基于5G虚拟仿真平台的混合式教学探索与实践

摘  要：针对现代高职教育5G人才培养过程中缺乏业务场景训练、学生实训技能与行业贴切度不够的瓶颈问题，提出将虚拟仿真技术引入教学过程，按照5G现网工作流程重构课程内容模块开展混合式教学。同时以“5G网络规划优化”课程为例，从教学过程、教学评价和教学成效方面阐述了基于5G虚拟仿真平台的混合教学模式的具体实践。该教学模式满足对场景、调试操作、实践应用和成本等的需求，贴近行业生产规范，有效推进理实融合并促进职业人才培养质量的提升，完成学生从学校教育到工作就业的最佳过渡，同时也为5G类新兴学科教学实施提供借鉴。

关键词：虚拟仿真；5G网络优化；混合式教学；高职教育

中图分类号：TP39；G434    文献标识码：A    文章编号：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作為新一代移动通信系统，在速率、时延、连接数上都大幅提高，并在地铁、商城、场馆、交通工业等应用场景丰富广泛[1]。据工业和信息化部公开数据显示，5G网络建设整体稳步推进，截至2023年5月末，我国5G基站总数达284.4万个，占全国移动基站总数的25.3%[2]。从猎聘发布的《2019年中国5G人才需求大数据报告》中来看，5G与移动互联、人工智能、大数据等新兴领域的深度交叉融合，使得互联网和电子通信行业对5G人才需求巨大[3]。与此同时，对于5G从业者的综合能力要求如移动通信技术、网络规划与设计、网络云化以及行业解决方案能力等要求较高。

对此，全国高校陆续开设5G专业培养岗位人才。然而5G教学场景相对单一，且由于5G技术新颖，部分场地、成本或安全性受限，如网络架构部署、硬件安装等而难以实施，全国高校中5G专业的课程教学尚处于摸索阶段[4，5]。此外，开设5G专业的传统教学中通常更为关注5G的理论技术体系学习，缺乏实用性和系统性[6]，较难培养学生的实际操作和运维能力，这也导致学生难以通过操作提升技能，对5G理论知识的理解亦不透彻，效果差强人意。

根据国家相关部门发布《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026年）》等文件[7]，针对新兴学科教学中高投入、高难度、高风险及遇到的一系列难实施、难观摩、难再现的“三高三难”问题，通过将虚拟仿真技术融入教学实施过程开展“理论—虚拟—实践”混合式教学，可以丰富教学手段，进一步优化课程设置和教学内容，统筹教学组织与实施，注重学生的实训技能提升，实现人才培养对接产业需求，也将成为未来高职教育改革的一大趋势[8]。

1  5G虚拟仿真类课程教学整体设计

广东科学技术职业学院于2020年4月与华为公司签订了战略合作协议，确定校企共建“广科-华为鲲鹏数字学院”，面向国产自主可控的软件与信息服务产业集群，对接华为信创技术（鲲鹏、鸿蒙、昇腾、5G等）产业链的人才需求，校企共建以华为信创为特色，集产品研发、教学实训、科学研究、成果转化、创新创业等于一体的实体性协同创新与育人平台，服务湾区数字经济创新发展[9]。在5G类课程的项目化教学中，融入由真实基站同源开发的华为5G Star虚拟仿真平台。该软件将真实5G网络工程师岗位工作中的实践操作和虚拟仿真技术相结合，同时辅助以VR沉浸式仿真交互，形成完善的符合专业实训需求的数字化项目，有效解决教学中缺乏真实业务场景的问题，满足5G人才培养过程中对现网场景、调试操作、实践应用和成本的需求。

选取广东科学技术职业学院“金课”——5G网络规划及优化课程为例，对5G虚拟仿真平台混合式教学进行研究。该课程是广东科学技术职业学院计算机网络技术专业的核心课程，对接新一代5G网络建设与维护工作岗位，培养学生熟练掌握5G网络工程中设计、施工、测试、验收各环节的技术技能。

按照5G网络规划优化的实际工作流程和技术方案，基于华为5G Star虚拟仿真平台对课程内容进行重构，重构后的教学内容整体设计如图1所示。课程从基础操作、专项提升和实践拓展的三个层次进行设计，分别对应5G网络规划设计、5G基站数据配置以及5G网络优化与故障排查三大项目，构建八大实验实训任务，旨在提升学生的网络规划设计能力、设备维护能力、系统运维能力、业务体验优化能力以及行业解决方案能力。通过将虚拟仿真实训引入理论教学，在仿真实训场景中构建真实工作环境、设备、工作任务，使学生在参与虚拟仿真实践的过程中掌握知识目标，提升实践能力，实现理论教学与技能实训相互支撑，推动课堂教学信息化改革。

2  5G虚拟仿真混合式教学实践应用

5G虚拟仿真平台主要包含任务下发、仿真实验、考核评价等功能，基于该平台的混合教学实际是虚拟仿真与理论知识以及实践拓展相互融合的教学过程，以下介绍5G网络规划及优化课程中5G虚拟仿真教学的具体实施。

