李 雪

(武漢職業(yè)技術(shù)學院 電子信息工程學院, 武漢 430074)

0 引 言

隨著包括新一代移動通信、三網(wǎng)融合、超高速光纖寬帶、虛擬現(xiàn)實等新興通信技術(shù)的不斷發(fā)展，針對傳統(tǒng)通信類實驗及綜合職業(yè)能力培養(yǎng)中存在一些真實實驗不具備條件開設或難以完成的教學功能需求[1]，為全面提高學生的職業(yè)能力，在專業(yè)實訓中的“一高(高成本)”、“四難(難下去、難動作、難看見、難再現(xiàn))”領域[2]構(gòu)建與真實實驗場景完全一致的虛擬實驗環(huán)境，給學生提供綠色、可靠、安全、經(jīng)濟的實驗項目，讓學生在虛擬環(huán)境中開展實驗，達到通信類崗位職業(yè)能力要求的教學效果[3]。這不僅有效解決了傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡實踐教學的不足，同時也是解決通信類專業(yè)學生開展工程實訓的又一途徑[4]。

“通信技術(shù)專業(yè)在線模擬實訓平臺建設與應用”項目獲批湖北省教育廳2014年職業(yè)教育信息化試點項目。依據(jù)“高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動計劃(2015—2018年)”[5]，針對通信行業(yè)職業(yè)能力培養(yǎng)需求，立足通信類職業(yè)崗位，為解決傳統(tǒng)通信類專業(yè)課程理論教學與學生職業(yè)化培養(yǎng)之間的矛盾，拓展通信類專業(yè)課程實踐教學的深度和廣度、提高實踐教學實效，實現(xiàn)理論與實踐教學的密切結(jié)合[6]，同時盡可能降低實驗成本[7]項目團隊經(jīng)過近2年的時間建成了具有高度真實感的在線虛擬實訓平臺。為加快推進湖北省職業(yè)教育信息化工作，積極探索教育信息化發(fā)展模式和推進機制的背景下[8]，以在線模擬實訓平臺應用系統(tǒng)框架建設為核心，創(chuàng)新嚴肅游戲教學模式，完善三方合作開發(fā)模式，推進教學內(nèi)容二次開發(fā)工具的標準建設，健全師生參與機制[9]，建立后期運營機制，構(gòu)建通信技術(shù)在線模擬實訓平臺(網(wǎng)站)，形成以“1站5室”為載體，教師和學生互動共建、協(xié)作創(chuàng)新、教學相長的信息化教育教學新格局[10]，實現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)與職業(yè)教育的深度融合，全面提升職業(yè)教育的教學質(zhì)量[11]。

1 通信技術(shù)專業(yè)在線虛擬實訓平臺介紹

通信技術(shù)專業(yè)在線虛擬實訓平臺是我院和企業(yè)合作開發(fā)的“1站5室”平臺， 其中“1站”指的是在線學習的信息化管理系統(tǒng)。此平臺包括5個虛擬實訓室(即所謂“5室”)，分別是移動基站運行與維護、通信工程勘測設計與概預算、數(shù)據(jù)通信、通信網(wǎng)絡和物聯(lián)網(wǎng)等5個虛擬實訓室。

在線學習信息化管理系統(tǒng)是一款基于Web的虛擬可視化教育系統(tǒng)網(wǎng)站[12]。管理系統(tǒng)中用戶分為4大角色，分別是：系統(tǒng)管理員、教師、學生和社會人員。管理人員身份對應的功能有課程管理、關卡管理、分類管理、用戶管理和院校管理；教師身份對應的功能有課程建設、學生管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和主觀題管理；學生身份對應的功能有我的課程、學習進度和我的作品；社會人員進入之后，可以預覽各個課程，但需要付費后才能進行課程學習，付費后與學生身份的功能相同。教師能夠通過學生信息管理界面對學生信息進行管理并撰寫評語。數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能可以通過折線圖的方式簡便明了的查看某個班級學生各科各模塊的成績。題庫可供教師自主進行題目的管理，并提供批量導入功能。

