學(xué)時），因此在光電子技術(shù)的實際教學(xué)過程中，講授教師往往重視光電子技術(shù)基本概念與理論知識的教學(xué)，而輕視光電子材料與器件的教學(xué)。該文從光電子材料與器件的研究內(nèi)容、應(yīng)用及發(fā)展等方面說明其在電科專業(yè)教育中的重要性，并結(jié)合自身光電子材料與器件課程的教學(xué)經(jīng)驗，研討電科專業(yè)中光電子材料與器件的教學(xué)方法。

1 光電子材料與器件簡介

光電子材料是指能產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸、處理、存儲光電子信號的材料。光電子器件是指能實現(xiàn)光輻射能量與信號之間轉(zhuǎn)換功能或光電信號傳輸、處理和存儲等功能的器件。自1960年美國科學(xué)家梅曼發(fā)明世界上第一臺紅寶石激光器以來，光電子材料與器件如雨后春筍般發(fā)展迅速。在短短的50多年里，光電子材料與器件經(jīng)歷了從紅寶石激光器的發(fā)明，到半導(dǎo)體激光器、CCD器件及低損耗光纖的相繼問世；從各種光無源器件、光調(diào)制器件、探測與顯示器件的小規(guī)模應(yīng)用到系統(tǒng)級集成制造實用化階段；從大功率量子阱陣列激光器的出現(xiàn)再到光纖激光器、光纖放大器和光纖傳感器的誕生。光電子材料與器件從未停止過發(fā)展的腳步，并正在不斷深刻影響著人類社會的方方面面。在實際需求的引導(dǎo)下，各種新型光電子材料與器件層出不窮，性能也不斷提高。尤其是近年來，隨著微米及納米級加工技術(shù)的成熟，新型的微納光電子材料與器件的研究異?；钴S。納米光電材料、光子晶體、超材料、表面等離子體器件等領(lǐng)域的研究成果豐碩，為未來光電子器件的微型化、集成化發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

綜上所述，光電子材料與器件在當(dāng)代信息產(chǎn)業(yè)與科學(xué)技術(shù)中具有極其重要的地位，因此，光電子材料與器件這門課程不僅應(yīng)當(dāng)單獨(dú)作為一門課程獨(dú)立教學(xué)，而且應(yīng)該作為重視工程教育的電科專業(yè)的核心課程。

2 光電子材料與器件課程教學(xué)研究

2.1 光電子材料與器件課程的教學(xué)形式、課時安排與教材選擇

光電子材料與器件課程不僅包含豐富的理論知識，例如光電子材料的物理特性以及光電子器件的工作原理等，而且與實際應(yīng)用結(jié)合精密，因此，本課程宜采取理論教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)形式。

在課時安排方面，作為電科專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，光電子材料與器件課程的總課時應(yīng)不低于32學(xué)時（2學(xué)分），理論課學(xué)時不低于26學(xué)時，實驗課不低于6學(xué)時。

另外，在教材選擇方面，由于光電子材料與器件是光電子技術(shù)中的一部分內(nèi)容，而目前國內(nèi)關(guān)于光電子技術(shù)方向的參考書籍很多，其中亦不乏一些光電子技術(shù)課程的經(jīng)典教材，例如西安電子科技大學(xué)安毓英主編的《光電子技術(shù)》[1]，西安交通大學(xué)朱京平主編的《光電子技術(shù)基礎(chǔ)》[2]等。雖然這些光電子技術(shù)參考書中或多或少都會介紹與光電子技術(shù)相關(guān)的材料與器件，但是，目前專門介紹光電子材料與器件方向的教科書卻是少之又少，市面上僅有國防工業(yè)出版社2012年出版的侯宏錄主編的《光電子材料與器件》[3]一書。加之，該書中所涉及的理論知識較深，基礎(chǔ)淺薄的本科生很難駕馭。由此可見，對于光電子材料與器件這門新興課程而言，設(shè)立統(tǒng)一的教材并不合適。因此，筆者建議該課程的講授教師根據(jù)理論教學(xué)與實驗教學(xué)的內(nèi)容，自行編寫該課程的講義與課件。

2.2 光電子材料與器件課程的理論教學(xué)

按照電科專業(yè)的專業(yè)定位以及培養(yǎng)目標(biāo)，光電子材料與器件課程的理論教學(xué)也應(yīng)該突出“工程”內(nèi)容。傳統(tǒng)的光電子技術(shù)教學(xué)中所重視的原理、定律與規(guī)律等內(nèi)容，在光電子材料與器件教學(xué)中要弱化；而傳統(tǒng)光電子技術(shù)教學(xué)中往往被弱化乃至忽視的光電子材料與光電子器件的相關(guān)知識，要在光電子材料與器件課程教學(xué)中占主體地位。如此才能保證在有限理論課時的前提下，讓學(xué)生對光電子材料與器件有一個全面的認(rèn)識。

在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置方面，由于光電子材料與器件主要應(yīng)用于光電子技術(shù)之中，因此，為了便于學(xué)生的理解與知識體系的構(gòu)建，筆者建議光電子材料與器件課程理論教學(xué)的章節(jié)設(shè)置按照光電子技術(shù)的章節(jié)設(shè)置進(jìn)行。以筆者講授光電子材料與器件理論課程（共26學(xué)時）為例，該理論課程共被分成了緒論（2學(xué)時）、激光原理與典型激光器（5學(xué)時）、太陽能電池（4學(xué)時）、光通信器件與材料（5學(xué)時）、光探測器件（5學(xué)時）、光電顯示器件（3學(xué)時）與光存儲器件（2學(xué)時）等七個章節(jié)，這七章內(nèi)容基本囊括了光電子技術(shù)中光產(chǎn)生、光轉(zhuǎn)化、光傳輸、光探測、光顯示以及光存儲等各個重要環(huán)節(jié)中最為典型的器件以及所用到的材料。另外，在每章內(nèi)容的設(shè)置上，也盡可能突出“工程”內(nèi)容，弱化“理論”知識。下面，筆者將詳細(xì)介紹筆者在光電子材料與器件教學(xué)中各章的教學(xué)內(nèi)容。

