面向研究型大學(xué)的移動計算導(dǎo)論教學(xué)方法

阮 利，盛 浩，肖利民，牛建偉，王 悅

（1.北京航空航天大學(xué) 計算機(jī)學(xué)院，北京 100191；2.北京航空航天大學(xué) 外國語學(xué)院，北京 100191）

0 引言

隨著我國科技、政治、經(jīng)濟(jì)和文化水平的不斷提高，高水平的研究型大學(xué)在我國科研創(chuàng)新體系建設(shè)、社會發(fā)展、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技進(jìn)步、文化繁榮、國家安全等方面都發(fā)揮著越來越重要的作用。《中國學(xué)位與研究生教育發(fā)展戰(zhàn)略報告（2002—2010）》專門指出，“研究型大學(xué)是我國科教興國的強(qiáng)大生力軍，應(yīng)在辦好研究生院的基礎(chǔ)上重點(diǎn)建設(shè)一批研究型大學(xué)，以對我國的學(xué)位與研究生教育起示范帶頭作用，提高我國學(xué)位與研究生教育參與國際競爭的能力”。研究型大學(xué)的一個重要特征是以“創(chuàng)新性的知識傳播、生產(chǎn)和應(yīng)用為中心，以產(chǎn)出高水平的科研成果和培養(yǎng)高層次精英人才為目標(biāo)”。本科生是研究型大學(xué)的重要產(chǎn)出和培養(yǎng)目標(biāo)之一，是我國建設(shè)國家創(chuàng)新體系和未來奪取世界知識經(jīng)濟(jì)制高點(diǎn)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(lián)網(wǎng)、分布式計算等新技術(shù)的不斷發(fā)展而興起的一門新學(xué)科。近幾年，隨著5G+、邊緣計算、大數(shù)據(jù)計算、社會計算等的共同作用，移動計算已經(jīng)和互聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)并列成為當(dāng)今世界發(fā)展最快、市場潛力最大、前景最誘人的兩大核心應(yīng)用領(lǐng)域，其研究及應(yīng)用創(chuàng)新已逐漸成為全球研究界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，同時也成為重要的研究熱點(diǎn)和就業(yè)方向。

1 實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)驅(qū)動的移動計算導(dǎo)論課程教學(xué)模型

培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力是研究型大學(xué)計算機(jī)課程教學(xué)面臨的兩大調(diào)整，面向研究型大學(xué)的實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)驅(qū)動的移動計算課程教學(xué)模型如圖1 所示。該模型主要包括基于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生素質(zhì)驅(qū)動的課程目標(biāo)建立、基于目標(biāo)驅(qū)動的學(xué)生職業(yè)和選課規(guī)劃調(diào)研、基于競賽或科研論文產(chǎn)出的作業(yè)選題、基于迭代的課程作業(yè)完成以及適于差異化學(xué)生的教師迭代指導(dǎo)。

圖1 實(shí)踐和研究能力培養(yǎng)驅(qū)動的移動計算教學(xué)模型

1）基于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生素質(zhì)驅(qū)動的移動計算課程目標(biāo)建立。

中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會制定的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》為研究型大學(xué)學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量提供了一個規(guī)范化的目標(biāo)，此外，學(xué)生素質(zhì)的差異化是設(shè)定課程目標(biāo)的重要依據(jù)?；谏鲜鰞牲c(diǎn)，核心設(shè)計思路是以此標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生素質(zhì)為抓手制訂課程目標(biāo)，最終滿足對學(xué)生實(shí)踐和科研能力的綜合培養(yǎng)目標(biāo)。

2）基于目標(biāo)驅(qū)動的移動計算教學(xué)對象職業(yè)和選課規(guī)劃調(diào)研。

研究型大學(xué)中教學(xué)對象有自己對于就業(yè)、考研、出國等的職業(yè)規(guī)劃以及選課規(guī)劃，已有的實(shí)踐、科研經(jīng)驗(yàn)積累等直接決定了學(xué)生對課程的期待以及教師的授課重點(diǎn)，因此必須注重開課后對學(xué)生的調(diào)研，而調(diào)研結(jié)果是課程組制訂個性化教案的基礎(chǔ)。

3）基于競賽或科研論文產(chǎn)出的移動計算作業(yè)選題。

未來的研究型大學(xué)中，有一大部分學(xué)生曾有高中到大學(xué)期間參加ACM 數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理、計算機(jī)等競賽的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)入大學(xué)后，學(xué)生對競賽的參與度也是非常高的，同時大學(xué)生涯中的競賽是對學(xué)生實(shí)踐能力的鍛煉，是一種重要的能被認(rèn)可的公開評價模式，除此之外，科研論文的產(chǎn)出能力也是具有出國、考研等進(jìn)一步深造潛力的學(xué)生希望提升的能力?；谏鲜鰧W(xué)生素質(zhì)的分析，論文、競賽等訓(xùn)練是研究型大學(xué)課程設(shè)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(fā)表科研論文產(chǎn)出的作業(yè)選題模式，以適應(yīng)學(xué)生素質(zhì)的基本情況，以及未來研究型大學(xué)對人才的科研等綜合素質(zhì)具有更高要求的實(shí)際挑戰(zhàn)。

