高職移動通信基站開局與維護課程 虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)設(shè)計

【摘 要】本文針對高職移動通信基站開局與維護課程傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)中面臨的實訓(xùn)設(shè)備落后、實訓(xùn)項目不能匹配實際工作崗位需求、實訓(xùn)場地局限于“課堂”等問題，從學(xué)生實訓(xùn)可不受時空和操作次數(shù)限制、實訓(xùn)內(nèi)容可完全對接真實工作崗位、學(xué)生可以及時直觀地獲得實訓(xùn)結(jié)果等方面分析虛擬仿真實訓(xùn)的優(yōu)勢，以“5G基站硬件搭建”任務(wù)為例，圍繞課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、課后復(fù)習(xí)三個環(huán)節(jié)對虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)進行設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】移動通信基站開局與維護 ?虛擬仿真 ?實訓(xùn)教學(xué) ?設(shè)計

【中圖分類號】G ?【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）04C-0181-03

隨著我國5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，各運營商、通信建設(shè)維護單位對移動通信基站建設(shè)工程人員素質(zhì)要求發(fā)生了變化。新一代通信標(biāo)準(zhǔn)的變化和通信設(shè)備的更新?lián)Q代，要求移動通信基站建設(shè)人員對移動基站網(wǎng)絡(luò)“全程全網(wǎng)”的概念以及新的建設(shè)維護的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范有更深的了解，這對高職院校通信類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)提出了挑戰(zhàn)。

移動通信基站開局與維護課程是通信類專業(yè)學(xué)生的核心必修課，該門課程是以實踐為主的課程，對應(yīng)培養(yǎng)通信行業(yè)中移動通信基站建設(shè)維護崗位的緊缺型人才。學(xué)生在前導(dǎo)課程了解移動通信基站工作原理的基礎(chǔ)上，通過本門課程的學(xué)習(xí)，熟悉各種主流設(shè)備廠家的基站設(shè)備，掌握安裝、調(diào)測基站設(shè)備以及開局?jǐn)?shù)據(jù)配置等技能，以達到目前企業(yè)需要的移動通信基站建設(shè)維護工程人員崗位技能要求。因此，實訓(xùn)教學(xué)是該課程的重要環(huán)節(jié)。但該課程傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)面臨著設(shè)備落后、實訓(xùn)項目不能匹配實際工作崗位需求、實訓(xùn)操作受時空限制等問題，實效性不強。為提高該課程實訓(xùn)教學(xué)的有效性，可引入虛擬仿真實訓(xùn)。

一、傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)面臨的問題

（一）實訓(xùn)設(shè)備落后，數(shù)量不足

當(dāng)前，移動通信發(fā)展迅速，而高職院校因為資金缺乏、流程煩瑣等原因，校內(nèi)實訓(xùn)的基站設(shè)備更新?lián)Q代滯后于行業(yè)5G發(fā)展。以南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，移動基站實訓(xùn)設(shè)備雖然經(jīng)歷了兩次更新?lián)Q代，但目前還只是4G設(shè)備，且因為通信基站設(shè)備昂貴，不能大規(guī)模采購，實訓(xùn)室僅配備一臺基站，日常教學(xué)中難以滿足教學(xué)班動則幾十人的實訓(xùn)需求，學(xué)生只能以小組的形式派代表完成實訓(xùn)。這一狀況造成部分學(xué)生無法參與實操，影響了學(xué)習(xí)效果，同時也為個別學(xué)生養(yǎng)成學(xué)習(xí)惰性提供了機會。

