新工科背景下無線通信中的人工智能課程思政教學改革與實踐

崔琪楣 劉宜明 秦曉琦 胡錚

摘? 要：立德樹人是人才培養的重中之重，如何在專業課程的教學中融入思想政治元素，是新時代高校教師的重要任務和使命。該文以面向新工科的無線通信中的人工智能高新課程的建設實施為例，介紹課程思政建設的教學改革方案設計、實施方法及成效。圍繞本課程價值引領、知識傳授、能力培養、思維拓展的有機統一的教學目標，多維度塑造學生“家國情懷、行業自信、自強自立、科學精神”四面一體的價值觀和人格素養。

關鍵詞：課程思政；無線通信中的人工智能；教學改革；方法探索；學科交叉

中圖分類號：G641? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）21-0037-04

Abstract： Moral cultivation is the top priority of personnel training， and how to integrate ideological and political elements into the teaching of professional courses is an important task and mission of college teachers in the new era. Taking the construction and implementation of the high-tech course Artificial Intelligence in Wireless Communication for new engineering as an example， this paper introduces the designof teaching reform， implementation method and effect of curriculum ideological and political construction.Centering on the organic and unified teaching goals of value guidance， knowledge imparting， ability cultivation and thinking expansion of this course， the students'values and personality qualities of "national feelings， industry confidence， self-reliance and scientific spirit" are shaped in multiple dimensions.

Keywords： curriculum ideology and politics; Artificial Intelligence in Wireless Communication; teaching reform; method exploration; interdisciplinary intersection

全球新一輪科技革命和產業變革正在突飛猛進，以互聯網和工業智能為核心，包括大數據、云計算、人工智能（AI）、區塊鏈、虛擬現實及智能科學與技術等為代表的新技術、新產業、新經濟蓬勃發展，對高素質工程技術人才提出了新需求[1]。教育部積極引導高校開展工程教育的改革創新，積極推進面向新工科的專業設置和課程建設。與此同時，教育部、財政部、國家發展改革委聯合發布的《關于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見》明確指出，“雙一流”高校要打破傳統學科之間的壁壘，促進基礎學科、應用學科交叉融合，在前沿和交叉學科領域培植新的學科生長點[2]。現有電子信息類專業教學難以滿足信息技術行業快速發展的需求和變化，課程內容被動更新且滯后，特別是缺乏學科交叉。在此背景下，筆者在國內率先開設了一門面向5G/6G移動通信、重復合知識和綜合能力的本科高新課程——無線通信中的人工智能[3]。

在該課程的建設中，筆者在“從0到1”建構“活水促學、以學立教”交叉教學內容體系的同時，還積極探索課程思政的教學改革。課程思政建設是新時代背景下高等學校落實立德樹人根本任務的重要創新舉措[4]。習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調“其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應。[5]”教師在教學工作中始終牢記三個問題“為誰培養人”“培養什么人”和“怎樣培養人”。教師在課堂教學時需要尋找專業知識點中思政教學的切入點和融合點，挖掘課程中蘊含的思想政治元素，在培養學生專業能力和素養的同時，引領學生建立正確的人生觀、世界觀和價值觀，樹立遠大的理想抱負，培養學生的愛國主義情懷和高尚人格，提升其思想政治素養，讓學生成為德才兼備、全面發展的綜合型人才。

一? 無線通信中的人工智能課程教學目標

無線通信中的人工智能課程順應“雙一流”課程和“新工科”建設的發展要求，依托北京郵電大學（以下簡稱“北郵”）高新“標桿課程”建設項目，面向通信工程、信息工程、電子信息工程等相關專業的學生開設，秉持“為未知而教，為未來而學”的教學理念，以培養服務國家戰略、符合行業需求、面向未來發展的移動通信一流人才為目標。課程是面向大三學生設置、2個學分、定位為“增慧”的專業課程之一。立足于AI賦能無線通信的學科前沿，關注移動無線通信系統的智能化設計和優化所需的問題分析、建模和求解的知識、能力需求，培育學生系統性思維和素養。

課程瞄準學生對無線通信和AI的學習認知及方法掌握上存在領域交叉盲點的問題，組織移動通信與AI領域的教學科研雙高型骨干教師進行聯合教學設計與課程講授，旨在使學生掌握無線通信和AI交叉融合的基礎理論知識、基本分析方法和技術要點，夯實研究AI解決移動通信問題的理論基礎，培養學生科學思維能力及交叉創新能力。此外，工科課程設置需關注對學生通用能力的培養。因此，案例實踐環節也是無線通信與AI交叉領域課程學習的重要組成部分，通過帶領學生動手實踐移動通信系統應用AI的設計開發案例，使學生建立起理論聯系實際的工程觀念， 為學生后續在交叉領域的持續深造打下堅實的基礎。