第一章緒論主要包括光電子材料與器件課程簡介以及光電子技術(shù)的基本知識簡介。在光電子材料與器件課程簡介中，向?qū)W生介紹課程設(shè)置的目的和意義、課程的主要內(nèi)容、教學(xué)與考試方式與參考資料等。通過這部分內(nèi)容的介紹，讓學(xué)生對本課程的意義、內(nèi)容、側(cè)重點有一定的認(rèn)識。在光電子技術(shù)基礎(chǔ)知識簡介中，重點向?qū)W生介紹光電子材料與器件與光電子技術(shù)的關(guān)系，并通過對光電子技術(shù)的概念、特征、發(fā)展等方面的介紹，讓學(xué)生對光電子技術(shù)以及光電子材料與器件有一個整體的認(rèn)識。

第二章激光原理與激光器重點介紹幾種典型激光器的材料、結(jié)構(gòu)與工作特性，其主要內(nèi)容包括三個部分：激光原理簡述、典型激光器與激光器的應(yīng)用。在激光原理簡述部分，由于多數(shù)電科專業(yè)在學(xué)習(xí)光電子材料與器件課程之前已經(jīng)修過激光原理等類似課程，所以該部分內(nèi)容為簡略介紹的內(nèi)容，主要幫助學(xué)生回顧激光的特征、歷史與光輻射理論等知識點。而第二部分內(nèi)容典型激光器是本章內(nèi)容的重中之重，在該部分內(nèi)容中，將依次向?qū)W生介紹固體、氣體、液體與半導(dǎo)體這四大類激光器中的典型激光器的結(jié)構(gòu)、特征與工作特性等知識。由于發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)與工作原理上的相似，在介紹完半導(dǎo)體激光器后，可以順理成章地介紹發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)與特征。另外，本章最后還簡單介紹了激光器的幾種常見應(yīng)用。

太陽能電池雖然是光電探測器中光伏效應(yīng)的一種特殊應(yīng)用，但是由于它在現(xiàn)如今光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)以及光電子器件中的重要地位以及良好的發(fā)展趨勢，該部分內(nèi)容被獨(dú)立成一章。在第三章太陽能電池中，主要分兩小節(jié)給學(xué)生介紹，第一小節(jié)介紹當(dāng)今能源與環(huán)境問題以及太陽能的開發(fā)和利用，讓學(xué)生了解當(dāng)今能源資源的現(xiàn)狀以及新能源研究與應(yīng)用的迫切需求，然后介紹太陽能利用的歷史以及發(fā)展趨勢；第二小節(jié)正式介紹太陽能電池的工作原理、結(jié)構(gòu)以及特性等知識。

第四章光通信器件與材料主要介紹的是光通信系統(tǒng)中所用到的有源與無源光器件。本章內(nèi)容共分為兩小節(jié)：第一小節(jié)介紹光纖通信的基礎(chǔ)知識，包括光纖通信的定義，光纖的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)光原理、發(fā)展歷史，以及光纖通信系統(tǒng)的組成與特點。第二小節(jié)正式介紹光纖通信系統(tǒng)中所用到的各類光電子器件以及構(gòu)成這些器件的核心材料。在光纖通信中，最重要的器件當(dāng)屬光纖，所以，本節(jié)開始就著重介紹光纖的相關(guān)知識，包括它的結(jié)構(gòu)、原理、分類、特征參數(shù)與傳輸特性。然后，又將光纖通信系統(tǒng)中的其它光電子器件分為有源與無源器件兩類，并分別介紹了這兩類光器件中的代表器件：摻鉺光纖放大器與波分復(fù)用與解復(fù)用器。最后，在本章結(jié)尾還介紹了光纖通信系統(tǒng)中其它幾種常用光器件，例如光耦合器、光衰減器、光環(huán)行器等。

第五章光探測器首先介紹了光電探測器的物理效應(yīng)、性能參數(shù)、噪聲；其次，按照光電探測器物理效應(yīng)的不同一一介紹了幾種典型的外光電效應(yīng)探測器（光電管與光電倍增管）與內(nèi)光電效應(yīng)探測器（光電導(dǎo)、光電池與光電二極管）。教學(xué)的重心仍然放在對探測器結(jié)構(gòu)、工作原理以及特性等方面。

第六章光顯示器件重點介紹四種光顯示器：陰極射線管、液晶顯示器、等離子顯示器與電致發(fā)光顯示器。

第七章光存儲器件主要介紹了現(xiàn)如今最常用的一種光存儲系統(tǒng)―― 光盤系統(tǒng)以及其中最總要的器件光盤。

2.3 光電子材料與器件課程的實驗教學(xué)

光電子材料與器件實驗課程的教學(xué)要與理論教學(xué)緊密相連，并重點介紹理論課上講解過的光電子材料與器件，實驗課程的學(xué)時應(yīng)不低于6學(xué)時，開設(shè)的時間最好在理論教學(xué)完成之后，以保證學(xué)生在實驗前已對實驗器件與實驗原理有一定的了解。在實驗項目的設(shè)定方面，既要保證與理論課程內(nèi)容的相輔相成，又要盡量避免與其它課程實驗項目的重復(fù)，造成資源的浪費(fèi)。例如，許多大學(xué)的電科專業(yè)都已經(jīng)將激光原理一課作為該專業(yè)的核心專業(yè)課程，并配備了相應(yīng)的激光器實驗。在這種情況下，如果在光電子材料與器件實驗教學(xué)中再次引入激光器的實驗內(nèi)容，不僅消耗了寶貴的實驗時間，實驗效果也會大大降低。

