基于新工科理念推進計算機智能網絡課程建設

楊松 侯彪 李凡 王雪

[摘 要] 為完善新工科建設人才培養方案，以計算機智能網絡課程為例，全面探討面向智能網絡領域創新型人才的教學改革方法具有重要的理論和實踐價值。以學生為中心，深入分析當前高校計算機智能網絡課程中教學培養方案與新工科建設所需人才存在的差異及其原因。基于此，進一步提出了優化知識模塊、強化課程實驗、線上線下融合、突出能力培養、貫通學科交叉、提升創新能力的計算機智能網絡課程教學改革策略，以期為我國新工科建設提供一定的借鑒和參考，為相關產業發展提供人才支持。

[關鍵詞] 新工科;計算機智能網絡;教學改革;人才培養模式

[基金項目] 2018年度國家自然科學基金“網絡功能虛擬化下資源優化調度問題研究”（61802018）;2021年度國家自然科學基金“面向邊緣計算的視頻資源優化部署與調度問題研究”（62172038）;2021年度北京理工大學計算機學院研究生教育培養綜合改革項目

[作者簡介] 楊 松（1985—），男，遼寧鞍山人，工學博士，北京理工大學計算機學院副教授（通信作者），博士生導師，主要從事邊緣計算等相關研究;李 凡（1975—），女，湖北武漢人，工學博士，北京理工大學計算機學院教授，博士生導師，主要從事無線網絡等相關研究;王 雪（1984—），女，天津人，教育學博士，北京理工大學計算機學院助理研究員，主要從事高等教育學研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）52-0043-05? ? [收稿日期] 2021-08-03

近些年，以人工智能為代表的現代信息技術迅猛發展，新一輪的科技革命和產業升級加速進行，人類社會正邁向數字化的智能時代。隨著萬物互聯的不斷加深，以深度學習為支撐的人工智能技術為網絡智能化創造了新的機遇。在國內，新基建背景下的網絡創新發展與變革，將成為推動產業升級和轉型的基礎性生產力。毫無疑問，未來智能網絡將成為新的國家級戰略技術。通過“網絡+人工智能”技術的深度融合，打造數據生命周期中的生產工具，從而深入挖掘深層應用價值，以數字溢出的形式加速行業及供應鏈等不同層面生產力的提升，成為推動我國經濟持續增長的引擎。

我國經濟發展進入新常態，正處于歷史戰略發展機遇期，這對工科的發展建設和科技工程人才的培養提出了更新更高的要求。2017年，教育部召開了綜合性高校和工科優勢高校的新工科建設研討會，形成了新工科建設的“復旦共識”“天大行動”[1]和“北京指南”[2]。2018年，各高校在新工科建設探索中形成了新工科建設的“天大方案”“F計劃”

“成電方案”等，為應對新一輪科技革命面臨的新機遇而提出了新工科理念[3]。新工科理念強調培養多元化、創新型卓越工程人才。深化拓展新工科建設理念，加快推進新工科建設，要堅持聚焦大學教育，發揮大學的堡壘作用;要打破常規約束，堅持創新改革;要重視人才培養機制，大力培養有理想、有技術的新時代拔尖人才，促使我國從教育大國走向教育強國[4]。

當前，智能網絡涵蓋了計算機網絡等相關領域，包括5G通信、云計算、物聯網、邊緣計算等核心技術，在醫療、旅游、教育等多個行業有著廣泛的應用，形成了自動駕駛、智慧醫療等解決方案。全力推進計算機智能網絡課程的創新改革，以建設一流的計算機智能網絡課程和培養一流的專業人才為目標，形成新工科建設背景下的教育質量管理體系。因此，必須在新工科理念下開展教育教學改革，以適應新時代對本科和研究生人才的要求。

一、計算機智能網絡課程教育現狀

智能網絡不僅能夠處理更多的網絡連接，為更多的數據流應用提供服務，還能夠識別網絡流量設備、用戶與應用，更快地轉發網絡數據，對數據包進行更深層次的預測，提供更好的應用服務。以智能網絡中的邊緣智能為例，邊緣智能將邊緣計算技術與人工智能技術相結合，使人工智能算法運行在能夠運行人工智能的網絡邊緣設備，實時處理邊緣數據。邊緣計算的本質是在靠近數據產生的源頭為用戶提供就近服務，實現更快的網絡服務響應。所以，以邊緣智能為代表的智能網絡將成為數字經濟新時代的重要引擎。