通過系統性梳理，本課程共設置五個教學單元，首先，面向“全局性理解”設計了課程第一單元“AI賦能移動通信的方向與范式”，介紹“移動通信網絡感知及優化”和“移動通信系統創新設計”兩大方向及若干工程情境的問題；其次，面向“遷移性學習”，以真實工程案例為基礎設計了三個案例單元，“指標預測-感知智能”“性能優化-決策智能”和“創新設計-復合智能”；最后，設計了翻轉研討和多元互評單元，邀請企業專家開展學生小組翻轉報告和研討點評，優秀案例可選入課程案例庫，促進課程內容及時更新。

課程具體的教學目標：①知識目標，對移動無線通信系統智能化設計和優化的概念、知識和方法形成全局性認知和范式理解；②能力目標，具備基于AI技術分析、建模并解決移動無線通信復雜工程問題的能力；③思維目標，啟迪AI驅動移動無線通信優化和設計的系統思維、計算思維和創新思維，培育評估、分析和處理移動通信中數據智能化問題的心智模式和勝任感，提升多學科學習遷移能力、跨學科融合思維能力；④價值目標，培養獨立思考、追求真理的科學精神，樹立文化自信[6]，形成通信報國、為國創建一流科研和產業的價值觀。

二? 無線通信中的人工智能課程思政建設的方法探索

（一）? 挖掘行業特色思政

課程思政的難點之一是如何挖掘、形成密切結合行業需求的優秀思政案例，自然融入課堂教學，潤物細無聲地感染學生。移動通信網絡是面向全球互聯互通的高度集成的復雜系統，支持統一的國際標準，系統代際演進頻繁，技術更新快速，產業鏈龐大且復雜。圍繞這一行業特色，本課程深挖移動通信全球競爭的新形勢、《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》[7]、5G和AI深融合的技術變革[8]等思政元素，以國際、國內行業動態時事為源頭形成典型思政案例，厚植學生科技報國、自強自立、自主創新的時代責任感和信心。同時，讓學生學習前沿科技知識、科研成果、行業歷史和行業發展態勢，融入工程倫理、科研精神、通信強國的國家戰略和行業需求，通過科研前沿的真實問題案例的實訓[9]，顯性教育與隱性教育相統一[10]，引導學生形成獨立思考和認知能力，促進學生追求真理和文化自信，塑造服務國家戰略、科技報國的理想信念。

（二）? 做好言傳身教表率

向學生講述我國移動通信如何實現從空白到突破創新，再到全球引領的發展歷程，闡明我國科技昌盛-衰變-復興過程的內因。教師以“從0到1”突破移動通信的基礎理論、提出核心技術、研制試驗系統、制定國際標準過程中的親身實例開展思政教育，以身邊的教師、杰出校友等榜樣的鮮活實例促長自強自立、自主創新，弘揚紅色文化和傳承紅色精神喚醒學生的時代責任感和歷史使命，為國家創建一流科研和產業的價值觀及信心，成為具有國際競爭實力的一流人才。以教師承擔或參與完成的國家重大科研任務、前沿科研成果、科產教融合解決的真實問題案例開展課程思政，如移動通信網絡、AI技術等如何在地震救災應急通信、抗擊新冠感染疫情、科技冬奧重大活動中發揮重要作用，激發學生的學習興趣、培育對問題的探究意識、培養科學創新的思維能力。

（三）? 多元化沉浸式學習

將行業特色思政、科技報國情懷、時代責任感和國際標準競爭等多維元素融入課堂教學中，引入課堂內外、線上線下混合、視頻演示、真實情境帶入、名人論壇、翻轉課堂、微課和慕課以及短視頻等多元教學方式開展思政教育[11]。例如，為了讓學生親身感受我國移動通信走出空白、突破、同步、5G國際領先的艱辛自主之路，帶領學生現場觀看北郵研制的全球第一個4G示范驗證系統，以真實情境和案例展示如何不跟隨西方的頻分雙工（FDD），選擇自主創新的時分雙工（TDD）之路，為中國走移動通信自主之路邁出了重要一步。介紹華為公司如何將實用化的極化碼推進成為5G國際標準的真實案例，北郵師生在此項工作中的貢獻，樹立學生行業自信和民族自豪感。制作短視頻講述錢學森等老一輩科學家事跡、21家企事業單位及8所高校聯合建成港珠澳大橋等鮮活事例，鼓勵學生不怕犯錯、敢于探索新路徑、集智攻關、團結協作、勇攀高峰的科學家精神。

