產(chǎn)教融合背景下虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)通信工程專業(yè)的教育教學(xué)作用探析

［摘 要］新一代信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)變革快速發(fā)展，產(chǎn)教融合成為通信工程專業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要途徑。目前，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的生產(chǎn)流水線具有現(xiàn)實(shí)不可及、建設(shè)成本高、效果無(wú)法直觀呈現(xiàn)、過(guò)程不可逆等特點(diǎn)，難以通過(guò)真實(shí)環(huán)境開展大規(guī)模的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，無(wú)法滿足信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的需求。文章以“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為例，分析了產(chǎn)教融合背景下通信工程專業(yè)開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的必要性，闡述了“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和特色，并進(jìn)一步探討了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)通信工程專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)和課程建設(shè)方面的促進(jìn)作用。

［關(guān)鍵詞］產(chǎn)教融合；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；通信工程；“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”；人才培養(yǎng)

［中圖分類號(hào)］G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］2095-3437（2024）15-0117-05

目前，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”已成為全面實(shí)施“5G新基建”和“數(shù)字中國(guó)”建設(shè)的重要組成部分。在新時(shí)代國(guó)家發(fā)展重大戰(zhàn)略需求的牽引下，通信工程專業(yè)需深入推進(jìn)基于產(chǎn)教融合的高質(zhì)量人才培養(yǎng)教學(xué)改革，讓學(xué)生深刻了解我國(guó)通信技術(shù)的發(fā)展和變遷，感受5G技術(shù)給社會(huì)生產(chǎn)帶來(lái)的巨大改變及其在國(guó)家高質(zhì)量發(fā)展中的重要作用，增強(qiáng)學(xué)生信息報(bào)國(guó)的社會(huì)責(zé)任感和時(shí)代使命感，實(shí)現(xiàn)“三全育人”的目標(biāo)[1-2]。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的生產(chǎn)流水線場(chǎng)景復(fù)雜多變、難以重構(gòu)，平臺(tái)建設(shè)成本高、難以搭建，資源配置性能多樣動(dòng)態(tài)、難以可視，且實(shí)際生產(chǎn)制造過(guò)程具有不可逆轉(zhuǎn)、難以反復(fù)等特點(diǎn)，導(dǎo)致高校難以在真實(shí)環(huán)境中開展大規(guī)模的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。在產(chǎn)教融合背景下，為了有效培養(yǎng)滿足新一代信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展需求的創(chuàng)新型專業(yè)技術(shù)人才，基于虛實(shí)結(jié)合的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開展“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)勢(shì)在必行[3-4]。

黨的二十大報(bào)告指出，要深入推進(jìn)教育數(shù)字化。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是數(shù)字化教學(xué)的重要組成部分，可以在一定程度上解決我國(guó)東中西部高等教育資源不均衡的問(wèn)題。2013年，教育部發(fā)布了《關(guān)于開展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》，計(jì)劃在高校建設(shè)一批國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。2019年，教育部發(fā)布了《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目納入國(guó)家級(jí)一流課程建設(shè)。截至 2023 年 6 月，教育部認(rèn)定的國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程已達(dá)1200門[5]，在工、醫(yī)、理、文、法等多個(gè)學(xué)科建成了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程，認(rèn)定的各級(jí)各類示范課程數(shù)目達(dá)到數(shù)千門，課程覆蓋面廣、受益面大[6]。

目前，高校已對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)和實(shí)踐進(jìn)行了初步探索?；贠BE（Outcome?Based Education，成果導(dǎo)向教育）理念，邱勝海等[7]從教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、考核等多個(gè)一級(jí)指標(biāo)出發(fā)，構(gòu)建了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的項(xiàng)目化評(píng)價(jià)體系。盧艷麗等[8]從國(guó)家一流課程建設(shè)實(shí)際出發(fā)，總結(jié)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)和科學(xué)教學(xué)評(píng)價(jià)三方面的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。張玉芳等[9]分析了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)移動(dòng)通信等課程教學(xué)的促進(jìn)作用等。為了滿足碩士研究生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)需求，朱辰等[10]提出了5G移動(dòng)通信虛擬仿真平臺(tái)的具體建設(shè)方案。然而，現(xiàn)有研究鮮有從產(chǎn)教融合視角出發(fā)，基于行業(yè)頭部企業(yè)的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”生產(chǎn)流水線建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，難以獲得“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

