仿真技术在“5G 基站建设与维护”课程教学中的分析与应用

龚猷龙，杨增春

（重庆工商职业学院 电子信息工程学院，重庆 401520）

0 引言

依据高等职业教育的人才培养要求，结合重庆工商职业学院现代通信技术专业人才培养方案的专业培养目标，需注重德、智、体、美、劳全面发展，同时培养既具备一定理论基础又有丰富的基站建设与维护实践经验、善于在课程学习中思考的学生，是培养学生质量的根本保证。

在通信技术的发展历程中，“4G 改变生活，5G 改变社会”。自2019 年10 月31 日以来，我国5G 商用了近两年，运营商已经完成大量的5G 基站建设，今后还将继续完成更多的5G 基站信号覆盖，这将带来大量的5G 基站建设与运维岗位。而在我校现代通信技术专业的“底层共享、中层分立，高层互选”专业课程体系中，明确指出了要保证学生掌握通信技术专业的相关技能，特别是5G 基站建设与运维技能。因此，“5G基站建设与维护”课程是通信技术专业学生最应该掌握的实践操作课程，该课程也是高职院校通信专业开设的核心课程[1]。

1 课程教学中的问题分析

通信技术专业的硬件实训设备毕竟是有限的，尤其是缺乏5G 通信系统核心的硬件设备（涉及核心网、承载网、接入网设备），在这种情况下，需要通信专业教师在“5G 基站建设与维护”课程上探索新的教学方法。本文作者通过深入调研和收集，总结了高职院校通信技术专业的专业课程教学情况，主要存在以下两方面的问题：

图1 通信技术专业课程体系结构图

1.1 硬件设备昂贵与仿真软件教学资源短缺

1.1.1 缺乏代表最新通信技术的硬件设备

因通信硬件设备昂贵无法购买，而全部采用仿真软件后，出现了配套教学资源欠缺。

把通信工程师放到一家公司去锻炼一年，保证学习效果是最好的，为什么会出现情况？原因是公司采用最直观的实战学习，容不得半点含糊。可见对于通信技术专业学生的培养，我们应该尽量采用硬件实践教学，让学校的实践教学紧贴市场。高职院校也认识到这点，采购了相应的通信基站设备。但由于通信技术的迅猛发展，各种通信网络硬件设备更新换代太快，导致旧设备跟不上时代的发展，通信运营商会将落后的设备进行退服。在这种背景下，高职院校理应同步抛弃旧设备。

当前代表最新的通信技术是5G 网络，通信技术专业理应采用5G 硬件设备进行实践操作教学。而结合学校的资金及专业资源配置情况，高职高专院校购买一套完整的5G 网络硬件设备（包括核心网、承载网、接入网设备）的可能性非常小。因此，采用5G 通信网络硬件设备进行实践操作教学的方式行不通。

1.1.2 仿真软件的配套教学资源适用性受限

尽管通信仿真软件的教学效果要低于采用通信硬件的实践教学方法，但仿真软件还是非常经济、快速、更加接近硬件操作的好方法，因此仿真软件教学是对通信硬件的实践教学一个强有力的替补方案。为了弥补通信硬件实验设备短缺，很多通信设备商也用心良苦地开发了同源的仿真软件，同时提供了配套的教学资源。受限于设备商的版权因素及资源通用性较差的原因，无法完全享有这些配套教学资源的版权，且教学资源很难与通信专业人才培养方案要求一一匹配。

1.2 仿真软件教学场景受限

由于通信网络的特点及仿真软件独有的特性，当前的教学模式存在弊端。虚拟仿真教学则以其高效率、低成本、内容丰富、性能有效及非常接近实际场景等优势得到了越来越多的应用和推广。目前通信技术课程的教学模式也是采用“任务驱动教学”和“线上线下混合式教学”的新型教学模式[2]，但这些新型教学模式在执行过程也同样存在问题：

1.2.1 实训项目设置的固化性太强。

当前实训室已有的通信仿真软件所配置的实训项目是固定的，而且配套的实训指导书没有太多灵活性的内容，实验模式非常成熟，只要按照实训指导书操作一遍基本上不会出现问题，给学生分析问题、解决问题的空间很小。

