“雙碳”背景下電子信息類課程教學改革的思考

［摘 要］ “雙碳”作為國家重大戰(zhàn)略決策，是未來經(jīng)濟發(fā)展的必由之路。在新一代信息技術深度賦能傳統(tǒng)行業(yè)轉型升級的當下，發(fā)揮好信息技術優(yōu)勢，助力“雙碳”目標實現(xiàn)至關重要。因此，高等學校在電子信息類人才培養(yǎng)過程中，應緊密圍繞“雙碳”目標，積極做好專業(yè)課程建設。以“通信網(wǎng)絡基礎”課程為例，深刻剖析了“雙碳”背景下電子信息類課程教學存在的問題，并從教學目標、教學內容和教學方法等方面給出了課程教學改革的思路和舉措，旨在為如何培養(yǎng)實現(xiàn)“雙碳”目標的電子信息類專業(yè)人才提供參考與借鑒。

［關鍵詞］ “雙碳”；電子信息類；課程教學改革

［基金項目］ 2024年度北京工業(yè)大學教育教學研究課題“‘雙碳’背景下的電子信息類專業(yè)課程建設與育人模式研究：以‘通信網(wǎng)絡基礎’課程為例”（ER2024RCB04）；2023年度北京工業(yè)大學“三全育人”教師團隊培育項目“信息與通信工程專業(yè)產(chǎn)學研合作協(xié)同‘三全育人’創(chuàng)新平臺建設”（SQYR2023-01）；2023年度中國電子教育學會教育教學改革研究項目“校企深度融合下校外實踐基地課程思政體系構建與實踐”（DJY23001）

［作者簡介］ 李 萌（1988—），男，北京人，博士，北京工業(yè)大學信息科學技術學院副教授，主要從事通信網(wǎng)絡和邊緣智能與資源調度研究；孫恩昌（1977—），男，山東日照人，博士，北京工業(yè)大學信息科學技術學院副教授，主要從事寬帶通信與軟件定義網(wǎng)絡和衛(wèi)星通信研究；竇慧晶（1969—），女，吉林長春人，博士，北京工業(yè)大學信息科學技術學院副教授，主要從事信號處理和信號參量估計研究。

［中圖分類號］ G420 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）40-0055-05 ［收稿日期］ 2023-08-24

目前，全球每年向大氣排放約510億噸的溫室氣體，要避免氣候災難，需要停止向大氣中排放溫室氣體，實現(xiàn)零排放。作為世界上最大的發(fā)展中國家和最大的煤炭消費國，我國盡快實現(xiàn)碳達峰，并與其他國家共同努力到21世紀中葉左右實現(xiàn)二氧化碳凈零排放，對全球氣候應對至關重要。2020年9月，習近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上宣布，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和［1］。2021年10月，中共中央、國務院印發(fā)《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》提出，實現(xiàn)碳達峰、碳中和，是以習近平同志為核心的黨中央統(tǒng)籌國內國際兩個大局作出的重大戰(zhàn)略決策，是著力解決資源環(huán)境約束突出問題、實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展的必然選擇［2］。同年，教育部印發(fā)《高等學校碳中和科技創(chuàng)新行動計劃》，要求充分發(fā)揮高校基礎研究深厚和學科交叉融合的優(yōu)勢，加快構建高校碳中和科技創(chuàng)新體系和人才培養(yǎng)體系，著力提升科技創(chuàng)新能力和創(chuàng)新人才培養(yǎng)水平［3］。2022年教育部印發(fā)《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養(yǎng)體系建設工作方案》，以推進高校碳中和的緊缺人才培養(yǎng)，并提高“雙碳”相關專業(yè)人才培養(yǎng)質量［4］。

