虛擬仿真技術通信專業人才培養探索

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摘要：通信工程專業應用型人才培養的重點在于學生的工程實踐能力、實踐技能和創新能力的培養，而這些能力的培養需要借助先進的實驗實踐教學方法和教學手段，該文討論虛擬仿真技術在通信專業應用型人才培養的可行性和推廣價值，探索基于虛擬仿真技術的通信工程專業應用型人才模式。

關鍵詞：虛擬仿真；通信工程；應用型人才

隨著“新工科”專業的不斷探索和發展，眾多傳統專業的人才培養理念和培養模式在不斷進行改革。通信工程專業作為眾多高校的傳統優勢專業，近年來在招生及就業方面受到新興“新工科”專業的影響較大，因此在培養方案和課程設置方面進行了改革，尤其在教學方法和教學手段方面進行了大膽嘗試和革新，以滿足社會和通信行業對具備工程實踐能力和創新能力的應用型人才的需求[1,2]。通信工程專業應用型人才培養目的在于培養掌握通信理論知識，具備通信工程實踐能力和實踐技能的應用型、技術性人才，服務區域經濟和產業發展。而受到學校實踐場地和實訓設備等因素的影響，僅僅依靠學校現有條件學生的工程實踐能力和生產技能培養無法滿足培養目標的要求。目前的主要解決辦法是通過校企合作建立校外實踐基地，或者通過修訂培養方案讓學生提前進入企業實習。但是以上解決方案存在校外實踐基地不穩定、學生受益面窄、學生培養成本增加等問題。如何找到更加合理、有效的解決方案成為目前通信工程專業應用型人才培養亟待解決的主要問題。該文以現有人才培養方法為基礎，結合虛擬仿真技術在理論課和實踐課中的融合應用，探索行之有效、便于實施的通信專業應用型人才培養有效途徑。

1通信工程專業應用型人才培養現狀

通信工程專業應用型人才培養重點在于學生工程實踐能力、實踐技能和創新能力的培養。其人才培養方面的改革主要基于“卓越工程師培養計劃”和“工程教育認證”的具體要求，結合“新工科”建設指導建議進行。通信工程專業學生培養方案中包括的實踐課程普遍包含信號處理實驗、通信原理實驗、交換原理實驗、綜合實踐等具體實驗實踐內容。其中，實驗內容以驗證型實驗為主，重復理論課講述的基本原理和參數分析等；綜合實踐主要是在通信相關課程實驗的基礎上設計一種通信系統或進行通信相關的系統設計。因為大部分高校的校內實驗場地和實驗條件受限，因此實驗主要采用各類實驗箱或試驗臺進行；而綜合實踐也是在校內現有的條件下進行簡單系統設計與實現。綜合來說，校內實驗和實踐的內容與通信領域的實際工程項目明顯脫節，學生的收獲十分有限。彌補校內實驗條件受限這一缺陷的主要辦法是通過生產實習等方式到校外的相關企業進行現場實習。表面上看，企業現場實習可以使學生親身接觸工作現場，了解工作流程和工作方法，積累工程實踐經驗。然而，生產實習的時間較短，學生很難在短時間內掌握一門工程技術；此外，因為企業有生產任務，工作現場有嚴格的安全要求和規定，因此生產實多以參觀為主，學生的動手實踐機會很少。

2虛擬仿真技術在通信工程專業人才培養中的應用

虛擬仿真技術應用計算機實現虛擬現實場景再現，模仿真實的現場環境，在通信工程專業的理論教學和實驗、實踐教學中已經獲得了初步應用。最近幾年，隨著虛擬仿真技術的快速發展，虛擬仿真軟件獲得的明顯進步，在通信工程專業的教育教學中受到更多關注[3,4]。2.1虛擬仿真技術在通信原理類課程中的應用。通信工程專業的核心課程是通信原理、交換原理等相關課程，此類課程主要應用MatlabSimulink軟件和Multisim軟件[5]。借助MatlabSimulink軟件和Mul-tisim軟件結合對應的工具箱可以快速構建通信體系，建立通信系統仿真模塊。應用虛擬仿真軟件在相應的庫中可以直接選擇虛擬設備和虛擬器件，快速搭建通信系統并進行系統仿真。學生在庫中選擇虛擬設備和虛擬器件過程中可以學習并了解相應設備的原理和特性，對通信系統的細節和整體有更加深刻的認識。2.2虛擬仿真技術在信號處理類課程中的應用。信號與系統和數字信號處理相關課程是通信工程專業的專業基礎課程，此類課程的虛擬仿真教學主要應用Matlab和SystemView等軟件[6]。MATLAB是進行信號處理類相關研究和分析的主要仿真軟件，應用MATLAB學生可以進行系統建模，系統輸入、輸出分析，濾波器設計等一系列仿真分析。SystemView是一個Windows環境下的可視化軟件，可以構造模擬、數字系統，可以快速建立各種復雜的線性或非線性系統，進行信號的時、頻域分析。2.3虛擬仿真技術在電子信息類課程中的應用。模擬電子技術、數字電子技術和單片機技術及應用等相關課程也是通信工程專業的專業基礎課程，此類課程的虛擬仿真教學主要應用Proteus和Multisim等軟件。Proteus軟件是一款著名的電路仿真軟件，其帶有豐富的器件庫可以進行大規模電路的設計和仿真。此外，Proteus帶有豐富的虛擬儀器，可以快速進行邏輯分析、信號跟蹤、總線調試等，在模擬電子實驗和數字電子實驗中被大量應用。Multisim軟件在電子設計自動化領域被廣泛應用，其界面友好、操作方便、器件庫豐富、仿真功能強大，深受被電子工程師和學生的青睞。2.4虛擬仿真技術在綜合實踐中的應用。綜合實踐是通信工程專業進行工程實踐訓練的主要實訓課程，綜合實踐除了可以采用MatlabSimulink、Multisim、Proteus等軟件以外，還可以采用eNSP和HFSS軟件進行專項工程實訓。eNSP軟件是一款圖形化網絡仿真工具，可以虛擬實現網絡配置，其操作方便、庫內設備豐富，可以模擬大型網絡，便于學生模擬演練網絡配置技術。HFSS軟件主要用于三維電磁仿真，其界面簡潔、仿真精確、功能強大。其借助有限元算法與積分方程理論進行電磁場的數值分析，學生可以根據具體的需求建立適當的幾何模型，選擇實驗材料，進行準確的電磁分析。