下面跟大家簡單介紹筆者在光電子材料與器件實驗教學(xué)（6學(xué)時）中的實驗安排。

（1）實驗內(nèi)容：共包含六個實驗項目，它們分別是：光控開關(guān)實驗、光照度計實驗、紅外遙控實驗、PSD位移測試實驗、太陽能充電實驗與光纖位移測量系統(tǒng)實驗（每個實驗1學(xué)時）。各實驗中都應(yīng)用到了一個或幾個核心光電子器件，這些光電子器件基本涵蓋了學(xué)生在理論課程中所學(xué)到的最為重要的幾類器件，例如光控開關(guān)實驗應(yīng)用到了光電探測器中的光敏電阻作為核心元器件；而紅外遙控實驗中用到了發(fā)光二極管光源與紅外探測器等光電子器件。

（2）實驗要求：以往的光電子技術(shù)實驗往往重視現(xiàn)象的觀察與定性分析，但經(jīng)筆者調(diào)研，這種實驗方法很難最大限度激發(fā)學(xué)生的求知欲與動手能力，因此，在對原有的實驗指導(dǎo)書進(jìn)行改良后，筆者自行編寫了實驗的指導(dǎo)書，并在每個實驗項目中加入了一些測量與定量分析的實驗內(nèi)容。例如太陽能充電實驗，原來的實驗指導(dǎo)書只是觀察太陽能充電的效果，但是，在新改良的實驗指導(dǎo)書中，要求同學(xué)測量不同光源照射下太陽能電池的輸出電壓與輸出電流，并要求學(xué)生分析比較其差別。通過這種方式，充分調(diào)動學(xué)生的實驗積極性，在具體的實驗教學(xué)中也取得了很好的效果。

（3）實驗方式：分組實驗，共同撰寫實驗報告。這樣，不僅提高實驗效率，還能夠鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作意識。

（4）考核方式：根據(jù)每位學(xué)生實驗完成的情況與實驗報告撰寫的情況綜合評分。

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【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代通信技術(shù)；多維立體教學(xué)；工程化

【中圖分類號】TN915 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】2095-3089 (2012)01-0009-01

通信技術(shù)正以前所未有的速度得以發(fā)展和應(yīng)用，它與計算機(jī)技術(shù)相互融合和滲透形成現(xiàn)代通信技術(shù)，如衛(wèi)星通信、微波通信、移動通信、光纖通信等都屬于現(xiàn)代通信技術(shù)，它與我們息息相關(guān)，給我們的工作和生活帶來了日新月異的變化。因此，《現(xiàn)代通信技術(shù)》課程不僅要在通信工程專業(yè)開設(shè)，同時還有必要在非通信工程專業(yè)開設(shè)。

1 現(xiàn)代通信技術(shù)課程的目標(biāo)與內(nèi)容

《現(xiàn)代通信技術(shù)》作為一門為非通信工程專業(yè)本科學(xué)生開設(shè)的課程，是通過知識的加工和優(yōu)化，在原《現(xiàn)代通信系統(tǒng)》與《通信原理》等課程基礎(chǔ)上整合而成，并向應(yīng)用性方向拓展[1]。由于非通信工程專業(yè)的學(xué)生沒有學(xué)習(xí)過《現(xiàn)代通信系統(tǒng)》和《通信原理》課程，所以課程目標(biāo)是“輕理論，重應(yīng)用”，使學(xué)生初步了解關(guān)于通信系統(tǒng)的基本概念、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成；了解現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的電信交換、衛(wèi)星通信、微波通信、移動通信、光纖通信等通信系統(tǒng)的基本原理、組成框架和最新應(yīng)用內(nèi)容。

現(xiàn)代通信技術(shù)課程由通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)、電信交換、無線通信、移動通信和光傳輸網(wǎng)五大主要組成部分[2]，詳見圖1。



圖1 現(xiàn)代通信技術(shù)課程主要內(nèi)容

通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)包括模擬通信和數(shù)字通信（強(qiáng)調(diào)數(shù)字通信系統(tǒng)）、數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)如信源編碼技術(shù)、信道復(fù)用技術(shù)等、數(shù)字信號的基帶傳輸、調(diào)制技術(shù)和差錯控制技術(shù)等；電信交換包括常用的交換方式如電路交換和分組交換、數(shù)字程控交換、ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）和智能網(wǎng)；無線通信包括無線傳播的基本特性、無線通信的關(guān)鍵技術(shù)、典型的無線通信微波通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成和應(yīng)用；移動通信包括移動通信的關(guān)鍵技術(shù)、典型的移動通信系統(tǒng)GSM、CDMA和3G系統(tǒng)的原理、技術(shù)體制及應(yīng)用發(fā)展；光傳輸網(wǎng)包括管傳輸系統(tǒng)的組成和原理、SDH光傳輸網(wǎng)技術(shù)、光波分復(fù)用技術(shù)等。

2 傳統(tǒng)的現(xiàn)代通信技術(shù)教學(xué)方式的特點

傳統(tǒng)的教學(xué)方法是以知識學(xué)科體系為中心，先講述理論，在進(jìn)行一些驗證性的實驗?！冬F(xiàn)代通信技術(shù)》課程的教學(xué)方式一致沿襲本科教育中學(xué)科體系的教學(xué)模式，從通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)到無線通信、移動通信等，都過于側(cè)重理論，偏重知識的積累，內(nèi)容豐富，公式與性質(zhì)多，抽象難懂，這種教學(xué)方式的主要特點和弊端如下：