“雙碳”目標的實現(xiàn)離不開全社會和各行業(yè)的共同參與。作為支撐各領域信息化、數(shù)字化和智能化轉型發(fā)展的新一代信息技術產(chǎn)業(yè)在“雙碳”目標中扮演了重要的角色，將深度賦能經(jīng)濟社會的綠色發(fā)展，也是加快傳統(tǒng)行業(yè)節(jié)能降耗的重要手段之一。因此，在電子信息類專業(yè)的教學過程中應融入“雙碳”理念，特別是針對相關的專業(yè)課程，在授課過程中應更加突出強調信息技術助力產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展升級的潛力和優(yōu)勢，與課程思政相結合，強化學生的創(chuàng)新思維和責任意識。圍繞“雙碳”目標決策，深化電子信息類專業(yè)的課程教學改革，將授課內容與國家戰(zhàn)略和行業(yè)需求相結合，提升學生的專業(yè)能力和綜合素養(yǎng)，為早日實現(xiàn)“雙碳”目標提供專業(yè)的信息技術人才支撐。

一、“雙碳”目標背景下電子信息類課程教學存在的問題和不足

（一）課程內容與“雙碳”目標缺乏融合

“雙碳”目標倡導綠色、環(huán)保、低碳的生活方式，可加快降低碳排放步伐，有利于引導綠色技術創(chuàng)新，提高產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟的全球競爭力。我國持續(xù)推進產(chǎn)業(yè)結構和能源結構調整，大力發(fā)展可再生能源，著力支持節(jié)能減排降耗新技術發(fā)展，努力兼顧經(jīng)濟發(fā)展和綠色轉型同步進行［5］。作為高等學校支撐服務“雙碳”目標，以環(huán)境科學、材料科學和管理科學等為代表的相關學科和專業(yè)均在原有學科特色基礎上聚焦碳減排增匯、可再生能源利用、綠色金融等領域，通過更新培養(yǎng)方案、修訂課程大綱、增設專業(yè)課程等方式，培養(yǎng)具備綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展思維、掌握專業(yè)資源環(huán)境科學技術與管理技能的高水平人才［6］。

然而，在“雙碳”目標背景下，相比于環(huán)境科學、材料科學或管理科學等相關領域的專業(yè)學科，電子信息類專業(yè)的課程教學內容與“雙碳”目標融合的程度相對較低，課程目標設定中通常未能考慮信息技術賦能“雙碳”目標的作用和兩者之間的相互關系，授課教師在課程內容講授過程中也容易忽略信息技術如何有效支撐“雙碳”目標實現(xiàn)等內容。以“通信網(wǎng)絡基礎”課程為例，該課程是為面向工科電子信息類通信工程專業(yè)和電子信息工程專業(yè)開設的專業(yè)基礎課程，課程主要涉及通信網(wǎng)絡系統(tǒng)結構、通信協(xié)議體系概念、多址接入方法以及路由選擇等內容。課程內容不僅專業(yè)性和理論性強，而且需要培養(yǎng)學生具有一定的動手實踐能力。然而，在該課程的教學目標和教學內容制定過程中，通常并未考慮將其與“雙碳”目標相融合。在課程內容講授過程中，授課教師也僅圍繞通信網(wǎng)絡系統(tǒng)及其相關技術開展課堂教學，與“雙碳”目標相聯(lián)系的教學內容或啟發(fā)性問題涉及較少。同時，學生在課程學習過程中，更多關注于通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的基本概念、網(wǎng)絡協(xié)議的配置方法及在處理數(shù)據(jù)傳輸方式、降低通信時延、選擇路由機制等方面的內容，對于通信網(wǎng)絡系統(tǒng)在實際應用中如何與“雙碳”目標相融合、通信網(wǎng)絡系統(tǒng)如何助力“雙碳”目標實現(xiàn)等問題并未展開過多的思考與討論。因此，在信息技術快速發(fā)展和“雙碳”目標的背景下，電子信息類課程教學內容與“雙碳”目標相融合、專業(yè)課程教學目標與國家重大戰(zhàn)略決策相統(tǒng)一等問題亟待解決。

