基于5G和AI的高職混合式教學(xué)研究

賴雄輝，陳 崗，成 超

（廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510300）

0 引言

隨著5G技術(shù)，人工智能技術(shù)的發(fā)展，特別是5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬，低時(shí)延解決了以往在實(shí)現(xiàn)智能技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新中所遇到的一些問(wèn)題，提升了大數(shù)據(jù)的傳輸速率，提高了線上教學(xué)的交互性，推動(dòng)了智慧學(xué)習(xí)平臺(tái)的應(yīng)用和發(fā)展。新冠疫情的反復(fù)師使得線上學(xué)習(xí)已開(kāi)始成為一種常態(tài)，線上線下教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)理念已經(jīng)逐漸成為教學(xué)中的一個(gè)熱門改革方向?；旌鲜浇虒W(xué)模式在結(jié)合線下教學(xué)和線上教學(xué)的基礎(chǔ)上，利用超星學(xué)習(xí)通等智慧管理和互動(dòng)交流平臺(tái)開(kāi)展教學(xué)，激起學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)熱情，能一定程度提高教學(xué)效果[1]。實(shí)施混合式教學(xué)的效果很大程度依賴于線上學(xué)習(xí)空間的搭建，5G和AI技術(shù)賦能混合式教學(xué)改革，從而促進(jìn)個(gè)性化，精準(zhǔn)化教學(xué)等教學(xué)方式的實(shí)現(xiàn)。本文根據(jù)5G基站工程與設(shè)備維護(hù)課程的特點(diǎn)，探討了5G和AI技術(shù)在高職混合式教學(xué)中的應(yīng)用。

1 5G基站工程課程設(shè)計(jì)

1.1 課程教學(xué)目標(biāo)

本課程是一門以服務(wù)為宗旨，以就業(yè)為導(dǎo)向，以工學(xué)結(jié)合為平臺(tái)，以產(chǎn)學(xué)合作為途徑，按照5G基站工程與維護(hù)流程和職業(yè)活動(dòng)的特征，以5G基站天饋系統(tǒng)、5G基站無(wú)線設(shè)備、5G基站通信電源、5G基站電力與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的工程施工、測(cè)試、維護(hù)為主線的通信技術(shù)專業(yè)核心課程。本課程緊緊圍繞5G基站工程維護(hù)測(cè)試及故障分析整合課程內(nèi)容，將傳統(tǒng)開(kāi)設(shè)的《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》《移動(dòng)終端技術(shù)與設(shè)備維修》《通信測(cè)量》課程有機(jī)結(jié)合在一起，并將5G基站工程項(xiàng)目的系統(tǒng)認(rèn)知貫穿在整個(gè)教學(xué)中，為從事5G基站設(shè)備的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、安裝、調(diào)試、維修、管理和營(yíng)銷等企業(yè)培養(yǎng)具有基站設(shè)備系統(tǒng)的維護(hù)、設(shè)計(jì)、分析、調(diào)試與制作的實(shí)踐型人才，對(duì)學(xué)生終身愛(ài)國(guó)、敬業(yè)思想、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的可持續(xù)性發(fā)展、職業(yè)能力培養(yǎng)和職業(yè)素質(zhì)養(yǎng)成起主要支撐作用。

1.2 教學(xué)任務(wù)單元

將5G基站工程與維護(hù)分解為4個(gè)相對(duì)獨(dú)立的工作場(chǎng)景即5G基站天饋系統(tǒng)、5G基站主設(shè)備、5G基站通信電源，5G基站配套設(shè)備測(cè)試與維護(hù)。分析各場(chǎng)景工作技能點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)仿真和物理設(shè)備的方式，建立起學(xué)生對(duì)5G基站工程的初步認(rèn)知。

5G基站天饋系統(tǒng)主要包括無(wú)線電波基礎(chǔ)、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(hù)、5G基站勘測(cè)等內(nèi)容，基本涵蓋基站天饋員崗位所需要的知識(shí)點(diǎn)和工作任務(wù)。

5G基站主設(shè)備主要包括5G基站概述、5G拉遠(yuǎn)射頻單元、5G基帶單元系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、5G基站機(jī)柜、5G基站主設(shè)備工程典型配置等5G基站主設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和工程施工和維護(hù)方法，基本涵蓋基站無(wú)線員崗位所需知識(shí)點(diǎn)和工作任務(wù)。

