基于5G和AI的高职混合式教学研究

赖雄辉，陈 岗，成 超

（广东轻工职业技术学院，广东 广州 510300）

0 引言

随着5G技术，人工智能技术的发展，特别是5G网络的高带宽，低时延解决了以往在实现智能技术应用创新中所遇到的一些问题，提升了大数据的传输速率，提高了线上教学的交互性，推动了智慧学习平台的应用和发展。新冠疫情的反复师使得线上学习已开始成为一种常态，线上线下教学相结合的混合式教学理念已经逐渐成为教学中的一个热门改革方向。混合式教学模式在结合线下教学和线上教学的基础上，利用超星学习通等智慧管理和互动交流平台开展教学，激起学生的主动学习热情，能一定程度提高教学效果[1]。实施混合式教学的效果很大程度依赖于线上学习空间的搭建，5G和AI技术赋能混合式教学改革，从而促进个性化，精准化教学等教学方式的实现。本文根据5G基站工程与设备维护课程的特点，探讨了5G和AI技术在高职混合式教学中的应用。

1 5G基站工程课程设计

1.1 课程教学目标

本课程是一门以服务为宗旨，以就业为导向，以工学结合为平台，以产学合作为途径，按照5G基站工程与维护流程和职业活动的特征，以5G基站天馈系统、5G基站无线设备、5G基站通信电源、5G基站电力与环境监控系统的工程施工、测试、维护为主线的通信技术专业核心课程。本课程紧紧围绕5G基站工程维护测试及故障分析整合课程内容，将传统开设的《模拟电子技术基础》《移动终端技术与设备维修》《通信测量》课程有机结合在一起，并将5G基站工程项目的系统认知贯穿在整个教学中，为从事5G基站设备的开发、生产、安装、调试、维修、管理和营销等企业培养具有基站设备系统的维护、设计、分析、调试与制作的实践型人才，对学生终身爱国、敬业思想、创新创业能力的可持续性发展、职业能力培养和职业素质养成起主要支撑作用。

1.2 教学任务单元

将5G基站工程与维护分解为4个相对独立的工作场景即5G基站天馈系统、5G基站主设备、5G基站通信电源，5G基站配套设备测试与维护。分析各场景工作技能点和知识点，结合仿真实训平台仿真和物理设备的方式，建立起学生对5G基站工程的初步认知。

5G基站天馈系统主要包括无线电波基础、基站天线、5G基站天线基本特性、基站传输线、基站天线的安装和维护、5G基站勘测等内容，基本涵盖基站天馈员岗位所需要的知识点和工作任务。

5G基站主设备主要包括5G基站概述、5G拉远射频单元、5G基带单元系统结构、5G基站机柜、5G基站主设备工程典型配置等5G基站主设备的基本结构和工程施工和维护方法，基本涵盖基站无线员岗位所需知识点和工作任务。

5G基站通信电源包括低压配电、油机发电、空调设备、开关电源系统、蓄电池等。基本涵盖基站动力员岗位所需知识点和工作任务。

5G基站配套设备测试与维护包括5G基站接地与防雷、5G基站动力及环境集中监控管理系统、5G基站配套设备的调测、5G基站配套设备巡检与维护等内容。

1.3 课程设计理念

本课程以5G基站工程实境教学、5G基站工程实践训练、5G基站工程项目应用“三工融合”为基础，形成以工程实践为主线的“三工融合”教学模式。与华为技术、海格通信、讯方通讯等企业5G通信基站工程与维护任务相结合，形成5G基站工程实践教学模式，利用企业的5G基站施工视频、操作规范、仿真软件等，使学生完全进入企业5G基站工程设计、施工、调试、维护的工作模式。通过“三工融合”，创造出理论联系实际的环境，使学生能够真正做到学以致用、学用结合、在5G基站工程应用中求创新，在创新应用中求发展。教学中每一个任务都可在每个实训内容中完成，可现场实施“思、教、学、做”教学模式，并将学生政治思想教育内容和移动通信终端的系统认知贯穿在整个教学中。

2 5G基站工程课程教学传统教学的不足

随着移动通信市场特别是5G应用的进一步扩大，以华为和中兴企业为核心的5G通信产业集群和中国移动、中国电信、中国联通、中国铁塔四大企业为龙头的通信运营集群已形成。目前ICT通信行业对5G基站工程及设备维护人才的需求量巨大并且十分急迫。结合我国通信行业快速发展规划及5G通信技术业务发展趋势，为进一步促进校企合作，推动工学结合人才培养模式的改革与创新，多数高职院校在通信类专业、电子信息类专业开设5G基站工程及维护课程。培养5G基站工程及维护技术人才是当前高职院校人才培养的重点之一。传统5G基站课程课堂教学仍存在一些问题

（1）传统5G基站工程及设备维护课堂教学往往是教师课堂讲解，学生则是被动学习。这种教学方式往往导致学生积极学习的热情不高。传统的教学模式下，现代化的教学环境中更多地要运用多媒体辅助教学，通过教师讲解、教学多媒体等方式，传授知识给学生[2]。在这种教学模式下，教师是主动施教者，而学生则是被动接受知识。这种教学模式没有充分体现学生的主体地位，忽视了学生的学习主动性。而线上教学可以运用多种教学工具和教学手段提升课堂的趣味性，更能激发学生积极自主学习。在线上教学过程中，学生可以通过课件，音视频，动画等形式获取知识，将死板的知识变得灵活易懂，有一定的趣味性，但是缺点是对知识的理解深度还有所欠缺，往往停留在浅层理解。因此，实际教学中教师可以通过线下教学或者直播等方式进行深化剖析和强化训练。但是，在线上教学中，教师往往无法及时了解每个学生的学习情况，不能及时收到学生的反馈，教师和学生间的互动性有所减弱。为了充分发挥学生的自主性和教师的指导作用，应将传统线下教学和智能线上教学平台相结合[3]。

