王春灿

北京交通大学光波技术研究所，全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044

摘要：光波技术基础课程教学中学生对抽象概念和公式难以理解，为了解决此问题本文在分析传统和现代教学方法利弊的基础上，提出了将计算机数学建模仿真和多媒体技术引入到课程教学中，实践证明适当的利用现代教学方法可以激发学生学习的积极性，很好地理解了教材的内容，更重要的是分析和解决问题的能力也得到提高。

关键词  现代教学方法  数学建模  多媒体技术

 

光纤通信是20世纪70年代问世的通信新技术，它采用光波作为信息载体，光纤作为传输介质，具有带宽大、损耗低、抗电磁干扰等优势，目前已经成为有线信道最主要的传输方式，随着相干光通信、密集波分复用等新的光通信技术的发展，光纤通信已经进入了全新的发展阶段，即全光通信时代。光波技术基础作为光纤通信领域的基础课程，对于每一个通信工程专业的本科生和研究生是必备常识。但是本课程涉及到很多复杂的公式推导和抽象的概念，使得学生在学习过程中普遍感到理解困难。因此，如何改进教学方法激发学生的学习兴趣，以及帮助学生理解课程中的抽象概念和公式的物理意义是非常必要的。本文首先分析了传统和现代教学方法的利与弊，然后提出利用计算机数学建模仿真和动画演示等现代教学方法丰富学生的感性认识，帮助学生在抽象地概念之间建立联系，在理解的基础上建立抽象思维，增强了学生学习的主动性，同时也提高了教学效率。

传统教学方法主要依靠板书和学生交流，这是任何计算机辅助教学方法都不能替代的，教师讲解的速度和学生们思考节拍相吻合，从而学生对知识点的掌握深刻。但是传统教学方法的弊端也是比较明显的，由于教师板书需要占用大量的课堂时间，所以在有限的课堂时间内教师能传达的信息量小、效率较低。现代教学方法主要依靠多媒体技术把教学内容制作成课件，包括文字、图像、动画和声音，以其图文并茂和声像俱佳的表现形式作为情境教学，提高了教学效率，节省了大量书写板书和悬挂教学挂图的时间，使教师能在有限的时间内向学生传递更丰富的教学信息；同时结合文字、图像、动画及声音等多媒体载体使得教学更生动，能够适当地加快教学进度和拓宽了学生的知识面 [1]。但是，在高校课堂教学中，如果一味使用多媒体来盲目地扩大信息量，就会导致学生印象不深，甚至学生思维跟不上课件的节奏，从而使他们产生“紧张、厌倦”的心理，甚至有些学生在课堂上干脆不听课，下课后只拷贝走课件以应付考试。

高校教学中应继承传统课堂教学的长处，因为教师的传道、授业、解惑不是通过机械的多媒体展示所能完成的，同时充分利用多媒体、计算机仿真等现代教学手段呈现一些在传统教学中无法展示的内容，多媒体技术能够提供大量生动的动画、图片和声音，使原本枯燥抽象的内容变得生动和易于理解，增强学生的感性知识和视觉效果，提高学生的学习兴趣。

数学建模是各门科学研究的经常性活动，也是数学与实际相联系的桥梁 [2]。本课程的内容比较抽象，如果直接给学生讲授公式的推导，则很难对概念和公式的物理意义形成透彻的理解。而针对某一具体数学问题引导学生建立数学模型，并且在此基础上进行计算和分析，这样不仅学生的思考积极性得到极大的激发，而且在建立数学模型的过程中掌握了公式的推导，以数学模型为工具对实际问题计算，引导学生自觉地利用所学知识去分析计算结果，很好地帮助学生对抽象的概念建立感性的认识，学生自然不会对原来感到难以理解的公式感到枯燥和陌生。例如，在为学生讲解光纤中模式的概念时，如果老师只从教材文字的叙述和公式的推导去讲授，学生普遍感到难以理解，并很快失去兴趣和耐心，因此有必要借助数学建模仿真帮助学生对模式建立感性的认识。首先，利用数值仿真软件Matlab编写计算光纤模式的软件，向学生展示数学建模的基本过程，包括需要用到的公式及推导过程、软件的基本操作步骤、程序的流程等，由于程序本身不是很复杂，大部分学生完全有能力独立完成建模。然后，利用程序计算光纤中模式的特性，包括在不同折射率分布条件下模式的传输常数、场强分布、频率色散关系等等。最后，引导学生运用所学到知识分析计算的结果，理解计算结果的物理意义。实际教学表明，通过这种教学方法讲授课程，学生完全消除了原本的恐惧心理，通过建模和分析，学生不仅掌握了教材所涉及的内容，更重要的是提高了学生分析问题的能力。

课程中有些内容比较抽象，通过简单地叙述不容易给学生留下深刻的印象，这时可以利用计算机形象直观的动态演示功能，形象地呈现事物的现象，具体地表达事物发展的过程，使抽象的知识变得形象具体，生动活波，学生对掌握的知识更加透彻，教学收到事半功倍的效果 [3]。例如，在讲解制作光纤预置棒工艺的时候，采用Flash软件把各个工艺流程表现出来，学生虽然没有看到真实的制作过程，但是动画演示可以把整个工艺流程形象逼真得表现出来。实际教学效果表明，看完动画演示后，教师再辅以叙述讲解，学生能够轻松地理解相应教材内容，达到良好的教学效果。

光波技术基础课程涉及很多抽象的概念和难以理解的公式，为了提高教学效率，本文在分析了传统和现代教学方法利与弊的基础上，提出把现代教学方法合理引入到光波技术基础的课程教学中。教学实践表明，数学建模仿真能够充分调动学生学习的积极性，除了掌握教材内容以外，还增强了分析和解决问题的能力；而通过多媒体课件演示一些教材内容，可以帮助学生理解，达到良好的教学效果。

 

 

[1] 何克抗. 现代教育技术 [M] 北京：北京师范大学出版社，1999。

[2] 姜启源, 谢金星, 叶俊. 数学模型 [M] 北京：高等教育出版社，2006。

[3] 李吴, 张洪福. 《病理学》多媒体教学的探索和思考 [J] 安徽医药，2007，11（9）：861-862