新工科背景下無線通信中的人工智能課程思政教學(xué)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(yǎng)的重中之重，如何在專業(yè)課程的教學(xué)中融入思想政治元素，是新時代高校教師的重要任務(wù)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(shè)實施為例，介紹課程思政建設(shè)的教學(xué)改革方案設(shè)計、實施方法及成效。圍繞本課程價值引領(lǐng)、知識傳授、能力培養(yǎng)、思維拓展的有機統(tǒng)一的教學(xué)目標(biāo)，多維度塑造學(xué)生“家國情懷、行業(yè)自信、自強自立、科學(xué)精神”四面一體的價值觀和人格素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：課程思政；無線通信中的人工智能；教學(xué)改革；方法探索；學(xué)科交叉

中圖分類號：G641? ? ? ? 文獻標(biāo)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(chǎn)業(yè)變革正在突飛猛進，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，包括大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能（AI）、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實及智能科學(xué)與技術(shù)等為代表的新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，對高素質(zhì)工程技術(shù)人才提出了新需求[1]。教育部積極引導(dǎo)高校開展工程教育的改革創(chuàng)新，積極推進面向新工科的專業(yè)設(shè)置和課程建設(shè)。與此同時，教育部、財政部、國家發(fā)展改革委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于高等學(xué)校加快“雙一流”建設(shè)的指導(dǎo)意見》明確指出，“雙一流”高校要打破傳統(tǒng)學(xué)科之間的壁壘，促進基礎(chǔ)學(xué)科、應(yīng)用學(xué)科交叉融合，在前沿和交叉學(xué)科領(lǐng)域培植新的學(xué)科生長點[2]?，F(xiàn)有電子信息類專業(yè)教學(xué)難以滿足信息技術(shù)行業(yè)快速發(fā)展的需求和變化，課程內(nèi)容被動更新且滯后，特別是缺乏學(xué)科交叉。在此背景下，筆者在國內(nèi)率先開設(shè)了一門面向5G/6G移動通信、重復(fù)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(shè)中，筆者在“從0到1”建構(gòu)“活水促學(xué)、以學(xué)立教”交叉教學(xué)內(nèi)容體系的同時，還積極探索課程思政的教學(xué)改革。課程思政建設(shè)是新時代背景下高等學(xué)校落實立德樹人根本任務(wù)的重要創(chuàng)新舉措[4]。習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)“其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)。[5]”教師在教學(xué)工作中始終牢記三個問題“為誰培養(yǎng)人”“培養(yǎng)什么人”和“怎樣培養(yǎng)人”。教師在課堂教學(xué)時需要尋找專業(yè)知識點中思政教學(xué)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(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力和素養(yǎng)的同時，引領(lǐng)學(xué)生建立正確的人生觀、世界觀和價值觀，樹立遠(yuǎn)大的理想抱負(fù)，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情懷和高尚人格，提升其思想政治素養(yǎng)，讓學(xué)生成為德才兼?zhèn)洹⑷姘l(fā)展的綜合型人才。

一? 無線通信中的人工智能課程教學(xué)目標(biāo)

無線通信中的人工智能課程順應(yīng)“雙一流”課程和“新工科”建設(shè)的發(fā)展要求，依托北京郵電大學(xué)（以下簡稱“北郵”）高新“標(biāo)桿課程”建設(shè)項目，面向通信工程、信息工程、電子信息工程等相關(guān)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)，秉持“為未知而教，為未來而學(xué)”的教學(xué)理念，以培養(yǎng)服務(wù)國家戰(zhàn)略、符合行業(yè)需求、面向未來發(fā)展的移動通信一流人才為目標(biāo)。課程是面向大三學(xué)生設(shè)置、2個學(xué)分、定位為“增慧”的專業(yè)課程之一。立足于AI賦能無線通信的學(xué)科前沿，關(guān)注移動無線通信系統(tǒng)的智能化設(shè)計和優(yōu)化所需的問題分析、建模和求解的知識、能力需求，培育學(xué)生系統(tǒng)性思維和素養(yǎng)。

