5G 時代高校計算機技術專業的“四新”教學*

徐為 （黑龍江大學計算機科學技術學院）

5G（5th-Generation Mobile Communication Technology）即第五代移動通信技術，是最新一代的移動通信技術。伴隨著新技術的到來，高校計算機技術專業教學也迎來了新的變革。開展以完善新模式、關注新內容、體現新理念、打造新環境為核心的“四新”教學，是適應時代發展、提高教學效果的一種有益探索。

一、5G 技術的基本特征

從1987 年中國正式進入1G 時代開始，移動通信技術以每十年一代的發展規律，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，每一次通信技術的更新迭代都帶來一次新的產業革命，不僅加快了產業升級、經濟的發展步伐，還改變著世界通信技術的新格局。2018 年6 月，3GPP 批準了第五代移動通信技術標準，5G 的獨立組網功能凍結標志著5G 技術的正式到來。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一起為5G 的發展做出了卓越貢獻。

相比于上一代4G 通信技術，5G 的優勢主要體現為：第一，通信速度特別快。增強移動寬帶（eMBB）技術使得5G 網絡峰值速率的最大值可達20Gbit/s，是上一代4G 網絡的一百倍；第二，5G 網絡的應答速度特別快。低時延高可靠通信（URLLC）技術使得5G 網絡將延時降到毫秒級以下，最低可達4G 網絡的1/50；第三，5G 網絡能夠連接更多的專業設備。上一代的4G 網絡系統，一平方公里內最多連接5-6 萬臺設備，而5G 網絡系統在應用大規模物聯網（mMTC）技術后，可以支持一平方公里100 萬臺以上的設備，滿足車站、商場、體育場等大型場景的需求。

縱觀移動通信發展的近幾十年，各個國家早已不再把移動通信技術僅僅視為科技來發展，而是把其作為核心基礎設施來建設，使之促進著經濟的增長，并以此帶動相關技術和產業的變革。[2]可以說，5G 關系著一個國家的未來和國運，已經成為各個國家穩固其競爭優勢的戰略要地。在此背景下推動計算機教學模式變革，促進創新技術型人才培養更為重要。

二、5G 時代背景下“四新”教學的內涵

從教育的視角來看，5G 的發展和應用對高等教育領域帶來巨大機遇。從2018 年“5G+未來教育”的提出、2019 年“5G+人工智能應用創新實驗室”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5G 與教育的融合，探索新的高校教育、教學模式，尋求一條為教育高質量發展的新時代路徑。[3]隨著5G 網絡的普及和完善，高校教育如何順應時代，轉換本科教學模式、教學內容，實現教學改革，成為高校教育要解決的關鍵問題。作為高校教師，特別是計算機專業的教師，應該進一步提升和完善以下幾個方面：

（一）完善的線上教學新模式

在以往的高校教學過程中，線上教學作為教學輔助的一部分，主要用于專業課程相關資料的補充來使用，在教學結構中只占很小的比例，沒有引起大多數教師的重視。近幾年由于新冠病毒疫情的原因，各大高校加大線上教學的比例，線上教學成為教學的主要方式和手段。但是，在4G 條件下的線上教學過程中，大量的問題也隨之出現：由于帶寬的限制、平臺的不穩定，教師在教學過程中不能保證授課的流暢性、不能完全地掌握學生的學習狀態、不能保證與學生在課堂上的實時性互動；在線上教學的考核中，經常會出現并發性的網絡阻塞；在線上教學的實踐中，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。教學過程單一、趣味性差，效果達不到預期的目標。

5G 網絡的主要特點是具有較高的數據傳輸和處理速率、較低的延時、較低的功耗和大規模設備的連接。5G 網絡的發展和普及會使得線上教學模式更加完善，高效的數據傳輸可以保證線上教學的流暢性；極低的延時可以讓教師與學生實現實時互動，教師要做的就是提高在線教學能力，熟練掌握各種應用軟件的使用，豐富優秀的專業教學素材，完善視頻、音頻、仿真設計平臺等教學資源數據庫?？梢蚤_展“以學生為中心”的課堂教學討論、課堂成果展示、主題演講、開發技術介紹等教學活動，激發學生的學習熱情和學習動力。充分利用現代化教學手段，在教學過程中采用自行編制的輔助教學軟件等進行輔助教學，增加課堂的生動性，改善課堂教學效果，構建“互聯網+教學”“智能+教學”的新形態?？梢詢灮嚓P慕課課程的實施，提高網絡在線答疑、翻轉課堂的效果。5G 使得教學空間和教學資源巨大化，進而提高了學生的學習積極性，滿足高校教育的個性化、精準化、智慧化需求。

（二）關注與5G 相關的教學新內容

高校教育的內容應該是具有專業性、實踐性和先進性的，這就要求教師在教學過程中，依據本專業特點，不斷更新自己的教學內容。在本科教學過程中，特別是計算機專業的教學中，一定要摒棄傳統教學內容單調、教學方式單一的缺點，讓學生了解5G 和計算機各個專業學科的緊密聯系，提高學生的學習興趣。在教學內容上，要重點在以下幾個方面實現更新：

