5G技術對電子信息專業實驗教學的影響

摘要：隨著科技迅速進步，移動通信技術已成為現代社會不可或缺的組成部分。從2G至5G，每一代通信技術的升級都為生產與生活帶來革命性變化。該文探討5G技術在電子信息專業實驗教學中的應用，分析其對教學效果和學生能力培養的作用，從而優化實驗教學體系，提升學生的專業素養與實踐能力。在今后教學期間，需要構建基于5G的虛擬實驗平臺，結合項目式、任務驅動式教學方法，引導學生參與5G實驗項目，有效培養學生的創新思維與解決實際問題的能力。

關鍵詞：5G技術；電子信息專業；實驗教學

中圖分類號：G642" " " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）23-0129-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

目前，電子信息專業實驗教學在一定程度上存在教學內容相對滯后、實驗設備更新緩慢、教學方法較為傳統等問題。而5G技術的出現，為解決這些問題提供了可能。一些高校已經開始嘗試將5G技術融入實驗教學中，通過建設5G實驗室、開展虛擬仿真實驗等方式，探索新的教學模式和方法。然而，在5G技術融入電子信息專業實驗教學的過程中，也面臨著一些挑戰。例如，5G設備昂貴，學校難以大規模購置；5G技術復雜，教師需要具備較高的專業素養和教學能力才能有效開展相關教學；同時，如何將5G技術與現有的實驗教學體系有機結合，也是一個亟待解決的問題。

1 5G技術對電子信息專業實驗教學的意義

1.1 豐富實驗教學內容

傳統電子信息實驗教學多圍繞通信原理、電路分析等基礎內容開展。隨著5G技術的快速發展與進步，電子信息專業實驗教學注入了全新的知識體系。5G通信系統架構作為5G技術的核心內容，其復雜且精妙的架構設計，能讓學生深入理解數據在5G網絡中的高效傳輸機制。使用網絡切片技術，可以讓學生掌握如何根據不同的業務需求，對網絡資源進行靈活分配，提供定制化網絡服務。例如，在5G通信系統架構實驗中，學生需要搭建模擬環境，動手連接各種設備，實現數據的傳輸與優化，鍛煉動手能力。除此之外，通過對網絡切片與邊緣計算等創新技術的實踐與嘗試，可以提高學生的實踐創新水平，讓學生適應快速發展的電子信息行業[1]。

1.2 創新實驗教學模式

1.2.1 遠程實驗教學

5G技術的高速率以及低時延特性，為遠程實驗教學的開展提供了技術支撐，突破了傳統實驗受時間與空間約束的局限性。學生無需局限于實驗室的特定時間和空間，只要具備網絡條件，就能隨時隨地參與實驗。教師通過遠程控制平臺，可以指導學生的實驗操作，及時糾正錯誤。學生之間也能夠進行協作交流，完成復雜的實驗項目[2]。

1.2.2 虛擬仿真與增強現實

虛擬仿真與增強現實技術在5G環境下得到了廣泛應用。通過使用這些技術，可以打造出高精度的實驗場景，讓學生獲得沉浸式的實驗體驗。例如，在5G網絡技術的支持下，學生可以通過虛擬仿真技術，模擬不同網絡環境與參數設置，更加直觀地觀察網絡性能變化，理解網絡優化的原理與方法。

1.2.3 提升學生就業競爭力

電子信息行業如今正處于快速發展的重要階段，5G技術的應用使企業對于掌握5G相關技術的人才需求不斷提升。通過在實驗教學期間融入5G技術，學生可以系統地學習和掌握5G通信系統架構、網絡切片、邊緣計算等知識與技能，具備更好的實踐操作能力和創新思維水平。通過構建這些優勢，能幫助學生在就業市場上擁有更強的競爭力，受到企業的優先錄用。

2 5G技術的應用領域

2.1 通信領域

在通信領域，5G技術帶來了革命性變化，其超高速率的特性有助于其他技術順利落地。另外，5G技術使用了超高頻段，例如毫米波頻段，可以提供更寬的頻譜資源，實現超高的數據傳輸速度。同時，多輸入、多輸出技術的使用，可以在基站和終端配備大量的天線，提升信道容量并增大信號覆蓋范圍[3]。依托邊緣計算，數據處理從中心向邊緣下沉，從而降低傳輸延時。大量原本需要傳輸到中心服務器處理的數據，可以在靠近數據源的邊緣設備上進行快速處理與優化，進而減少數據傳輸期間的時間成本，提升通信系統的實時性與響應速度。