5G基站通信電源包括低壓配電、油機(jī)發(fā)電、空調(diào)設(shè)備、開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)、蓄電池等?；竞w基站動(dòng)力員崗位所需知識(shí)點(diǎn)和工作任務(wù)。

5G基站配套設(shè)備測(cè)試與維護(hù)包括5G基站接地與防雷、5G基站動(dòng)力及環(huán)境集中監(jiān)控管理系統(tǒng)、5G基站配套設(shè)備的調(diào)測(cè)、5G基站配套設(shè)備巡檢與維護(hù)等內(nèi)容。

1.3 課程設(shè)計(jì)理念

本課程以5G基站工程實(shí)境教學(xué)、5G基站工程實(shí)踐訓(xùn)練、5G基站工程項(xiàng)目應(yīng)用“三工融合”為基礎(chǔ)，形成以工程實(shí)踐為主線的“三工融合”教學(xué)模式。與華為技術(shù)、海格通信、訊方通訊等企業(yè)5G通信基站工程與維護(hù)任務(wù)相結(jié)合，形成5G基站工程實(shí)踐教學(xué)模式，利用企業(yè)的5G基站施工視頻、操作規(guī)范、仿真軟件等，使學(xué)生完全進(jìn)入企業(yè)5G基站工程設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、維護(hù)的工作模式。通過(guò)“三工融合”，創(chuàng)造出理論聯(lián)系實(shí)際的環(huán)境，使學(xué)生能夠真正做到學(xué)以致用、學(xué)用結(jié)合、在5G基站工程應(yīng)用中求創(chuàng)新，在創(chuàng)新應(yīng)用中求發(fā)展。教學(xué)中每一個(gè)任務(wù)都可在每個(gè)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容中完成，可現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施“思、教、學(xué)、做”教學(xué)模式，并將學(xué)生政治思想教育內(nèi)容和移動(dòng)通信終端的系統(tǒng)認(rèn)知貫穿在整個(gè)教學(xué)中。

2 5G基站工程課程教學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)的不足

隨著移動(dòng)通信市場(chǎng)特別是5G應(yīng)用的進(jìn)一步擴(kuò)大，以華為和中興企業(yè)為核心的5G通信產(chǎn)業(yè)集群和中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)鐵塔四大企業(yè)為龍頭的通信運(yùn)營(yíng)集群已形成。目前ICT通信行業(yè)對(duì)5G基站工程及設(shè)備維護(hù)人才的需求量巨大并且十分急迫。結(jié)合我國(guó)通信行業(yè)快速發(fā)展規(guī)劃及5G通信技術(shù)業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)，為進(jìn)一步促進(jìn)校企合作，推動(dòng)工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新，多數(shù)高職院校在通信類專業(yè)、電子信息類專業(yè)開(kāi)設(shè)5G基站工程及維護(hù)課程。培養(yǎng)5G基站工程及維護(hù)技術(shù)人才是當(dāng)前高職院校人才培養(yǎng)的重點(diǎn)之一。傳統(tǒng)5G基站課程課堂教學(xué)仍存在一些問(wèn)題

（1）傳統(tǒng)5G基站工程及設(shè)備維護(hù)課堂教學(xué)往往是教師課堂講解，學(xué)生則是被動(dòng)學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方式往往導(dǎo)致學(xué)生積極學(xué)習(xí)的熱情不高。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，現(xiàn)代化的教學(xué)環(huán)境中更多地要運(yùn)用多媒體輔助教學(xué)，通過(guò)教師講解、教學(xué)多媒體等方式，傳授知識(shí)給學(xué)生[2]。在這種教學(xué)模式下，教師是主動(dòng)施教者，而學(xué)生則是被動(dòng)接受知識(shí)。這種教學(xué)模式?jīng)]有充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，忽視了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。而線上教學(xué)可以運(yùn)用多種教學(xué)工具和教學(xué)手段提升課堂的趣味性，更能激發(fā)學(xué)生積極自主學(xué)習(xí)。在線上教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生可以通過(guò)課件，音視頻，動(dòng)畫等形式獲取知識(shí)，將死板的知識(shí)變得靈活易懂，有一定的趣味性，但是缺點(diǎn)是對(duì)知識(shí)的理解深度還有所欠缺，往往停留在淺層理解。因此，實(shí)際教學(xué)中教師可以通過(guò)線下教學(xué)或者直播等方式進(jìn)行深化剖析和強(qiáng)化訓(xùn)練。但是，在線上教學(xué)中，教師往往無(wú)法及時(shí)了解每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，不能及時(shí)收到學(xué)生的反饋，教師和學(xué)生間的互動(dòng)性有所減弱。為了充分發(fā)揮學(xué)生的自主性和教師的指導(dǎo)作用，應(yīng)將傳統(tǒng)線下教學(xué)和智能線上教學(xué)平臺(tái)相結(jié)合[3]。

