2023年论《光纤通信基础》实验教学模式.doc

论光纤通信根底实验教学模式 王叶, 阎晓娜，王燕，余昺鲲 :就当前实验教学的根本理念和一般模式进行探讨，提出关于“光纤通信根底〞实验教学的专门模式并附以具体的实施手段，指出教学模式应用过程中遇到的主要问题。 关键词:教学理念；教学模式； 模式是一种标准，是一种标准化的样式，教学不例外也有此一说，谓教学模式。庆幸你已上了二十年的讲台或带了二十年的实验，但试问什么是教学模式？你的教学模式又如何呢？心里虽有些谱，嘴上却难说清楚。通俗地讲，每位教师都有他的教学习惯和方法，习惯一般是自然地或凭经验形成的，比方有的老师习惯于课间在黑板上画好即将要用的例图或公式，有的实验课老师总会告知学生某种仪器所用的精度档级或甚至帮它调好，很多时候不能评判某种教学习惯的好坏，因为总有正反相左的证据同时存在，谁能断定事先画好的例图〔再进一步如多媒体方式图像〕就一定比老师当场的肢体语言更能激发学生的思维想象呢？谁又能否认学生的“勇敢动手〞精神会使仪器损坏率上升呢？教学方法和教学习惯稍有些区别，为了到达好的讲授效果，为了使仪器得到正确的使用，有时是为了平衡学时与教学内容之间的矛盾，等等，教师自觉或被迫地采用了这样或那样的方法，不过方法的优劣评判也是莫衷一是，当以是否提高教学质量为其衡量标准时，判优的某种教学方法却不一定能够使用，此时，个人经验化的的教学习惯和教学方法将伴随左右，从而无视教学模式的实在性，有时甚至感觉它是一种立而不恭和举而不实的东西。 确实，教学模式是理念化的东西，决非一两句话能够说明，以下仅就实验教学模式作些探讨，作为第一线的老师，出于个人的认识，难免会有偏颇之处。 1 普遍教学理念下的一般模式和专门模式 实验教学存在着普遍的理念，那就是，最大限度地培养学生的动手能力，附之以观察力和理论联系实际能力的培养，再进一步是研究与创新精神的培养。国内实验教学所遵循的一般模式是：1〕实验内容，仪器和实验过程的协调统一；2〕实验结果能够验证理论模型；3〕实验手段和方法要求体现多样性；4〕要求有创新实验或新的教学方法。这些只是总的标准或要求，可以针对一门实验课程，也可以针对特定的实验或一类仪器制定规那么和要求〔如预习样式，光学仪器操作要求等〕。一般模式围绕“培养学生的动手能力〞这一根本理念展开，而如何具体化和应用那么受到很多因素的制约，个人经验化的的教学习惯和教学方法就是教学模式具体化及应用时的表现形式，同时又具有个性化色彩，无论这是出于个人自觉或被迫地产生和制定还是出自集体公共的意识或规定。当前关于一般实验教学模式具体化应用的一种误区是，将实验内容是否完成和仪器的正确使用与否看作同义，那么熟练性又体现在哪里呢？专业实验的老师经常会重复讲解应该是根底实验就已经掌握的一些仪器的调整思路和使用方法〔比方专业实验用到数字示波器，虽然和普物实验所用的模拟示波器有些不同，但根本功能及调整思路应该差不多，但是学生往往没有掌握该仪器的根本特性和使用方法，这是因为熟练性不够导致不能类比和旁通〕；另一种应用的误区是，学生和老师都似乎习惯了实验结果的千篇一律，创新实验或带研究性的实验内容的比重不够是其原因，不过创新实验如何定义也是个问题，从这方面讲，追求一个预先设定的完美的结果并非可取。很多时候，即使有一个能够体现良好教学理念的又规划得好的教学模式，却也未必能产生好的教学效果，这是一个值得深思和一直在探讨的问题。笔者认为：教学模式的具体化及应用包括老师、学生的个性化表现是一个整体，这个过程外化为教学效果〔教学质量〕。这个过程由诸多主观和客观因素决定，这些因素构成教学模式的具体化应用条件。为从理论上进一步解读教学模式的作用及效应，这里提出“专门模式〞的概念。 实验教学的专门模式是指具有特定作用及效应的模式，它体现普遍的实验教学理念，它兼容实验教学的一般模式又比之一般模式有更明确的整体及系统性要求并且具备具体化的应用条件〔至少客观条件具备〕，它是立足于教学现实的，它以特定的专业课程或一大类教学内容为依托，换言之，专门模式是为同类或专业实验所遵循的，就光纤通信根底实验课而言，每个实验的内容互有内在的联系，所有仪器可以作为一个整体来看待，任何单一仪器的作用超越了其在某个实验中的孤立地位，专门模式突破了一般模式在某个实验的具体化应用时的可能的狭隘性〔因条件局限产生的偏差或歧义〕，缩小了一般模式在具体化应用时多方面的不确定性。 2 光纤通信根底实验教学模式及其应用 新世纪之初，实验室从美国Newport公司购置了“光学实验组合仪〞，该仪器原名为“Optics Education kits〞，应是光学教学工具之意，使用该仪器可进行近四十项光学及光纤光学实验。该组合仪的特点在于可以将所有光学、机械、电子仪器或设备在实验过程中随时进行工具化的组合，实验开始时遵循的框架或思路无论国内或国外没有本质的区别，即如图1所示， 图1 实验过程的一般思路 超越这个框图的通常含义的关键是这些尖头连接的方式和与之配合的实施手段，这种连接方式是基于专门模式的。