傳統網絡在算力、融合性、算法上無法適應新業務的需求，只有克服現有互聯網體系結構的缺陷，研究適合未來網絡應用的關鍵技術，以及網絡核心設備和系統，才能助力新技術的發展創新。根據麥可思研究院2020年本科畢業生就業報告[5]，網絡專業畢業生在半年內月收入排名第三，良好的就業情況對人才需求的升級隨之而來。目前，國內智能網絡領域的人才培養多集中在碩士、博士研究生階段，人才培養的層次高、數量少，無法滿足社會對從事該領域人才的大量需求。如圖1所示，計算機網絡工程專業本科生畢業人數雖然多，但由于當前本科教育與行業要求存在一定差距，導致畢業生缺乏足夠的實踐能力與創新能力，無法達到相應行業的崗位需求。追根溯源，不難發現，目前在計算機網絡領域的教學中存在以下問題。

1.教授環節薄弱。計算機網絡基礎知識是處理復雜網絡問題的基石，只有扎實掌握了相關知識內容，才能熟練應用。智能網絡日趨復雜，在此情況下，計算機智能網絡教材內容不夠新穎豐富，側重講解網絡領域的基本知識點，教材深度創新性不足，新產業的需求變化難以在教材中有所體現，教材內容更新慢，經典理論知識無法滿足新工科建設人才培養的要求[6]。目前大學采用傳統的知識點講解模式，要求學生掌握記憶知識點，這與新工科建設培養理念相悖。新工科建設注重培養學生的綜合素質，除了要求學生掌握教材中的基本知識外，重點是要提升學生解決問題的實踐能力，使學生養成勤思考、敢動手的習慣。

2.評價方式單一。傳統的課程教學環節主要采用“灌輸式”的教學方式，學生被動接受知識，從而逐漸喪失求知熱情。按照試卷考試成績判斷學生對該課程的掌握理解情況，評價方式單一，忽略了對學生實踐創新能力的考核，導致學生對課程知識點死記硬背，缺乏靈活應用的能力。考核評價不僅要檢測學生的知識掌握情況，更要檢測學生的綜合能力。通過以考促學，激發學生的興趣。每個學生都是不同的個體，其學習能力、知識體系、邏輯思維等方面均有差異，采用單一的評價方式并不能很好地評價學生。

3.實踐教學缺乏。實踐能力是新工科建設要求學生掌握的基本能力之一[7]。計算機智能網絡課程內容主要以計算機網絡基礎知識為主，實踐課時不足，學生的實踐能力難以得到有效提高。計算機智能網絡教學實踐環境配置門檻較高，對高校的基礎網絡環境有著極高的要求，這也是導致實踐課程缺乏的原因之一。實驗條件不足，由于思科等實驗教學平臺造價較高，受限于學生人數，很難保證每個學生都有充足的上機時間。此外，學校實驗平臺很難與時俱進，實驗平臺中設置的教學案例有待拓展與更新，難以緊密契合行業需求，這也會導致學生對網絡實驗的熱情不足，降低實踐教學的效果。

4.創新能力不足。在建設創新型國家等一系列重大戰略中，高校肩負著重大歷史使命——為國家持續培養推動科技創新的生力軍。當前影響學生創新能力培養的原因主要有兩個方面：一方面，除了傳統教育中以分數為中心的導向外，隨著就業競爭的日益激烈，部分學生陷入了“盲目考證”的怪圈，急功近利地重視提升應試過關的能力，不利于創新意識的培養;另一方面，部分學生缺乏大膽創新的精神、克服困難的勇氣與探索新知的渴求，僅局限于掌握課本知識，滿足于學科成績，忽略了更深層次的探索創新，不敢破也不敢立，在很大程度上限制了個人創新能力的提升。

5.學科交叉欠缺。新工科建設理念注重學科交叉性，整合學科資源，打破學科藩籬。計算機智能網絡課程作為一門多學科交叉課程，綜合了計算機網絡基礎、人工智能、線性代數等眾多學科知識。在學習這門課程之前，要求學生對線性代數等先導課程有著較好的掌握。計算機智能網絡課程內容繁雜，每一個研究方向都可以作為一門獨立的研究生課程深入展開，對于基礎較差的本科生而言，教師要想講好這門課程著實不易，這也對授課教師提出了更高的要求。因此，打破原有的學科領域分類，貫通復雜的知識體系結構，做好交叉學科知識組織，促進學科交叉迫在眉睫。

