5G 時代高校計算機技術(shù)專業(yè)的“四新”教學(xué)*

徐為 （黑龍江大學(xué)計算機科學(xué)技術(shù)學(xué)院）

5G（5th-Generation Mobile Communication Technology）即第五代移動通信技術(shù)，是最新一代的移動通信技術(shù)。伴隨著新技術(shù)的到來，高校計算機技術(shù)專業(yè)教學(xué)也迎來了新的變革。開展以完善新模式、關(guān)注新內(nèi)容、體現(xiàn)新理念、打造新環(huán)境為核心的“四新”教學(xué)，是適應(yīng)時代發(fā)展、提高教學(xué)效果的一種有益探索。

一、5G 技術(shù)的基本特征

從1987 年中國正式進入1G 時代開始，移動通信技術(shù)以每十年一代的發(fā)展規(guī)律，在2019 年正式邁入了5G 時代。[1]從1G 到5G 這短短的幾十年時間里，每一次通信技術(shù)的更新迭代都帶來一次新的產(chǎn)業(yè)革命，不僅加快了產(chǎn)業(yè)升級、經(jīng)濟的發(fā)展步伐，還改變著世界通信技術(shù)的新格局。2018 年6 月，3GPP 批準了第五代移動通信技術(shù)標準，5G 的獨立組網(wǎng)功能凍結(jié)標志著5G 技術(shù)的正式到來。盡管5G 的全部標準到2020 年6月才完成，但是在2019 年全球各個國家就已經(jīng)開始了5G 的部署。在這期間，中國的華為、美國的Verizon和AT&T、英國的沃達豐及韓日等國家的眾多企業(yè)一起為5G 的發(fā)展做出了卓越貢獻。

相比于上一代4G 通信技術(shù)，5G 的優(yōu)勢主要體現(xiàn)為：第一，通信速度特別快。增強移動寬帶（eMBB）技術(shù)使得5G 網(wǎng)絡(luò)峰值速率的最大值可達20Gbit/s，是上一代4G 網(wǎng)絡(luò)的一百倍；第二，5G 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)答速度特別快。低時延高可靠通信（URLLC）技術(shù)使得5G 網(wǎng)絡(luò)將延時降到毫秒級以下，最低可達4G 網(wǎng)絡(luò)的1/50；第三，5G 網(wǎng)絡(luò)能夠連接更多的專業(yè)設(shè)備。上一代的4G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，一平方公里內(nèi)最多連接5-6 萬臺設(shè)備，而5G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在應(yīng)用大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）技術(shù)后，可以支持一平方公里100 萬臺以上的設(shè)備，滿足車站、商場、體育場等大型場景的需求。

縱觀移動通信發(fā)展的近幾十年，各個國家早已不再把移動通信技術(shù)僅僅視為科技來發(fā)展，而是把其作為核心基礎(chǔ)設(shè)施來建設(shè)，使之促進著經(jīng)濟的增長，并以此帶動相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的變革。[2]可以說，5G 關(guān)系著一個國家的未來和國運，已經(jīng)成為各個國家穩(wěn)固其競爭優(yōu)勢的戰(zhàn)略要地。在此背景下推動計算機教學(xué)模式變革，促進創(chuàng)新技術(shù)型人才培養(yǎng)更為重要。

二、5G 時代背景下“四新”教學(xué)的內(nèi)涵

從教育的視角來看，5G 的發(fā)展和應(yīng)用對高等教育領(lǐng)域帶來巨大機遇。從2018 年“5G+未來教育”的提出、2019 年“5G+人工智能應(yīng)用創(chuàng)新實驗室”及5G 高校的建成、2021 年工信部開展的“5G+智慧教育”項目可以看出，國家正積極引導(dǎo)5G 與教育的融合，探索新的高校教育、教學(xué)模式，尋求一條為教育高質(zhì)量發(fā)展的新時代路徑。[3]隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的普及和完善，高校教育如何順應(yīng)時代，轉(zhuǎn)換本科教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)教學(xué)改革，成為高校教育要解決的關(guān)鍵問題。作為高校教師，特別是計算機專業(yè)的教師，應(yīng)該進一步提升和完善以下幾個方面：