经过对仪器特点、操作过程的分析及对原版资料〔包括说明书及教材[1][2]〕的研究、学习后得出如下光纤通信根底实验教学遵循的专门模式或总的标准： 1） 实验项目的开设应是综合性和层次化的结合 2） 仪器安装与调整应是细分化与整体性的统一 3） 实验过程的进行应是重复性与延伸性的并列 以半导体光源与光纤耦合实验为例〔图2〕，该实验研究注入型激光二极管和发光二极管与光纤的耦合过程并判断耦合的效果，其中关于有源器件“半导体光源〞的发光特性和无源器件“耦合器〞的认识及应用是实验原理及操作难点之所在。以学生角度看，从凸透镜成像到GRIN棒透镜成像是几何光学知识的一种进阶，同时，GRIN棒透镜也是进一步认识梯度折射率光纤及其应用的一个实物；从教师方面讲，通过增设数字基带编码及其通信信号〔如FSK〕经光纤传输的附加实验来完成数字调制与光调制实验的一次综合，也使该实验上了一个层次。 再以半导体激光器特性测量实验为例，如果仅测量它的电光特性及其光谱，一般将其驱动电流调制成脉冲方式，在单色仪出射狭缝处接一个光电倍增管，用一个交流电表就能完成实验。但是当考虑进一步测量其动态调制特性时，所用的方法及仪器的的复杂性增加了许多，我们经过理论推演和实验研究，参考了原始文献的一些论述，从新确定实验步骤，对实验仪器及其参数间的关联性、操作要点作了更为细致的解释[3]，实验过程承袭了原版教材中分列仪器装配和整体功能之间相互协调进行的调整方法和技术环节，将知识面的开拓、新的测量方法的挖掘和仪器的用熟用活融于实验的全过程。 为更好地遵循或展开上述思路或模式，作为重要的计算机辅助教学手段，我们开发了“光纤通信根底实验多媒体辅助平台〞软件，该平台融教学与管理于一体，开发过程中经过对教学内容和管理对象的分析，归纳了各个实验所涉及的软、硬件信息并制作成多种多媒体材料，形成了可扩充的多媒体数据库，学生可以在实验的整个过程中查阅相关仪器的图示及使用说明，实验操作要领和本卷须知等。 图2 可以扩展为光纤通信实验的光-光纤耦合实验， 左为实验装置图，右为GRIN棒透镜光纤耦合器安装图示 需要指出的是，只有在某些具体化应用条件满足以后，一些专门模式才能实行，而某一专门模式并不一定只适用于特定的一类实验或一门专业实验，在这一点上专门模式也具有一般性，可以在一门综合实验课的某些板块〔比方近代物理实验中光纤光学，光谱测量等一些板块〕中应用大致相同的专门模式以期望到达设想的教学效果或目标。 3 专门模式具体化应用时存在的问题 从上面的实例可知，专门模式的特定应用归结为对实验原理的充分理解，对实验环节的精巧安排和对实验过程的详细分解，这里“教〞是占主导地位的并且带有教师强烈的个性化色彩。另一方面，教学方式“工具化〞将仪器的使用放到举足轻重的地位，实际的工具是分通用性和专门性的，示波器是通用仪器，半导体光源一般也作为通用仪器，既用于光纤通信，又用于光纤传感，但当需要研究通信带宽或光纤传感器的灵敏度时，半导体光源的啁啾特性或光强稳定性、线宽等就需要深知和深究，它就成了专门的仪器。工具的意义在于实用和适用，这需要作为主体的实验者去拿捏直到熟练的程度，这样才能赋予仪器设备活的一面，所谓用活，这也属于模式应用的个性化表现范畴，应该在这方面让“学〞占主导地位。普遍的教学理念是长期存在的共识，在专业训练方面，现在要重视研究与创新精神的培养，这在根底实验〔比方普物实验〕中是很难做到的，但是如果在专业实验中也做不到这一点，再好的模式也是虚设的，当前和过去在实验教学领域始终困绕着我们的是“教〞与“学〞的关系问题，也就是模式应用的主观条件问题。我们购置了国外的先进教学仪器，引入了仪器使用“工具化〞贯穿于所有实验及其过程的专门模式具体化应用方法，整个实验课教学像一根链条，一端的主体是教师，另一端是学生，当教师和学生共同把这根链条连起来的时候，链条就成了一个环，教师和学生就共处在上面并互相融合，任何时候两者中只要有一个想把这根链条加粗或加长，要能得到另一方的响应，这时，环就不会脱节，也不会粗细不匀，我们称这时的教学模式的运用是和谐的，教学理念是被充分展示的，我们的教学工作才是真真有实效的。 参考文献 [1] Projects in fiber optics [M].Newport Corporation,1791 Deere Ave, Irvine, CA .USA,1993 [2] Projects in single-mode fiber optics [M].Newport Corporation,1791 Deere Ave, Irvine, CA .USA,1993 [3] 王叶，干预法测量半导体激光频率漂移实验[J]. 大学物理，2023〔12〕