（四）? 引導學生主動思考

通過課程理論與實踐的有機結合，打造富有感染力的生動立體課堂，并擴展師生有限的交集，增加觀點輸出的渠道。課堂導入或結尾引入新聞分享與探討，鼓勵學生自行思考，引導學生培養文化自信、世界眼光和創新精神，真正立足當下、面向未來。采用引入實事新聞分享與探討的教學方式，不僅增加學生對行業動態的了解，與時俱進，還能啟發學生分析思考行業形勢、戰略等宏觀維度，達到“新聞能聽、課上能學、課后能聊”的效果[12]。進一步，引導學生設想“當你處于某某時代背景下，面對相同的問題，你會怎么做”，通過讓學生感同身受，激起學生主動思考如何解決所遇問題。給學生留足思考時間，并給予恰當引導，后續補充真實事件發展進程。與直接拋出一個個科技成就相反，轉變平鋪直敘的敘事手法，結合歷史背景，學生更能體會先進人物的卓越之處。

三? 無線通信中的人工智能課程思政設計

本課面向“新工科”建設，堅持“立德樹人”的原則，立足于全球5G和AI深融時代，聚焦為國培養“突破基礎理論、攻克關鍵技術、引領標準制定、主導產業自主創新”移動通信一流人才的目標，將價值塑造、知識傳授、能力培養和思維拓展融為一體“三全育人”[13]。課程思政的設計思路見表1。

如表1所示，在課程第一單元“AI賦能移動通信的方向與范式”中，回顧我國移動通信的艱辛自主之路，介紹我國在選擇自主創新的TDD之路展現的大智慧。以北郵人研制出全球首套4G百兆TDD示范驗證系統為例，介紹如何打破跟隨西方的碎片式創新，為中國走移動通信自主之路邁出了重要一步，培養學生科技報國情懷，領悟時代責任感和歷史使命。進一步介紹當前國際科技競爭的新形勢，信息領域面臨哪些“卡脖子”問題，結合國家“十四五”發展規劃的國家戰略，引出移動通信與AI技術融合發展的必要性，增強學生自強自立、自主創新精神。

在課程第二單元“指標預測-感知智能”中，首先介紹我國建成了全球規模最大、技術最先進的移動通信網絡，并聯系冬奧會開幕式微火映射綠色“雙碳”理念，引出面向節能重中之重的基站調度節能工程情境，培養學生行業的系統思維和人類命運共同體價值目標；同時，介紹模型訓練損失函數收斂過程，引用錢學森先生名言，隱喻成功是不斷犯錯而積累的，培養學生創新意識和科學精神。在課程第三單元“性能優化-決策智能”中，介紹我國推出“5G+車聯網”主導了全球車聯網唯一國際標準，培養學生的民族自豪感；同時，以數據多維度采集引入到機器學習的真實案例，啟發培養同學們在“幸存者偏差/偏見”方面的科學思辨精神以及相關的工程倫理。在課程第四單元“創新設計-復合智能”中，介紹華為如何將實用化的極化碼推進成為5G國際標準的重大成就，以及華為海思公司在中國通信自研芯片的付出與成果，樹立行業自信。在翻轉研討、多元互評單元中，以港珠澳大橋通車為例，在設計和建造的14年當中，共有21家企事業單位以及8所高校聯合攻關，培養學生集智攻關、團結協作、積極探索的精神。

四? 課程思政建設的成效

經過三輪教學實踐，本課程的課程思政實施效果顯著。如圖1所示，學生反饋認為本課程新穎，擴展思維，實踐充分，68.75%的學生認為本課程“超出期待”，學習本課程后對“課程思政”的認知理解比例大幅提升[3]。首先本課程從實際問題提出、構思、解決及評估全流程出發，實現學生對知識的記憶、理解和淺層應用，通過穿插多類經典案例，傳播家國情懷、社會責任、科學精神等深刻思想。其次，課程內容緊密結合通信發展前沿和趨勢，重點呈現問題解決的探究過程，致力培養學生提出問題、解決問題的綜合能力以及批判性的思辨能力。通過合作學習與師生互動增強了學生的參與感與探索興趣。此外，靈活運用多元化沉浸式學習方式，增進學生對事物理解的深度與廣度，并對學生進行過程性和能力評價，實現教學途徑和評估方法更加多元化。

五? 結束語

無線通信中的人工智能作為學校認定的首批本科高新標桿課程，開展課程思政的教改探索是面向新工科本科教育發展的重要任務。本文詳細介紹了無線通信中的人工智能課程的思政教學設計思路與內容，以“立德樹人”為根本出發點，采用挖掘行業特色思政、做好言傳身教表率、多元化沉浸式學習和引導學生主動思考等多管齊下的教學方法，在傳授學生專業知識的同時，提高學生的綜合素養，激發學生主觀能動性，以“道路認同、思想認同、情感認同”三點協同驅動價值引領、知識傳授、能力培養、思維拓展的有機統一，多維度塑造學生“家國情懷、行業自信、自強自立、科學精神”四面一體的價值觀和人格素養。

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