（一）完善的線上教學(xué)新模式

在以往的高校教學(xué)過程中，線上教學(xué)作為教學(xué)輔助的一部分，主要用于專業(yè)課程相關(guān)資料的補充來使用，在教學(xué)結(jié)構(gòu)中只占很小的比例，沒有引起大多數(shù)教師的重視。近幾年由于新冠病毒疫情的原因，各大高校加大線上教學(xué)的比例，線上教學(xué)成為教學(xué)的主要方式和手段。但是，在4G 條件下的線上教學(xué)過程中，大量的問題也隨之出現(xiàn)：由于帶寬的限制、平臺的不穩(wěn)定，教師在教學(xué)過程中不能保證授課的流暢性、不能完全地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、不能保證與學(xué)生在課堂上的實時性互動；在線上教學(xué)的考核中，經(jīng)常會出現(xiàn)并發(fā)性的網(wǎng)絡(luò)阻塞；在線上教學(xué)的實踐中，特別是硬件實驗部分，由于接觸不到硬件，使得實驗效果大打折扣。教學(xué)過程單一、趣味性差，效果達不到預(yù)期的目標。

5G 網(wǎng)絡(luò)的主要特點是具有較高的數(shù)據(jù)傳輸和處理速率、較低的延時、較低的功耗和大規(guī)模設(shè)備的連接。5G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和普及會使得線上教學(xué)模式更加完善，高效的數(shù)據(jù)傳輸可以保證線上教學(xué)的流暢性；極低的延時可以讓教師與學(xué)生實現(xiàn)實時互動，教師要做的就是提高在線教學(xué)能力，熟練掌握各種應(yīng)用軟件的使用，豐富優(yōu)秀的專業(yè)教學(xué)素材，完善視頻、音頻、仿真設(shè)計平臺等教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫。可以開展“以學(xué)生為中心”的課堂教學(xué)討論、課堂成果展示、主題演講、開發(fā)技術(shù)介紹等教學(xué)活動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)動力。充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，在教學(xué)過程中采用自行編制的輔助教學(xué)軟件等進行輔助教學(xué)，增加課堂的生動性，改善課堂教學(xué)效果，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)”“智能+教學(xué)”的新形態(tài)。可以優(yōu)化相關(guān)慕課課程的實施，提高網(wǎng)絡(luò)在線答疑、翻轉(zhuǎn)課堂的效果。5G 使得教學(xué)空間和教學(xué)資源巨大化，進而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，滿足高校教育的個性化、精準化、智慧化需求。

（二）關(guān)注與5G 相關(guān)的教學(xué)新內(nèi)容

高校教育的內(nèi)容應(yīng)該是具有專業(yè)性、實踐性和先進性的，這就要求教師在教學(xué)過程中，依據(jù)本專業(yè)特點，不斷更新自己的教學(xué)內(nèi)容。在本科教學(xué)過程中，特別是計算機專業(yè)的教學(xué)中，一定要摒棄傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容單調(diào)、教學(xué)方式單一的缺點，讓學(xué)生了解5G 和計算機各個專業(yè)學(xué)科的緊密聯(lián)系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)內(nèi)容上，要重點在以下幾個方面實現(xiàn)更新：

一是5G 和4G 有著本質(zhì)上的區(qū)別。比如網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的呈現(xiàn)方式不同、控制面和用戶面的分離不同，還有網(wǎng)絡(luò)的接口和相關(guān)協(xié)議也不相同。這些不同不僅僅是技術(shù)上的升級換代，還成為加快社會相關(guān)各個產(chǎn)業(yè)升級及經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，而學(xué)生對5G 的深刻認識可以為5G 的應(yīng)用打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)。二是5G 技術(shù)加速了物聯(lián)網(wǎng)（loT）及相關(guān)技術(shù)的實現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)的目的就是要所有的東西都能上網(wǎng)，而5G 的到來，就可以真正實現(xiàn)萬物互聯(lián)這個目標。三是5G 的實現(xiàn)會使得人工智能（AI）得到飛躍發(fā)展。當物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)之后，每一個單獨設(shè)備里面的人工智能就互相聯(lián)系起來了，所有的數(shù)據(jù)收集完之后，匯總到中央計算機上的AI 中，它來管理所有這些基站，并將信息提供給使用者。而云計算、大數(shù)據(jù)等相關(guān)課程內(nèi)容也同樣與5G 有著密切聯(lián)系，計算機專業(yè)的教師應(yīng)與時偕行，將5G 協(xié)同這些專業(yè)技術(shù)深度融合，創(chuàng)建新型的教學(xué)方式，跟上時代的步伐，推動高等教育的個性化、智能化發(fā)展。