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(yè)完成。

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

5）適于差異化移動計算教學(xué)對象的教師迭代指導(dǎo)。

學(xué)生作業(yè)采用迭代多輪提交模式，對教師提出了要對差異化的學(xué)生提供迭代指導(dǎo)的要求，以幫助學(xué)生更好地掌握知識點(diǎn)，并加強(qiáng)實(shí)踐和科研深度和寬度。

2 實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)驅(qū)動的移動計算導(dǎo)論課程教學(xué)實(shí)踐

2.1 基于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生素質(zhì)的課程目標(biāo)

2.1.1 課程目標(biāo)

首先結(jié)合移動計算技術(shù)前沿性和實(shí)踐強(qiáng)的特點(diǎn)，基于課程現(xiàn)有的教學(xué)基礎(chǔ)和現(xiàn)狀，通過調(diào)研對比分析國內(nèi)外移動計算技術(shù)的最新教學(xué)現(xiàn)狀，包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)實(shí)驗(yàn)手段等，并以實(shí)踐和科研能力培養(yǎng)為核心驅(qū)動，對既有的課程簡介和教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行改革。新的移動計算導(dǎo)論課程簡介如下。

移動計算領(lǐng)域是一個發(fā)展極快、潛力極大、市場極廣的領(lǐng)域。本課程介紹了移動計算的演變歷史、無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、移動通信協(xié)議、移動自組網(wǎng)絡(luò)（ad hoc）、移動計算模型、移動操作系統(tǒng)等方面的內(nèi)容，使學(xué)生了解日益普及的移動設(shè)備、移動互聯(lián)網(wǎng)等移動計算相關(guān)的基本原理和使用方法，了解移動計算技術(shù)發(fā)展的前沿動態(tài)，掌握利用移動計算工具開發(fā)移動應(yīng)用的基本原理和方法。通過學(xué)習(xí)，開闊學(xué)生的視野；通過實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生利用移動計算技術(shù)解決實(shí)際問題的能力。

北京航空航天大學(xué)計算機(jī)學(xué)院為本科生開設(shè)了移動計算導(dǎo)論專業(yè)課程，主要面向大三、大四年級的學(xué)生，面向包括電子信息工程學(xué)院、計算機(jī)學(xué)院、軟件學(xué)院、高等理工學(xué)院、中法工程師學(xué)院、北京學(xué)院、高等理工學(xué)院（華羅庚班）、北航學(xué)院等對象進(jìn)行選擇，共32 學(xué)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(guān)注基礎(chǔ)性、前沿性和應(yīng)用性融合；在實(shí)踐能力培養(yǎng)方面，重點(diǎn)是移動計算的基礎(chǔ)性知識、基本的應(yīng)用動手能力和思維方法訓(xùn)練，系統(tǒng)、深入地學(xué)習(xí)與運(yùn)用移動計算的創(chuàng)新應(yīng)用等內(nèi)容，啟迪系統(tǒng)性及創(chuàng)新思維方面的培養(yǎng)；在研究能力培養(yǎng)方面，重點(diǎn)是掌握適于本科生的移動計算科學(xué)研究方法，促進(jìn)學(xué)生開展移動計算的科研創(chuàng)新實(shí)踐。

2.1.2 課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系分析

課程設(shè)計過程中，基于中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會制定的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》，以畢業(yè)要求目標(biāo)驅(qū)動的方式，同時結(jié)合研究型大學(xué)的學(xué)生特點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容，建立一套適于研究型大學(xué)的移動計算課程目標(biāo)，為培養(yǎng)出合格的研究型大學(xué)學(xué)生制訂規(guī)范化的依據(jù)。課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系見表1。

表1 移動計算導(dǎo)論課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系

（續(xù)）表1

對標(biāo)畢業(yè)設(shè)計目標(biāo)，將實(shí)踐和研究能力培養(yǎng)驅(qū)動的移動計算導(dǎo)論課程的教學(xué)目標(biāo)細(xì)化分解為以下3 點(diǎn)。

（1）了解移動計算的發(fā)展歷程和體系結(jié)構(gòu)，掌握相關(guān)支撐技術(shù)基本概念、核心技術(shù)前沿知識和發(fā)展現(xiàn)狀。

（2）通過對移動計算技術(shù)以及開發(fā)實(shí)例的介紹，開闊學(xué)生視野，促進(jìn)他們從設(shè)計者的角度思索如何使用先進(jìn)的技術(shù)手段，對各種生活中的需求進(jìn)行分析和設(shè)計實(shí)現(xiàn)。了解移動計算技術(shù)工程化實(shí)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(yīng)用到具體的工程實(shí)踐過程中。

