基于5G虛擬仿真平臺的混合式教學探索與實踐

摘? 要：針對現代高職教育5G人才培養過程中缺乏業務場景訓練、學生實訓技能與行業貼切度不夠的瓶頸問題，提出將虛擬仿真技術引入教學過程，按照5G現網工作流程重構課程內容模塊開展混合式教學。同時以“5G網絡規劃優化”課程為例，從教學過程、教學評價和教學成效方面闡述了基于5G虛擬仿真平臺的混合教學模式的具體實踐。該教學模式滿足對場景、調試操作、實踐應用和成本等的需求，貼近行業生產規范，有效推進理實融合并促進職業人才培養質量的提升，完成學生從學校教育到工作就業的最佳過渡，同時也為5G類新興學科教學實施提供借鑒。

關鍵詞：虛擬仿真；5G網絡優化；混合式教學；高職教育

中圖分類號：TP39；G434? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-4706（2023）24-0175-04

Exploration and Practice of Blending Leaching Based on 5G Virtual Simulation Platform

WEN Congmin

（Guangdong Polytechnic of Science and Technology， Zhuhai? 519090， China）

Abstract： In response to the bottleneck issues of the lack of business scenario training and insufficient relevance of students' practical training skills to the industry in the process of 5G talent cultivation in modern higher vocational education， it is proposed to introduce virtual simulation technology into the teaching process and restructure the course content module according to the current 5G network workflow to carry out blending learning. Taking the course “5G Network Planning and Optimization” as an example， this paper elaborates on the specific practice of a blending learning mode based on the 5G virtual simulation platform from the aspects of teaching process， teaching evaluation， and teaching effectiveness. This teaching mode meets the needs of scenarios， debugging operations， practical applications， and costs， is close to industry production standards， effectively promotes the integration of theory and practice， and promotes the improvement of the quality of vocational talent cultivation. It completes the best transition for students from school education to employment， and also provides reference for the implementation of 5G emerging discipline teaching.

Keywords： virtual simulation; 5G network optimization; blending learning; higher vocational education

0? 引? 言

5G作為新一代移動通信系統，在速率、時延、連接數上都大幅提高，并在地鐵、商城、場館、交通工業等應用場景豐富廣泛[1]。據工業和信息化部公開數據顯示，5G網絡建設整體穩步推進，截至2023年5月末，我國5G基站總數達284.4萬個，占全國移動基站總數的25.3%[2]。從獵聘發布的《2019年中國5G人才需求大數據報告》中來看，5G與移動互聯、人工智能、大數據等新興領域的深度交叉融合，使得互聯網和電子通信行業對5G人才需求巨大[3]。與此同時，對于5G從業者的綜合能力要求如移動通信技術、網絡規劃與設計、網絡云化以及行業解決方案能力等要求較高。

對此，全國高校陸續開設5G專業培養崗位人才。然而5G教學場景相對單一，且由于5G技術新穎，部分場地、成本或安全性受限，如網絡架構部署、硬件安裝等而難以實施，全國高校中5G專業的課程教學尚處于摸索階段[4，5]。此外，開設5G專業的傳統教學中通常更為關注5G的理論技術體系學習，缺乏實用性和系統性[6]，較難培養學生的實際操作和運維能力，這也導致學生難以通過操作提升技能，對5G理論知識的理解亦不透徹，效果差強人意。

根據國家相關部門發布《虛擬現實與行業應用融合發展行動計劃（2022—2026年）》等文件[7]，針對新興學科教學中高投入、高難度、高風險及遇到的一系列難實施、難觀摩、難再現的“三高三難”問題，通過將虛擬仿真技術融入教學實施過程開展“理論—虛擬—實踐”混合式教學，可以豐富教學手段，進一步優化課程設置和教學內容，統籌教學組織與實施，注重學生的實訓技能提升，實現人才培養對接產業需求，也將成為未來高職教育改革的一大趨勢[8]。

