面向研究型大學的移動計算導論教學方法

阮 利，盛 浩，肖利民，牛建偉，王 悅

（1.北京航空航天大學 計算機學院，北京 100191；2.北京航空航天大學 外國語學院，北京 100191）

0 引言

隨著我國科技、政治、經濟和文化水平的不斷提高，高水平的研究型大學在我國科研創新體系建設、社會發展、經濟建設、科技進步、文化繁榮、國家安全等方面都發揮著越來越重要的作用。《中國學位與研究生教育發展戰略報告（2002—2010）》專門指出，“研究型大學是我國科教興國的強大生力軍，應在辦好研究生院的基礎上重點建設一批研究型大學，以對我國的學位與研究生教育起示范帶頭作用，提高我國學位與研究生教育參與國際競爭的能力”。研究型大學的一個重要特征是以“創新性的知識傳播、生產和應用為中心，以產出高水平的科研成果和培養高層次精英人才為目標”。本科生是研究型大學的重要產出和培養目標之一，是我國建設國家創新體系和未來奪取世界知識經濟制高點的重要支撐力[1]。另一方面，移動計算（Mobile Computing）是隨著移動終端、無線通信、互聯網、分布式計算等新技術的不斷發展而興起的一門新學科。近幾年，隨著5G+、邊緣計算、大數據計算、社會計算等的共同作用，移動計算已經和互聯網與網絡大數據并列成為當今世界發展最快、市場潛力最大、前景最誘人的兩大核心應用領域，其研究及應用創新已逐漸成為全球研究界和產業界關注的焦點，同時也成為重要的研究熱點和就業方向。

1 實踐和創新能力培養驅動的移動計算導論課程教學模型

培養實踐能力和創新能力是研究型大學計算機課程教學面臨的兩大調整，面向研究型大學的實踐和創新能力培養驅動的移動計算課程教學模型如圖1 所示。該模型主要包括基于工程教育認證標準和學生素質驅動的課程目標建立、基于目標驅動的學生職業和選課規劃調研、基于競賽或科研論文產出的作業選題、基于迭代的課程作業完成以及適于差異化學生的教師迭代指導。

圖1 實踐和研究能力培養驅動的移動計算教學模型

1）基于工程教育認證標準和學生素質驅動的移動計算課程目標建立。

中國工程教育專業認證協會制定的《工程教育認證標準》為研究型大學學生培養質量提供了一個規范化的目標，此外，學生素質的差異化是設定課程目標的重要依據。基于上述兩點，核心設計思路是以此標準和學生素質為抓手制訂課程目標，最終滿足對學生實踐和科研能力的綜合培養目標。

2）基于目標驅動的移動計算教學對象職業和選課規劃調研。

研究型大學中教學對象有自己對于就業、考研、出國等的職業規劃以及選課規劃，已有的實踐、科研經驗積累等直接決定了學生對課程的期待以及教師的授課重點，因此必須注重開課后對學生的調研，而調研結果是課程組制訂個性化教案的基礎。

3）基于競賽或科研論文產出的移動計算作業選題。

未來的研究型大學中，有一大部分學生曾有高中到大學期間參加ACM 數學、化學、物理、計算機等競賽的經驗，進入大學后，學生對競賽的參與度也是非常高的，同時大學生涯中的競賽是對學生實踐能力的鍛煉，是一種重要的能被認可的公開評價模式，除此之外，科研論文的產出能力也是具有出國、考研等進一步深造潛力的學生希望提升的能力。基于上述學生素質的分析，論文、競賽等訓練是研究型大學課程設定必須要慎重考慮的因素，因此，建議制訂一種鼓勵競賽和發表科研論文產出的作業選題模式，以適應學生素質的基本情況，以及未來研究型大學對人才的科研等綜合素質具有更高要求的實際挑戰。

To verify the performance of the EM-aided dual-frequency ambiguity estimation method proposed above,a simulation experiment was designed consisting of two experimental scenarios.