5G 的逐步完善和實現(xiàn)也帶來了一些新概念，比如元宇宙（Metaverse）和區(qū)塊鏈。2021 年世界最大的社交媒體軟件公司Facebook 將公司的業(yè)務(wù)從原來的社交媒體，轉(zhuǎn)向虛擬世界的打造，而這個虛擬的世界就是元宇宙。應(yīng)用VR 技術(shù)，元宇宙可以改變目前視頻場景的“違和感”，創(chuàng)造真實場景氛圍。當然要實現(xiàn)一個非常完美的虛擬世界，還需要一個非常重要的技術(shù)——區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈是一種全新的思維方式，它通過信息共享來保證網(wǎng)絡(luò)中大量交互數(shù)據(jù)的安全性，所以區(qū)塊鏈技術(shù)也被稱為未來的核心技術(shù)。這些技術(shù)與5G 完美結(jié)合，必將改變我們的生活，改變世界格局。要讓學(xué)生知道這些前沿的技術(shù)和概念，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力，建立多樣化和個性化的人才培養(yǎng)模式。

（三）體現(xiàn)課程思政新理念

課程思政以構(gòu)建全員、全程、全方位育人格局的形式，讓各類課程與思想政治教育同向同行，是把“立德樹人”作為教育根本任務(wù)的一種綜合教育理念。[4]在高校課程思政建設(shè)中，教師是教書育人實施的主體，也是課堂教學(xué)的第一責(zé)任人，課程內(nèi)容的策劃、教學(xué)方式的選擇、課堂的管理都需要教師的積極投入和深入思考。

通過引導(dǎo)學(xué)生回顧中國網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展史，無疑是我們進行課程思政的一個成功案例?？v觀網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)這幾十年的發(fā)展歷程，在我國的發(fā)展絕不是一帆風(fēng)順的。從1G 的全面落后、2G 的艱難起步、3G的突破，到后來4G 的后來居上、5G 的全面超越，體現(xiàn)了中國強大的綜合國力，也體現(xiàn)了用科技增強國家競爭力的堅定信念。以“華為”為代表的中國企業(yè)在這個過程中起到了關(guān)鍵性的作用。同時，“中興”“大唐電信”兩大企業(yè)的逐漸崛起，讓美國感到不安，于是對我國企業(yè)的全面圍攻正式開啟。之后的“芯片事件”“孟晚舟事件”等，讓國人認清了美帝國主義的真實面目?！叭A為”和“中興”不肯甘居人后，又扛起了5G 芯片研發(fā)的大旗，并且在2019 年正式發(fā)布了自主研發(fā)的首款5G 芯片——“巴龍5000”。高校教師可以把這些具有代表性的事件，以案例等多種形式加入到課程思政的內(nèi)容中，明確事件的時代意義，對學(xué)生進行愛國主義教育，培養(yǎng)學(xué)生錘煉精品的工匠精神，堅定責(zé)任主體意識，提升學(xué)生的科技強國意識和競爭意識，讓學(xué)生對科技強國有更為深刻的認知?？傊?，課程思政建設(shè)要切實發(fā)揮課堂育人主陣地作用，實現(xiàn)價值引領(lǐng)、能力培養(yǎng)、知識傳授相統(tǒng)一，達到立德樹人的目的。

