基于5G和AI的高職混合式教學研究

賴雄輝，陳 崗，成 超

（廣東輕工職業技術學院，廣東 廣州 510300）

0 引言

隨著5G技術，人工智能技術的發展，特別是5G網絡的高帶寬，低時延解決了以往在實現智能技術應用創新中所遇到的一些問題，提升了大數據的傳輸速率，提高了線上教學的交互性，推動了智慧學習平臺的應用和發展。新冠疫情的反復師使得線上學習已開始成為一種常態，線上線下教學相結合的混合式教學理念已經逐漸成為教學中的一個熱門改革方向?；旌鲜浇虒W模式在結合線下教學和線上教學的基礎上，利用超星學習通等智慧管理和互動交流平臺開展教學，激起學生的主動學習熱情，能一定程度提高教學效果[1]。實施混合式教學的效果很大程度依賴于線上學習空間的搭建，5G和AI技術賦能混合式教學改革，從而促進個性化，精準化教學等教學方式的實現。本文根據5G基站工程與設備維護課程的特點，探討了5G和AI技術在高職混合式教學中的應用。

1 5G基站工程課程設計

1.1 課程教學目標

本課程是一門以服務為宗旨，以就業為導向，以工學結合為平臺，以產學合作為途徑，按照5G基站工程與維護流程和職業活動的特征，以5G基站天饋系統、5G基站無線設備、5G基站通信電源、5G基站電力與環境監控系統的工程施工、測試、維護為主線的通信技術專業核心課程。本課程緊緊圍繞5G基站工程維護測試及故障分析整合課程內容，將傳統開設的《模擬電子技術基礎》《移動終端技術與設備維修》《通信測量》課程有機結合在一起，并將5G基站工程項目的系統認知貫穿在整個教學中，為從事5G基站設備的開發、生產、安裝、調試、維修、管理和營銷等企業培養具有基站設備系統的維護、設計、分析、調試與制作的實踐型人才，對學生終身愛國、敬業思想、創新創業能力的可持續性發展、職業能力培養和職業素質養成起主要支撐作用。

1.2 教學任務單元

將5G基站工程與維護分解為4個相對獨立的工作場景即5G基站天饋系統、5G基站主設備、5G基站通信電源，5G基站配套設備測試與維護。分析各場景工作技能點和知識點，結合仿真實訓平臺仿真和物理設備的方式，建立起學生對5G基站工程的初步認知。

5G基站天饋系統主要包括無線電波基礎、基站天線、5G基站天線基本特性、基站傳輸線、基站天線的安裝和維護、5G基站勘測等內容，基本涵蓋基站天饋員崗位所需要的知識點和工作任務。

5G基站主設備主要包括5G基站概述、5G拉遠射頻單元、5G基帶單元系統結構、5G基站機柜、5G基站主設備工程典型配置等5G基站主設備的基本結構和工程施工和維護方法，基本涵蓋基站無線員崗位所需知識點和工作任務。

5G基站通信電源包括低壓配電、油機發電、空調設備、開關電源系統、蓄電池等。基本涵蓋基站動力員崗位所需知識點和工作任務。

5G基站配套設備測試與維護包括5G基站接地與防雷、5G基站動力及環境集中監控管理系統、5G基站配套設備的調測、5G基站配套設備巡檢與維護等內容。

1.3 課程設計理念

本課程以5G基站工程實境教學、5G基站工程實踐訓練、5G基站工程項目應用“三工融合”為基礎，形成以工程實踐為主線的“三工融合”教學模式。與華為技術、海格通信、訊方通訊等企業5G通信基站工程與維護任務相結合，形成5G基站工程實踐教學模式，利用企業的5G基站施工視頻、操作規范、仿真軟件等，使學生完全進入企業5G基站工程設計、施工、調試、維護的工作模式。通過“三工融合”，創造出理論聯系實際的環境，使學生能夠真正做到學以致用、學用結合、在5G基站工程應用中求創新，在創新應用中求發展。教學中每一個任務都可在每個實訓內容中完成，可現場實施“思、教、學、做”教學模式，并將學生政治思想教育內容和移動通信終端的系統認知貫穿在整個教學中。

2 5G基站工程課程教學傳統教學的不足

隨著移動通信市場特別是5G應用的進一步擴大，以華為和中興企業為核心的5G通信產業集群和中國移動、中國電信、中國聯通、中國鐵塔四大企業為龍頭的通信運營集群已形成。目前ICT通信行業對5G基站工程及設備維護人才的需求量巨大并且十分急迫。結合我國通信行業快速發展規劃及5G通信技術業務發展趨勢，為進一步促進校企合作，推動工學結合人才培養模式的改革與創新，多數高職院校在通信類專業、電子信息類專業開設5G基站工程及維護課程。培養5G基站工程及維護技術人才是當前高職院校人才培養的重點之一。傳統5G基站課程課堂教學仍存在一些問題

（1）傳統5G基站工程及設備維護課堂教學往往是教師課堂講解，學生則是被動學習。這種教學方式往往導致學生積極學習的熱情不高。傳統的教學模式下，現代化的教學環境中更多地要運用多媒體輔助教學，通過教師講解、教學多媒體等方式，傳授知識給學生[2]。在這種教學模式下，教師是主動施教者，而學生則是被動接受知識。這種教學模式沒有充分體現學生的主體地位，忽視了學生的學習主動性。而線上教學可以運用多種教學工具和教學手段提升課堂的趣味性，更能激發學生積極自主學習。在線上教學過程中，學生可以通過課件，音視頻，動畫等形式獲取知識，將死板的知識變得靈活易懂，有一定的趣味性，但是缺點是對知識的理解深度還有所欠缺，往往停留在淺層理解。因此，實際教學中教師可以通過線下教學或者直播等方式進行深化剖析和強化訓練。但是，在線上教學中，教師往往無法及時了解每個學生的學習情況，不能及時收到學生的反饋，教師和學生間的互動性有所減弱。為了充分發揮學生的自主性和教師的指導作用，應將傳統線下教學和智能線上教學平臺相結合[3]。