4）基于迭代的移動計算課程作業完成。

由于課程規模等限制，現有的大學計算機專業課程作業完成模式普遍采用的都是提交作業、給出考核成績、多次不同考核成績按加權進行疊加的模式，如平時作業（4%）+綜述（20%）+期末考試（40%）的傳統作業提交和考核模式，而學生對知識的掌握，尤其是單次作業質量改進，需要多輪迭代、有針對性地完成，但現有課程缺乏對單次作業的多次迭代質量改進模式的支持，可以采用一種基于迭代的移動計算課程作業完成新方法。

5）適于差異化移動計算教學對象的教師迭代指導。

學生作業采用迭代多輪提交模式，對教師提出了要對差異化的學生提供迭代指導的要求，以幫助學生更好地掌握知識點，并加強實踐和科研深度和寬度。

2 實踐和創新能力培養驅動的移動計算導論課程教學實踐

2.1 基于工程教育認證標準和學生素質的課程目標

2.1.1 課程目標

首先結合移動計算技術前沿性和實踐強的特點，基于課程現有的教學基礎和現狀，通過調研對比分析國內外移動計算技術的最新教學現狀，包括教學內容、教學方式、教學實驗手段等，并以實踐和科研能力培養為核心驅動，對既有的課程簡介和教學目標進行改革。新的移動計算導論課程簡介如下。

移動計算領域是一個發展極快、潛力極大、市場極廣的領域。本課程介紹了移動計算的演變歷史、無線網絡通信技術、移動通信協議、移動自組網絡（ad hoc）、移動計算模型、移動操作系統等方面的內容，使學生了解日益普及的移動設備、移動互聯網等移動計算相關的基本原理和使用方法，了解移動計算技術發展的前沿動態，掌握利用移動計算工具開發移動應用的基本原理和方法。通過學習，開闊學生的視野；通過實驗，培養學生利用移動計算技術解決實際問題的能力。

北京航空航天大學計算機學院為本科生開設了移動計算導論專業課程，主要面向大三、大四年級的學生，面向包括電子信息工程學院、計算機學院、軟件學院、高等理工學院、中法工程師學院、北京學院、高等理工學院（華羅庚班）、北航學院等對象進行選擇，共32 學時。本課程主要以移動計算的基本概念和原理為主，注重知識面的廣度，關注基礎性、前沿性和應用性融合；在實踐能力培養方面，重點是移動計算的基礎性知識、基本的應用動手能力和思維方法訓練，系統、深入地學習與運用移動計算的創新應用等內容，啟迪系統性及創新思維方面的培養；在研究能力培養方面，重點是掌握適于本科生的移動計算科學研究方法，促進學生開展移動計算的科研創新實踐。

2.1.2 課程目標對畢業要求的支撐關系分析

課程設計過程中，基于中國工程教育專業認證協會制定的《工程教育認證標準》，以畢業要求目標驅動的方式，同時結合研究型大學的學生特點和教學內容，建立一套適于研究型大學的移動計算課程目標，為培養出合格的研究型大學學生制訂規范化的依據。課程目標對畢業要求的支撐關系見表1。

表1 移動計算導論課程目標對畢業要求的支撐關系

（續）表1

對標畢業設計目標，將實踐和研究能力培養驅動的移動計算導論課程的教學目標細化分解為以下3 點。

（1）了解移動計算的發展歷程和體系結構，掌握相關支撐技術基本概念、核心技術前沿知識和發展現狀。

（2）通過對移動計算技術以及開發實例的介紹，開闊學生視野，促進他們從設計者的角度思索如何使用先進的技術手段，對各種生活中的需求進行分析和設計實現。了解移動計算技術工程化實施過程中需要解決的問題和通常采取的方法，以及如何將理論知識應用到具體的工程實踐過程中。

（3）了解移動計算技術發展的前沿科技和產業界動態，掌握面向移動計算的科學研究方法。

2.2 實踐和科研能力培養驅動的課程教學體系

實踐和科研能力培養驅動的教學方法，在傳統的實踐環節增加面向移動計算的研究方法講解和實踐。最終的課程教學體系見表2，主要包括基礎知識、關鍵技術、最新研究成果、移動計算研究方法、基于競賽/研究導向的實踐、企業前沿技術進課堂、基于迭代質量改進的課程作業提交和課堂指導教學模塊。

