光纖通信傳送網教學設計研究

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摘要：針對光纖通信課程中傳送網教學難點，融入新的教學思路和方法，著重解決了學生知識體系難建立和傳統授課方式枯燥乏味的問題。結果表明，學生的學習興趣顯著提升，教學質量和效率大大提高，教學效果令人滿意。

關鍵詞：光纖通信；傳送網；教學方法；內容組織

“光纖通信”是通信工程專業本科生的一門重要的專業必修課，主要包括光纖基本概念，基本原理與特性、光器件、系統設計以及光纖網絡等內容。前面部分是與光纖“系統”相關的知識點，而后面光纖網絡中的同步傳輸體制/多業務傳送平臺（SDH/MSTP）、波分復用/光傳送網（WDM/OTN）和分組傳送網（PTN）可歸類為“傳送網”[1，2]。在傳統教學設計中，光纖系統部分是課程的重點，往往投入大量課時和精力進行教學，而對傳送網部分的重視程度相對不夠。但根據調研，現在的實際情況為大部分學生走上工作崗位后接觸和使用更多的是光纖網絡設備，因此加強傳送網部分的教學對于本門課程的實用性具有十分重要的意義。通過一段時期的教學實踐與改進，本文較為系統的總結了光纖通信課程中傳送網部分的教學設計。

一教學目標與難點分析

“光纖通信”課程以培養學生光纖通信系統/網絡的分析、設計和應用能力為主要目標。但是對于學生來說，未來從事相關工作所用到的知識卻有著側重點的差異：少部分從事專門研究工作的學生（畢業后轉入研究生學習）對課程中光纖原理、傳輸特性、器件等知識點的掌握要求更高，而大部分學生本科畢業后進入政府、企業、軍隊等機構從事具體工作（多為工程師），操作、維護和管理相應的光纖通信設備特別是傳送網設備，已經成為他們適應第一任職崗位并快速成長為合格技術人員的關鍵。因此，在光纖通信課程中需要重視傳送網相關的教學工作，使學生對理論知識掌握更加深入透徹，對實際設備應用更加得心應手。在教學過程中我們發現傳送網恰恰是學生很難學好的部分，原因歸納起來有以下幾點。1)知識點繁多，該部分主要包括SDH、MSTP、WDM、OTN以及PTN等技術體制，是業內幾十年發展的成果匯總，涉及的具體技術、協議、標準等知識非常多而且有些比較晦澀難懂，給教學帶來了很大難度；2)傳統教學對知識相關性介紹不夠，課堂講授多按照教材內容順序生硬的“堆砌”知識點，使學生難以形成完整的知識體系；3)學生基礎知識匱乏，該部分教學需要學生掌握部分前期基礎課程的知識，否則難以真正理解相關內容，例如不清楚多協議標簽交換（MPLS）就無法理解PTN的“面向連接”，而根據實際教學經驗，學生對某些相關的網絡基礎知識掌握得并不理想；4)理論與實踐脫節較嚴重，部分缺乏實際網絡設備的高校難以開設相關的實驗課程，使得學生對實際設備情況不清楚，嚴重影響教學效果；5)概念英文縮寫多，為了敘述的簡練性傳送網中大量的概念都以英文縮寫形式出現，初次接觸的學生要在短時間內快速熟悉和掌握它們難度很大。

二教學內容組織

正是由于傳送網教學存在上述難點，我們需要對教學內容進行科學合理的組織。傳送網從上世紀70年代出現到今天已近50年，其中涉及的技術雖然很多，但大體還是遵循基本的發展脈絡，通常都是某個技術在新時期出現了不足或對新業務支持得不好才推出了更先進的技術。因此我們基本按照技術的演進安排教學內容的先后順序，即SDH、MSTP、WDM、OTN和PTN。但僅僅安排好內容的先后順序是遠遠不夠的，在教學過程中還需要特別重視講解它們之間的相互關系，例如最早出現的PDH采用準同步方式但傳輸速率不高，因此出現了采用同步方式且速率更高的SDH，而數據業務的興起要求傳送網支持多種業務傳輸即MSTP；SDH/MSTP采用的時分復用方式接近其容量極限后，出現了更大容量的波分復用即WDM，為了增強監控管理等能力，又在WDM和SDH基礎上提出了OTN。另一方面，過去以承載數據業務為主的以太網技術是“無連接”的，但為了提供更好的Qos并增強OAM功能，出現了“面向連接”的PTN，能夠更好的承載包括語音在內的多種業務。教學過程中除了每次學習新技術時需要介紹上述聯系外，還應在適當時機對這些技術的特點和關系進行系統的梳理和高屋建瓴的講解，以達到“既見樹木，又見森林”的效果。除了理清上述“大”知識點的關系，每個知識點內部也包含很多具體內容，同樣也需要精心安排。以SDH為例，一條可行的思路是從學生熟悉的概念——脈沖編碼調制（PCM）出發，展示話音從一個模擬信號逐步演變為E1、PDH和SDH的過程，從而引出SDH的概念；該過程中的低速信號和高速信號可以比擬成大小不同的“箱子”，而對這些箱子的操作就是SDH的“復用映射結構”；對SDH組幀的基本過程有了充分了解后，我們再把“箱子”打開，即介紹SDH的“幀結構”；運輸這些“箱子”的“物流網”就是SDH網絡，包括基本的網元設備、網絡分層結構以及自愈環網保護等知識點。通過類似的方式，學生可以把各知識點的內容串聯起來，頭腦中形成完整而牢固的知識體系[3]。另外，針對學生對某些基礎知識掌握不牢甚至在前期課程中沒有涉及的問題，我們要在課上對相關內容進行必要的補充，例如E1幀、MPLS和VPN等。