課程瞄準(zhǔn)學(xué)生對無線通信和AI的學(xué)習(xí)認(rèn)知及方法掌握上存在領(lǐng)域交叉盲點的問題，組織移動通信與AI領(lǐng)域的教學(xué)科研雙高型骨干教師進行聯(lián)合教學(xué)設(shè)計與課程講授，旨在使學(xué)生掌握無線通信和AI交叉融合的基礎(chǔ)理論知識、基本分析方法和技術(shù)要點，夯實研究AI解決移動通信問題的理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力及交叉創(chuàng)新能力。此外，工科課程設(shè)置需關(guān)注對學(xué)生通用能力的培養(yǎng)。因此，案例實踐環(huán)節(jié)也是無線通信與AI交叉領(lǐng)域課程學(xué)習(xí)的重要組成部分，通過帶領(lǐng)學(xué)生動手實踐移動通信系統(tǒng)應(yīng)用AI的設(shè)計開發(fā)案例，使學(xué)生建立起理論聯(lián)系實際的工程觀念， 為學(xué)生后續(xù)在交叉領(lǐng)域的持續(xù)深造打下堅實的基礎(chǔ)。

通過系統(tǒng)性梳理，本課程共設(shè)置五個教學(xué)單元，首先，面向“全局性理解”設(shè)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(wǎng)絡(luò)感知及優(yōu)化”和“移動通信系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計”兩大方向及若干工程情境的問題；其次，面向“遷移性學(xué)習(xí)”，以真實工程案例為基礎(chǔ)設(shè)計了三個案例單元，“指標(biāo)預(yù)測-感知智能”“性能優(yōu)化-決策智能”和“創(chuàng)新設(shè)計-復(fù)合智能”；最后，設(shè)計了翻轉(zhuǎn)研討和多元互評單元，邀請企業(yè)專家開展學(xué)生小組翻轉(zhuǎn)報告和研討點評，優(yōu)秀案例可選入課程案例庫，促進課程內(nèi)容及時更新。

課程具體的教學(xué)目標(biāo)：①知識目標(biāo)，對移動無線通信系統(tǒng)智能化設(shè)計和優(yōu)化的概念、知識和方法形成全局性認(rèn)知和范式理解；②能力目標(biāo)，具備基于AI技術(shù)分析、建模并解決移動無線通信復(fù)雜工程問題的能力；③思維目標(biāo)，啟迪AI驅(qū)動移動無線通信優(yōu)化和設(shè)計的系統(tǒng)思維、計算思維和創(chuàng)新思維，培育評估、分析和處理移動通信中數(shù)據(jù)智能化問題的心智模式和勝任感，提升多學(xué)科學(xué)習(xí)遷移能力、跨學(xué)科融合思維能力；④價值目標(biāo)，培養(yǎng)獨立思考、追求真理的科學(xué)精神，樹立文化自信[6]，形成通信報國、為國創(chuàng)建一流科研和產(chǎn)業(yè)的價值觀。

二? 無線通信中的人工智能課程思政建設(shè)的方法探索

（一）? 挖掘行業(yè)特色思政

課程思政的難點之一是如何挖掘、形成密切結(jié)合行業(yè)需求的優(yōu)秀思政案例，自然融入課堂教學(xué)，潤物細(xì)無聲地感染學(xué)生。移動通信網(wǎng)絡(luò)是面向全球互聯(lián)互通的高度集成的復(fù)雜系統(tǒng)，支持統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)代際演進頻繁，技術(shù)更新快速，產(chǎn)業(yè)鏈龐大且復(fù)雜。圍繞這一行業(yè)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(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》[7]、5G和AI深融合的技術(shù)變革[8]等思政元素，以國際、國內(nèi)行業(yè)動態(tài)時事為源頭形成典型思政案例，厚植學(xué)生科技報國、自強自立、自主創(chuàng)新的時代責(zé)任感和信心。同時，讓學(xué)生學(xué)習(xí)前沿科技知識、科研成果、行業(yè)歷史和行業(yè)發(fā)展態(tài)勢，融入工程倫理、科研精神、通信強國的國家戰(zhàn)略和行業(yè)需求，通過科研前沿的真實問題案例的實訓(xùn)[9]，顯性教育與隱性教育相統(tǒng)一[10]，引導(dǎo)學(xué)生形成獨立思考和認(rèn)知能力，促進學(xué)生追求真理和文化自信，塑造服務(wù)國家戰(zhàn)略、科技報國的理想信念。