目前大學計算機智能網絡課程體系、教學內容等已不能滿足新工科建設培養智能網絡領域優秀人才的迫切要求。基于新工科理念的計算機智能網絡課程教學改革意義重大且尤為迫切。針對上述問題，立足于新工科建設人才培養理念，加快探索計算機智能網絡課程教學改革勢在必行。

二、計算機智能網絡課程教學建設

新工科理念下的智能網絡領域的人才培養是在傳統網絡課程教育體系上突出培養目標，改革教學策略，以學生為中心，有機融合課程知識，結合優化知識模塊、構建綜合評測、創新教學模式、強化實踐教學、注重學科交叉等方式進行教學改革。如圖2所示，以“認識—探究—解決—應用”為脈絡，優化課程教學過程，改革教學體系，培養學生解決問題的能力，提升學生的綜合素質。

智能網絡課程的培養目標是使學生成為具有計算機網絡知識與學科背景，適應智能網絡需求，綜合應用網絡知識等學科知識，掌握機器學習等前沿技術，在自動駕駛等行業從事算法設計、方案設計、應用開發、系統運維等開發管理工作，具備國際化視野，從事解決復雜網絡問題的復合型人才，推動計算機網絡領域新技術的革新與可持續發展。基于新工科建設人才培養理念，探索研究建立智能網絡領域的課程教育體系，探索產學研結合的教學方式。從教學內容、教學方法、教育理念出發，探索計算機智能網絡課程體系建設，提升學生的綜合素質。

1.優化知識模塊。在計算機智能網絡課程設置方面，重構相關知識點模塊，將計算機智能網絡內容分為三大類：計算機網絡基礎知識模塊、核心技術模塊和前沿應用模塊。各模塊的內容緊密結合，銜接有序，邏輯緊湊。課程知識內容安排符合知識論規律，能夠覆蓋其學科的主要知識，體現前沿性和時代性。在計算機網絡經典理論的基礎上，緊跟科研前沿，將最新的學術觀點及研究成果引入課堂，激發學生的興趣。同時鼓勵學生了解不同的學術觀點和不同技術應用，提出疑問，建立辯證的創新思維，形成個人觀點。以問題驅動為核心，采用探究啟發式教學與經典講授式教學相結合的混合式教學方式，課程設計內容多樣化，采用師生互動式課程講授，傳授計算機網絡經典理論知識、前沿技術與產業應用案例，緊跟教師研究方向與科研成果，緊密結合科研領域前沿，激發學生的科研興趣。

2.構建綜合評測。鑒于計算機智能網絡課程的計算機實踐屬性，采用多種考核形式相結合的方式，包括課堂討論、課程實驗、案例展示等。梳理計算機智能網絡課程知識內容，由易到難，建立多層次的實驗體系，即專業課程“基礎實驗—設計性實驗—研究性實驗—綜合性實驗”。設置一些開放性選題由學生合作完成，讓學生處于主導地位，鼓勵學生利用已有的知識體系，尋找解決思路，設計解決方案，撰寫實驗報告，匯報實驗結果，培養寫作與表達能力，增強學生的團隊意識。在成績評定時，綜合考慮實驗的難易程度、學生在完成過程中所表現出的對問題的理解程度、答辯時的問答表現，以及最終實驗報告書的完成質量等因素，合理調整不同模塊在最終成績評定中所占的比例。構建綜合評價體系，培養學生的動手能力，鼓勵學生全面發展，感受智能網絡前沿知識的魅力。

3.創新教學模式。在教學方法方面，調整創新教學模式，從產業需求出發，以實踐為導向，緊跟產業發展步伐。以線下教學為主，線上資源為輔，積極開展線上線下混合式教學模式改革。按照不同階段學習內容，推薦MOOC等線上資源，啟發學生使用中國知網等平臺，培養學生的自學能力，調動學生的學習積極性。運用實例演示分析，利用課堂多媒體設備，提升學生的參與度，使學習更主動。教師將課件講義、經典實例、項目等相關內容上傳至學院FTP服務器，方便學生課后下載學習。堅持OBE（Outcomes-Based Education）產出導向原則[8]，以學生為中心，建立“評價—反饋—改進”閉環，形成持續改進機制，提升學生的綜合能力。