三教學方法

克服傳送網教學的難點還需要綜合運用多種教學方法和手段。1)由于傳送網的很多概念和原理比較抽象，學生學習時感到非?？菰?，那么用生活中常見的實例進行類比就顯得非常重要。例如，SDH的復用映射過程相當于把貨物（待傳輸信息）裝進箱子（容器），打上標簽（開銷）后成為虛容器，而指針則指示了箱子在集裝箱（SDH幀）中的位置；WDM中的波分復用可比作高速公路上的多個波道，在其上運行的SDH信號相當于運輸貨物的汽車，光放站與加油站功能類似，而監控管理系統則相當于交警或公路管理部門。2)在教學中還要多用啟發式的方法，例如，學生已知SDH的“剛性管道”不適合分組業務的傳送，那么經典的數據網能否很好的傳遞話音呢？通過類似的問題可以開拓學生思維，使其從不同角度看待問題，并極大調動學習思考的主動性。3)初學者面對傳送網中涉及的大量英文縮寫往往不知所措，經常是學習了后一個忘了前一個，因此我們建議學生使用理解-簡并的方式進行記憶，在充分理解概念的基礎上對某些常用的縮寫字母進行重點關注，例如字母O往往指代光纖“Optical”,N指代網絡“Network”，而“T”多指傳送“Transport/Transfer”等等，同時還要在課后進行總結以加深印象。4)傳送網的應用性非常強，這就要求教學中必須重視理論聯系實際，我們通過校企合作的方式引進了主流的SDH/MSTP和PTN設備，建立了通信傳輸技術實驗室，學生可以零距離的接觸這些設備并開展相關實驗。5)通過Matlab和Optisystem等軟件仿真來輔助教學可以使理論知識形象化，并且不受時間和場地限制，有利于學生開展自主學習。6)在課堂上還可以間插一些現代年輕人的“語言”來活躍氣氛，讓學生在輕松愉悅的環境下更好的掌握知識，例如在解釋“電信級以太網”（CarrierEthernet）時可以將“Carrier”類比為流行游戲（如dota和英雄聯盟）中的“核心”（Carry），具有超強的“掌控力”而且是隊友最終取勝的“依靠”，這與電信級以太網強調的“可管理性”以及“高可靠性”有異曲同工之妙?？偠灾?，在教學中要盡量避免傳統課堂上枯燥乏味的授課方式，多運用生動、有趣、靈活的教學方法和手段，以提高教學效果為最終目的[4]。

四考核與效果評估

考核按照閉卷考試（70%）+實驗（20%）+課堂提問（10%）的方式進行，這樣兼顧了理論知識與實踐能力的要求，同時也調動了學生在課堂上的積極性。經過兩輪的教學實踐，新的教學方案能夠極大提高學生對傳送網知識的學習興趣，課堂氛圍明顯活躍，對知識的掌握更加系統，教學質量和效率大大提高，成績相對過去也有了較大進步。

五小結

本文對當前光纖通信課程中傳送網部分的教學設計進行了系統性的總結，分析了教學目標和教學難點，針對知識點多、概念抽象難懂、掌握相關英文縮寫難度大的教學實際，從教學內容組織和教學方法兩方面入手加以解決：通過梳理并強調各知識點之間的聯系使學生建立一套相對完整的知識體系；通過各種新穎、生動的教學方法或表現形式激發學生的學習興趣，并引導學生進行多角度多層次的思考。實踐表明新方案取得了很好的教學效果。

參考文獻

[1]蘇渤力，賀秀玲，劉春俠，等.應用型本科通信工程專業“光纖通信”課程三位立體教學法研究[J].電子世界，2017,13:50.

[2]羅彬彬，鄒雪，石勝輝，等.電子信息工程專業的光纖通信課程教學方法研究[J].教育教學論壇,2017,8:167-169.

[3]孔維敬，倪曉昌，趙文慧，等.光纖通信與傳輸一體化教學改革探究[J].科教文匯，2017，378：47-48.

[4]陳立功，陰素芹.OptiSystem仿真軟件在“光纖通信”課程教學中的應用探討[J].教育現代化，2016,22:134-136.

作者:戴精科 郭文普 單位:火箭軍工程大學