1.2.2 仿真场景受限，难以模拟现实的通信系统场景。

为了简化学生的实训操作难度，仿真软件对操作部分做了简易处理，加上实验项目受到设备数量、组网简单等方面的限制。虽然学习了实验项目的实训操作，具备了一定的动手能力，但碰到现实庞大的通信系统场景时不知所措。因为当前实训室已有的仿真软件主要基于教学目的设计的，离现实的基站建设及维护操作还有较大的差距。

以上两方面的问题，其实在高职院校是普遍存着的。而随着5G 通信系统的应用及用户数量剧增，通信技术也凸显出其作为“管道”的核心位置，通信技术技能型人才需求和培养质量之间的矛盾冲突不断加大，另外通信技术专业学生尤其强调实践操作能力和实战经验，基站建设与维护的技能人才更加不足，如何培养合格的“技能型”学生成为当前通信产业发展和教育改革亟待解决的迫切问题之一[3]。

2 课程教学模式改进

针对上述问题，依据本校通信技术专业虚拟仿真技术在实训课程“5G 基站建设与维护”使用情况，通过对仿真软件、配套教学资源、教学模式、专业实践能力、效果评价方式这5 方面现状进行深入剖析后，指出存在的核心问题，基于文献法和经验总结法对横向立体化教学资源和纵向教学模式两大维度的进行关键因素提取，建立了新型教学模型，包括：

（1）横向立体化教学资源：教材、课件PPT、任务单、在线视频资源、操作指导手册、在线学习平台；

（2）纵向“总-分-总”模式的任务驱动教学及“一问一答一总结”模式的线上线下混合式教学；

（3）模型导入实践应用并进行回归修正，并根据实证过程数据形成对新型教学模型的建议。

2.1 横向立体化教学资源

立体化教学资源是以现代化的信息技术为手段，以适合远程传输的数字化教育教学软件为教材，以网络为学习和管理环境，以自主式、开放式、交互式学习为主体的学习模式，以媒体素材为基础，适用于多层次教学对象，覆盖教学的全过程各个环节而构建的教学资源体系。立体化教学资源从纸质教材到数字教材，从传统教室到现代化网络，从简单媒体到高技术多媒体；按预定目标设计，对相关的教学资源信息进行全方位、多层次、系统性整合，构建了立体化、数字化、实时性的教学空间，图2 为立体化教学资源模型[4]。

图2 立体化教学资源模型

立体化教学资源的表现形式有：教材、课件PPT、任务单、在线视频资源、操作指导手册、在线学习平台等。提供仿真软件的厂商应该会同时提供配套的教学资源，但是这些教学资源往往和学校的培养方案不匹配。本文在根据文献及调研访谈等多种渠道获得的数据，同时结合学校专业教师的实训教学经验及对通信专业的理解，确定教学资源的核心内容。通过经验总结法，把前期的文献及调研访谈数据进行核心要素提炼，形成立体化教学资源分析报告。依据这个立体化教学资源分析报告，同时吸取合作厂家的丰富实战经验，对仿真软件涉及的实训任务进行细分和重构，共同开发适合学校通信技术专业实训课程教学的立体化教学资源。

2.2 线上线下混合式教学

“一问一答一总结”模式的线上线下混合式教学，依据学校细分和重构后的教学子任务，在线上和线下导入每一个子任务，通过引入背景知识或者提问方式进入子任务讨论，再针对问题进行知识解答，展开讨论，最后通过习题及操作实训巩固每个子任务的知识点。

纵向“总-分-总”模式的任务驱动教学模式由“任务总体导入”“任务计划细分”“子任务操作实施”和“子任务评分及问题汇总”四个环节组成，其中“一问一答一总结”模式的线上线下混合式教学贯穿了该模式的所有环节。下面简单介绍该模式的具体实施方案。

（1）在“任务总体导入”环节，任课教师的活动包括三个内容:

第一，借助虚拟实验平台，导入子任务及目的、展示任务结果，让学生对任务有一个直观的认识，然后再布置具体的学习任务。

第二，利用虚拟实验环境，让学生明确自己应当完成的具体任务和完成任务后可以得到哪些知识以及达到什么样的水平。

第三，在充分考虑学生的现有知识和能力水平的基础上，按照适合协作学习的分组办法对学生进行分组，安排具体的完成时间和成果的评价方式等。

（2）在“任务计划细分”环节，学生通过自主学习、小组协作学习等方式，对该任务计划进行细分，确定任务所涉及的各关键子任务，充分应用已掌握的前序知识，基于虚拟仿真实验平台进行决策，确定任务的实施步骤，为任务的实施做好充分的准备。