（二）實訓(xùn)項目不能匹配實際工作崗位需求

在移動通信基站開局與維護課程設(shè)計之初，教學(xué)團隊往往依據(jù)通信企業(yè)工作崗位調(diào)研結(jié)果構(gòu)建了匹配實際工作流程的實訓(xùn)項目，但在傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)實施過程中遇到了實訓(xùn)條件有限的困難，導(dǎo)致原計劃的實訓(xùn)內(nèi)容無法實施。例如，出于學(xué)生的人身安全考慮，無法安排基站的天饋系統(tǒng)安裝架設(shè)、登高防雷等“高風(fēng)險”實訓(xùn)內(nèi)容;受實訓(xùn)設(shè)備的數(shù)量限制，不能完成基站設(shè)備開通環(huán)節(jié)的對接基站數(shù)據(jù)配置等“難實現(xiàn)”實訓(xùn)，只能局限在本端基站無線數(shù)據(jù)配置層面;由于基站設(shè)備安裝后不可逆的特性，難以安排移動基站的硬件安裝操作等“難再現(xiàn)”實訓(xùn)。對于上述無法實現(xiàn)實訓(xùn)的項目，教師只能通過實物觀摩、圖片展示、播放視頻等手段進行技能實踐的補充講授。實訓(xùn)項目妥協(xié)于實訓(xùn)條件，實訓(xùn)條件制約實訓(xùn)項目，最后只能調(diào)整實訓(xùn)教學(xué)項目的實訓(xùn)內(nèi)容，舍棄基站硬件部分，僅針對基站軟件層面完成數(shù)據(jù)配置。以上原因造成實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容單一，實訓(xùn)項目無法覆蓋基站建設(shè)全過程，導(dǎo)致學(xué)生部分技能訓(xùn)練缺失，不能快速地滿足和適應(yīng)工作崗位需求，影響后續(xù)就業(yè)。

（三）實訓(xùn)場地局限于“課堂”，不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)

移動基站設(shè)備體積龐大，價格昂貴，固定在校內(nèi)實訓(xùn)室內(nèi)。在傳統(tǒng)的實訓(xùn)教學(xué)中，學(xué)生實訓(xùn)只能跟隨實訓(xùn)教師，局限在課堂內(nèi)完成。這不利于學(xué)生課前提前預(yù)習(xí)，或是課后深入學(xué)習(xí)。受到時空限制，學(xué)生在課堂以外的時間很難再有機會接觸到實訓(xùn)基站設(shè)備，限制了學(xué)生根據(jù)個人實際情況機動學(xué)習(xí)操作的機會，一些學(xué)習(xí)的問題會被積累下來，對這部分的學(xué)生學(xué)習(xí)熱情造成打擊，不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)的培養(yǎng)。

二、虛擬仿真實訓(xùn)的優(yōu)勢

虛擬仿真實訓(xùn)是利用計算機技術(shù)模擬真實環(huán)境，為學(xué)生提供高仿真的工作場景，實現(xiàn)人機交互式地完成實訓(xùn)操作的方式。使用者可以在計算機下載客戶端，輸入用戶名和密碼，通過計算機網(wǎng)絡(luò)登錄平臺服務(wù)器，進入實訓(xùn)。虛擬仿真的實訓(xùn)模式與傳統(tǒng)的實訓(xùn)方式比較，具有以下多方面優(yōu)勢。

（一）學(xué)生實訓(xùn)可不受時空和操作次數(shù)限制

課程仿真實訓(xùn)平臺采用GUI圖形化操作界面，人機界面十分友好，學(xué)生使用簡便。學(xué)生除了上課時段在校內(nèi)實訓(xùn)室使用，還可以在其余時間進行一人一機的學(xué)習(xí)。平臺可供幾百個用戶同時在線操作，與傳統(tǒng)的實訓(xùn)方式相比，避免了學(xué)生實訓(xùn)“扎堆排隊”現(xiàn)象。在這個平臺上，學(xué)生像在真實環(huán)境中一樣對基站設(shè)備進行安裝調(diào)測的反復(fù)操作，即使拆卸通信基站內(nèi)部器件、關(guān)鍵部位也不用擔(dān)心損壞設(shè)備，克服了真實基站設(shè)備昂貴、易損壞的缺點。學(xué)生可以依托平臺，通過反復(fù)實訓(xùn)，熟練掌握“安裝”“拆遷”移動基站的技能。