表2 實踐和科研能力培養驅動的教學體系

2.3 實踐和科研能力培養驅動的教學流程

在教學理念方法上，本課程結合典型案例與科研項目講解，以三基性融合為主；教學目標方面，以基本原理為主；在教學模塊上，涵蓋移動計算基礎知識、關鍵技術、最新研究成果、知名企業/專家學者課堂交流、課堂交流討論和創新實踐等環節；教學方法方面，以課題教學與驗證試驗為主，以項目設計、互動討論、自主開放實驗為引導，采用迭代性的多輪指導方式。教學銜接上，采用基于過程的分層次、個性化的實踐驅動教學方法，在促進學生移動計算技術基礎技術實踐的同時，個性化提升研究型大學中學生的實踐能力和科研能力，對接北京航空航天大學每年一度的“馮如杯”和校外移動計算相關的創業創新競賽等，鼓勵學生選取適合自己的題目、學生移動計算科研實踐等環節。具體關鍵流程及其教學方法分析如下。

1）基于目標驅動的學生個性化職業和選課規劃調研。

開課之后，開展基于目標驅動的學生個性化職業和選課規劃調研，重點調研選課學生的職業規劃（包括考研、出國、就業）以及學生目前的選課規劃（實踐能力和科研能力），以便對學生進行分層化培養，如分為出國的學生、就業的學生、考研的學生、其他學生。基于上述調研，選課學生的積極性和主動性得到激發。

2）基于競賽或科研論文產出的移動計算作業選題。

基于調研和面向移動計算研究方法的介紹，學生在此環節將面向競賽或科研產出不同目標，學生完成選題和實踐。選題過程中，本課程要求學生根據近3 年的CCF 推薦期刊和會議列表中移動計算相關的文獻，結合學生對個人情況的分析進行選題，首先梳理出移動計算領域的經典文獻庫，針對不同學生的能力推薦和設計不同的題目；然后，學生基于課程推薦的移動計算閱讀文獻報告基本邏輯模板，課程要求調研報告中含有一定比例的近3 年的CCF A 和B 期刊/會議；基于文獻閱讀報告的積累，以及課程提供的綜述報告參考模板，完成基于邏輯性的問題驅動的移動計算課程綜述報告，然后基于該綜述報告，完成具有個體針對性和前沿性的選題。具有競賽或科研論文產出的作業選題方法，結合配套的課程教學模板，能極大地提升學生選題的規范性、前沿性和個人化匹配性。

3）基于迭代的移動計算課程作業完成。

傳統的計算機課程教學中所采用的基于順序教學的授課模式（如圖2 所示），主要采取教師授課、學生完成作業、期中考核、教師授課、完成作業、期末考核的評價機制，其主要問題是學生很難體會到課程項目設計實際是需要多輪迭代質量改進的。

基于上述問題，采用基于迭代的移動計算課程作業完成模式，同時配套基于個性化的多輪作業教師質量改進反饋指導機制（如圖3 所示）。在作業完成和教學指導方面，鼓勵學生每周的作業迭代提交并改進前期作業，同時教師對每次修改后的作業都給出指導建議。通過這種迭代的提交和指導，教師和學生之間得到更高質量的互動，學生相對于傳統的課堂得到了更多輪次專業的精細指導。

圖2 基于順序教學的授課模式

圖3 基于迭代教學的授課模式

3 結語

面向未來研究型大學的實踐和創新能力培養驅動的移動計算導論教學方法，在北京航空航天大學計算機學院實踐后取得良好的效果。我們將進行進一步實踐和改進，根據教學反饋，進一步完善和細化對教學方法，尤其是完善適于本科生的移動計算研究方法，并進一步完善適于實踐和科研能力培養的教學平臺和項目實驗平臺。