（2）實訓設備落后和數量不足。5G基站工程及設備維護課程是通信類專業學生的核心必修課，該門課程是以實踐為主的課程，為從事5G基站主設備及配套設備的開發、生產、安裝、調試、維修、管理和營銷等企業培養具有系統的維護、設計、分析、調試、工程施工與維護的實踐型人才。因此，課程項目實訓是該課程的重要環節。當前通信技術發展越來越快，而高職院校往往由于學校資金，場地，流程等原因，實訓所需要的5G基站設備更新嚴重滯后，甚至有的還停留在3G時代。因為單套通信設備往往比較昂貴，無法進行大規模采購，一個班的實訓因為設備數量的限制通常采用分組的方式排隊實訓，不能保證每個學生都能接觸到實訓設備，學生實訓體驗差，學習效果不佳。為了學生人身安全或防止設備損壞，對于某些實訓項目比如天饋系統安裝架設項目，也只是讓學生觀摩架設好的基站，通過觀看視頻的方式了解安裝過程，無法切實參與項目的細節。以上原因導致實訓項目內容簡單化，實訓項目缺少基站建設部分過程，導致部分學生5G基站工程與設備維護技能訓練不足，無法滿足企業工作崗位需求，甚至影響就業。為解決這些問題，提高實訓的有效性，可引入5G云實訓進行虛擬仿真。

3 5G+AI混合式教學的實施

基于5G和AI的高職混合式教學充分利用超星學習通智能平臺和5G云仿真實訓平臺進行教學和師生之間互動。其中教師課前在學習通發布學習任務和操作演示視頻，課中教師根據智能平臺的數據反饋進行針對性的線下教學，實訓項目則通過云實訓平臺進行仿真實訓，在實訓過程中虛擬仿真軟件結合真實物理設備進行深化，做到線上和線下結合。設計思路如圖所示1所示。

圖1 5G+AI混合式教學設計思路

3.1 教學準備

5G基站工程與設備維護課程是一門實踐性強，實踐與理論緊密結合的課程，涉及的內容知識點比較細，學生對細節容易遺忘；該課程對學生的動手實操能力和故障分析能力都要求較高，學生對5G基站理論難理解，動手操作和維護的步驟多難掌握，學生反映學習難度大。通過錄制的5G基站知識講解和操作視頻資源讓學生在課內外能隨時自主學習，隨時播放視頻講解。線上線下混合教學需要選用智能教學平臺建設線上課程網站，教師錄制授課短視頻和準備各種文字，動畫等形式的教學資源。智能線上教學平臺可以選超星學習通等平臺，能夠開展在線學習、作業、考試、學情分析，成績管理等功能[4]。隨著5G的普及特別是5G網的超高網絡速度和低延遲特性，可以利用5G云端的計算能力實現仿真應用和控制[5]。對于基站工程的實操部分，可以讓學生通過云實訓平臺仿真實踐，能更加沉浸式體驗學習內容，參與到教學中。云實訓平臺如圖2（P149）所示。

圖2 云實訓仿真軟件

3.2 教學實施

傳統5G基站工程及設備維護課堂教學以課堂講授為主，學生則是被動“等待”灌輸知識中學習。這種教學方式往往導致學生確實主動學習的熱情，積極性不高，阻礙了學習能力的發展和提高。本課題以超星學習通智能課堂軟件為平臺開展混合式教學。課前教師通過星學習通平臺對學生進行測試、推送課前任務[6]。通過平臺動態的智能大數據分析，教師可以實時掌握學生基礎、學習能力和學習現狀情況，及時調整線下課堂的教學內容，從而提高教學效果[3]。課堂教學過程中教師可重點對學生沒有掌握的內容進行側重分析講解，指導他們掌握相應的知識和提高解決問題的能力?！熬€下”課堂中教師還可以通過智能手機對學生進行“線上”隨機的測試，還可通過各種智能平臺的教學互動工具，如隨機點名等方式促進積極學生參與課堂活動。

3.3 教學評價

在5G網絡支持下，教師可以通過對學生在線和線下教學過程中的觀察，采集相應的數據，發現學生學習的行為模式、從而挖掘其思維過程，做到實時發現問題，幫助其解決過程中碰到的問題，進而完成更多學生的精準評價并及時采取干預手段。學生的自主學習往往是有限的，為了解課教學的效果，學習通等智能平臺在后臺具有教學管理功能，可以記錄主要包括簽到率，分組討論，學生訪問時長，成績管理等數據。教師通過大數據記錄可以更科學了解教學質量，促進師生之間的互動協作。

4 結語

高職院校應用基于5G和AI的混合式教學模式，主要是為了將教師提高教學效果，幫助學生更好地掌握知識技能。該背景下的混合式教學模式，不僅更加豐富學生理論知識和操作技能而且可以全方位地采集學習數據，實現對學生精確評價。同時5G時代混合式教學模式仍然存在一些困難比如5G網絡未能實現全覆蓋；基于5G和虛擬技術的教學仿真資源開發難度大不一定滿足教學需要。這些因素一定程度上制約了5G和AI混合式教學的應用。