（2）實(shí)訓(xùn)設(shè)備落后和數(shù)量不足。5G基站工程及設(shè)備維護(hù)課程是通信類專業(yè)學(xué)生的核心必修課，該門課程是以實(shí)踐為主的課程，為從事5G基站主設(shè)備及配套設(shè)備的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、安裝、調(diào)試、維修、管理和營(yíng)銷等企業(yè)培養(yǎng)具有系統(tǒng)的維護(hù)、設(shè)計(jì)、分析、調(diào)試、工程施工與維護(hù)的實(shí)踐型人才。因此，課程項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)是該課程的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前通信技術(shù)發(fā)展越來(lái)越快，而高職院校往往由于學(xué)校資金，場(chǎng)地，流程等原因，實(shí)訓(xùn)所需要的5G基站設(shè)備更新嚴(yán)重滯后，甚至有的還停留在3G時(shí)代。因?yàn)閱翁淄ㄐ旁O(shè)備往往比較昂貴，無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模采購(gòu)，一個(gè)班的實(shí)訓(xùn)因?yàn)樵O(shè)備數(shù)量的限制通常采用分組的方式排隊(duì)實(shí)訓(xùn)，不能保證每個(gè)學(xué)生都能接觸到實(shí)訓(xùn)設(shè)備，學(xué)生實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)差，學(xué)習(xí)效果不佳。為了學(xué)生人身安全或防止設(shè)備損壞，對(duì)于某些實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目比如天饋系統(tǒng)安裝架設(shè)項(xiàng)目，也只是讓學(xué)生觀摩架設(shè)好的基站，通過(guò)觀看視頻的方式了解安裝過(guò)程，無(wú)法切實(shí)參與項(xiàng)目的細(xì)節(jié)。以上原因?qū)е聦?shí)訓(xùn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容簡(jiǎn)單化，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目缺少基站建設(shè)部分過(guò)程，導(dǎo)致部分學(xué)生5G基站工程與設(shè)備維護(hù)技能訓(xùn)練不足，無(wú)法滿足企業(yè)工作崗位需求，甚至影響就業(yè)。為解決這些問(wèn)題，提高實(shí)訓(xùn)的有效性，可引入5G云實(shí)訓(xùn)進(jìn)行虛擬仿真。

3 5G+AI混合式教學(xué)的實(shí)施

基于5G和AI的高職混合式教學(xué)充分利用超星學(xué)習(xí)通智能平臺(tái)和5G云仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)和師生之間互動(dòng)。其中教師課前在學(xué)習(xí)通發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)和操作演示視頻，課中教師根據(jù)智能平臺(tái)的數(shù)據(jù)反饋進(jìn)行針對(duì)性的線下教學(xué)，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目則通過(guò)云實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)訓(xùn)，在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中虛擬仿真軟件結(jié)合真實(shí)物理設(shè)備進(jìn)行深化，做到線上和線下結(jié)合。設(shè)計(jì)思路如圖所示1所示。