3基于虛擬仿真技術的通信專業應用型人才培養討論

虛擬仿真技術具有成本低、自由度高、交互性強、可循環利用等優點，在學生工程實踐能力和創新能力培養方面具有明顯優勢，可以在通信專業應用型人才培養過程中進行推廣。3.1虛擬仿真技術的特點及優勢。虛擬仿真技術日趨成熟，已經受到科研人員、工程技術人員和學生的認可。首先，虛擬仿真技術交互性強，應用不同的虛擬仿真軟件可以模擬不同的顯示環境。尤其對于復雜、高危、條件苛刻的特殊工程環境，學生無法到現場進行工程訓練。例如，在強輻射環境下的通信設備維護工作，雖然學生無法親臨現場，但是學生可以應用虛擬仿真技術模擬真實環境和真實通信設備，進行交互式操作。其次，虛擬仿真技術自由度高，應用虛擬仿真技術可以仿真各種不同環境，修改各種參數，甚至是臨界或超限參數，有很大的靈活性。有利于培養學生的創新能力和工程實踐能力。最后，虛擬仿真技術可以循環利用，維護成本低，便于在人才培養中進行推廣。我國高校人才培養實驗、實踐教學方面資金投入較大，但是效果卻并不令人滿意，主要原因是人才培養效益不高，學生收獲不大。虛擬仿真技術不僅見效快，而且維護、升級改造成本低，人才培養效益高。3.2虛擬仿真技術在通信工程專業應用型人才培養中推廣的可行性。通信網絡搭建和維護技術的培訓需要投入大量的財力物力、人才培養成本高，而且運行中通信網絡不能為了教學而隨意中止。因此通信工程專業應用型人才培養需要對傳統的教育教學方式進行改革，大力發展虛擬仿真教學。2013年教育部提倡虛擬仿真實驗教學以來，建立了300余個國家級虛擬仿真實驗教學中心，其中信息與通信工程專業國家級實驗室10余個，各省建立了多個省級通信工程虛擬仿真實驗教學中心，為通信工程專業應用型人才培養提供了更好的教學條件。通過虛擬仿真技術的有效應用，可以解決實驗場地不足、實驗經費有限的問題，可以解決校外實習基地不穩定且實踐效果不理想等問題，提高了學生的創新意識和自主學習意識。因此，虛擬仿真技術的推廣可以實現以“虛”代“實”，“虛、實”結合，提高通信工程專業應用型人才培養質量。

4結語

虛擬仿真技術的推廣可以在通信工程專業應用型人才培養中引入先進的教育理念，通過虛實結合的實驗手段提升通信領域工程人才培養水平，利用其自由度高、交互性強的特點提升學生的創新能力和解決復雜工程問題的能力，為通信行業發展提供人才保障。

參考文獻

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[2]李婷婷,代健民,潘洪志.虛擬仿真實驗教學的探究與創新人才的培養[J].中國繼續醫學教育，2019，11(8):53-55.

[3]李順,王震,溫柳,等.虛擬仿真實驗教學中心的發展現狀探析[J].科教文匯，2019(5):77-78.

[4]王培丞.虛擬仿真實驗教學中心建設的拓展與創新[J].教育教學論壇，2018(25):265-266.

[5]孫如英,韓榮蒼.基于虛擬仿真的“通信原理”實驗體系構建[J].無線互聯科技，2019，16(4):96-98，113.

[6]黃琳,楊鐵軍.虛擬仿真技術在數字信號處理課程教學中的應用研究[J].高教學刊，2019(6):122-124.

作者:盛虎 趙樹源 單位:1.大連交通大學 2.大連科技學院