1? 5G虛擬仿真類課程教學整體設計

廣東科學技術職業學院于2020年4月與華為公司簽訂了戰略合作協議，確定校企共建“廣科-華為鯤鵬數字學院”，面向國產自主可控的軟件與信息服務產業集群，對接華為信創技術（鯤鵬、鴻蒙、昇騰、5G等）產業鏈的人才需求，校企共建以華為信創為特色，集產品研發、教學實訓、科學研究、成果轉化、創新創業等于一體的實體性協同創新與育人平臺，服務灣區數字經濟創新發展[9]。在5G類課程的項目化教學中，融入由真實基站同源開發的華為5G Star虛擬仿真平臺。該軟件將真實5G網絡工程師崗位工作中的實踐操作和虛擬仿真技術相結合，同時輔助以VR沉浸式仿真交互，形成完善的符合專業實訓需求的數字化項目，有效解決教學中缺乏真實業務場景的問題，滿足5G人才培養過程中對現網場景、調試操作、實踐應用和成本的需求。

選取廣東科學技術職業學院“金課”——5G網絡規劃及優化課程為例，對5G虛擬仿真平臺混合式教學進行研究。該課程是廣東科學技術職業學院計算機網絡技術專業的核心課程，對接新一代5G網絡建設與維護工作崗位，培養學生熟練掌握5G網絡工程中設計、施工、測試、驗收各環節的技術技能。

按照5G網絡規劃優化的實際工作流程和技術方案，基于華為5G Star虛擬仿真平臺對課程內容進行重構，重構后的教學內容整體設計如圖1所示。課程從基礎操作、專項提升和實踐拓展的三個層次進行設計，分別對應5G網絡規劃設計、5G基站數據配置以及5G網絡優化與故障排查三大項目，構建八大實驗實訓任務，旨在提升學生的網絡規劃設計能力、設備維護能力、系統運維能力、業務體驗優化能力以及行業解決方案能力。通過將虛擬仿真實訓引入理論教學，在仿真實訓場景中構建真實工作環境、設備、工作任務，使學生在參與虛擬仿真實踐的過程中掌握知識目標，提升實踐能力，實現理論教學與技能實訓相互支撐，推動課堂教學信息化改革。

2? 5G虛擬仿真混合式教學實踐應用

5G虛擬仿真平臺主要包含任務下發、仿真實驗、考核評價等功能，基于該平臺的混合教學實際是虛擬仿真與理論知識以及實踐拓展相互融合的教學過程，以下介紹5G網絡規劃及優化課程中5G虛擬仿真教學的具體實施。

2.1? 教學過程

按照“課前探究—課中內化—課后提升”的方式，基于5G虛擬仿真平臺進行師生互動、生生互動，打造教學共同體，實現如圖2所示“理—虛—實”一體化教學。

2.1.1? “自主探究型”課堂模式轉變

與傳統“講授型”課堂利用演示文檔，口述等方式進行講解不同，由于虛擬仿真平臺具有強交互性的特點，教學過程中教師通過綜合學生認知發展水平設計協作性高的實踐任務場景，完成以學生為中心的“自主探究型”課堂模式轉變，具體體現在如下教學過程中：

首先在課前探究階段，教師根據教學目標利用虛擬仿真教學平臺創設情景進行任務分配，例如“完成對校園教學樓內部5G網絡的覆蓋”，采用“問題引導”“案例教學”等教學方法引導學生思考學習相關知識技能，學生通過情境任務激發求知欲與學習熱情。