（3）了解移動計算技術(shù)發(fā)展的前沿科技和產(chǎn)業(yè)界動態(tài)，掌握面向移動計算的科學(xué)研究方法。

2.2 實(shí)踐和科研能力培養(yǎng)驅(qū)動的課程教學(xué)體系

實(shí)踐和科研能力培養(yǎng)驅(qū)動的教學(xué)方法，在傳統(tǒng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)增加面向移動計算的研究方法講解和實(shí)踐。最終的課程教學(xué)體系見表2，主要包括基礎(chǔ)知識、關(guān)鍵技術(shù)、最新研究成果、移動計算研究方法、基于競賽/研究導(dǎo)向的實(shí)踐、企業(yè)前沿技術(shù)進(jìn)課堂、基于迭代質(zhì)量改進(jìn)的課程作業(yè)提交和課堂指導(dǎo)教學(xué)模塊。

表2 實(shí)踐和科研能力培養(yǎng)驅(qū)動的教學(xué)體系

2.3 實(shí)踐和科研能力培養(yǎng)驅(qū)動的教學(xué)流程

在教學(xué)理念方法上，本課程結(jié)合典型案例與科研項目講解，以三基性融合為主；教學(xué)目標(biāo)方面，以基本原理為主；在教學(xué)模塊上，涵蓋移動計算基礎(chǔ)知識、關(guān)鍵技術(shù)、最新研究成果、知名企業(yè)/專家學(xué)者課堂交流、課堂交流討論和創(chuàng)新實(shí)踐等環(huán)節(jié)；教學(xué)方法方面，以課題教學(xué)與驗(yàn)證試驗(yàn)為主，以項目設(shè)計、互動討論、自主開放實(shí)驗(yàn)為引導(dǎo)，采用迭代性的多輪指導(dǎo)方式。教學(xué)銜接上，采用基于過程的分層次、個性化的實(shí)踐驅(qū)動教學(xué)方法，在促進(jìn)學(xué)生移動計算技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)實(shí)踐的同時，個性化提升研究型大學(xué)中學(xué)生的實(shí)踐能力和科研能力，對接北京航空航天大學(xué)每年一度的“馮如杯”和校外移動計算相關(guān)的創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新競賽等，鼓勵學(xué)生選取適合自己的題目、學(xué)生移動計算科研實(shí)踐等環(huán)節(jié)。具體關(guān)鍵流程及其教學(xué)方法分析如下。

1）基于目標(biāo)驅(qū)動的學(xué)生個性化職業(yè)和選課規(guī)劃調(diào)研。

開課之后，開展基于目標(biāo)驅(qū)動的學(xué)生個性化職業(yè)和選課規(guī)劃調(diào)研，重點(diǎn)調(diào)研選課學(xué)生的職業(yè)規(guī)劃（包括考研、出國、就業(yè)）以及學(xué)生目前的選課規(guī)劃（實(shí)踐能力和科研能力），以便對學(xué)生進(jìn)行分層化培養(yǎng)，如分為出國的學(xué)生、就業(yè)的學(xué)生、考研的學(xué)生、其他學(xué)生?；谏鲜稣{(diào)研，選課學(xué)生的積極性和主動性得到激發(fā)。

2）基于競賽或科研論文產(chǎn)出的移動計算作業(yè)選題。

基于調(diào)研和面向移動計算研究方法的介紹，學(xué)生在此環(huán)節(jié)將面向競賽或科研產(chǎn)出不同目標(biāo)，學(xué)生完成選題和實(shí)踐。選題過程中，本課程要求學(xué)生根據(jù)近3 年的CCF 推薦期刊和會議列表中移動計算相關(guān)的文獻(xiàn)，結(jié)合學(xué)生對個人情況的分析進(jìn)行選題，首先梳理出移動計算領(lǐng)域的經(jīng)典文獻(xiàn)庫，針對不同學(xué)生的能力推薦和設(shè)計不同的題目；然后，學(xué)生基于課程推薦的移動計算閱讀文獻(xiàn)報告基本邏輯模板，課程要求調(diào)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(xiàn)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(qū)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(chǎn)出的作業(yè)選題方法，結(jié)合配套的課程教學(xué)模板，能極大地提升學(xué)生選題的規(guī)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(yè)完成。

傳統(tǒng)的計算機(jī)課程教學(xué)中所采用的基于順序教學(xué)的授課模式（如圖2 所示），主要采取教師授課、學(xué)生完成作業(yè)、期中考核、教師授課、完成作業(yè)、期末考核的評價機(jī)制，其主要問題是學(xué)生很難體會到課程項目設(shè)計實(shí)際是需要多輪迭代質(zhì)量改進(jìn)的。

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

圖2 基于順序教學(xué)的授課模式

圖3 基于迭代教學(xué)的授課模式

3 結(jié)語

面向未來研究型大學(xué)的實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)驅(qū)動的移動計算導(dǎo)論教學(xué)方法，在北京航空航天大學(xué)計算機(jī)學(xué)院實(shí)踐后取得良好的效果。我們將進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)踐和改進(jìn)，根據(jù)教學(xué)反饋，進(jìn)一步完善和細(xì)化對教學(xué)方法，尤其是完善適于本科生的移動計算研究方法，并進(jìn)一步完善適于實(shí)踐和科研能力培養(yǎng)的教學(xué)平臺和項目實(shí)驗(yàn)平臺。