2.1  教学过程

按照“课前探究—课中内化—课后提升”的方式，基于5G虚拟仿真平台进行师生互动、生生互动，打造教学共同体，实现如图2所示“理—虚—实”一体化教学。

2.1.1  “自主探究型”课堂模式转变

与传统“讲授型”课堂利用演示文档，口述等方式进行讲解不同，由于虚拟仿真平台具有强交互性的特点，教学过程中教师通过综合学生认知发展水平设计协作性高的实践任务场景，完成以学生为中心的“自主探究型”课堂模式转变，具体体现在如下教学过程中：

首先在课前探究阶段，教师根据教学目标利用虚拟仿真教学平台创设情景进行任务分配，例如“完成对校园教学楼内部5G网络的覆盖”，采用“问题引导”“案例教学”等教学方法引导学生思考学习相关知识技能，学生通过情境任务激发求知欲与学习热情。

课中结合课前学习统计情况，以岗位工作任务为依据，基于5G虛拟仿真软件采用“项目解析”“任务驱动”等教学方法融合理论知识进行讲授开展实训。教师先在规范操作演示中交代任务流程、关键技术及规范，此后学生以小组为单位在虚拟实践情境中分解任务并合作讨论完成。在达成初步教学目标后，学生之间还需要互相设置5G网络故障点并自主排查。在反复协作练习中教师针对案例实训操作情况进行个性答疑和教学总结，引导学生从多角度思考熟悉故障告警和网络优化创新解决方案，例如“室内5G基站硬件选型与室外基站的差异”“影响室内5G信号覆盖强弱的因素”，以此不断磨炼技术细节，深化理论知识理解，突破重难点。

课后提升阶段依托虚拟仿真平台发布作业和自学资源，利用平台的测评功能完成评价和教学检查，进一步巩固课堂知识，夯实学生的专业基础。在掌握相关理论和虚拟仿真技术后，校企合作组织学生到企业实践和设备实操，并为考证和技能竞赛提供指导支持，持续提升实践技能。

虚拟仿真教学促进了传统教学向“自主探究型”课堂模式的转变，有助于进一步提高学生的学习兴趣和实训技能，深化学生自主学习、解决问题的能力及团队合作精神。

2.1.2  虚拟仿真与理论知识相融合

5G因其抽象的无线通信理论概念而令学生难以快速掌握和理解[10]，在教学过程中利用虚拟仿真技术将5G理论知识有机融合，通过将抽象的无线信号以及天线等设备的内部结构具象化、动态化，可以直观展示在不同位置无线信号的覆盖强弱和变化特点，方便学生迅速理解5G关键技术的实现方式与建站情况，提升学生在认知学习中的兴趣和热情。

此外，通过虚拟仿真平台开展软件调试实训，在数据参数配置过程中设计融入课程理论知识点，可以使学生深入理解5G参数的物理意义和在网络建设中的实际作用，构建理论知识体系，从而达到虚拟仿真实践与理论教学相互融合、相互促进的目的，实现生动性、趣味性、互动性、自主性的全面提升。

2.1.3  虚拟仿真与实践拓展相融合

5G虚拟仿真平台主要包含如图3所示的实验功能模块，各实验模块分别对应不同的真实5G岗位工作任务需求，支撑5G课程从基础操作、专项提升到实践拓展的三个递进层次的教学环节，在极大程度提高实训资源使用覆盖率的同时有效培养岗位多方向专业人才。学生完成虚拟项目实践与课程学习后，只有在通过相应的虚拟仿真技能考核评价，才能再由校企合作工程师指导学生参与相关设备实操和竞赛等真实任务的实践活动，实现“以虚助实”“虚实结合”。

1）5G网络组网设计模块：传统教学中部署整套5G实验网络实施难度大，对学生也提出了极高的操作要求，较难给学生“试错”机会，此外还需要考虑对周边环境通信影响。利用虚拟仿真平台中5G网络组网设计模块，对5G架构中无线接入网、承载网以及核心网进行建模，学生根据教师下发的任务目标中规定的基站类型和小区协议参数设置对应网元参数，熟悉各个网元连接，进一步提升学生对5G组网的认知学习。

2）硬件部署选型模块：通过对应基带单板和光纤等的选型完成对5G射频单元AAU、基带处理单元BBU以及光交换机之间的连通，引导学生熟悉硬件设备的物理结构和逻辑功能。实际行业应用中的5G基站、核心网等高端设备和覆盖多厂商的网络设备，投入巨大，学校难以及时更新换代，通过虚拟仿真可以紧跟行业新技术新规范和产业转型升级，持续更新升级设备。

3）硬件设备安装模块：由于基站操作的高风险性和场景复杂性，在学校传统实训室中难以完整呈现5G行业应用场景以及工作场景中不同岗位角色的业务流程。采用VR技术实现5G基站设备的沉浸式安装，模拟真实现网环境中涉及攀爬、高空、高压环境下的施工场景，激发学生的学习兴趣，培养安全风险意识。