課中結合課前學習統計情況，以崗位工作任務為依據，基于5G虛擬仿真軟件采用“項目解析”“任務驅動”等教學方法融合理論知識進行講授開展實訓。教師先在規范操作演示中交代任務流程、關鍵技術及規范，此后學生以小組為單位在虛擬實踐情境中分解任務并合作討論完成。在達成初步教學目標后，學生之間還需要互相設置5G網絡故障點并自主排查。在反復協作練習中教師針對案例實訓操作情況進行個性答疑和教學總結，引導學生從多角度思考熟悉故障告警和網絡優化創新解決方案，例如“室內5G基站硬件選型與室外基站的差異”“影響室內5G信號覆蓋強弱的因素”，以此不斷磨煉技術細節，深化理論知識理解，突破重難點。

課后提升階段依托虛擬仿真平臺發布作業和自學資源，利用平臺的測評功能完成評價和教學檢查，進一步鞏固課堂知識，夯實學生的專業基礎。在掌握相關理論和虛擬仿真技術后，校企合作組織學生到企業實踐和設備實操，并為考證和技能競賽提供指導支持，持續提升實踐技能。

虛擬仿真教學促進了傳統教學向“自主探究型”課堂模式的轉變，有助于進一步提高學生的學習興趣和實訓技能，深化學生自主學習、解決問題的能力及團隊合作精神。

2.1.2? 虛擬仿真與理論知識相融合

5G因其抽象的無線通信理論概念而令學生難以快速掌握和理解[10]，在教學過程中利用虛擬仿真技術將5G理論知識有機融合，通過將抽象的無線信號以及天線等設備的內部結構具象化、動態化，可以直觀展示在不同位置無線信號的覆蓋強弱和變化特點，方便學生迅速理解5G關鍵技術的實現方式與建站情況，提升學生在認知學習中的興趣和熱情。

此外，通過虛擬仿真平臺開展軟件調試實訓，在數據參數配置過程中設計融入課程理論知識點，可以使學生深入理解5G參數的物理意義和在網絡建設中的實際作用，構建理論知識體系，從而達到虛擬仿真實踐與理論教學相互融合、相互促進的目的，實現生動性、趣味性、互動性、自主性的全面提升。

2.1.3? 虛擬仿真與實踐拓展相融合

5G虛擬仿真平臺主要包含如圖3所示的實驗功能模塊，各實驗模塊分別對應不同的真實5G崗位工作任務需求，支撐5G課程從基礎操作、專項提升到實踐拓展的三個遞進層次的教學環節，在極大程度提高實訓資源使用覆蓋率的同時有效培養崗位多方向專業人才。學生完成虛擬項目實踐與課程學習后，只有在通過相應的虛擬仿真技能考核評價，才能再由校企合作工程師指導學生參與相關設備實操和競賽等真實任務的實踐活動，實現“以虛助實”“虛實結合”。

1）5G網絡組網設計模塊：傳統教學中部署整套5G實驗網絡實施難度大，對學生也提出了極高的操作要求，較難給學生“試錯”機會，此外還需要考慮對周邊環境通信影響。利用虛擬仿真平臺中5G網絡組網設計模塊，對5G架構中無線接入網、承載網以及核心網進行建模，學生根據教師下發的任務目標中規定的基站類型和小區協議參數設置對應網元參數，熟悉各個網元連接，進一步提升學生對5G組網的認知學習。

2）硬件部署選型模塊：通過對應基帶單板和光纖等的選型完成對5G射頻單元AAU、基帶處理單元BBU以及光交換機之間的連通，引導學生熟悉硬件設備的物理結構和邏輯功能。實際行業應用中的5G基站、核心網等高端設備和覆蓋多廠商的網絡設備，投入巨大，學校難以及時更新換代，通過虛擬仿真可以緊跟行業新技術新規范和產業轉型升級，持續更新升級設備。

3）硬件設備安裝模塊：由于基站操作的高風險性和場景復雜性，在學校傳統實訓室中難以完整呈現5G行業應用場景以及工作場景中不同崗位角色的業務流程。采用VR技術實現5G基站設備的沉浸式安裝，模擬真實現網環境中涉及攀爬、高空、高壓環境下的施工場景，激發學生的學習興趣，培養安全風險意識。