（二）課程內容無法滿足與時俱進的需求

電子信息類的專業(yè)課程通常涉及與數(shù)據(jù)獲取、處理、分析、傳輸和應用相關的內容，課程涵蓋包括信息與通信技術、計算機科學、大數(shù)據(jù)技術、信息管理等廣泛領域。此外，電子信息類的專業(yè)課程內容通常還具有技術更迭演進快、實際應用導向強、前沿技術密集、跨學科性質和強調實際工程問題解決等特點，電子信息類專業(yè)課程著力培養(yǎng)學生在信息技術飛速發(fā)展的時代背景下掌握所需的技能和能力，使學生能夠應對信息與通信領域不斷變化的新技術、新問題和新挑戰(zhàn)［7］。

然而，在實際課堂教學過程中，課堂的授課內容與前沿技術演進發(fā)展往往無法做到及時同步更新，導致授課內容滯后于新技術的發(fā)展，也缺乏與國家的重大戰(zhàn)略決策的及時呼應。以“通信網(wǎng)絡基礎”課程為例，課堂授課內容主要聚焦在通信網(wǎng)絡系統(tǒng)層面，更多關注網(wǎng)絡協(xié)議與數(shù)據(jù)傳輸機制等問題，而在當前實際應用的通信網(wǎng)絡系統(tǒng)中，已不再僅關注通信網(wǎng)絡系統(tǒng)本身所涉及的技術問題，而是需要統(tǒng)籌考慮融合通信、存儲、感知、計算等環(huán)節(jié)的“通存感算”一體化的系統(tǒng)設計方法［8］。同時，通信網(wǎng)絡系統(tǒng)在實際授課過程中，往往未能充分突出和體現(xiàn)設備能耗、系統(tǒng)能效性、網(wǎng)絡協(xié)同配置等影響到系統(tǒng)節(jié)能降耗的關鍵技術和性能指標，導致授課的理論內容與實際工程應用還有一定的差距。此外，教師在課堂授課時更多講授與通信網(wǎng)絡系統(tǒng)相關的核心理論和主要技術等內容，雖在課程思政內容中引入了一些涉及國家重大戰(zhàn)略決策和解決行業(yè)“卡脖子”問題的相關案例，但存在授課內容與最新的行業(yè)需求聯(lián)系不夠緊密、內容同步更新不夠及時、課程內容滯后于科學技術發(fā)展和國家戰(zhàn)略決策等問題。因此，在電子信息類專業(yè)課程教學改革中，應以加快實現(xiàn)“雙碳”目標為導向，在課程內容設置上，教師應合理安排課程理論教學內容與前沿技術更新的同步，與時俱進地引入與課程內容相匹配的國家重大戰(zhàn)略決策和前沿核心技術，盡可能減少課程內容滯后于實際應用需求的問題。

（三）課程內容未能激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維

信息與通信技術領域不斷發(fā)展和創(chuàng)新，需要具備創(chuàng)造性思維的人才推動和應對變化，因此創(chuàng)造性思維在電子信息類專業(yè)課程的學習過程中具有十分重要的地位。同時，信息與通信技術所涉及的相關領域發(fā)展迅速，技術演進更迭頻繁，創(chuàng)新也是驅動行業(yè)前進的關鍵［9］。因此，創(chuàng)造性思維能夠激發(fā)學生圍繞本學科領域提出新的想法、見解和解決方案，推動信息與通信技術的創(chuàng)新和發(fā)展。此外，信息與通信技術領域常常涉及較為復雜的問題和挑戰(zhàn)，創(chuàng)造性思維可以幫助學生從不同角度分析問題，提出有針對性的獨特解決方案。