鑒于此，本文以南京郵電大學(xué)通信工程專業(yè)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為研究對(duì)象，闡述通信工程專業(yè)開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性，總結(jié)出“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)理念和特色，并進(jìn)一步論證虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)通信工程專業(yè)教學(xué)設(shè)計(jì)、人才培養(yǎng)和課程建設(shè)三方面的促進(jìn)作用。

一、通信工程專業(yè)開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性

“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”在實(shí)際應(yīng)用中呈現(xiàn)行業(yè)特色明顯、資源形態(tài)復(fù)雜、應(yīng)用需求迥異等特點(diǎn)。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化的目標(biāo)與視角各不相同，如果只依靠理論教學(xué)的方式來(lái)講授“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”場(chǎng)景下的系統(tǒng)建模和資源優(yōu)化配置等專業(yè)知識(shí)，則無(wú)法讓學(xué)生掌握真實(shí)環(huán)境下5G網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化的操作技能，難以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。在產(chǎn)教融合背景下，基于通信企業(yè)的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”生產(chǎn)流水線開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引入實(shí)際流水線工作流程中工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)資源優(yōu)化配置問(wèn)題進(jìn)行真題真做，能夠有效提升學(xué)生對(duì)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”場(chǎng)景下資源優(yōu)化問(wèn)題的理解能力和實(shí)踐水平，有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)資源的優(yōu)化設(shè)計(jì)能力。

然而，現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”生產(chǎn)流水線不能完全用于開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。究其原因，主要有以下幾點(diǎn)。第一，實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境難以支撐實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)裝工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)線多為全自動(dòng)、半無(wú)人的場(chǎng)景，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)步驟之間銜接緊密，產(chǎn)能與企業(yè)效益直接相關(guān)，生產(chǎn)過(guò)程涉及大量企業(yè)內(nèi)部機(jī)密和核心研發(fā)內(nèi)容，不能完全用于開展高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)。第二，高校搭建“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”場(chǎng)景成本高。5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展速度快，設(shè)備生命周期有限，購(gòu)置和升級(jí)設(shè)備需要大量的經(jīng)費(fèi)投入，部分設(shè)備儀器還需要專業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行維護(hù)，普通高校難以負(fù)擔(dān)如此高昂的建設(shè)成本。第三，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果無(wú)法直觀呈現(xiàn)?！?G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”生產(chǎn)流水線的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維依靠全數(shù)字化管理平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)資源配置引起的業(yè)務(wù)傳輸效果在實(shí)際生產(chǎn)線中體現(xiàn)為通信設(shè)備間的顯式或隱式反饋，存在優(yōu)化結(jié)果無(wú)法直觀呈現(xiàn)的問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化全過(guò)程的沉浸式學(xué)習(xí)，造成“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)浮于表面，教學(xué)效果不佳。第四，生產(chǎn)流水線運(yùn)行過(guò)程不可逆。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程需滿足學(xué)生反復(fù)操作和多次試錯(cuò)等要求，但企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，以最大生產(chǎn)效率和最優(yōu)良品率為目標(biāo)進(jìn)行流水線流程設(shè)計(jì)，出于成本、效益、時(shí)間、安全等方面考慮，實(shí)裝生產(chǎn)線不適合開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

由此可見(jiàn)，利用“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”生產(chǎn)流水線開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多限制，目前通信工程專業(yè)難以面向大批學(xué)生開展該方向的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而出現(xiàn)通信理論與實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題，急需開發(fā)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，解決“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化方法等教學(xué)難點(diǎn)，滿足通信工程專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的要求，幫助學(xué)生深入理解“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”生產(chǎn)場(chǎng)景中的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問(wèn)題。