（二）實訓(xùn)內(nèi)容可完全對接真實工作崗位

虛擬仿真平臺，能夠助力提高通信類實訓(xùn)條件，幫助實現(xiàn)與真實崗位工作一致的實訓(xùn)內(nèi)容。利用虛擬平臺開展的工程實訓(xùn)實踐涵蓋真實崗位各個工作環(huán)節(jié)，打破了傳統(tǒng)實訓(xùn)不能實現(xiàn)“移動基站硬件建設(shè)”的瓶頸，提供了容量規(guī)劃—站點設(shè)計—硬件安裝—數(shù)據(jù)配置—軟件調(diào)測—手機撥測—日常維護等基站“全流程”環(huán)節(jié)，根據(jù)真實工作崗位流程細分后的任務(wù)形成環(huán)環(huán)相扣的子項目，既包括軟件配置，也包括硬件建設(shè)，覆蓋移動通信基站建設(shè)維護崗位的所有步驟，實現(xiàn)基站實訓(xùn)“軟硬”一起抓，也實現(xiàn)了實驗實訓(xùn)項目對真實工作項目的高度還原。

（三）學(xué)生可以及時直觀地獲得實訓(xùn)結(jié)果

傳統(tǒng)的移動通信基站建設(shè)維護課程實訓(xùn)，因為受條件限制，學(xué)生每完成一個子項目實訓(xùn)內(nèi)容，老師就對這個子項目結(jié)果進行考核評價，但實訓(xùn)的子項目分配在不同的課時中，而多班輪流實訓(xùn)下實訓(xùn)條件不允許儲存實訓(xùn)結(jié)果，使得子項目間無法形成一個進階式關(guān)聯(lián)結(jié)果，學(xué)生完成課程的所有實訓(xùn)后，除了一份份實訓(xùn)報告成績，對實訓(xùn)操作后基站設(shè)備的應(yīng)有變化卻一無所知，在主觀上沒有獲得基站建設(shè)的“成就感”。而虛擬仿真實訓(xùn)中既有子實訓(xùn)項目的分步考核打分，也有最后環(huán)節(jié)的實驗結(jié)果展示——“手機撥測”基站信號驗證，學(xué)生可以在完成所有實訓(xùn)子項目后，點擊平臺首頁的手機圖像，測試基站無線信號，通過手機信號有無或者強弱等信息，直觀獲知實訓(xùn)結(jié)果。設(shè)置這個創(chuàng)新性環(huán)節(jié)的目的，不僅僅是實現(xiàn)簡單的實驗結(jié)果閉環(huán)反饋，更重要的是讓學(xué)生第一時間在高仿真的環(huán)境中獲得感官刺激、心理滿足，增強他們對自我的肯定、對通信崗位的認同感，從而激發(fā)他們更大的學(xué)習(xí)熱情。

除上述優(yōu)勢外，虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)還可以為學(xué)生提供終身學(xué)習(xí)的機會，即使在工作以后，學(xué)生還可以免費登錄虛擬平臺進行遠程學(xué)習(xí)，對學(xué)生職業(yè)生涯發(fā)展具有重要促進作用。

三、虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)設(shè)計—— 以“5G基站硬件搭建”任務(wù)為例

南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院移動通信技術(shù)專業(yè)團隊教師基于移動通信基站開局與維護課程的傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)，結(jié)合教育部《關(guān)于2017—2020 年開展示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)的通知》文件精神，借鑒國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目，結(jié)合本專業(yè)實際，于2019年開始在移動通信基站開局與維護課程中采用依托校企合作虛擬仿真平臺，模擬真實的基站機房環(huán)境，通過“線上線下、虛實互補”相結(jié)合的手段，設(shè)計出多個移動通信基站的安裝調(diào)測維護的虛擬實訓(xùn)項目，應(yīng)用于該課程的實訓(xùn)教學(xué)。