移動通信基站運行與維護虛擬實訓室(其登錄界面見圖1)主要針對移動基站建設課程的實訓教學內(nèi)容進行開發(fā)，此實訓室設置了4個關卡(見圖2)，① 基站整體設備認知；② 基站設備認知；③ 基站數(shù)據(jù)配置；④ 基站故障排查[13]。

圖1 移動基站運行與維護虛擬實訓室的登錄界面

圖2 移動基站運行與維護虛擬實訓室的關卡選擇界面

學習移動基站運行與維護虛擬實訓室后，學生能掌握移動基站的建站要求，室內(nèi)設備和室外設備的安裝規(guī)程，能掌握各主流設備廠商的RRU，BBU和天線等產(chǎn)品的特點及組網(wǎng)配置規(guī)則，會組建并配置室外典型站點和室內(nèi)分布站點，能熟練使用各設備廠商的基站運維軟件，能熟練開通站點并對站點進行日常維護和故障分析與排除。

(1) 關卡1基站整體認知。關卡1基站整體認知(其登錄界面見圖3)是對移動基站機房環(huán)境(承重、防水、防火等施工要求)、基站室內(nèi)設備、室外設備和設備連線等進行自主學習。此關卡設有3種模式，分別是學習模式、訓練模式和挑戰(zhàn)模式。學習模式(見圖4)是通過3維動畫、文本打印和智能語音3位1體的方式，介紹移動基站的機房環(huán)境、室內(nèi)設備、室外設備和設備連線等專業(yè)基礎知識。

圖3 關卡1基站整體認知登錄界面

訓練模式(見圖5)是在線學習信息化管理系統(tǒng)根據(jù)學生的學習內(nèi)容進行隨機出題，用戶在虛擬的3維場景中選擇答案后提交給系統(tǒng)，系統(tǒng)會自動判斷提交的結(jié)果是否正確。

挑戰(zhàn)模式(見圖6)分為理論考核和實訓考核兩個部分，其中理論考核(見圖7)是系統(tǒng)采用在線答題的方式，從題庫中隨機抽取題目供學生作答，實訓考核(見圖8)是學生根據(jù)系統(tǒng)的隨機提問進行答題，最終系統(tǒng)根據(jù)理論考核和實訓考核的答題情況給出最終得分。

圖6 關卡1基站整體認知挑戰(zhàn)模式登錄界面

(2) 關卡2基站設備認知。關卡2基站設備認知(見圖9)主要介紹目前主流通信設備廠商的產(chǎn)品及其應用，包括現(xiàn)網(wǎng)常用的BBU和RRU設備GPS天線，室內(nèi)定向天線等，室內(nèi)全向天線、室外定向天線、室外全向天線等設備，室內(nèi)站點的典型配置應用和室外站點的典型配置應用。關卡2也設有3種模式，分別是學習、訓練和挑戰(zhàn)模式。學習模式(見圖10)是通過3維動畫、文本打印和智能語音3位一體的方式，介紹目前主流通信設備廠商產(chǎn)品的相關知識及應用。

圖9 關卡2 基站設備認知界面

訓練模式(見圖11)是用戶根據(jù)系統(tǒng)隨機給出的應用場景，根據(jù)系統(tǒng)提示的流程和設備地圖，自行完成設備選型和設備連線。

圖11 關卡2基站設備認知訓練模式界面

挑戰(zhàn)模式(見圖12)是系統(tǒng)隨機出題，學生根據(jù)系統(tǒng)任務單的提示完成設備選型和設備連線操作，最后系統(tǒng)根據(jù)完成情況給出評分。