4.強化實踐教學，培養創新能力。計算機智能網絡課程通過項目實踐提高學生的動手能力，鞏固基礎知識，達到人才培養目標[9]。在新工科建設理念指導下，變革教學實施措施，以行業為導向，引進校企協同產學研機制，理論聯系實際。整合校內資源，搭建創新教育平臺，建立學生科技創新工作室，提供一定的場地、設備支持，指導學生進行科研創新實踐，定期組織評估，打造以研究生為主、本科生為輔的科研團隊。密切聯系教師科研團隊，與研究生實驗室對接，舉辦科研成果分享、學術沙龍交流等活動，在校園營造良好的創新氛圍。通過參與科研項目和競賽活動，如全國大學生信息安全競賽、ICPC國際大學生程序設計競賽、“互聯網+”競賽[ 10 ]等，提升學生的科研素質。通過“以賽促學、以賽促創、以創促學”等方式激發學生的自主創新能力，提升學生科研學術素養。聯系相關企業，共同投入資源，借助企業力量與學校平臺建立產學融合、產學協同的人才培養機制，鼓勵學生去企業實習，培養學生的實踐動手能力。通過上述多種方式驅動，打造互利互助的校企聯合體，以項目應用為驅動，推動科研項目成果向產業應用落地轉化，形成良性互動機制。

5.注重學科交叉。在新工科建設背景下，提升人才培養理念，推進學科交叉融合，是高校人才培養的核心步驟[ 11 ]。要建立一支多學科背景的教學團隊，加強不同學科背景教師之間的溝通協作，加強教師隊伍建設，共享教學科研資源，拓寬研究范圍，搭建不同學科溝通橋梁。如圖3所示，面向未來，教師應立足于本學科基礎知識，掌握貫通學科交叉知識，為學生提供完整性跨學科訓練，擴大學生的學科知識范圍，培養學生掌握多學科知識的經驗。建立交叉學科群有機聯動機制，探索前沿性科學領域融合。探索基于興趣、應用、數據及算法混合驅動創新模式，多學科交叉構建全新的行業生態，旨在培養學生的學科交叉意識，基于已有知識，理解計算機理論和技術，達到學科知識的融會貫通，加深對智能網絡領域的理解。

通過計算機智能網絡課程教學改革實踐，學生對于課程的效果評價較好。在學習思路上，學生能夠基于學科交叉教學理念開展學習，打破了以課程為主的知識界限，開闊了思維，強化了跨學科交叉融合的意識;在學習能力上，學生加深了對相關專業知識的理解，提高了對實際工程問題的分析、思考和實踐能力;在學生發展上，學生對職業規劃有了一定的了解，為未來發展奠定了堅實的基礎。

三、結語

通過對計算機智能網絡課程教學改革建設的探索思考，旨在推動新工科建設背景下計算機智能網絡課程產學研融合發展，形成與相關行業領域聯合育人的長效機制。構建新型計算機智能網絡課程體系，調整教學方法，明確新工科建設人才培養目標，充分發揮學生的主觀能動性。理論聯系實際，推動產業發展，提升教學質量，培育學生創新能力。營造良好的學術環境氛圍，在實踐中創新，在創新中提升，為社會輸送高素質的智能網絡領域的創新復合型人才，不斷推動我國網絡產業升級與科學技術發展。希望本文對計算機智能網絡課程的改革思考對本科生甚至研究生的計算機網絡教育和教學起到一定的啟發意義。

參考文獻

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[11]吳寧，閆相國，崔舒寧.計算機基礎在線開放課程群及新形態教材建設[J].計算機教育，2019（1）：101-103+107.

Promoting the Construction of Computer Intelligent Network Courses under the Idea of Emerging Engineering Education

YANG Song， HOU Biao， LI Fan， WANG Xue

（School of Computer Science and Technology， Beijing Institute of Technology，

Beijing 100081， China）

Abstract： To improve the cultivation programs of talents for the construction of Emerging Engineering Education， it is of great theoretical and practical value to take the computer intelligent network courses as an example and comprehensively discuss the teaching reform methods for innovative talents in the field of the intelligent network. In this paper， we have analyzed the current teaching and training programs for students in computer networking courses in colleges and universities and studied the differences in the talents required in Emerging Engineering Education and the reasons for them. Therefore， the education reform strategies of optimizing knowledge modules， strengthening course experiments， integrating online and offline， highlighting ability cultivation， integrating interdisciplinary disciplines， and enhancing innovation ability are discussed so as to provide some advice and information for the construction under the idea of Emerging Engineering Education. This paper gives some proposals under the background of Emerging Engineering Education in China and talent support for the development of related industries.

Key words： Emerging Engineering Education; computer intelligent network; teaching reform; talent training model