在實訓(xùn)設(shè)計中，移動通信技術(shù)專業(yè)團隊的教師遵循科學(xué)的教學(xué)規(guī)律，在仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)中，橫向根據(jù)基站建設(shè)維護工作流程，劃分出5個典型任務(wù)：基站容量規(guī)劃、基站硬件安裝、基站數(shù)據(jù)配置、基站聯(lián)調(diào)初驗、基站維護排障;縱向根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)認知規(guī)律，將任務(wù)劃分成三階段的模塊架構(gòu)：課前預(yù)習(xí)、課中教學(xué)、課后復(fù)習(xí)，包含知識背景、實訓(xùn)步驟演示、實訓(xùn)實踐、實驗考核、實訓(xùn)拓展練習(xí)等內(nèi)容。課前，教師將與每個任務(wù)實訓(xùn)相關(guān)的知識、數(shù)據(jù)、考核方式等以視頻、課件的方式上傳到虛擬仿真教學(xué)平臺，方便學(xué)生在課前登錄平臺了解實訓(xùn)的相關(guān)知識，并能提前跟著操作視頻預(yù)習(xí)實訓(xùn)內(nèi)容，通過虛擬仿真平臺提早學(xué)習(xí)實訓(xùn)步驟。課中，學(xué)生就自主學(xué)習(xí)過程中記下的重點、難點與面授老師討論。課后，學(xué)生遇到不明白的問題時，參照平臺提供的教學(xué)資源進行仿真操作實訓(xùn)比對回溯，或是將問題發(fā)布到討論區(qū)，與同學(xué)或老師一起討論（見圖1）。

以下以“5G基站硬件搭建”任務(wù)為例探討具體的實訓(xùn)教學(xué)設(shè)計。該實訓(xùn)任務(wù)的主要目的是讓學(xué)生了解基站設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)，并根據(jù)通信運營應(yīng)用場景，遵循工程規(guī)范，按步驟搭建出移動通信基站。其課前、課中、課后三個階段的具體設(shè)計如下。

（一）課前預(yù)習(xí)

教師根據(jù)學(xué)生的知識積累情況，通過仿真教學(xué)系統(tǒng)發(fā)布測試題目到知識點預(yù)習(xí)模塊，要求學(xué)生提前完成測試。教師借助系統(tǒng)設(shè)置合格閾值，督促學(xué)生高效準(zhǔn)確地完成預(yù)習(xí)任務(wù)。測試題目由理論題及特定的操作過程題目組成，通過學(xué)生提交的測試結(jié)果，教師及時掌握他們的學(xué)習(xí)難點，捕捉課堂教學(xué)中的重點。

“5G基站硬件搭建”實訓(xùn)的課前知識點預(yù)習(xí)，理論題主要圍繞基站設(shè)備板卡的基本功能與槽位號、基站安裝的接地安全規(guī)范等內(nèi)容進行設(shè)置。操作部分則設(shè)置了兩個考核的測評點：基站設(shè)備UBBP板卡與和RRU之間的連線怎樣選用正確的光纖連接類型;基站上電安裝環(huán)節(jié)，DCPD4怎樣設(shè)置開關(guān)才是正確的接地保護狀態(tài)。

（二）課堂教學(xué)

教師根據(jù)學(xué)生課前測評的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對實訓(xùn)操作的基本步驟掌握良好，已經(jīng)了解5G基站設(shè)備單板的功能，且能將不同功能的基站板卡安裝到合適的槽位，但是在對設(shè)備板卡之間進行連線時卻容易出現(xiàn)混亂接線的情況。如基帶主控UBBP板卡與無線射頻單元AAU之間的光纖互聯(lián)，學(xué)生有選單鏈?zhǔn)降模羞x負荷閉環(huán)式的，且有主控單元與天饋單元交叉錯誤連接線情況的出現(xiàn)，主要原因是學(xué)生對設(shè)備基礎(chǔ)連線不熟練。此外，學(xué)生在設(shè)備安裝實訓(xùn)過程中容易漏掉保護接地安裝的細節(jié)，其原因是學(xué)生安全意識薄弱，沒有將生產(chǎn)安全當(dāng)成一種操作習(xí)慣。