（二）? 做好言傳身教表率

向?qū)W生講述我國移動通信如何實現(xiàn)從空白到突破創(chuàng)新，再到全球引領(lǐng)的發(fā)展歷程，闡明我國科技昌盛-衰變-復(fù)興過程的內(nèi)因。教師以“從0到1”突破移動通信的基礎(chǔ)理論、提出核心技術(shù)、研制試驗系統(tǒng)、制定國際標(biāo)準(zhǔn)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(chuàng)新，弘揚紅色文化和傳承紅色精神喚醒學(xué)生的時代責(zé)任感和歷史使命，為國家創(chuàng)建一流科研和產(chǎn)業(yè)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(dān)或參與完成的國家重大科研任務(wù)、前沿科研成果、科產(chǎn)教融合解決的真實問題案例開展課程思政，如移動通信網(wǎng)絡(luò)、AI技術(shù)等如何在地震救災(zāi)應(yīng)急通信、抗擊新冠感染疫情、科技冬奧重大活動中發(fā)揮重要作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培育對問題的探究意識、培養(yǎng)科學(xué)創(chuàng)新的思維能力。

（三）? 多元化沉浸式學(xué)習(xí)

將行業(yè)特色思政、科技報國情懷、時代責(zé)任感和國際標(biāo)準(zhǔn)競爭等多維元素融入課堂教學(xué)中，引入課堂內(nèi)外、線上線下混合、視頻演示、真實情境帶入、名人論壇、翻轉(zhuǎn)課堂、微課和慕課以及短視頻等多元教學(xué)方式開展思政教育[11]。例如，為了讓學(xué)生親身感受我國移動通信走出空白、突破、同步、5G國際領(lǐng)先的艱辛自主之路，帶領(lǐng)學(xué)生現(xiàn)場觀看北郵研制的全球第一個4G示范驗證系統(tǒng)，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(chuàng)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(biāo)準(zhǔn)的真實案例，北郵師生在此項工作中的貢獻，樹立學(xué)生行業(yè)自信和民族自豪感。制作短視頻講述錢學(xué)森等老一輩科學(xué)家事跡、21家企事業(yè)單位及8所高校聯(lián)合建成港珠澳大橋等鮮活事例，鼓勵學(xué)生不怕犯錯、敢于探索新路徑、集智攻關(guān)、團結(jié)協(xié)作、勇攀高峰的科學(xué)家精神。

（四）? 引導(dǎo)學(xué)生主動思考

通過課程理論與實踐的有機結(jié)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(dǎo)入或結(jié)尾引入新聞分享與探討，鼓勵學(xué)生自行思考，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)文化自信、世界眼光和創(chuàng)新精神，真正立足當(dāng)下、面向未來。采用引入實事新聞分享與探討的教學(xué)方式，不僅增加學(xué)生對行業(yè)動態(tài)的了解，與時俱進，還能啟發(fā)學(xué)生分析思考行業(yè)形勢、戰(zhàn)略等宏觀維度，達到“新聞能聽、課上能學(xué)、課后能聊”的效果[12]。進一步，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)想“當(dāng)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(xué)生感同身受，激起學(xué)生主動思考如何解決所遇問題。給學(xué)生留足思考時間，并給予恰當(dāng)引導(dǎo)，后續(xù)補充真實事件發(fā)展進程。與直接拋出一個個科技成就相反，轉(zhuǎn)變平鋪直敘的敘事手法，結(jié)合歷史背景，學(xué)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(shè)計

本課面向“新工科”建設(shè)，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(yǎng)“突破基礎(chǔ)理論、攻克關(guān)鍵技術(shù)、引領(lǐng)標(biāo)準(zhǔn)制定、主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新”移動通信一流人才的目標(biāo)，將價值塑造、知識傳授、能力培養(yǎng)和思維拓展融為一體“三全育人”[13]。課程思政的設(shè)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(chuàng)新的TDD之路展現(xiàn)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(tǒng)為例，介紹如何打破跟隨西方的碎片式創(chuàng)新，為中國走移動通信自主之路邁出了重要一步，培養(yǎng)學(xué)生科技報國情懷，領(lǐng)悟時代責(zé)任感和歷史使命。進一步介紹當(dāng)前國際科技競爭的新形勢，信息領(lǐng)域面臨哪些“卡脖子”問題，結(jié)合國家“十四五”發(fā)展規(guī)劃的國家戰(zhàn)略，引出移動通信與AI技術(shù)融合發(fā)展的必要性，增強學(xué)生自強自立、自主創(chuàng)新精神。