4）5G網絡運維管理模塊：本模塊模擬5G真實基站的運維開發，與5G網絡運維管理工程師的日常工作任務一致，針對5G協議規劃的全局、設備、傳輸、無線等參數在虛擬平臺進行腳本操作、告警操作、故障排查以及信令跟蹤，培養學生掌握運維技能，實現課程所學即為就業所需。

5）業務測試及優化模塊：在虛擬平臺模擬不同終端相互進行話音、短信、視頻下載、網頁瀏覽、時延等業務傳輸體驗測試，引導學生思考對基站配置做進一步優化。

通過虛擬仿真平臺結合VR沉浸式模擬真實工程場景實訓，解決了傳統實訓室場景資源不足的問題，強化學生對于設備操作、軟件調試和業務測試等方面的實訓技能，教學內容貼近行業產業最新技術規范，同時有效降低實踐過程的安全風險，進一步提升教學效果。

2.2? 考核評價

當前大多數高校在開展虛擬仿真實訓項目過程中缺乏統一的評價標準，依靠教師的主觀評價無法準確獲取學生的完成情況及技能掌握情況。此外，學生能否將從虛擬場景中收獲的技能遷移到真實實踐中，也是在教學中面臨的一大難題。

在5G虛擬仿真平臺中設置“闖關式”實驗，依托其過程管理與自動評分等功能，對學生實驗次數、實驗時間、任務點完成進度、任務點得分情況進行統計和收集，使學生考核更具公平性和激勵性。教師能夠實時跟蹤學生的學習狀況，建立以可信度和效度為核心的虛擬仿真評價體系，據此實施個性化指導和點評，適時調整任務難度，同時為下一階段校企合作的真實實踐提供科學依據，真正實現師生交流互動立體化、評價反饋即時化、過程管理全程化、考核評價精準化。

2.3? 教學成效

根據廣東科學技術職業學院2020年至2023年6月期間，計算機網絡技術專業推行基于5G虛擬仿真平臺實施混合式教學以來，學生參加省級職業院校專業技能大賽獲獎情況統計如圖4所示。

由圖4可知，在5G虛擬仿真教學改革期間，學生獲獎總數呈逐年上升趨勢，同時省級二等獎及以上比例逐年提高，反映教學質量顯著提升。綜合來看，5G虛擬仿真混合式教學相較傳統課程教學能夠對實際業務場景仿真還原，學生自主體驗、模擬訓練，可重復，損耗低，深化理論知識理解，實現了實踐效果的提升，并有效提高5G運維人才培養的靈活性、適應性、針對性。

3? 結? 論

基于5G虛擬仿真平臺的混合式教學模式從注重培養學生實踐能力出發，實現5G網絡構建、工程設計開通到網絡優化、網絡運維等專業實訓內容的虛擬融合，進行多層次、模塊化的實訓教學，將教學內容按崗位工作流程分解、引入行業、企業前沿技術，解決了5G應用場景豐富而教學實踐場景單一的矛盾，深化理論理解，實現了教學與生產緊密對接，人才培養對接產業需求，縮短學生與社會實際崗位需求之間的距離，所學即所用，也對未來高職教育的發展具有重要推動作用。

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[10] 胡志恒，李英祥，孫捷.5G虛擬仿真技術在課程融合教學中的實踐應用 [J].產業科技創新，2023，5（1）：84-86.

作者簡介：文聰敏（1994—），女，漢族，湖南益陽人，助教，碩士研究生，研究方向：計算機技術、5G。

收稿日期：2023-07-06

基金項目：2021年廣東省高職教育示范性產業學研項目（華為鯤鵬數字產業學院）；2021年廣東省繼續教育質量提升工程項目（JXJYGC2021KY0631）；2022年廣東科學技術職業學院校級“金課”項目（PX-24221372）；2022年廣東科學技術職業學院“專創融合”特色示范課程項目（5G網絡規劃及優化）