然而，在以“通信網(wǎng)絡基礎”為代表的電子信息類專業(yè)理論課程教學過程中，授課教師多側重于講解與通信網(wǎng)絡系統(tǒng)相關的理論知識，強調通信系統(tǒng)及網(wǎng)絡協(xié)議的重要性，往往忽略了應圍繞國家戰(zhàn)略需求和行業(yè)痛點、引導和啟發(fā)學生基于課堂所學的理論知識、培養(yǎng)獨立動手解決實際應用問題的能力。特別是在“雙碳”目標背景下，傳統(tǒng)行業(yè)的綠色轉型升級亟須信息與通信技術賦能實現(xiàn)。如何利用好課程中相關的基礎理論知識，并結合行業(yè)的實際需求和特點，提出合理且行之有效的解決方案，是培養(yǎng)新時代信息類人才應思考的重要問題之一。因此，在“雙碳”目標背景下，電子信息類專業(yè)課程任課教師應深入挖掘專業(yè)理論知識與行業(yè)需求的結合點，通過改進教學內容、優(yōu)化教學方法、設置實踐環(huán)節(jié)，引導學生基于課堂所學理論知識解決不同行業(yè)的綠色轉型需求和痛點問題，充分激發(fā)學生獨立思考并解決實際工程問題的能力，落實理論與實踐相結合的人才培養(yǎng)目標。

二、“雙碳”目標背景下電子信息類課程教學改革策略和方法

（一）制定“雙碳”與課程思政相融合的教學目標

教學目標在課堂教學過程中具有顯著的重要性，是教學活動的指導方向和評估標準。目前，課程思政建設在專業(yè)課教學過程中已經(jīng)得到了較好落實，師生均對課程思政與專業(yè)課教學相結合的教學方式表示高度認可，且育人效果顯著。在“雙碳”背景下，應進一步借鑒課程思政建設的寶貴經(jīng)驗，發(fā)揮課程思政與專業(yè)課教學融合過程中潤物無聲的教育理念和獨到優(yōu)勢，著力培養(yǎng)滿足國家戰(zhàn)略需求的高水平優(yōu)秀人才。

在以“通信網(wǎng)絡基礎”為代表的電子信息類專業(yè)課程教學目標制定中，應牢牢把握信息與通信技術對“雙碳”目標實現(xiàn)的賦能作用和支撐關系，并將通信網(wǎng)絡的基本結構和關鍵技術等知識點與思政元素緊密融合，將綠色低碳和節(jié)能減排理念納入“通信網(wǎng)絡基礎”課程教學體系中。通過結合思政元素引入生動的實際應用案例，教育并引導學生在掌握通信網(wǎng)絡的基本概念、基本理論、基本方法及提升通信網(wǎng)絡問題求解的水平的同時，突出強調通信網(wǎng)絡技術如何能夠助力傳統(tǒng)行業(yè)綠色低碳轉型升級、如何解決部分行業(yè)高能耗低能效的棘手問題。依托“雙碳”背景下課程教學目標的建立，使學生通過課程學習不僅能夠掌握獨立分析和解決通信網(wǎng)絡中簡單問題的基本能力，更能夠圍繞“雙碳”目標和行業(yè)綠色節(jié)能降耗的具體需求，聯(lián)系所學的通信網(wǎng)絡相關專業(yè)知識，設計出針對性強、可行性高的有效解決方案。