（2）实训设备落后和数量不足。5G基站工程及设备维护课程是通信类专业学生的核心必修课，该门课程是以实践为主的课程，为从事5G基站主设备及配套设备的开发、生产、安装、调试、维修、管理和营销等企业培养具有系统的维护、设计、分析、调试、工程施工与维护的实践型人才。因此，课程项目实训是该课程的重要环节。当前通信技术发展越来越快，而高职院校往往由于学校资金，场地，流程等原因，实训所需要的5G基站设备更新严重滞后，甚至有的还停留在3G时代。因为单套通信设备往往比较昂贵，无法进行大规模采购，一个班的实训因为设备数量的限制通常采用分组的方式排队实训，不能保证每个学生都能接触到实训设备，学生实训体验差，学习效果不佳。为了学生人身安全或防止设备损坏，对于某些实训项目比如天馈系统安装架设项目，也只是让学生观摩架设好的基站，通过观看视频的方式了解安装过程，无法切实参与项目的细节。以上原因导致实训项目内容简单化，实训项目缺少基站建设部分过程，导致部分学生5G基站工程与设备维护技能训练不足，无法满足企业工作岗位需求，甚至影响就业。为解决这些问题，提高实训的有效性，可引入5G云实训进行虚拟仿真。

3 5G+AI混合式教学的实施

基于5G和AI的高职混合式教学充分利用超星学习通智能平台和5G云仿真实训平台进行教学和师生之间互动。其中教师课前在学习通发布学习任务和操作演示视频，课中教师根据智能平台的数据反馈进行针对性的线下教学，实训项目则通过云实训平台进行仿真实训，在实训过程中虚拟仿真软件结合真实物理设备进行深化，做到线上和线下结合。设计思路如图所示1所示。

图1 5G+AI混合式教学设计思路

3.1 教学准备

5G基站工程与设备维护课程是一门实践性强，实践与理论紧密结合的课程，涉及的内容知识点比较细，学生对细节容易遗忘；该课程对学生的动手实操能力和故障分析能力都要求较高，学生对5G基站理论难理解，动手操作和维护的步骤多难掌握，学生反映学习难度大。通过录制的5G基站知识讲解和操作视频资源让学生在课内外能随时自主学习，随时播放视频讲解。线上线下混合教学需要选用智能教学平台建设线上课程网站，教师录制授课短视频和准备各种文字，动画等形式的教学资源。智能线上教学平台可以选超星学习通等平台，能够开展在线学习、作业、考试、学情分析，成绩管理等功能[4]。随着5G的普及特别是5G网的超高网络速度和低延迟特性，可以利用5G云端的计算能力实现仿真应用和控制[5]。对于基站工程的实操部分，可以让学生通过云实训平台仿真实践，能更加沉浸式体验学习内容，参与到教学中。云实训平台如图2（P149）所示。

图2 云实训仿真软件

3.2 教学实施

传统5G基站工程及设备维护课堂教学以课堂讲授为主，学生则是被动“等待”灌输知识中学习。这种教学方式往往导致学生确实主动学习的热情，积极性不高，阻碍了学习能力的发展和提高。本课题以超星学习通智能课堂软件为平台开展混合式教学。课前教师通过星学习通平台对学生进行测试、推送课前任务[6]。通过平台动态的智能大数据分析，教师可以实时掌握学生基础、学习能力和学习现状情况，及时调整线下课堂的教学内容，从而提高教学效果[3]。课堂教学过程中教师可重点对学生没有掌握的内容进行侧重分析讲解，指导他们掌握相应的知识和提高解决问题的能力。“线下”课堂中教师还可以通过智能手机对学生进行“线上”随机的测试，还可通过各种智能平台的教学互动工具，如随机点名等方式促进积极学生参与课堂活动。

3.3 教学评价

在5G网络支持下，教师可以通过对学生在线和线下教学过程中的观察，采集相应的数据，发现学生学习的行为模式、从而挖掘其思维过程，做到实时发现问题，帮助其解决过程中碰到的问题，进而完成更多学生的精准评价并及时采取干预手段。学生的自主学习往往是有限的，为了解课教学的效果，学习通等智能平台在后台具有教学管理功能，可以记录主要包括签到率，分组讨论，学生访问时长，成绩管理等数据。教师通过大数据记录可以更科学了解教学质量，促进师生之间的互动协作。

4 结语

高职院校应用基于5G和AI的混合式教学模式，主要是为了将教师提高教学效果，帮助学生更好地掌握知识技能。该背景下的混合式教学模式，不仅更加丰富学生理论知识和操作技能而且可以全方位地采集学习数据，实现对学生精确评价。同时5G时代混合式教学模式仍然存在一些困难比如5G网络未能实现全覆盖；基于5G和虚拟技术的教学仿真资源开发难度大不一定满足教学需要。这些因素一定程度上制约了5G和AI混合式教学的应用。