圖12 關卡2基站設備認知挑戰(zhàn)模式界面

(3) 關卡3基站數(shù)據(jù)配置。關卡3基站數(shù)據(jù)配置(見圖13)主要包括全局數(shù)據(jù)配置、傳輸數(shù)據(jù)配置、無線數(shù)據(jù)配置的方法及命令集，對基站數(shù)據(jù)配置成功后進行業(yè)務驗證。此關卡也設有3種模式，分別是學習、訓練和挑戰(zhàn)模式。學習模式是以視頻展示的方式介紹基站數(shù)據(jù)配置的流程。訓練模式下(見圖14)學生根據(jù)系統(tǒng)配置流程圖，一步一步進行數(shù)據(jù)配置。挑戰(zhàn)模式下(見圖15)，學生根據(jù)系統(tǒng)隨機出題進行自行配置，系統(tǒng)對學生配置情況進行打分。

圖13 關卡3 基站數(shù)據(jù)配置登錄界面

(4) 關卡4基站故障排查。關卡4基站故障排查(其登錄界面見圖16)包括TD-LTE傳輸、TD-LTE天饋和TD-LTE網(wǎng)管維護鏈路等故障分析與排查以及常見故障定位及處理。

圖16 關卡4 基站故障排查登陸界面

此關卡也設有學習、訓練和挑戰(zhàn)等模式。學習模式下(見圖17)通過3維動畫+文本打印+智能語音3位一體的方式，展示故障排查的步驟和方法。訓練模式下(見圖18)通過故障排查流程的提示，一步一步引導學生進行故障排查。考核模式下(見圖19)，系統(tǒng)將隨機抽取故障中的一種情況，讓用戶自主進行故障排查，系統(tǒng)根據(jù)用戶操作給出評分。

圖18 關卡4 基站故障排查訓練模式界面

圖19 關卡4 基站故障排查挑戰(zhàn)模式界面

2 平臺應用效果

移動通信基站運行與維護虛擬實訓室已在本校通信技術(shù)專業(yè)課程教學中進行實踐，共有215人次參與了課程的線上自主學習，其中190人闖關成功并獲得作業(yè)成績。統(tǒng)計分析學生的學習過程和效果是教學的一項重要環(huán)節(jié)，建立在云服務器端的學習信息系統(tǒng)，能詳細記錄學生的學習過程以及學習成績(見圖20)，通過各種形式的圖表展現(xiàn)出來，作為教師分析評估學生成績的依據(jù)。

圖20 通信14301班移動基站運行與維護虛擬實訓

在線虛擬實訓平臺實現(xiàn)了學生實踐時間7×24 h不間斷，實驗效率大幅度提升。團隊成員在校外開展教學改革類交流活動共計11次，其中受邀做主題報告2次，與企業(yè)開展平臺技術(shù)應用及使用推廣類交流活動共計10次。

3 結(jié) 語

在線虛擬實訓平臺的創(chuàng)新點之一是師生參與機制，但師生參與的前提是建立一套標準化的簡單實用的系統(tǒng)框架。解決方案是基于3維全景高度仿真的虛擬實訓平臺[15]，針對在線虛擬教學的特點，在充分征求師生意見的基礎上，開發(fā)出一套符合師生使用習慣，滿足教學要求的簡單實用的在線虛擬實訓平臺應用系統(tǒng)框架。各虛擬實訓室主要以3維虛擬仿真的形式，完成設備的建模、實驗原理展示、實驗交互操作、實驗考核。3維仿真具體的手段包括：圖片、聲音、文字、3維動畫、平面動畫等元素。為了提高學生學習的積極性，將游戲元素引入系統(tǒng)框架，寓教于樂，通過積分排行榜、闖關獎勵等激勵方式讓學生在過關游戲過程中掌握專業(yè)知識，在提升專業(yè)技能水平的同時激發(fā)學生濃厚的學習興趣。開發(fā)團隊中有專業(yè)的游戲策劃人員，篩選適合于教學系統(tǒng)的游戲元素，同師生一起探討如何引入到系統(tǒng)框架中，最終形成可方便調(diào)用的游戲元素模塊。