經(jīng)過上述分析，教師在課堂教學(xué)中應(yīng)及時調(diào)整教學(xué)的重難點，簡單講授板卡的工作原理及基站設(shè)備的安裝步驟，重點講述實訓(xùn)操作中基站設(shè)備板卡器件之間的連線以及施工的安全規(guī)范。同時，增加5G基站在通信特殊場景的應(yīng)用：通過光纖延伸實現(xiàn)多個AAU的拉遠級聯(lián)，解決軌道交通5G移動信號的覆蓋問題;通過小區(qū)的AAU增加擴容，解決人員密集的體育館5G移動信號的容量問題。在演示實訓(xùn)部分，教師主要在虛擬仿真平臺示范設(shè)備板卡之間接線及硬件安裝過程中安全施工的幾個關(guān)鍵點。在演示結(jié)束后，安排一定的時間，讓學(xué)生自行到實訓(xùn)設(shè)備間對照4G基站實物，加深對5G基站硬件安裝的理解。通過這樣的教學(xué)設(shè)計，教師授課就可以緊緊圍繞學(xué)生知識技能的薄弱點，把握學(xué)生的實際需求，從而使教學(xué)目的性更為明確，學(xué)生學(xué)習(xí)動力和學(xué)習(xí)效果都有實際提高。

（三）課后復(fù)習(xí)

教師在仿真教學(xué)系統(tǒng)上布置學(xué)生完成基站硬件的另外一個實訓(xùn)：5G基站上電設(shè)備的硬件拆除，并開設(shè)一個討論區(qū)，與學(xué)生互動交流，討論實訓(xùn)步驟和操作規(guī)范。學(xué)生課后可繼續(xù)登錄虛擬仿真平臺，完成知識點的鞏固考核。

綜上所述，將虛擬仿真實訓(xùn)引入高職移動通信基站開局與維護課程中，能夠解決傳統(tǒng)基站實訓(xùn)不足的問題，增強實訓(xùn)內(nèi)容的可操作性，形成不受時空限制的全閉環(huán)式學(xué)習(xí)模式。這種依托仿真實訓(xùn)平臺進行的全程閉環(huán)式的教學(xué)模式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)和移動基站建設(shè)維護能力，促使學(xué)生實訓(xùn)技能掌握程度達到崗位人才培養(yǎng)需求目標(biāo)。

【參考文獻】

[1]聶延光.虛擬仿真實驗引入大學(xué)物理實驗的教學(xué)設(shè)計研究[J].科教文匯（下旬刊），2019（12）

[2]周濤，張銳敏，查志華.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺下計算機網(wǎng)絡(luò)與通信課程的混合式教學(xué)設(shè)計[J].西部素質(zhì)教育，2019（20）

[3]陳彥輝，康槿，胡云，等.通信類專業(yè)工程體驗實驗教學(xué)的實踐與探索[J].高校實驗室科學(xué)技術(shù)，2019（3）

[4]衛(wèi)萌菡，魏明露，左億.虛擬仿真實驗在“移動通信”課程組網(wǎng)技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].無線互聯(lián)科技，2019（18）

【基金項目】南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院2016年“教學(xué)質(zhì)量工程”項目“虛擬現(xiàn)實技術(shù)在《移動通訊技術(shù)》課程教學(xué)中的研究與實踐”

【作者簡介】黃繼文（1977— ），女，廣西桂林人，碩士，南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師。