（二）設計“雙碳”與教學目標相統(tǒng)一的教學內容

教學內容是課堂教學過程的重要體現(xiàn)，是教育過程中傳遞知識、培養(yǎng)技能、塑造價值觀和發(fā)展思維能力的核心要素。同時，教學內容也是將知識傳遞給學生的主要途徑，有助于學生獲得特定領域的知識和信息，幫助學生達成學習目標。因此，在“雙碳”目標背景下，應圍繞并結合教學目標，設計好專業(yè)知識與國家戰(zhàn)略決策相融合的教學內容，從而有效引導學生有針對性地學習，培養(yǎng)學生多方面的能力，促進其全面發(fā)展，滿足國家和社會對高水平人才的需求。因此，在“通信網(wǎng)絡基礎”課程的教學內容設計中，應立足傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡技術內容和知識點，深入挖掘信息與通信網(wǎng)絡支撐行業(yè)綠色低碳升級的關鍵技術和重要手段，發(fā)揮信息技術可降低產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)成本和碳排放量等方面的優(yōu)勢。同時，基于傳統(tǒng)課程內容，如通信網(wǎng)絡協(xié)議體系、網(wǎng)絡傳輸協(xié)議、網(wǎng)絡時延分析等知識點，進一步結合當前前沿的5G、6G、空天地海網(wǎng)絡一體化、邊緣緩存與計算、大數(shù)據(jù)及人工智能等信息技術，通過優(yōu)化更新部分專業(yè)知識的教學內容，并與“雙碳”目標需求相呼應，在實現(xiàn)課程教學知識點與關鍵技術升級同步、教學內容與行業(yè)應用相結合的同時，引導學生思考當前主流的信息與通信技術如何提升通信網(wǎng)絡系統(tǒng)性能，如何降低通信網(wǎng)絡系統(tǒng)自身的能耗開銷及如何助力傳統(tǒng)行業(yè)的節(jié)能減排降耗。此外，在現(xiàn)有教學內容，特別是針對通信網(wǎng)絡系統(tǒng)建模、頻譜選擇、功率控制、多址技術及路由算法等內容的教學過程中，需結合綠色低碳通信網(wǎng)絡的運行特點，增加新能源節(jié)能降耗模型、綠色通信技術、智能頻譜感知和路由選擇等相關內容，以頻譜資源、計算資源和存儲資源的高效利用及基站和設備的功率智能動態(tài)調整為重點，增加邊緣智能節(jié)點部署、通信資源使用調峰、智能感知網(wǎng)絡資源、分布式節(jié)點資源共享與協(xié)同調度等節(jié)能降耗相關的教學內容。通過一系列的課程內容更新和優(yōu)化，在保證教學內容和理論知識點講授不打折扣的前提下，適當增加前沿通信技術與垂直行業(yè)應用的實際案例。基于理論知識與實際應用相結合，有助于學生夯實在“雙碳”背景和目標下“通信網(wǎng)絡基礎”課程知識的理解和應用，使教學內容更好地服務于新形勢下綠色低碳通信系統(tǒng)的建模和設計，貼合前沿信息與通信技術賦能傳統(tǒng)行業(yè)數(shù)字化、智能化、綠色化的工程實際，為學生未來走上工作崗位打下堅實的理論基礎。

（三）優(yōu)化“雙碳”與教學內容相結合的教學方法

教學方法在課堂教學過程中起著至關重要的作用，是教師實施教學活動的重要手段和方式，適當?shù)慕虒W方法能夠充分調動學生參與課堂教學的積極性，促進學生的有效學習和全面發(fā)展。教師應根據(jù)課程目標、課程內容、學科與專業(yè)要求及學生的特點選擇合適的教學方法，實現(xiàn)有效的課堂教學和知識講授過程。因此，在“雙碳”背景下，應圍繞國家的重大戰(zhàn)略需求和傳統(tǒng)行業(yè)綠色低碳轉型過程中的痛點問題，采取有效的課堂教學方法，引導學生進行深入的思考、分析和探究，結合理論知識提出解決實際工程問題的有效方法。同時，可通過課上互動、課下調研和實踐活動等方式，使學生可以更好地理解、掌握和應用所學的知識。