二、“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路與特色

南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱我院）始終堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”，依據(jù)通信工程國(guó)家一流專業(yè)的人才培養(yǎng)要求，搭建了“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，并依托通信技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)核心實(shí)踐教學(xué)課程，開展了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而有效解決了“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化在真實(shí)環(huán)境中存在的諸多問(wèn)題，突破了傳統(tǒng)認(rèn)知型為主、結(jié)果趨同化嚴(yán)重的實(shí)驗(yàn)范式。同時(shí)，通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、開放實(shí)驗(yàn)結(jié)果，充分引導(dǎo)學(xué)生開展研究性和創(chuàng)新性學(xué)習(xí)。

（一）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

我院按照基礎(chǔ)認(rèn)知、任務(wù)實(shí)踐、自主探究三個(gè)層次，結(jié)合由淺入深、循序漸進(jìn)、問(wèn)題導(dǎo)向的路線進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1），“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的時(shí)隙分配和幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新性，生產(chǎn)流水線中小車和機(jī)械臂的時(shí)頻資源聯(lián)合配置體現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的高階性和挑戰(zhàn)度。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)分為3個(gè)模塊、14個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，采用直觀演示、引導(dǎo)探究等教學(xué)方法，利用達(dá)成度函數(shù)對(duì)學(xué)生的操作結(jié)果進(jìn)行打分，同時(shí)支持自主設(shè)計(jì)與探究，達(dá)到“一人一解、自主探究、持續(xù)改進(jìn)”的教學(xué)目的。

第一階段：基礎(chǔ)認(rèn)知，包含3個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟。通過(guò)“‘5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)’基礎(chǔ)認(rèn)知”模塊，提供實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⑸a(chǎn)流水線實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和實(shí)驗(yàn)流程等認(rèn)知內(nèi)容，使學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)了解實(shí)驗(yàn)相關(guān)的背景知識(shí)。此外，提供“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的性能指標(biāo)、傳輸速率計(jì)算公式、鏈路損耗模型、小區(qū)切換流程等實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)資料，使學(xué)生通過(guò)閱讀文字、觀察圖像和三維實(shí)景等方式，完成對(duì)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”時(shí)頻資源配置和實(shí)驗(yàn)操作等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，為接下來(lái)完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)作準(zhǔn)備。

第二階段：任務(wù)實(shí)踐，包含9個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟。通過(guò)對(duì)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”時(shí)頻資源設(shè)計(jì)流程進(jìn)行梳理和重組，共設(shè)置三類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：小車切換配置、小車/機(jī)械臂頻域資源配置、小車/機(jī)械臂時(shí)域資源配置。每一類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都有明確的教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)。小車切換配置項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)是幫助學(xué)生掌握5G小區(qū)切換的實(shí)施原理與流程，需要學(xué)生在生產(chǎn)流水線運(yùn)行過(guò)程中完成小車切換位置的配置，促進(jìn)學(xué)生對(duì)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”下越區(qū)切換和多站點(diǎn)協(xié)同的深度理解。小車/機(jī)械臂頻域資源配置項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生依次完成小車和機(jī)械臂工作子載波的選擇與調(diào)配，提高學(xué)生對(duì)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”頻域資源參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的能力，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的綜合能力。小車/機(jī)械臂時(shí)域資源配置項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)是結(jié)合上一個(gè)任務(wù)的操作結(jié)果，讓學(xué)生根據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能需求和時(shí)頻參數(shù)間的關(guān)系，完成時(shí)域參數(shù)的優(yōu)化配置，在反復(fù)試驗(yàn)與引導(dǎo)探索過(guò)程中，鍛煉學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國(guó)工匠精神。

第三階段：自主探究，包含2個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟。全面開放“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”時(shí)頻資源聯(lián)合配置過(guò)程，便于學(xué)生進(jìn)行自主探究設(shè)計(jì)。以“小車及機(jī)械臂時(shí)頻資源聯(lián)合優(yōu)化配置”任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，為學(xué)生提供開放性設(shè)計(jì)環(huán)境，結(jié)合探究性實(shí)驗(yàn)的要求，開展更具挑戰(zhàn)度、探索性和高階性的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與綜合設(shè)計(jì)能力，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的使命擔(dān)當(dāng)。通過(guò)開展自主探究性綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)教學(xué)，達(dá)到使學(xué)生掌握“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”時(shí)頻資源聯(lián)合優(yōu)化配置方法的教學(xué)目的。