4）5G网络运维管理模块：本模块模拟5G真实基站的运维开发，与5G网络运维管理工程师的日常工作任务一致，针对5G协议规划的全局、设备、传输、无线等参数在虚拟平台进行脚本操作、告警操作、故障排查以及信令跟踪，培养学生掌握运维技能，实现课程所学即为就业所需。

5）业务测试及优化模块：在虚拟平台模拟不同终端相互进行话音、短信、视频下载、网页浏览、时延等业务传输体验测试，引导学生思考对基站配置做进一步优化。

通过虚拟仿真平台结合VR沉浸式模拟真实工程场景实训，解决了传统实训室场景资源不足的问题，强化学生对于设备操作、软件调试和业务测试等方面的实训技能，教学内容贴近行业产业最新技术规范，同时有效降低实践过程的安全风险，进一步提升教学效果。

2.2  考核评价

当前大多数高校在开展虚拟仿真实训项目过程中缺乏统一的评价标准，依靠教师的主观评价无法准确获取学生的完成情况及技能掌握情况。此外，学生能否将从虚拟场景中收获的技能迁移到真实实践中，也是在教学中面临的一大难题。

在5G虚拟仿真平台中设置“闯关式”实验，依托其过程管理与自动评分等功能，对学生实验次数、实验时间、任务点完成进度、任务点得分情况进行统计和收集，使学生考核更具公平性和激励性。教师能够实时跟踪学生的学习状况，建立以可信度和效度为核心的虚拟仿真评价体系，据此实施个性化指导和点评，适时调整任务难度，同时为下一阶段校企合作的真实实践提供科学依据，真正实现师生交流互动立体化、评价反馈即时化、过程管理全程化、考核评价精准化。

2.3  教学成效

根据广东科学技术职业学院2020年至2023年6月期间，计算机网络技术专业推行基于5G虚拟仿真平台实施混合式教学以来，学生参加省级职业院校专业技能大赛获奖情况统计如图4所示。

由图4可知，在5G虚拟仿真教学改革期间，学生获奖总数呈逐年上升趋势，同时省级二等奖及以上比例逐年提高，反映教学质量显著提升。综合来看，5G虚拟仿真混合式教学相较传统课程教学能够对实际业务场景仿真还原，学生自主体验、模拟训练，可重复，损耗低，深化理论知识理解，实现了实践效果的提升，并有效提高5G运维人才培养的灵活性、适应性、针对性。

3  结  论

基于5G虚拟仿真平台的混合式教学模式从注重培养学生实践能力出发，实现5G网络构建、工程设计开通到网络优化、网络运维等专业实训内容的虚拟融合，進行多层次、模块化的实训教学，将教学内容按岗位工作流程分解、引入行业、企业前沿技术，解决了5G应用场景丰富而教学实践场景单一的矛盾，深化理论理解，实现了教学与生产紧密对接，人才培养对接产业需求，缩短学生与社会实际岗位需求之间的距离，所学即所用，也对未来高职教育的发展具有重要推动作用。

参考文献：

[1] 刘晓，钱鉴楠.面向5G时代的职业教育：机遇、挑战与发展路径 [J].中国职业技术教育，2020（22）：41-46+52.

[2] 中国工业和信息化部.2023年1-5月份通信业经济运行情况 [EB/OL].[2023-06-18].https：//www.miit.gov.cn/gxsj/tjfx/txy/index.html.

[3] 猎聘.2019年中国5G人才需求大数据报告 [EB/OL].[2023-06-18].https：//m.huanqiu.com/article/9CaKrnKiGxM.

[4] 李小平，孙清亮，张琳，等.5G的发展历程、特点及其对教育理论的延伸 [J].现代教育技术，2019，29（9）：26-32.

[5] 袁磊，张艳丽，罗刚.5G时代的教育场景要素变革与应对之策 [J].远程教育杂志，2019，37（3）：27-37.

[6] 徐利，吕剑明，李坡，等.职业本科教育背景下“5G移动通信技术”课程建设与探索[J].工业和信息化教育，2022（12）：16-20.

[7] 工业和信息化部，教育部，文化和旅游部，等.虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026年） [EB/OL].[2023-06-18].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-11/01/content_5723273.htm.

[8] 逯行，朱陶，徐晶晶，等.高校虚拟仿真实验教学的基本问题与趋势 [J].现代教育技术，2021，31（12）：61-68.

[9] 陈宗仁，杨忠明，曾文权，等.鲲鹏数字产业学院产教融合创新合作模式研究 [J].职业技术，2021，20（7）：12-17.

[10] 胡志恒，李英祥，孙捷.5G虚拟仿真技术在课程融合教学中的实践应用 [J].产业科技创新，2023，5（1）：84-86.

作者简介：文聪敏（1994—），女，汉族，湖南益阳人，助教，硕士研究生，研究方向：计算机技术、5G。

收稿日期：2023-07-06

基金项目：2021年广东省高职教育示范性产业学研项目（华为鲲鹏数字产业学院）；2021年广东省继续教育质量提升工程项目（JXJYGC2021KY0631）；2022年广东科学技术职业学院校级“金课”项目（PX-24221372）；2022年广东科学技术职业学院“专创融合”特色示范课程项目（5G网络规划及优化）