2.1 學(xué)生對學(xué)習(xí)感到枯燥，無法進(jìn)行創(chuàng)新能力培養(yǎng)。對于現(xiàn)代通信技術(shù)課程來說，知識抽象、枯燥，特別是講到通信原理等摸不著看不見的知識時，學(xué)生更是不知所云。很多學(xué)生僅僅是被動地在學(xué)習(xí)，沒有主動參與的熱情，體會不到學(xué)習(xí)的樂趣，更談不上創(chuàng)新能力了。

2.2 教學(xué)過程中以原理知識為核心，而忽略了學(xué)生的數(shù)學(xué)功底和理論推導(dǎo)能力，使其缺乏學(xué)習(xí)的積極性；教學(xué)方法也是以傳授知識為主，忽視了學(xué)生的能力培養(yǎng)和工程設(shè)計鍛煉，導(dǎo)致知識與能力不協(xié)調(diào)。

2.3 理論和實際沒有很好地聯(lián)系起來，對知識的實際應(yīng)用只作點綴，學(xué)生動手環(huán)節(jié)較少，更缺乏現(xiàn)場操作的經(jīng)驗，無法滿足崗位需求。

3 現(xiàn)代通信技術(shù)課程的教學(xué)思路和教學(xué)模式

考慮到非通信工程專業(yè)的學(xué)生基本上沒有學(xué)習(xí)過包括通信原理、信號與系統(tǒng)、隨機(jī)過程等課程，在教學(xué)中必須從實際出發(fā)，因材施教，遵循深入淺出、易于理解的原則，力求簡潔明了，突出科普性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣[3]。采取“多挖坑少鉆井”的方法，對現(xiàn)代通信技術(shù)課程中較深的知識進(jìn)行必要的刪減，比如通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)中的調(diào)制技術(shù)、語音編碼，電信交換中的數(shù)字交換單元的工作原理、信令系統(tǒng)，無線信道特性分析、擴(kuò)頻技術(shù)等知識點，只能進(jìn)行簡單的講解，使學(xué)生明白這些知識的基本概念。

3.1 教學(xué)內(nèi)容模塊化。

本課程對理論知識不要求過度深入，避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，建立模塊化的教學(xué)模式，參考圖1的課程內(nèi)容，將現(xiàn)代通信技術(shù)作為一個整體任務(wù)，并按主要內(nèi)容將這一任務(wù)分解成任務(wù)模塊：通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)模塊、電信交換模塊、無線通信模塊、移動通信模塊和光傳輸模塊，每個模塊又分解為幾個子模塊。每個教學(xué)模塊都以具體的項目案例引出教學(xué)內(nèi)容，將枯燥的理論教學(xué)完全融入到一個個具體的任務(wù)中，抽象的知識就得到了具體的體現(xiàn)。這種教學(xué)方案不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

3.2 教學(xué)方法多樣化。

課堂教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響到教學(xué)效果?！皾M堂灌”的傳統(tǒng)教學(xué)方法已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)在以“學(xué)生為主體”的課堂，而采用類比引證等深入淺出的方法進(jìn)行多維立體教學(xué)，則可事半功倍，大大提高教學(xué)質(zhì)量。

3.2.1 多維立體教學(xué)。

隨著多媒體技術(shù)的應(yīng)用，課堂上老師大都使用PPT進(jìn)行教學(xué)，不停地播放幻燈片，授課信息量大，內(nèi)容多，但這種教學(xué)方法很容易忽視學(xué)生對內(nèi)容的理解和接受程度。多維立體教學(xué)，就是靈活使用現(xiàn)代教學(xué)手段，使用“多媒體+網(wǎng)絡(luò)+板書”的教學(xué)模式，采用多種方法展現(xiàn)抽象的知識點，在圖、文、聲、像等方面為學(xué)生提供直觀感受，讓他們在短時間內(nèi)理解和接受大量的最新信息[4]。課堂上，可以充分利用多媒體放映PPT、圖片、動畫和視頻等，課后學(xué)生可以登錄教學(xué)網(wǎng)站下載學(xué)習(xí)資料，通過網(wǎng)絡(luò)、論壇與老師進(jìn)行互動交流。例如，在學(xué)習(xí)衛(wèi)星通信時，可以插入衛(wèi)星通信系統(tǒng)的圖片，播放最新衛(wèi)星通信的相關(guān)視頻等，讓學(xué)生直觀地理解相關(guān)內(nèi)容。

3.2.2 善于類比。

本課程設(shè)計很多的原理、概念，若只是將這些抽象的知識敘述出來則顯得枯燥無味，學(xué)生不易理解，而將這些知識與現(xiàn)實生活中我們常接觸的事物做類比則可以很好地理解[6]。例如，在講解無線通信中電磁波按照傳播方向的分類時可以將其與臺球的運(yùn)動做類比，如圖2所示，這樣將抽象的看不見摸不著的電磁波也可以很容易的知道它包括直射波、反射波、繞射波和散射波等。

圖2 臺球的運(yùn)動

再如，在講解移動通信中的切換技術(shù)時，切換包括軟切換和硬切換，什么是切換？什么是軟切換？什么是硬切換呢？同樣也可以采取類比的方法。假設(shè)你在一個工作崗位呆久了，由于這樣或那樣的原因，想調(diào)整一下，但你不能終端工作，直接變成空閑狀態(tài)，因為你很在乎工作所帶來的收益，你不希望這個收益中斷（切換的目的就是為了提供無中斷的數(shù)據(jù)傳輸）。根據(jù)崗位變動時，交接工作地開展方式不同可以把崗位變動分為溫柔換崗（類似于軟切換）和強(qiáng)行換崗（類似于硬切換）。溫柔換崗就是在和新的工作崗位進(jìn)行聯(lián)系時，舊崗位的工作也不已下載中斷，而是進(jìn)行相應(yīng)的交接工作；強(qiáng)行換崗就是和舊崗位徹底中斷，然后建立和新崗位的聯(lián)系。根據(jù)類比引出軟切換和硬切換的概念，學(xué)生就很容易理解了。