（3）在“子任务操作实施"环节，学生在虚拟仿真实验平台上按照已制定好的计划逐步完成子任务。教师借助虚拟仿真实验平台对学生进行指导，实现教师和学生以及学生之间的交流。学生通过应用已学习的知识完成工作任务进行知识的建构，形成职业岗位能力。

（4）在“子任务评分及问题汇总”环节，虚拟仿真实验平台直接将学生的子任务执行情况进行批改打分，并重点展示每个学生存在的问题。同时，学生在分析和听取老师讲解的过程中，通过对比自己与其他同学的成果，进行复盘[5]。

3 基于课程教学模式的应用

通过对5Gstar 通信仿真软件及配套教学资源进行深入分析，结合通信技术专业教学模式、专业实践能力、效果评价方式方面的问题，构建了一套横向立体化的教学资源，并形成了纵向“一问一答一总结”的一体化教学模式。

3.1 构建立体化的5GStar 仿真教学资源

以我校现代通信技术专业人才培养方案为核心，结合了华为的企业资源和优势，以能力为本位，以精准就业为导向，根据基站建设与维护岗位对基本技能和专业能力的需求，对岗位群进行了调查和分析，利用5GStar 仿真软件及配套的课程资源，包括课程标准、教学课件、实训任务单及视频资源，同时提供了配套的产品说明文档、版本说明文档、操作指导书及具体场景下基站开通的实训手册。针对这些通用的教学资源，进行了深度开发，建立了立体化教学资源，用于支撑专业课程建设[6]。

在教学实践中，以立体化的5GStar 仿真教学资源为基础，通过线上预习-线下教学-线上复习的学习模式，将之前的单一教学模式转变成现代化全方位、多层次、系统性的教学模式。例如，在之前的基站建设与维护教学中，先将相关的基站知识通过知识点教学传递给学生，再通过仿真软件进行验证测试，但验证操作过程中往往不是那么顺利，如遇到问题，在短短的课堂时间内是无法完成实训的。通过立体化的5GStar 仿真教学资源，实训中遇到问题，学生可以随时查找文本、视频及相关的操作文档快速定位，在最短的时间内完成相应的实训操作，提高了学生的实训效果。

3.2“一问一答一总结”教学模式的应用

在课堂教学中执行“一问一答一总结”的教学模式，依据实训任务单中细分和重构后的教学子任务，发起相应的任务讨论，再针对实训操作中出现的问题进行分析处理，展开讨论，最后通过重复的实训操作巩固知识点[7]。

在教学模式执行过程中，将相应的知识点及操作过程以文档的形式记录下来，以“一问一答一总结”的形式系统地介绍了5G 理论基础和基站实训操作知识，尤其是针对当前常见基站的规范开站方式及相关数据配置做了透彻的讲解，通过“一问一答一总结”教学模式，提高了学生的学习积极性，同时利用校企合作企业优势推进工学结合，提升了“5G 全网建设技术”的竞赛成绩。

4 结语

随着5G 通信系统的应用及用户数量增加，通信技术也凸显其作为“管道”的核心位置，通信技术技能型人才需求和培养质量之间的矛盾冲突不断加大，另外通信技术专业学生尤其强调实践操作能力和实战经验，基站建设与维护的技能人才更加不足，如何培养合格的“技能型”学生成为当前通信产业发展和教育改革亟待解决的迫切问题之一。而很多专业都广泛应用了仿真教学模式，通信技术专业身处信息行业，其教学过程更是无法脱离仿真技术。单纯将仿真技术应用到实训教学中是不够的，还需重针对具体课程教学中的问题进行分析，找到并改进其教学模式，以适应相应的课程教学[9]。

文中采用的课程教学模式改进措施，在深入开发立体化教学资源、纵向实施“一问一答一总结”的教学模式，已经完成了相应的实践实施，同时也获得了一定的成果转化。而针对立体化教学资源和“一问一答一总结”教学模式的深度结合，还存在相应的改进空间，这也是课题后续的研究方向。