就“通信網(wǎng)絡基礎”課程而言，教師在授課過程中應緊密圍繞“雙碳”理念，始終貫徹執(zhí)行理論聯(lián)系實際的教學方法，學生通過學習理論基礎知識與實踐專業(yè)知識應用，深度培養(yǎng)自身發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題的能力。在理論知識學習層面，教師可通過傳統(tǒng)的課堂講授和多媒體演示的教學方法，為學生講解通信網(wǎng)絡鏈路架構、協(xié)議體系、傳輸與時延分析等內容，了解并掌握通信系統(tǒng)的工作原理、工作方式和技術指標特征。同時，應聯(lián)系實際生活中通信技術應用的具體案例，通過提問或探討等方式與學生圍繞知識點進行課堂互動交流，引導學生進一步延伸思考，提出面向傳統(tǒng)通信系統(tǒng)解決節(jié)能降耗問題和實現(xiàn)綠色低碳的可行設計思路或有效解決方案。在專業(yè)能力培養(yǎng)層面，教師可采用視頻素材播放、模擬仿真軟件或現(xiàn)場實物實驗演示等教學方法，讓學生基于所學的通信網(wǎng)絡系統(tǒng)基礎理論知識，熟練掌握面向不同行業(yè)應用或實際需求的網(wǎng)絡系統(tǒng)設計、協(xié)議體系及分層設計、數(shù)據(jù)傳輸時延分析與優(yōu)化以及網(wǎng)絡資源動態(tài)配置與部署的能力。此外，鼓勵學生針對“雙碳”目標，實際動手模擬仿真設計綠色低碳的通信系統(tǒng)，通過融合前沿通信技術或智能優(yōu)化算法，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的高效利用，有效提升行業(yè)應用通信系統(tǒng)時所涉及的頻譜、計算、存儲等資源的使用效率。在專業(yè)素質提升層面，教師應緊密結合“雙碳”目標，通過邀請相關行業(yè)專家開設線上或線下講座、組織學生在課余時間赴相關企業(yè)開展調研走訪并在課堂上分享調研成果等形式，引導學生自主思考“雙碳”建設的重大意義及如何運用專業(yè)知識助力“雙碳”目標的實現(xiàn)，讓學生樹立發(fā)揮專業(yè)技能解決國家重大戰(zhàn)略需求的愛國主義情懷。此外，教師在授課過程中還可結合科技發(fā)展對環(huán)境與生態(tài)影響等國內外實際案例，進一步啟發(fā)學生站在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的高度看待信息科技的發(fā)展歷程，鼓勵學生對信息科技變革對全球氣候變暖、能源危機、生態(tài)環(huán)境保護等問題的思考，使學生認識到通過所學的專業(yè)知識能夠深度參與并解決實現(xiàn)綠色低碳將面臨的問題，從而提升學生對專業(yè)知識學習的濃厚興趣和熱情，培養(yǎng)學生的責任感和使命感。

結語

當前，在“雙碳”目標背景下，傳統(tǒng)行業(yè)正在加快實現(xiàn)數(shù)字化、信息化、智能化及綠色化的轉型升級，在此過程中，具備“雙碳”理念的電子信息類專業(yè)人才不可或缺。因此，作為電子信息類專業(yè)的相關專業(yè)課程，應以國家重大戰(zhàn)略需求為導向，不斷持續(xù)優(yōu)化改進課程目標、完善課程內容、提高教學水平，將“雙碳”理念有機融入課程教學全過程。在做好高等學校專業(yè)課程教學與“雙碳”目標需求相統(tǒng)一的同時，培養(yǎng)助力“雙碳”目標實現(xiàn)的電子信息類創(chuàng)新型專業(yè)優(yōu)秀人才。

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Reflection on Curriculum Reform in Electronic Information Courses in the Context of “Double Carbon”： A Case Study of Fundamentals of Communication Networks

LI Meng， SUN En-chang， DOU Hui-jing

（College of Information Science and Technology， Beijing University of Technology，

Beijing 100124， China）

Abstract： As a significant national strategic decision， “double carbon” has been regarded as the inevitable path for future economic development. Currently， the new generation of information technology has deeply empowered to traditional industries to transformation and upgrading. Leveraging the advantages of information technology to support the achievement of the “double carbon” is deemed as paramount importance. Therefore， institutions of higher education should closely align their talent cultivation processes in the field of electronic information with the “double carbon” strategy and actively focus on the construction of specialized courses. Taking the course “Fundamentals of Communication Networks” as an example， this article thoroughly analyzes the existing issues in the teaching of electronic information courses under the background of the “double carbon”. This paper provides insights and measures for curriculum reform from the perspectives of teaching objectives， content， and methods， and aims to offer reference and inspiration for nurturing professionals in the field of electronic information who can contribute to realizing the “double carbon” objectives.

Key words： “double carbon”; electronic information; curriculum teaching reform