這種類比的方法不僅可以調(diào)節(jié)課堂氣氛，還可以深入淺出地將抽象難懂的知識讓學(xué)生在輕松地氣氛中理解并掌握。

3.3 教學(xué)模式工程化。

近年來，以美國麻省理工學(xué)院為首的世界幾十所大學(xué)展開了CDIO工程教育模式的改革。CDIO是Conceived（構(gòu)思）、Design（設(shè)計）、Implement（實現(xiàn)）、Operate（運(yùn)作），是“做中學(xué)”和“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”的集中概括和抽象表達(dá)[5]。該教學(xué)模式下，學(xué)生是學(xué)習(xí)主體，教師是教學(xué)主導(dǎo)。對于現(xiàn)代通信技術(shù)課程，教師首先要明確講授課程在專業(yè)知識結(jié)構(gòu)中的地位和作用，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。其次，教師要根據(jù)學(xué)生應(yīng)掌握的知識和能力，在教學(xué)中適當(dāng)穿插綜合性實驗，促使學(xué)生自己動手，帶領(lǐng)學(xué)生對衛(wèi)星地面接收站、通信站等機(jī)房進(jìn)行觀摩，使理論知識和實際應(yīng)用聯(lián)系起來，培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力。在工程化的教學(xué)模式理念的指導(dǎo)下，我們可以改變以往重理論輕實踐、重視專業(yè)知識而忽視創(chuàng)新能力的教學(xué)方式，取得良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：光傳輸技術(shù);專業(yè)核心課;應(yīng)用型人才培養(yǎng)

一、課程定位與教學(xué)目標(biāo)

按照應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層次的不同，光纖通信技術(shù)可以分為光傳輸網(wǎng)技術(shù)和光接入網(wǎng)技術(shù)。為保證教學(xué)的系統(tǒng)性和完整性，有必要開設(shè)兩門課程，分別介紹傳輸網(wǎng)和接入網(wǎng)中的光纖通信技術(shù)。本文主要討論針對光傳輸網(wǎng)技術(shù)的課程教學(xué)改革。“光傳輸網(wǎng)技術(shù)”是面向電子和信息類專業(yè)高年級本科生開設(shè)的一門重要的專業(yè)課程。該課程主要介紹光傳輸網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)、光傳輸網(wǎng)技術(shù)的基本原理、常用光傳輸網(wǎng)設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)，光傳輸網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)的開通與配置，光傳輸網(wǎng)絡(luò)通道保護(hù)、復(fù)用段保護(hù)的工作原理與配置方法，光傳輸網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)及故障定位等內(nèi)容。課程具有鮮明的承上啟下、理論聯(lián)系實踐的特點。一方面，學(xué)習(xí)該課程之前，學(xué)生必須掌握“通信原理”“數(shù)據(jù)通信原理”“IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”等基礎(chǔ)課程知識。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以加深對先學(xué)課程中諸如復(fù)用技術(shù)、交換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)分層等概念的理解程度，為今后的考研深造奠定堅實的理論基礎(chǔ)。另一方面，“光傳輸網(wǎng)技術(shù)”是一門面向?qū)嵺`的課程。在本課程的教學(xué)過程中，學(xué)生可以了解光傳輸網(wǎng)中常用的網(wǎng)元設(shè)備，掌握光傳輸網(wǎng)設(shè)備的配置、維護(hù)操作方法，在求職就業(yè)時具備更強(qiáng)的競爭力。

二、教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的光傳輸網(wǎng)是電話交換機(jī)的配套網(wǎng)絡(luò)，主要承擔(dān)話音業(yè)務(wù)的傳輸。同步數(shù)字體系（SDH）憑借較高的傳輸速率、較強(qiáng)的網(wǎng)管能力和靈活的自愈保護(hù)機(jī)制在傳統(tǒng)光傳輸網(wǎng)絡(luò)中獲得廣泛應(yīng)用。高等院校的“光傳輸網(wǎng)技術(shù)”課程歷來以SDH作為教學(xué)核心內(nèi)容。時至今日，仍有必要將SDH作為課程教學(xué)的主要內(nèi)容。主要原因有如下兩點：1.SDH是第一個在全球范圍內(nèi)建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的光傳輸網(wǎng)技術(shù)。系統(tǒng)講解SDH技術(shù)，有助于學(xué)生理解光傳輸網(wǎng)中的相關(guān)概念，如復(fù)用方式、時鐘同步原理、基于嵌入式控制通道（ECC）的網(wǎng)管系統(tǒng)、自愈保護(hù)機(jī)制等。2.現(xiàn)行光傳輸網(wǎng)中仍保有相當(dāng)數(shù)量的SDH網(wǎng)元設(shè)備。熟練掌握SDH設(shè)備的配置、維護(hù)操作是企業(yè)對光傳輸工程師的基本技能要求。我們在重視SDH教學(xué)的同時也應(yīng)認(rèn)識到，目前的光傳輸網(wǎng)中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)早已取代話音業(yè)務(wù)成為主要的業(yè)務(wù)類型，而SDH自身的支路接口中并沒有對數(shù)據(jù)接口的支持，注定被新的光傳輸技術(shù)淘汰。必須在“光傳輸網(wǎng)技術(shù)”課程中引入新的教學(xué)內(nèi)容。多業(yè)務(wù)傳送平臺（MSTP）是基于SDH平臺的多業(yè)務(wù)節(jié)點，在支持話音業(yè)務(wù)的同時還可實現(xiàn)以太網(wǎng)、異步傳輸模式（ATM）等業(yè)務(wù)的接入、處理和傳送。MSTP可以視為SDH的過渡產(chǎn)物，教學(xué)重點在于對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持，涉及的技術(shù)包括鏈路容量調(diào)整機(jī)制（LCAS）、通用成幀協(xié)議（GFP）、彈性分組環(huán)（RPR）。光傳送網(wǎng)（OTN）是以DWDM為基礎(chǔ)，在光層組織網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng)。在幀結(jié)構(gòu)定義及電交叉功能方面，OTN與SDH可謂一脈相承。這部分知識相對簡單，教學(xué)進(jìn)度可適當(dāng)加快。而對OTN獨(dú)有的光交叉的概念則要進(jìn)行較全面介紹。3.鑒于目前光傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)的全I(xiàn)P化和寬帶化的趨勢，建議在本課程中加入PTN相關(guān)知識的介紹。要開展PTN的教學(xué)工作，必須確保學(xué)生初步掌握IP網(wǎng)絡(luò)的基本概念和相關(guān)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，重點講授多協(xié)議標(biāo)簽（MPLS）技術(shù)和邊緣到邊緣的偽線仿真（PWE3）技術(shù)的原理與應(yīng)用。

