虚拟仿真技术通信专业人才培养探索

摘要：通信工程专业应用型人才培养的重点在于学生的工程实践能力、实践技能和创新能力的培养，而这些能力的培养需要借助先进的实验实践教学方法和教学手段，该文讨论虚拟仿真技术在通信专业应用型人才培养的可行性和推广价值，探索基于虚拟仿真技术的通信工程专业应用型人才模式。

关键词：虚拟仿真；通信工程；应用型人才

随着“新工科”专业的不断探索和发展，众多传统专业的人才培养理念和培养模式在不断进行改革。通信工程专业作为众多高校的传统优势专业，近年来在招生及就业方面受到新兴“新工科”专业的影响较大，因此在培养方案和课程设置方面进行了改革，尤其在教学方法和教学手段方面进行了大胆尝试和革新，以满足社会和通信行业对具备工程实践能力和创新能力的应用型人才的需求[1,2]。通信工程专业应用型人才培养目的在于培养掌握通信理论知识，具备通信工程实践能力和实践技能的应用型、技术性人才，服务区域经济和产业发展。而受到学校实践场地和实训设备等因素的影响，仅仅依靠学校现有条件学生的工程实践能力和生产技能培养无法满足培养目标的要求。目前的主要解决办法是通过校企合作建立校外实践基地，或者通过修订培养方案让学生提前进入企业实习。但是以上解决方案存在校外实践基地不稳定、学生受益面窄、学生培养成本增加等问题。如何找到更加合理、有效的解决方案成为目前通信工程专业应用型人才培养亟待解决的主要问题。该文以现有人才培养方法为基础，结合虚拟仿真技术在理论课和实践课中的融合应用，探索行之有效、便于实施的通信专业应用型人才培养有效途径。

1通信工程专业应用型人才培养现状

通信工程专业应用型人才培养重点在于学生工程实践能力、实践技能和创新能力的培养。其人才培养方面的改革主要基于“卓越工程师培养计划”和“工程教育认证”的具体要求，结合“新工科”建设指导建议进行。通信工程专业学生培养方案中包括的实践课程普遍包含信号处理实验、通信原理实验、交换原理实验、综合实践等具体实验实践内容。其中，实验内容以验证型实验为主，重复理论课讲述的基本原理和参数分析等；综合实践主要是在通信相关课程实验的基础上设计一种通信系统或进行通信相关的系统设计。因为大部分高校的校内实验场地和实验条件受限，因此实验主要采用各类实验箱或试验台进行；而综合实践也是在校内现有的条件下进行简单系统设计与实现。综合来说，校内实验和实践的内容与通信领域的实际工程项目明显脱节，学生的收获十分有限。弥补校内实验条件受限这一缺陷的主要办法是通过生产实习等方式到校外的相关企业进行现场实习。表面上看，企业现场实习可以使学生亲身接触工作现场，了解工作流程和工作方法，积累工程实践经验。然而，生产实习的时间较短，学生很难在短时间内掌握一门工程技术；此外，因为企业有生产任务，工作现场有严格的安全要求和规定，因此生产实多以参观为主，学生的动手实践机会很少。

2虚拟仿真技术在通信工程专业人才培养中的应用

虚拟仿真技术应用计算机实现虚拟现实场景再现，模仿真实的现场环境，在通信工程专业的理论教学和实验、实践教学中已经获得了初步应用。最近几年，随着虚拟仿真技术的快速发展，虚拟仿真软件获得的明显进步，在通信工程专业的教育教学中受到更多关注[3,4]。2.1虚拟仿真技术在通信原理类课程中的应用。通信工程专业的核心课程是通信原理、交换原理等相关课程，此类课程主要应用MatlabSimulink软件和Multisim软件[5]。借助MatlabSimulink软件和Mul-tisim软件结合对应的工具箱可以快速构建通信体系，建立通信系统仿真模块。应用虚拟仿真软件在相应的库中可以直接选择虚拟设备和虚拟器件，快速搭建通信系统并进行系统仿真。学生在库中选择虚拟设备和虚拟器件过程中可以学习并了解相应设备的原理和特性，对通信系统的细节和整体有更加深刻的认识。2.2虚拟仿真技术在信号处理类课程中的应用。信号与系统和数字信号处理相关课程是通信工程专业的专业基础课程，此类课程的虚拟仿真教学主要应用Matlab和SystemView等软件[6]。MATLAB是进行信号处理类相关研究和分析的主要仿真软件，应用MATLAB学生可以进行系统建模，系统输入、输出分析，滤波器设计等一系列仿真分析。SystemView是一个Windows环境下的可视化软件，可以构造模拟、数字系统，可以快速建立各种复杂的线性或非线性系统，进行信号的时、频域分析。2.3虚拟仿真技术在电子信息类课程中的应用。模拟电子技术、数字电子技术和单片机技术及应用等相关课程也是通信工程专业的专业基础课程，此类课程的虚拟仿真教学主要应用Proteus和Multisim等软件。Proteus软件是一款著名的电路仿真软件，其带有丰富的器件库可以进行大规模电路的设计和仿真。此外，Proteus带有丰富的虚拟仪器，可以快速进行逻辑分析、信号跟踪、总线调试等，在模拟电子实验和数字电子实验中被大量应用。Multisim软件在电子设计自动化领域被广泛应用，其界面友好、操作方便、器件库丰富、仿真功能强大，深受被电子工程师和学生的青睐。2.4虚拟仿真技术在综合实践中的应用。综合实践是通信工程专业进行工程实践训练的主要实训课程，综合实践除了可以采用MatlabSimulink、Multisim、Proteus等软件以外，还可以采用eNSP和HFSS软件进行专项工程实训。eNSP软件是一款图形化网络仿真工具，可以虚拟实现网络配置，其操作方便、库内设备丰富，可以模拟大型网络，便于学生模拟演练网络配置技术。HFSS软件主要用于三维电磁仿真，其界面简洁、仿真精确、功能强大。其借助有限元算法与积分方程理论进行电磁场的数值分析，学生可以根据具体的需求建立适当的几何模型，选择实验材料，进行准确的电磁分析。