在課程第二單元“指標(biāo)預(yù)測-感知智能”中，首先介紹我國建成了全球規(guī)模最大、技術(shù)最先進的移動通信網(wǎng)絡(luò)，并聯(lián)系冬奧會開幕式微火映射綠色“雙碳”理念，引出面向節(jié)能重中之重的基站調(diào)度節(jié)能工程情境，培養(yǎng)學(xué)生行業(yè)的系統(tǒng)思維和人類命運共同體價值目標(biāo)；同時，介紹模型訓(xùn)練損失函數(shù)收斂過程，引用錢學(xué)森先生名言，隱喻成功是不斷犯錯而積累的，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和科學(xué)精神。在課程第三單元“性能優(yōu)化-決策智能”中，介紹我國推出“5G+車聯(lián)網(wǎng)”主導(dǎo)了全球車聯(lián)網(wǎng)唯一國際標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感；同時，以數(shù)據(jù)多維度采集引入到機器學(xué)習(xí)的真實案例，啟發(fā)培養(yǎng)同學(xué)們在“幸存者偏差/偏見”方面的科學(xué)思辨精神以及相關(guān)的工程倫理。在課程第四單元“創(chuàng)新設(shè)計-復(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(yè)自信。在翻轉(zhuǎn)研討、多元互評單元中，以港珠澳大橋通車為例，在設(shè)計和建造的14年當(dāng)中，共有21家企事業(yè)單位以及8所高校聯(lián)合攻關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生集智攻關(guān)、團結(jié)協(xié)作、積極探索的精神。

四? 課程思政建設(shè)的成效

經(jīng)過三輪教學(xué)實踐，本課程的課程思政實施效果顯著。如圖1所示，學(xué)生反饋認(rèn)為本課程新穎，擴展思維，實踐充分，68.75%的學(xué)生認(rèn)為本課程“超出期待”，學(xué)習(xí)本課程后對“課程思政”的認(rèn)知理解比例大幅提升[3]。首先本課程從實際問題提出、構(gòu)思、解決及評估全流程出發(fā)，實現(xiàn)學(xué)生對知識的記憶、理解和淺層應(yīng)用，通過穿插多類經(jīng)典案例，傳播家國情懷、社會責(zé)任、科學(xué)精神等深刻思想。其次，課程內(nèi)容緊密結(jié)合通信發(fā)展前沿和趨勢，重點呈現(xiàn)問題解決的探究過程，致力培養(yǎng)學(xué)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(xué)習(xí)與師生互動增強了學(xué)生的參與感與探索興趣。此外，靈活運用多元化沉浸式學(xué)習(xí)方式，增進學(xué)生對事物理解的深度與廣度，并對學(xué)生進行過程性和能力評價，實現(xiàn)教學(xué)途徑和評估方法更加多元化。

五? 結(jié)束語

無線通信中的人工智能作為學(xué)校認(rèn)定的首批本科高新標(biāo)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(fā)展的重要任務(wù)。本文詳細(xì)介紹了無線通信中的人工智能課程的思政教學(xué)設(shè)計思路與內(nèi)容，以“立德樹人”為根本出發(fā)點，采用挖掘行業(yè)特色思政、做好言傳身教表率、多元化沉浸式學(xué)習(xí)和引導(dǎo)學(xué)生主動思考等多管齊下的教學(xué)方法，在傳授學(xué)生專業(yè)知識的同時，提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生主觀能動性，以“道路認(rèn)同、思想認(rèn)同、情感認(rèn)同”三點協(xié)同驅(qū)動價值引領(lǐng)、知識傳授、能力培養(yǎng)、思維拓展的有機統(tǒng)一，多維度塑造學(xué)生“家國情懷、行業(yè)自信、自強自立、科學(xué)精神”四面一體的價值觀和人格素養(yǎng)。

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