三、教學(xué)方法

1.重視實踐教學(xué)。如前所述，“光傳輸網(wǎng)技術(shù)”是一門兼具工程應(yīng)用性和科學(xué)技術(shù)理論性的課程，而工程應(yīng)用性最突出的教學(xué)特征就是實習(xí)與實踐性。必須合理安排理論學(xué)時與實踐學(xué)時的比例，提高實踐教學(xué)學(xué)時所占比重，給予學(xué)生更多動手實踐的機(jī)會，在實踐中加深對理論知識的理解和學(xué)習(xí)。2.探索項目式教學(xué)方法。項目式教學(xué)是一種讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下通過完成一個完整的項目而進(jìn)行學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。它將傳統(tǒng)的學(xué)科體系中的知識內(nèi)容轉(zhuǎn)化為若干個“教學(xué)項目”，圍繞項目組織學(xué)生開展教學(xué)，使學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)直接參與項目實施的全過程，主動了解項目中的每個技術(shù)環(huán)節(jié)，對項目完成后取得的成果進(jìn)行總結(jié)評價，掌握知識點，實現(xiàn)“做中學(xué)”的教學(xué)效果。3.開展校企合作。了解企業(yè)的人才需求，借鑒企業(yè)的培訓(xùn)經(jīng)驗，是高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才，提升學(xué)生就業(yè)能力的重要途徑。就“光傳輸網(wǎng)技術(shù)”課程而言，一方面購置華為、中興等業(yè)內(nèi)主流企業(yè)的光傳輸設(shè)備用于實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，為學(xué)生提供零距離接觸實際設(shè)備的機(jī)會；另一方面，在項目式教學(xué)的選題上可借鑒企業(yè)的真實案例，摒棄脫離實際的“偽實踐教學(xué)”。此外，參考光傳輸工程師職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)修訂教學(xué)內(nèi)容，鼓勵學(xué)生考取業(yè)內(nèi)認(rèn)可的企業(yè)職業(yè)資格認(rèn)證，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

綜上所述，光傳輸技術(shù)是高等院校電子和信息類專業(yè)的一門核心專業(yè)課程。該課程的教學(xué)內(nèi)容隨通信技術(shù)的發(fā)展而不斷更新，教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)動手實踐，可將它視為探索和踐行應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的典型課程。對于光傳輸技術(shù)的教學(xué)改革，我們應(yīng)予以持續(xù)關(guān)注。

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[2]汪建豐，等.本科專業(yè)理論課程實施項目式教學(xué)的理論與實踐[J].現(xiàn)代教育科學(xué)，2012

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Abstract: Along with our country comprehensive promotion of smart grid construction, during the "12th Five-Year Plan" will be basically completed safety, energy saving and environmental protection, advanced technology, standardized management of the new type of rural power grid. The county power grid, this is after the end of the last century the rural reconstruction after another large-scale upgrading, in rural development is not only an opportunity, but also a stern challenge. Regional economic development, the power first, how to seize the opportunity to upgrade power grid, solve the existing problems, to build a strong power grid, builds the good foundation for the regional political, economic development, we must seriously consider the issue.

Key words: intelligent; grid; distribution; upgrade

中圖分類號：TU994 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：文章編號前言：

當(dāng)前，隨著國家在西部大開發(fā)的政策引導(dǎo)，小型城市及農(nóng)村的現(xiàn)代化工業(yè)、農(nóng)業(yè)正在崛起，使得中低壓電網(wǎng)配置與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾日趨突出?！笆濉逼陂g，國家將安排4100億元用于農(nóng)網(wǎng)改造，因此，如何把握好新一輪農(nóng)網(wǎng)改造升級的機(jī)遇，有效提高農(nóng)網(wǎng)的供電能力和安全性，促進(jìn)新興能源的快速發(fā)展，以及實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，是電力企業(yè)深入思考和探討的一個問題。文章闡述了智能化農(nóng)網(wǎng)的基本概念，介紹了目前西部一些地區(qū)縣級電網(wǎng)的現(xiàn)狀和存在的一些問題，分析了配網(wǎng)自動化建設(shè)中需要注意的問題，提出了適用于縣級電網(wǎng)智能化升級改造的建設(shè)方案。