圖1 5G+AI混合式教學(xué)設(shè)計(jì)思路

3.1 教學(xué)準(zhǔn)備

5G基站工程與設(shè)備維護(hù)課程是一門實(shí)踐性強(qiáng)，實(shí)踐與理論緊密結(jié)合的課程，涉及的內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)比較細(xì)，學(xué)生對(duì)細(xì)節(jié)容易遺忘；該課程對(duì)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)操能力和故障分析能力都要求較高，學(xué)生對(duì)5G基站理論難理解，動(dòng)手操作和維護(hù)的步驟多難掌握，學(xué)生反映學(xué)習(xí)難度大。通過(guò)錄制的5G基站知識(shí)講解和操作視頻資源讓學(xué)生在課內(nèi)外能隨時(shí)自主學(xué)習(xí)，隨時(shí)播放視頻講解。線上線下混合教學(xué)需要選用智能教學(xué)平臺(tái)建設(shè)線上課程網(wǎng)站，教師錄制授課短視頻和準(zhǔn)備各種文字，動(dòng)畫等形式的教學(xué)資源。智能線上教學(xué)平臺(tái)可以選超星學(xué)習(xí)通等平臺(tái)，能夠開(kāi)展在線學(xué)習(xí)、作業(yè)、考試、學(xué)情分析，成績(jī)管理等功能[4]。隨著5G的普及特別是5G網(wǎng)的超高網(wǎng)絡(luò)速度和低延遲特性，可以利用5G云端的計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)仿真應(yīng)用和控制[5]。對(duì)于基站工程的實(shí)操部分，可以讓學(xué)生通過(guò)云實(shí)訓(xùn)平臺(tái)仿真實(shí)踐，能更加沉浸式體驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，參與到教學(xué)中。云實(shí)訓(xùn)平臺(tái)如圖2（P149）所示。

圖2 云實(shí)訓(xùn)仿真軟件

3.2 教學(xué)實(shí)施

傳統(tǒng)5G基站工程及設(shè)備維護(hù)課堂教學(xué)以課堂講授為主，學(xué)生則是被動(dòng)“等待”灌輸知識(shí)中學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方式往往導(dǎo)致學(xué)生確實(shí)主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，積極性不高，阻礙了學(xué)習(xí)能力的發(fā)展和提高。本課題以超星學(xué)習(xí)通智能課堂軟件為平臺(tái)開(kāi)展混合式教學(xué)。課前教師通過(guò)星學(xué)習(xí)通平臺(tái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試、推送課前任務(wù)[6]。通過(guò)平臺(tái)動(dòng)態(tài)的智能大數(shù)據(jù)分析，教師可以實(shí)時(shí)掌握學(xué)生基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)現(xiàn)狀情況，及時(shí)調(diào)整線下課堂的教學(xué)內(nèi)容，從而提高教學(xué)效果[3]。課堂教學(xué)過(guò)程中教師可重點(diǎn)對(duì)學(xué)生沒(méi)有掌握的內(nèi)容進(jìn)行側(cè)重分析講解，指導(dǎo)他們掌握相應(yīng)的知識(shí)和提高解決問(wèn)題的能力?！熬€下”課堂中教師還可以通過(guò)智能手機(jī)對(duì)學(xué)生進(jìn)行“線上”隨機(jī)的測(cè)試，還可通過(guò)各種智能平臺(tái)的教學(xué)互動(dòng)工具，如隨機(jī)點(diǎn)名等方式促進(jìn)積極學(xué)生參與課堂活動(dòng)。

3.3 教學(xué)評(píng)價(jià)

在5G網(wǎng)絡(luò)支持下，教師可以通過(guò)對(duì)學(xué)生在線和線下教學(xué)過(guò)程中的觀察，采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的行為模式、從而挖掘其思維過(guò)程，做到實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，幫助其解決過(guò)程中碰到的問(wèn)題，進(jìn)而完成更多學(xué)生的精準(zhǔn)評(píng)價(jià)并及時(shí)采取干預(yù)手段。學(xué)生的自主學(xué)習(xí)往往是有限的，為了解課教學(xué)的效果，學(xué)習(xí)通等智能平臺(tái)在后臺(tái)具有教學(xué)管理功能，可以記錄主要包括簽到率，分組討論，學(xué)生訪問(wèn)時(shí)長(zhǎng)，成績(jī)管理等數(shù)據(jù)。教師通過(guò)大數(shù)據(jù)記錄可以更科學(xué)了解教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)師生之間的互動(dòng)協(xié)作。

4 結(jié)語(yǔ)

高職院校應(yīng)用基于5G和AI的混合式教學(xué)模式，主要是為了將教師提高教學(xué)效果，幫助學(xué)生更好地掌握知識(shí)技能。該背景下的混合式教學(xué)模式，不僅更加豐富學(xué)生理論知識(shí)和操作技能而且可以全方位地采集學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生精確評(píng)價(jià)。同時(shí)5G時(shí)代混合式教學(xué)模式仍然存在一些困難比如5G網(wǎng)絡(luò)未能實(shí)現(xiàn)全覆蓋；基于5G和虛擬技術(shù)的教學(xué)仿真資源開(kāi)發(fā)難度大不一定滿足教學(xué)需要。這些因素一定程度上制約了5G和AI混合式教學(xué)的應(yīng)用。