（二）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

我院針對(duì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的具體特點(diǎn)，綜合采用觀察法、比較法、控制變量法、自主設(shè)計(jì)法等實(shí)驗(yàn)方法開展教學(xué)（見(jiàn)圖2），使學(xué)生理解與掌握不同時(shí)頻資源優(yōu)化配置方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響規(guī)律，幫助學(xué)生從不同視角科學(xué)有效地完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。

觀察法主要應(yīng)用于“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”基礎(chǔ)認(rèn)知和頻域資源配置階段。學(xué)生通過(guò)仔細(xì)觀察，實(shí)現(xiàn)對(duì)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”結(jié)構(gòu)的直觀認(rèn)識(shí)，通過(guò)依次觀察生產(chǎn)流水線中各個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，學(xué)習(xí)相關(guān)的5G通信理論知識(shí)，掌握完成“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化實(shí)驗(yàn)所需的基礎(chǔ)知識(shí)。

比較法主要應(yīng)用于“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”小車切換實(shí)驗(yàn)任務(wù)階段。在小車沿生產(chǎn)流水線行駛過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)滑塊操作調(diào)整小車的切換位置，比較不同切換位置處接收信號(hào)強(qiáng)度的大小，根據(jù)切換流程的設(shè)計(jì)原理，確定最佳切換位置及切換信號(hào)門限，加深學(xué)生對(duì)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”越區(qū)切換技術(shù)的理解。

控制變量法主要應(yīng)用于“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”時(shí)域資源配置實(shí)驗(yàn)任務(wù)階段。學(xué)生需確保通信性能指標(biāo)符合生產(chǎn)流水線正常運(yùn)行的要求，通過(guò)上下行時(shí)域資源分配以滿足“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的傳輸時(shí)延要求。在時(shí)隙分配過(guò)程中，先根據(jù)上行傳輸需求確定所需的時(shí)域資源，然后在上行時(shí)隙確定的條件下，優(yōu)化配置下行傳輸所需的時(shí)域資源。

自主設(shè)計(jì)法主要應(yīng)用于“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”時(shí)頻資源聯(lián)合優(yōu)化模塊階段。學(xué)生以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)時(shí)延性能為設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)生產(chǎn)流水線場(chǎng)景中的上下行時(shí)隙及子載波進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，得到不同設(shè)計(jì)方案所需的傳輸時(shí)延。如果參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)彈出警告，并給出提示以引導(dǎo)學(xué)生修改時(shí)頻資源分配方案，經(jīng)過(guò)反復(fù)嘗試得到滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求的資源配置方案。

（三）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)特色

針對(duì)通信企業(yè)的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”工程實(shí)踐任務(wù)需求，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可有效培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的綜合能力。本實(shí)驗(yàn)將前沿科技成果轉(zhuǎn)化為虛擬仿真教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)了科教融合。面向“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化性能需求，引入國(guó)家自然科學(xué)基金工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重大集成項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的研究成果“網(wǎng)絡(luò)建模和資源優(yōu)化方法”，并將其轉(zhuǎn)換為教學(xué)資源，精心構(gòu)建了基于能力培養(yǎng)的分層次、模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)了科研反哺教學(xué)。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)重構(gòu)了“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”生產(chǎn)流水線真實(shí)場(chǎng)景、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際模型，有效實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)教深度融合。結(jié)合中興通訊南京濱江5G全球智能制造基地的生產(chǎn)流水線真實(shí)場(chǎng)景與實(shí)際生產(chǎn)任務(wù)、集成標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中采用的性能指標(biāo)與實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)流水線要求一致等，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)5G通信技術(shù)的深入學(xué)習(xí)和靈活運(yùn)用。同時(shí)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的學(xué)生探究結(jié)果反向應(yīng)用于實(shí)際的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”生產(chǎn)流水線，提高了通信企業(yè)的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)結(jié)合。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)通信工程專業(yè)教育教學(xué)的促進(jìn)作用