 1 農(nóng)網(wǎng)智能化的含義

  農(nóng)網(wǎng)智能化的基本特征是技術(shù)上體現(xiàn)信息化、自動化、互動化，管理上體現(xiàn)集團(tuán)化、集約化、精益化、標(biāo)準(zhǔn)化。信息化是指在農(nóng)網(wǎng)中體現(xiàn)為有效整合農(nóng)電管理信息資源，消除信息孤島，依靠農(nóng)網(wǎng)智能通信手段，利用信息集成技術(shù)解決方案，為農(nóng)電業(yè)務(wù)一體化管理提供智能決策支持。自動化是指在農(nóng)網(wǎng)中體現(xiàn)為適應(yīng)農(nóng)網(wǎng)特點和運(yùn)行環(huán)境，適度提高農(nóng)網(wǎng)智能裝備水平，依靠面向多點分散數(shù)據(jù)的低成本高可靠通信系統(tǒng)、實用化高效信息采集傳輸及集成應(yīng)用自動化與優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)，實現(xiàn)農(nóng)網(wǎng)自動化運(yùn)行控制與管理水平提升?；踊侵冈谵r(nóng)網(wǎng)中體現(xiàn)為電力供應(yīng)與農(nóng)村社會發(fā)展需要相適應(yīng)，采用智能用電與互動化新技術(shù)，通過信息實時溝通分析，為用戶提供透明、友好、便捷、安全的服務(wù)，實現(xiàn)農(nóng)村分布式電源和儲能裝置的靈活接入，促進(jìn)電能的安全、高效、環(huán)保應(yīng)用。

  2 縣級電網(wǎng)現(xiàn)狀

  在上世紀(jì)末全國農(nóng)網(wǎng)改造中，對縣級電網(wǎng)的供電設(shè)施進(jìn)行了全面升級。以河南某供電分公司為例，通過當(dāng)時的升級改造，在中壓配網(wǎng)線路分段和分支上采用了真空開關(guān)，建成了農(nóng)網(wǎng)首個環(huán)網(wǎng)供電線路，并取得了線路損耗明顯下降，電壓質(zhì)量和供電可靠性顯著提高的良好效果。但是隨著城市的現(xiàn)代化建設(shè)、工業(yè)的發(fā)展、居民生活水平的不斷提高，這些老舊的電網(wǎng)構(gòu)架、配變臺區(qū)的布點、設(shè)備的功能已不能滿足目前用戶的要求。

  2.1 中低壓配網(wǎng)構(gòu)架布置不合理

  縣城配網(wǎng)饋路供電輻射半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過承受能力數(shù)倍，電源單一，10kV配網(wǎng)線路N-1比例過低，發(fā)生故障后引起大范圍停電的風(fēng)險較大。配電臺區(qū)布置供電半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過250M，配變?nèi)萘颗鋫洳蛔?，低壓?dǎo)線截面制約負(fù)荷發(fā)展裕度，對居民生活產(chǎn)生一定影響。

  2.2 設(shè)備落后，電網(wǎng)升級發(fā)展基礎(chǔ)薄弱

  雖然一些縣級配網(wǎng)較早實現(xiàn)了環(huán)網(wǎng)供電，但是在聯(lián)絡(luò)、分段、分支的開關(guān)選型上，10kV真空開關(guān)沒有監(jiān)測、保護(hù)、控制測量接口，保護(hù)的整定不能按負(fù)荷階梯型來整定。配變沒有監(jiān)測、保護(hù)、遠(yuǎn)抄接口，中壓配網(wǎng)一旦出現(xiàn)故障，仍然采用全線人工逐段排查，工作效率低，停電時間長，經(jīng)濟(jì)損失大。

  2.3 低壓配網(wǎng)導(dǎo)線載面偏小，集裝箱安裝方式缺陷多

  雖然在上世紀(jì)90年代的電網(wǎng)改造中，縣城城網(wǎng)就采取了電纜下線，電度表集中安裝，但隨著居民生活水平的提高，負(fù)荷的自然增率以每年20%遞增，每戶居民最高負(fù)荷可達(dá)7kW，之前選用的電纜已無法承擔(dān)目前的負(fù)荷。加之低壓供電半徑偏長，電壓質(zhì)量無法保證。

  2.4 電網(wǎng)規(guī)劃缺乏前瞻性

  由于有些地方發(fā)展較為滯后，因此，電網(wǎng)的規(guī)劃水平受到經(jīng)濟(jì)、信息、技術(shù)、人才等多方面的制約。尤其是缺乏與發(fā)達(dá)地區(qū)的技術(shù)交流，缺少專業(yè)的技術(shù)人才來管理和維護(hù)引入的先進(jìn)系統(tǒng)，多種因素導(dǎo)致西部縣級電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行水平都處于較為落后的狀態(tài)。

  3 縣級配網(wǎng)自動化建設(shè)需要注意的問題

  3.1 一般縣級電網(wǎng)的規(guī)模不大，在開展配網(wǎng)自動化建設(shè)時，應(yīng)該遵循穩(wěn)定可靠、實用、先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的原則，避免追求配電自動化系統(tǒng)的大而全和盲目建設(shè)。

  3.2 從經(jīng)濟(jì)方面考慮，縣級電網(wǎng)配網(wǎng)自動化建設(shè)要有針對性，抓住要解決的重點問題，避免建設(shè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的自動化系統(tǒng)，否則一方面投入大，另一方面維護(hù)起來也比較吃力。

  3.3 根據(jù)以往配網(wǎng)自動化建設(shè)的經(jīng)驗，通信是配網(wǎng)自動化的瓶頸。已有的配電自動化系統(tǒng)中，往往由于通信通道故障，導(dǎo)致已有的系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果不理想，甚至癱瘓。尤其是一些采用光纖通信的系統(tǒng)，由于光纜運(yùn)行環(huán)境不好，容易受外力的破壞而中斷。所以，通信的管理和維護(hù)，是維持配網(wǎng)自動化正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重中之重。 