3基于虚拟仿真技术的通信专业应用型人才培养讨论

虚拟仿真技术具有成本低、自由度高、交互性强、可循环利用等优点，在学生工程实践能力和创新能力培养方面具有明显优势，可以在通信专业应用型人才培养过程中进行推广。3.1虚拟仿真技术的特点及优势。虚拟仿真技术日趋成熟，已经受到科研人员、工程技术人员和学生的认可。首先，虚拟仿真技术交互性强，应用不同的虚拟仿真软件可以模拟不同的显示环境。尤其对于复杂、高危、条件苛刻的特殊工程环境，学生无法到现场进行工程训练。例如，在强辐射环境下的通信设备维护工作，虽然学生无法亲临现场，但是学生可以应用虚拟仿真技术模拟真实环境和真实通信设备，进行交互式操作。其次，虚拟仿真技术自由度高，应用虚拟仿真技术可以仿真各种不同环境，修改各种参数，甚至是临界或超限参数，有很大的灵活性。有利于培养学生的创新能力和工程实践能力。最后，虚拟仿真技术可以循环利用，维护成本低，便于在人才培养中进行推广。我国高校人才培养实验、实践教学方面资金投入较大，但是效果却并不令人满意，主要原因是人才培养效益不高，学生收获不大。虚拟仿真技术不仅见效快，而且维护、升级改造成本低，人才培养效益高。3.2虚拟仿真技术在通信工程专业应用型人才培养中推广的可行性。通信网络搭建和维护技术的培训需要投入大量的财力物力、人才培养成本高，而且运行中通信网络不能为了教学而随意中止。因此通信工程专业应用型人才培养需要对传统的教育教学方式进行改革，大力发展虚拟仿真教学。2013年教育部提倡虚拟仿真实验教学以来，建立了300余个部级虚拟仿真实验教学中心，其中信息与通信工程专业部级实验室10余个，各省建立了多个省级通信工程虚拟仿真实验教学中心，为通信工程专业应用型人才培养提供了更好的教学条件。通过虚拟仿真技术的有效应用，可以解决实验场地不足、实验经费有限的问题，可以解决校外实习基地不稳定且实践效果不理想等问题，提高了学生的创新意识和自主学习意识。因此，虚拟仿真技术的推广可以实现以“虚”代“实”，“虚、实”结合，提高通信工程专业应用型人才培养质量。

4结语

虚拟仿真技术的推广可以在通信工程专业应用型人才培养中引入先进的教育理念，通过虚实结合的实验手段提升通信领域工程人才培养水平，利用其自由度高、交互性强的特点提升学生的创新能力和解决复杂工程问题的能力，为通信行业发展提供人才保障。

参考文献

[1]王慧,白红英,马丽.高校虚拟仿真实验室的建设与改革研究[J].中国管理信息化,2019，22(7):216-218.

[2]李婷婷,代健民,潘洪志.虚拟仿真实验教学的探究与创新人才的培养[J].中国继续医学教育，2019，11(8):53-55.

[3]李顺,王震,温柳,等.虚拟仿真实验教学中心的发展现状探析[J].科教文汇，2019(5):77-78.

[4]王培丞.虚拟仿真实验教学中心建设的拓展与创新[J].教育教学论坛，2018(25):265-266.

[5]孙如英,韩荣苍.基于虚拟仿真的“通信原理”实验体系构建[J].无线互联科技，2019，16(4):96-98，113.

[6]黄琳,杨铁军.虚拟仿真技术在数字信号处理课程教学中的应用研究[J].高教学刊，2019(6):122-124.

作者:盛虎 赵树源 单位:1.大连交通大学 2.大连科技学院