无线通信网络系统存在信号流程不可及、大型实体设备的构建及运行成本高、涉及场地广等特点，因此真实环境中进行移动通信系统网络架构的部署和管理实施属于难重复操作、难回溯重现的大型综合训练，且网络系统中的故障问题很难在真实设备上短期集中呈现，学生现场实训难以系统、规范地展开。

无线网络信号属于无线电信号，本身存在，但看不见、摸不着，导致信号波束无法直观的展示给学生。优化方法、流程、故障判定等概念等因为抽象理论使得学生在学习过程中普遍存在不易理解和掌握的问题，且无法在实际故障体系中灵活应用。

传统无线网络课程教学以教为主，学生缺乏独立思考、独立实验以及团队合作能力训练的平台，这种单向的教学过程仅适应于掌握基本理论知识，教学目标中关于能力的训练不足，学生没有真正参与其中，其知识获得感不高，缺乏自主学习能力，教学参与度也不高。

无线网络优化课程内容不仅包括网络规划和优化的基本原理、步骤和方法，还要求学生具备独立进行网络规划、勘察和优化测试的能力。传统的课程过程评价体系单一，在维度、深度和效果上均对无线网络优化课程目标能力方面的评价受限，缺乏细致、准确的实时反馈机制，尤其无线网络优化本身涉及大量工程实验案例，需针对每个实验案例、学生的每个操作设置等及时提供评价与反馈信息进行全面系统的指导分析，才能更好地培养学生在此课程中的实践能力和自主学习能力。

本课程实验包含预习、5G基础认知、波束覆盖优化、波束干扰优化四大环节，包含教学大纲中八个知识点，具体虚拟仿真实验知识点内容如 图1 所示。其中，预习和5G基础认知环节为本次实验的前提与基础，学生在动手实验前必须认真学习，才能达到较好的实验效果；波束覆盖优化和波束干扰优化是本次实验结合5G Massive MIMO典型场景优化案例设置的两个最重要的环节，通过观察不同波束覆盖和干扰效果下信号参数，在掌握网络优化评判指标的同时，引导学生循序渐进地学习如何利用5G网络波束解决5G网络的信号故障问题。

本实验仿真场景以真实江苏理工学院三维地图为模型，包括建筑物尺寸、占地面积、总层数、粗糙度、无线环境等参数均源于真实的三维电子地图模型。实验中除预习环节，其余三个环节从易到难设计梯度化开放式实验模块。

实验模块1：基础认知

该实验模块以真实5G基站机房为实验模型，包括5G网络AAU、BBU设备、5G传输网络的SPN设备等，所有设备全部基于运营商真实模型开发设计，其框架、大小、尺寸均在现实网络中具备真实模型。5G基站主要由天馈系统、GPS系统、主设备机柜和供电系统组成，学生通过查看网络拓扑、机房场景并操作设备的拆解组装，完成5G站点的组成及设备内部结构、单板组成及功能的认知；通过构建三

种传播模型，动态展示不同传播模型下信号覆盖的距离，加深学生对AAU (天线)发射5G信号覆盖距离的认知；通过7种典型的案例场景3D化展示，构建AAU (天线)发射的5G信号基本场景模型，学生根据不同场景总结不同模型的特征和适用范围。该模块引导界面和BBU拆解样图如 图2 和 图3 所示。

实验模块2：波束覆盖优化

该实验模块以校园室内优化为实验场景，引导学生主动进行相关5G网络优化数据采集工作。首先，引导学生利用波束场景在实景3D地图形成波束渲染效果，将看不见的信号，可视化的呈现在学生面前，协助学生完成感性认知。然后，学生需要利用测试仪表完成信号采集，同时引导学生进行信号采集对比分析，需反复优化调整直至问题解决，在掌握网络优化技能的同时，加深对学生波束场景覆盖问题的认知，培养学生解决实际工程问题的能力。该模块室内优化数据采集样图如 图4 所示，波束下倾角优化调整如 图5 所示。

实验模块3：波束干扰优化

该实验模块以校园室外路测为实验场景，在此过程中，学生需对采集的数据进行基于覆盖/干扰的分析，通过采集、回放、分析、调整、复测等操作过程，使学生了解路测软件的基本功能视图与指标内容，了解并掌握室外测试的基本方法，掌握衡量干扰问题的无线指标，并能根据数据指标范围完成5G干扰问题的定位，并理解干扰问题对业务带来的影响。同时，设计提供灵活的优化解决方案供学生选择，在培养专业技能的同时，锻炼其创新思维的能力。该模块室外路测数据采集分析如 图6 所示，基站波束优化调整样例如 图7 所示。

虚拟仿真实验项目以学习者为中心，学习者主导实验过程，自主操作实验设施、独立思考和实验进度。实验中通过提问、质疑等方式激发学习者的创造和思辨潜能，提升学习者解决实际网络优化问题的综合能力。该虚拟仿真实验项目侧重培养学习者的动手能力，使学习者有真切的现场感，充分调动学习者进行实验的积极性和主动性，激发求知欲；此外，通过独立思考和自主归纳，增强学习者自主学习的能力。

该虚拟仿真实验项目评价主要包括学生实验前的预习时间、参与模拟实验的各个互动环节的点击次数和正确率，线上考核的成绩及错误发生的知识点、以及实验报告质量等。平台系统能够对虚拟仿真实验全过程进行实时记录，并能够随时进行实验指导；具备完善的实验步骤和实验成绩评价标准，确保评价的公正性。虚拟仿真实验平台还具有完善的反馈机制，能够将实验学习者给出的建议、评价与反馈信息进行全面系统的统计分析，为指导教师改进和完善实验提供数据参考，基于能力培养的形成性评价可有效用于教学的持续改进。具体平台实验进度数据记录如 图8 所示，线上阶段考核样例如 图9 所示。

为评估虚拟仿真实验改革效果，构建长期效果追踪体系，观察记录每学期各班级课程目标达成情况，并持续与之前轮次采用传统教学的班级作对比，采用直接法和间接法(调查问卷)详细分析各课程目标达成度情况，根据达成度情况结果总结和完善教学实验方法，并持续改进以此达到不断提高教学质量的目的，评估虚拟仿真对学生学习成效的长远影响。