3.4 在方案選擇上，不僅要注重故障處理的效果，還要關(guān)注達(dá)到這些效果所需要具備的條件，考慮各種情況下的可靠性。因為有些系統(tǒng)發(fā)揮正常的故障處理功能需要具備許多條件。例如單一的主站集中控制的處理模式，這種模式要正常功能發(fā)揮必須同時滿足以下條件：通信信道完好；主站計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)穩(wěn)定正常；故障處理基于的計算機(jī)上的配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與現(xiàn)場一致；現(xiàn)場FTU設(shè)備和通信裝置運(yùn)行正常。但問題是上述4個要素經(jīng)常不能同時得到滿足。因此，在方案選擇時要深入分析，選擇適合自身條件的建設(shè)方案。

  3.5 配網(wǎng)自動化涉及的技術(shù)專業(yè)面比較寬，所以在配網(wǎng)自動化建設(shè)中，要注重專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)和隊伍的組建，為后期的技術(shù)維護(hù)奠定基礎(chǔ)。

  4 縣級配網(wǎng)的自動化建設(shè)方案

  4.1 基于故障指示器的故障定位系統(tǒng)

  故障指示器通過檢測短路電流的特征來判別短路故障。通過在分支點和用戶進(jìn)線等處安裝短路故障指示器，可以在故障后借助于指示器的指示，迅速確定故障分支和區(qū)段，大幅度減少了尋找故障點的時間，有利于快速排除故障，恢復(fù)正常供電，提高了供電可靠性。近年來還發(fā)展了具有同時檢測單相接地故障和相間短路故障的的二合一故障指示器，使得指示器的功能進(jìn)一步擴(kuò)展，而且它的通信可以采用GSM短信方式、GPRS／CDMA等通信方式，所以在此基礎(chǔ)上配合安裝一定數(shù)量的通信終端，可以將故障指示器的動作狀態(tài)發(fā)送到控制中心，在控制中心的計算機(jī)地理圖上或單線圖上直接定位故障點，大大提高了故障指示器定位故障的自動化程度和故障處理效率，是一種最經(jīng)濟(jì)實用的自動化方案。這種方案不需要改造一次設(shè)備，主要是在現(xiàn)有設(shè)備條件的基礎(chǔ)上加裝故障指示器和通信終端，就可以初步實現(xiàn)故障的快速定位，減少故障巡查和故障處理時間，而且投資省，見效快，容易實施，也容易推廣。

  4.2 在故障定位系統(tǒng)基礎(chǔ)上升級的二遙方案

  這種方案是在第一種方案的基礎(chǔ)上增加監(jiān)測終端，除了具有第一種方案的功能外，可以實時監(jiān)測電流和開關(guān)狀態(tài)，實現(xiàn)對電網(wǎng)的基本監(jiān)測。在故障自動定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加線路電流的測量和監(jiān)測，在很多情況下可以更進(jìn)一步滿足我們對配網(wǎng)的基本監(jiān)測要求。而利用故障指示器本身作為電流測量探頭，正常情況下監(jiān)測負(fù)荷電流并定時上送，故障情況下檢測故障電流并給出故障指示的技術(shù)已經(jīng)獲得突破，將大大提高該自動化方案的實用性，使得我們不需要對現(xiàn)有任何一次設(shè)備進(jìn)行改造，即可實現(xiàn)對配網(wǎng)的兩遙監(jiān)測（遙測、遙信）。事實上，大多數(shù)需要遙測的地方，只要監(jiān)測負(fù)荷電流，已經(jīng)可以滿足我們對配網(wǎng)的監(jiān)測要求。對于縣級電網(wǎng)而言，這種方案采用GPRS／CDMA等通信方式基本就能滿足需要。

  4.3 分布式智能控制方案

  這種方案主要是用智能控制器配合電動開關(guān)，實現(xiàn)故障自動隔離和自動轉(zhuǎn)供電，是在原來的電壓分?jǐn)嗥?、電流分?jǐn)嗥?、重合器技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展出的一種技術(shù)，投資省、見效快、可靠性高，不需要通訊。通過給電動負(fù)荷開關(guān)、斷路器配置一臺智能自動化裝置，綜合監(jiān)測線路電流、開關(guān)兩側(cè)電壓、結(jié)合開關(guān)狀態(tài)的檢測，在故障情況下可以自主判斷故障位置，自動跳開故障區(qū)段的兩側(cè)開關(guān)，自動合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，實現(xiàn)故障區(qū)段的自動隔離和非故障區(qū)域的恢復(fù)供電。如果在這種方案的基礎(chǔ)上增加通信裝置，可以自動升級為標(biāo)準(zhǔn)的FTU，實現(xiàn)三遙（遙測、遙信、遙控）功能，比較適合手拉手供電的環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)使用。

  4.4 具有通信功能的分布式智能控制方案

  這種方案是在第三種方案的基礎(chǔ)上，增加局部光纖通信，環(huán)網(wǎng)內(nèi)的各FTU互相交互信息，在故障后毫秒級的時間內(nèi)直接跳開離故障點最近的兩側(cè)開關(guān)，而變電站出線開關(guān)并不需要跳閘，這使得停電區(qū)域最小，同時聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動合閘轉(zhuǎn)供，保證停電時間最短，而且這種方案即使在網(wǎng)絡(luò)通信失效的情況下，該環(huán)網(wǎng)中的設(shè)備會自動轉(zhuǎn)為第三種方案工作，從而保證故障處理的功能不會喪失。這種方案的特點是停電范圍最小、停電時間最短、效率高、投資省、見效快、可靠性高，適合具有光纖通信通道的場合，對供電可靠性要求較高的電網(wǎng)可以考慮使用這種方案。