（四）打造5G 時代的教學(xué)新環(huán)境

基于5G 網(wǎng)絡(luò)，高校教師可以借助VR（虛擬現(xiàn)實）、AR（增強現(xiàn)實）、XR（擴展現(xiàn)實）構(gòu)建新的教學(xué)環(huán)境?；赩R/AR 技術(shù)教學(xué)的優(yōu)勢在于更直觀、更真實、更易于理解，并且由于實時反饋，師生的互動性更好。[5]5G 使得VR 的應(yīng)用更加完美、更加人性化。全新的教學(xué)環(huán)境能使學(xué)生更加自主化地學(xué)習(xí)，不受帶寬和地點的限制。對于學(xué)生來說可以在任何時間、任何地點實現(xiàn)無差別學(xué)習(xí)，真正實現(xiàn)教育均衡，提高教育的可及行；對于教師而言，可以讓他們有更多的時間設(shè)計更好的教學(xué)形式和內(nèi)容，進而實現(xiàn)人性化管理，提高教育資源利用率。教師可以使用一些可靠、成熟的軟件構(gòu)建教學(xué)環(huán)境，對于計算機專業(yè)的教師來說，還可以指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計、開發(fā)符合自己需求的環(huán)境，提高學(xué)生解決實際問題的能力。

高校教師還應(yīng)該充分應(yīng)用5G 相關(guān)技術(shù)，與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源有效結(jié)合，積極探索各個專業(yè)間的跨界合作模式及與企業(yè)合作創(chuàng)新的模式。在相關(guān)專業(yè)間的跨界合作中，其他專業(yè)的知識可以通過學(xué)生自學(xué)和選修相關(guān)課程來掌握?？缃绾献?、校企合作的模式不僅可以拓寬專業(yè)教師的視野，還可以拓寬專業(yè)知識的應(yīng)用范圍。對于高校學(xué)生，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神，更能讓學(xué)生及早認識到社會的需求以及所學(xué)專業(yè)的應(yīng)用前景。作為計算機專業(yè)的高校教師，應(yīng)該優(yōu)化以實踐項目為依托的教學(xué)模式，創(chuàng)建新的教學(xué)實踐訓(xùn)練場景模式。在課程實踐和實驗設(shè)計中，做到進一步以項目驅(qū)動為核心，加大工程實踐技術(shù)的比重，充分發(fā)揮計算機專業(yè)的應(yīng)用特性，面向?qū)W生就業(yè)需求修訂課程教學(xué)內(nèi)容。為加強學(xué)生團隊協(xié)調(diào)和合作能力，在實踐類和實驗類課程中可以增加以組為單位的合作實驗內(nèi)容。在考核的過程中，為適應(yīng)工程專業(yè)的實踐能力要求，可以依照“工程認證”的模式，引入達成度的考核機制。總之，所有的改革創(chuàng)新都要以學(xué)生為中心，突出高校專業(yè)教學(xué)的特殊性，有針對性地培養(yǎng)5G 技術(shù)人才。

三、“四新”模式展望

教學(xué)改革絕非是一蹴而就的事情，特別是5G 時代背景下，教學(xué)、資源、環(huán)境的改革過程中更要加入反饋、評價機制，并依此做出調(diào)整，“呼喚新型豐富規(guī)則”“呼喚新型價值導(dǎo)向”[6]。完善的反饋、評價機制可以使課程改革進入良性迭代狀態(tài)，進而使教學(xué)改革更加實用、更加平等、更加安全。最終達到重塑教學(xué)生態(tài)，做好數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)和線上一流課程建設(shè)工作，積極推動信息化與教育教學(xué)深度融合。路漫漫其修遠兮，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還在以飛快的速度繼續(xù)發(fā)展著，6G 通訊技術(shù)也將如期而至。目前，我國已經(jīng)著手開始6G 技術(shù)的探索，并且走在了世界前列，相信我國在經(jīng)歷從1G 的空白到5G 的領(lǐng)跑過程之后，在6G 的道路上能夠繼續(xù)取得輝煌成就，而高校的“四新”教學(xué)模式也將會有新的內(nèi)涵充實，助推計算機教學(xué)更好地服務(wù)社會。