2.2 物聯網領域

5G技術為物聯網的發展提供了強大的支持。在物聯網中，設備數量眾多且需要實現海量連接。5G的大連接特性可以支持每平方公里百萬級別的設備連接，通過窄帶物聯網（NB-IoT） 和增強型機器類通信（eMTC） 等技術來實現。這些技術能夠在低功耗的情況下，保證設備之間的穩定通信。同時，5G的高速率和低時延特性也滿足了物聯網中對實時數據傳輸和處理的要求。在智能交通系統中，車輛之間、車輛與基礎設施之間需要實時交換大量的數據，如速度、位置、路況等信息。

2.3 工業互聯網領域

在工業互聯網發展的過程中，5G技術將發揮關鍵作用與價值。5G的高可靠、低時延通信技術可以為工業生產期間的遠程控制與監測提供保障[4]。依靠5G網絡，遠程控制系統能夠高效運行，工程師可以在遠程精準操控工業設備，避免由于現場操作帶來的一些安全風險。同時，對于一些復雜的工業操作場景，如危險化學品生產、深海采礦等，5G的遠程控制功能具有不可替代的優勢。

3 電子信息專業實驗教學現狀

3.1 教學內容方面

目前電子信息專業實驗教學在內容方面存在一些滯后性。基礎實驗有時圍繞通信原理、電路分析、信號與系統等傳統課程開展，這些經典內容雖然為學生打下了專業基礎，但與快速發展的電子信息技術前沿存在脫節情況。對于人工智能、物聯網、5G通信等新興領域的實驗內容涉及較少。同時，實驗項目大多以驗證性實驗為主，學生按照既定的步驟與方式進行操作，缺乏綜合性、設計性、創新性實驗項目，無法有效鍛煉學生的動手能力以及創新思維，難以培養學生解決實際問題的能力，也難以滿足行業對創新型人才的需求。

3.2 教學方法方面

在教學方法上，傳統的講授式教學仍占據主導地位。一些教師在實驗前詳細講解實驗目的、原理、步驟和注意事項，學生被動地接受知識，然后按照教師的指導進行操作。這種教學方法限制了學生的主動性和創造性，學生缺乏獨立思考和探索的機會。雖然部分教師也嘗試引入項目式、任務驅動式等教學方法，但在實際應用中，由于課時限制、學生基礎差異等因素，實施效果并不理想。此外，實驗教學中對現代信息技術的應用不足，未能充分利用虛擬仿真實驗、在線教學平臺等資源，難以滿足學生多樣化的學習需求[5]。

3.3 實驗設備方面

電子信息專業實驗設備更新換代速度較慢，這是一個普遍存在的問題。一方面，由于實驗設備的價格較為昂貴，學校在設備采購與更新方面經常面臨資金壓力，導致一些老舊設備無法及時更新，難以滿足實驗教學的需求。高端的集成電路測試設備、通信網絡分析儀等設備數量相對有限，學生很難獲得充足的實踐機會。另一方面，新設備的引入往往缺乏對應的實驗課程與教學資源，教師對新設備的操作與應用需要一定時間進行熟悉與掌握，導致實驗教學不夠順利。除此之外，實驗設備的維護與管理存在一定不足，設備故障率較高，影響實驗教學效率。

3.4 師資力量方面

目前來看，電子信息專業實驗教學師資隊伍建設存在一些短板。一些實驗教師缺乏工程實踐經驗，多數教師從學校畢業后直接進入高校從事教學工作，對電子信息行業的應用了解較少，很難將實際工程案例融入實驗教學。隨著電子信息技術的發展與進步，新知識、新技術不斷涌現，教師知識更新速度較慢，很多時候難以滿足實驗教學的基本發展需求。此外，實驗教師的工作量相對較大，不僅需要承擔實驗教學任務，還需要負責實驗設備的維護與管理，導致教師在教學上投入的時間與精力相對有限，影響實驗教學質量[6]。

4 5G技術在電子信息專業實驗教學中的應用策略

4.1 優化實驗課程體系，融入5G技術內容

電子信息專業的實驗課程體系需要緊跟時代發展步伐，深入融入5G技術內容。在基礎課程階段，除了傳統的電路原理、信號與系統等實驗之外，還需要適當加入5G通信基礎的相關實驗。可以設置5G射頻電路實驗，讓學生親手搭建 5G 射頻前端電路，了解5G頻段下的射頻特性、高頻率帶來的信號衰減以及信號干擾問題。在專業課程實驗期間，可以拓展5G網絡架構實驗、5G核心網的搭建與配置實驗，幫助學生通過模擬軟件的方式，構建出虛擬的5G核心網絡，深入理解5G網絡切片技術、邊緣計算等關鍵技術的實現原理。對于綜合實驗課程，可以結合當前熱門的應用場景，如智能醫療、智慧城市等，設計出基于5G的綜合項目實驗體系。具體來說，課程可以如表1所示。