一是5G 和4G 有著本質上的區別。比如網絡架構的呈現方式不同、控制面和用戶面的分離不同，還有網絡的接口和相關協議也不相同。這些不同不僅僅是技術上的升級換代，還成為加快社會相關各個產業升級及經濟發展的重要因素，而學生對5G 的深刻認識可以為5G 的應用打下良好的專業基礎。二是5G 技術加速了物聯網（loT）及相關技術的實現。物聯網的目的就是要所有的東西都能上網，而5G 的到來，就可以真正實現萬物互聯這個目標。三是5G 的實現會使得人工智能（AI）得到飛躍發展。當物聯網實現之后，每一個單獨設備里面的人工智能就互相聯系起來了，所有的數據收集完之后，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、大數據等相關課程內容也同樣與5G 有著密切聯系，計算機專業的教師應與時偕行，將5G 協同這些專業技術深度融合，創建新型的教學方式，跟上時代的步伐，推動高等教育的個性化、智能化發展。

5G 的逐步完善和實現也帶來了一些新概念，比如元宇宙（Metaverse）和區塊鏈。2021 年世界最大的社交媒體軟件公司Facebook 將公司的業務從原來的社交媒體，轉向虛擬世界的打造，而這個虛擬的世界就是元宇宙。應用VR 技術，元宇宙可以改變目前視頻場景的“違和感”，創造真實場景氛圍。當然要實現一個非常完美的虛擬世界，還需要一個非常重要的技術——區塊鏈。區塊鏈是一種全新的思維方式，它通過信息共享來保證網絡中大量交互數據的安全性，所以區塊鏈技術也被稱為未來的核心技術。這些技術與5G 完美結合，必將改變我們的生活，改變世界格局。要讓學生知道這些前沿的技術和概念，培養學生的創新創業能力、跨界整合能力，建立多樣化和個性化的人才培養模式。

（三）體現課程思政新理念

課程思政以構建全員、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”作為教育根本任務的一種綜合教育理念。[4]在高校課程思政建設中，教師是教書育人實施的主體，也是課堂教學的第一責任人，課程內容的策劃、教學方式的選擇、課堂的管理都需要教師的積極投入和深入思考。

通過引導學生回顧中國網絡通訊技術的發展史，無疑是我們進行課程思政的一個成功案例。縱觀網絡通訊技術這幾十年的發展歷程，在我國的發展絕不是一帆風順的。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，體現了中國強大的綜合國力，也體現了用科技增強國家競爭力的堅定信念。以“華為”為代表的中國企業在這個過程中起到了關鍵性的作用。同時，“中興”“大唐電信”兩大企業的逐漸崛起，讓美國感到不安，于是對我國企業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。“華為”和“中興”不肯甘居人后，又扛起了5G 芯片研發的大旗，并且在2019 年正式發布了自主研發的首款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容中，明確事件的時代意義，對學生進行愛國主義教育，培養學生錘煉精品的工匠精神，堅定責任主體意識，提升學生的科技強國意識和競爭意識，讓學生對科技強國有更為深刻的認知?？傊n程思政建設要切實發揮課堂育人主陣地作用，實現價值引領、能力培養、知識傳授相統一，達到立德樹人的目的。

（四）打造5G 時代的教學新環境

基于5G 網絡，高校教師可以借助VR（虛擬現實）、AR（增強現實）、XR（擴展現實）構建新的教學環境?；赩R/AR 技術教學的優勢在于更直觀、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 的應用更加完美、更加人性化。全新的教學環境能使學生更加自主化地學習，不受帶寬和地點的限制。對于學生來說可以在任何時間、任何地點實現無差別學習，真正實現教育均衡，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計更好的教學形式和內容，進而實現人性化管理，提高教育資源利用率。教師可以使用一些可靠、成熟的軟件構建教學環境，對于計算機專業的教師來說，還可以指導學生設計、開發符合自己需求的環境，提高學生解決實際問題的能力。

高校教師還應該充分應用5G 相關技術，與教學內容、教學資源有效結合，積極探索各個專業間的跨界合作模式及與企業合作創新的模式。在相關專業間的跨界合作中，其他專業的知識可以通過學生自學和選修相關課程來掌握。跨界合作、校企合作的模式不僅可以拓寬專業教師的視野，還可以拓寬專業知識的應用范圍。對于高校學生，不僅能培養學生的團隊合作精神，更能讓學生及早認識到社會的需求以及所學專業的應用前景。作為計算機專業的高校教師，應該優化以實踐項目為依托的教學模式，創建新的教學實踐訓練場景模式。在課程實踐和實驗設計中，做到進一步以項目驅動為核心，加大工程實踐技術的比重，充分發揮計算機專業的應用特性，面向學生就業需求修訂課程教學內容。為加強學生團隊協調和合作能力，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容。在考核的過程中，為適應工程專業的實踐能力要求，可以依照“工程認證”的模式，引入達成度的考核機制?？傊?，所有的改革創新都要以學生為中心，突出高校專業教學的特殊性，有針對性地培養5G 技術人才。

三、“四新”模式展望

教學改革絕非是一蹴而就的事情，特別是5G 時代背景下，教學、資源、環境的改革過程中更要加入反饋、評價機制，并依此做出調整，“呼喚新型豐富規則”“呼喚新型價值導向”[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，進而使教學改革更加實用、更加平等、更加安全。最終達到重塑教學生態，做好數字化教學資源建設和線上一流課程建設工作，積極推動信息化與教育教學深度融合。路漫漫其修遠兮，網絡技術還在以飛快的速度繼續發展著，6G 通訊技術也將如期而至。目前，我國已經著手開始6G 技術的探索，并且走在了世界前列，相信我國在經歷從1G 的空白到5G 的領跑過程之后，在6G 的道路上能夠繼續取得輝煌成就，而高校的“四新”教學模式也將會有新的內涵充實，助推計算機教學更好地服務社會。