（一）還原產(chǎn)業(yè)真實(shí)場(chǎng)景，加快推進(jìn)通信工程專業(yè)產(chǎn)教融合改革

南京郵電大學(xué)通信工程專業(yè)具有濃厚的產(chǎn)教融合特色，連續(xù)通過(guò)兩輪全國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證，入選江蘇省產(chǎn)教型品牌專業(yè)，以通信工程為主要依托專業(yè)的“現(xiàn)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)學(xué)院”和“新一代通信與信息技術(shù)產(chǎn)教融合重點(diǎn)基地”分別入選江蘇省重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)學(xué)院和江蘇省產(chǎn)教融合重點(diǎn)基地。目前，已與中興通訊等多個(gè)行業(yè)頭部企業(yè)簽訂了產(chǎn)教融合合作協(xié)議，建立了長(zhǎng)期的協(xié)同育人合作關(guān)系。“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的計(jì)算模型來(lái)自中興通訊南京濱江5G全球智能制造基地，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”時(shí)頻資源優(yōu)化的性能參數(shù)全部來(lái)自實(shí)際生產(chǎn)流水線，保證了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中涉及的工程實(shí)踐問(wèn)題可靠且有效。由此可以說(shuō)，開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行Т龠M(jìn)通信工程專業(yè)產(chǎn)教融合教育教學(xué)改革。

（二）突出工程實(shí)踐能力，有效提高通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量

我院基于“以學(xué)生為中心”的項(xiàng)目建設(shè)宗旨，立足“新工科”背景下電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)需求，依據(jù)通信工程國(guó)家一流專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，以“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”場(chǎng)景下網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化設(shè)計(jì)為教學(xué)主題，完成了面向通信工程專業(yè)在校本科生以及社會(huì)相關(guān)從業(yè)人員的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)瞄準(zhǔn)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”國(guó)際前沿領(lǐng)域，從最基本的信道容量等基礎(chǔ)知識(shí)出發(fā)，配置了“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”場(chǎng)景下時(shí)頻網(wǎng)絡(luò)資源，且實(shí)驗(yàn)任務(wù)從原本單一變量的設(shè)計(jì)問(wèn)題逐步升級(jí)為面向工程應(yīng)用的綜合設(shè)計(jì)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，體現(xiàn)出了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的創(chuàng)新性、高階性和挑戰(zhàn)度。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)和職業(yè)精神，提高通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

（三）呼應(yīng)課程教學(xué)目標(biāo)，提升通信工程專業(yè)實(shí)踐課程建設(shè)水平

我院依托虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在通信工程專業(yè)開設(shè)了核心實(shí)踐課程通信技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)，目的在于幫助學(xué)生理解和掌握“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”場(chǎng)景下網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化設(shè)計(jì)，攻克“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化的教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)。通信技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)涉及信道容量計(jì)算、小區(qū)切換流程與準(zhǔn)則、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化等教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)。結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，圍繞課程教學(xué)目標(biāo)，基于三維虛擬實(shí)景模型進(jìn)行教學(xué)，達(dá)到了無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度可呈現(xiàn)、切換位置可操控、網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化配置可重復(fù)等教學(xué)效果，能夠全面培養(yǎng)學(xué)生有關(guān)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化設(shè)計(jì)的綜合能力。此外，為了適應(yīng)通信工程專業(yè)課程內(nèi)容改革的需要，我院按照“金課”標(biāo)準(zhǔn)打造了核心實(shí)踐類課程，從中興通訊南京濱江5G全球智能制造基地的實(shí)際生產(chǎn)中提煉問(wèn)題，通過(guò)多元知識(shí)的綜合運(yùn)用保證了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的高階性。

四、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)“5G新基建”和“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展的迫切需求，推進(jìn)產(chǎn)教融合改革是通信工程專業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)、高層次人才的必由之路。本文首先分析了開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性，其次介紹了南京郵電大學(xué)通信工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)思路與特色，最后從專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)和課程建設(shè)三個(gè)方面，探析了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)通信工程專業(yè)教育教學(xué)的促進(jìn)作用。采用“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開展教學(xué)，能夠加快推進(jìn)通信工程專業(yè)產(chǎn)教融合改革，有效提高通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，提升通信工程專業(yè)實(shí)踐課程建設(shè)水平。此外，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”資源優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以學(xué)生能力培養(yǎng)為主，可以廣泛服務(wù)于以通信工程為核心的大信息類專業(yè)相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

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［責(zé)任編輯：蘇祎穎］