表1" 5G技術實驗教學課程安排表

[模塊 實驗項目 課時 所需設備 基礎理論 5G網絡架構與關鍵技術認知 4 5G網絡架構圖、PPT課件、華為 / 中興5G白皮書 5G信號調制與編碼原理驗證 6 矢量信號源（如Ramp;S SMW200A） 、頻譜分析儀（如Keysight N9020B） 、誤碼率測試儀 核心技術 5G基站配置與維護 8 華為BBU5900+RRU5952基站、U2020 網絡管理系統、光模塊（100G QSFP28） 5G NR物理層信號分析 10 羅德與施瓦茨FSW67頻譜儀、5G NR信號發生器、矢量網絡分析儀（VNA） 網絡切片配置與性能測試 12 華為5GC核心網、SPN切片分組網設備、工業級交換機（如 CE12800） ]

4.2 整合教學資源，打造5G實驗教學平臺

在 5G 技術體系下，學校需要追加更多資金投入，購買先進全面的5G實驗設備。不僅要配備5G基站設備、5G終端設備，還需要搭配頻譜分析儀、網絡測試儀等輔助設備，以滿足諸多實驗的需求。高校可以考慮與通信領域的諸多企業，如華為、愛立信等，開展深度合作交流，引入企業的實驗平臺與軟件工具。企業的平臺往往具有實際應用場景的模擬功能，能幫助學生接觸到真實的5G應用環境。通過使用虛擬仿真技術，可以開發出高度逼真的5G虛擬實驗項目，模擬5G 在復雜地形環境下的信號覆蓋與傳輸情況，讓學生在虛擬環境中開展測試與優化。除此之外，還可以構建線上教學資源庫，除了常見的教學課件、教學視頻之外，還需要及時上傳5G行業的研究報告以及技術白皮書等資料。

4.3 創新教學模式，發揮5G技術優勢

5G技術憑借自身獨有的優勢，為電子信息專業實驗教學模式提供了支撐與幫助。其超高速率與低時延特性，實現了遠程實時實驗教學。學校可以與校外科研機構、企業實驗室開展合作交流，搭建基于5G網絡的平臺。在教學流程方面，教師可以先發布任務，學生登錄設備場景進行操作，數據經過5G實時傳輸，教師在后臺監督指導。學生可以遠程參與企業5G基站優化實驗，通過5G網絡遠程控制設備、調整參數，從而觀察網絡性能變化。5G技術可以與虛擬現實、增強現實技術融合，構建出沉浸式的實驗環境。在講解5G通信技術原理期間，學生可以佩戴VR設備進入虛擬空間，直觀地看到信號傳播與交互反饋。還可以使用增強現實技術，將虛擬信息疊加在現實場景中，提供操作引導與幫助。

4.4 加強師資隊伍建設，提升教師5G教學能力

教師是實現5G技術在實驗教學中順利應用的關鍵因素。高校需要積極組織教師參與各類5G技術培訓課程與研討會，積極邀請行業內權威專家進行授課，幫助教師更新知識體系，掌握5G技術的前沿發展動態。還可以鼓勵教師參與5G 相關科研項目，通過科研實踐提升自身的技術水平與教學能力。教師可以參與5G網絡安全方面的科研項目，將研究成果轉化為實驗教學內容，讓學生學習到最新的5G安全防護技術。高校可以積極引進具有5G技術背景的企業高級人才擔任兼職教師，這些兼職教師具有豐富的行業實踐經驗，能夠將實際項目案例帶入課堂，分享企業在5G技術應用過程中出現的實際問題與解決措施，讓教學內容貼近實際應用場景，提高教學質量。

5 結束語

5G技術為電子信息專業實驗教學帶來了深刻變革與發展，既具有重大意義，也面臨一些挑戰。展望未來，隨著5G技術的不斷發展與完善，電子信息專業實驗教學有望進一步實現改革與創新，培養出更多適應時代需求的高素質專業人才，更好地服務于社會與產業發展。高校與教育工作者需要抓住發展機遇，積極應對挑戰，不斷探索與實踐，實現5G技術與實驗教學的融合，推動電子信息教育行業邁向新的高度。

參考文獻：

[1] 董會祥.5G與工業物聯網融合中的電子信息技術應用[J].中國寬帶，2024（11）：153-155.

[2] 蔡建華.電子信息工程技術在智能通信中的應用[J].中國新通信，2024，26（22）：10-12.

[3] 趙星煒.基于5G移動通信的智能網絡資源分配技術研究[J].中國高新科技，2024（19）：66-68.

[4] 靳玉晗.計算機通信技術與電子信息技術在人工智能領域的實踐探析[J].信息與電腦（理論版），2024，36（15）：163-165.

[5] 劉玉民.面向5G通信智能化建設的電子信息工程技術研究[J].中國戰略性新興產業，2024（18）：37-39.

[6] 李衍一.5G通信技術在電子信息工程中的應用[J].集成電路應用，2024，41（6）：214-215.

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