新工科背景下无线通信中的人工智能课程思政教学改革与实践

2023-08-03崔琪楣刘宜明秦晓琦胡铮

高教学刊 2023年21期

崔琪楣刘宜明秦晓琦胡铮

摘要：立德树人是人才培养的重中之重，如何在专业课程的教学中融入思想政治元素，是新时代高校教师的重要任务和使命。该文以面向新工科的无线通信中的人工智能高新课程的建设实施为例，介绍课程思政建设的教学改革方案设计、实施方法及成效。围绕本课程价值引领、知识传授、能力培养、思维拓展的有机统一的教学目标，多维度塑造学生“家国情怀、行业自信、自强自立、科学精神”四面一体的价值观和人格素养。

关键词：课程思政；无线通信中的人工智能；教学改革；方法探索；学科交叉

中图分类号：G641 文献标志码：A 文章编号：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

全球新一轮科技革命和产业变革正在突飞猛进，以互联网和工业智能为核心，包括大数据、云计算、人工智能（AI）、区块链、虚拟现实及智能科学与技术等为代表的新技术、新产业、新经济蓬勃发展，对高素质工程技术人才提出了新需求[1]。教育部积极引导高校开展工程教育的改革创新，积极推进面向新工科的专业设置和课程建设。与此同时，教育部、财政部、国家发展改革委联合发布的《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》明确指出，“双一流”高校要打破传统学科之间的壁垒，促进基础学科、应用学科交叉融合，在前沿和交叉学科领域培植新的学科生长点[2]。现有电子信息类专业教学难以满足信息技术行业快速发展的需求和变化，课程内容被动更新且滞后，特别是缺乏学科交叉。在此背景下，笔者在国内率先开设了一门面向5G/6G移动通信、重复合知识和综合能力的本科高新课程——无线通信中的人工智能[3]。

在该课程的建设中，笔者在“从0到1”建构“活水促学、以学立教”交叉教学内容体系的同时，还积极探索课程思政的教学改革。课程思政建设是新时代背景下高等学校落实立德树人根本任务的重要创新举措[4]。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调“其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。[5]”教师在教学工作中始终牢记三个问题“为谁培养人”“培养什么人”和“怎样培养人”。教师在课堂教学时需要寻找专业知识点中思政教学的切入点和融合点，挖掘课程中蕴含的思想政治元素，在培养学生专业能力和素养的同时，引领学生建立正确的人生观、世界观和价值观，树立远大的理想抱负，培养学生的爱国主义情怀和高尚人格，提升其思想政治素养，让学生成为德才兼备、全面发展的综合型人才。

一无线通信中的人工智能课程教学目标

无线通信中的人工智能课程顺应“双一流”课程和“新工科”建设的发展要求，依托北京邮电大学（以下简称“北邮”）高新“标杆课程”建设项目，面向通信工程、信息工程、电子信息工程等相关专业的学生开设，秉持“为未知而教，为未来而学”的教学理念，以培养服务国家战略、符合行业需求、面向未来发展的移动通信一流人才为目标。课程是面向大三学生设置、2個学分、定位为“增慧”的专业课程之一。立足于AI赋能无线通信的学科前沿，关注移动无线通信系统的智能化设计和优化所需的问题分析、建模和求解的知识、能力需求，培育学生系统性思维和素养。

课程瞄准学生对无线通信和AI的学习认知及方法掌握上存在领域交叉盲点的问题，组织移动通信与AI领域的教学科研双高型骨干教师进行联合教学设计与课程讲授，旨在使学生掌握无线通信和AI交叉融合的基础理论知识、基本分析方法和技术要点，夯实研究AI解决移动通信问题的理论基础，培养学生科学思维能力及交叉创新能力。此外，工科课程设置需关注对学生通用能力的培养。因此，案例实践环节也是无线通信与AI交叉领域课程学习的重要组成部分，通过带领学生动手实践移动通信系统应用AI的设计开发案例，使学生建立起理论联系实际的工程观念，为学生后续在交叉领域的持续深造打下坚实的基础。

通过系统性梳理，本课程共设置五个教学单元，首先，面向“全局性理解”设计了课程第一单元“AI赋能移动通信的方向与范式”，介绍“移动通信网络感知及优化”和“移动通信系统创新设计”两大方向及若干工程情境的问题；其次，面向“迁移性学习”，以真实工程案例为基础设计了三个案例单元，“指标预测-感知智能”“性能优化-决策智能”和“创新设计-复合智能”；最后，设计了翻转研讨和多元互评单元，邀请企业专家开展学生小组翻转报告和研讨点评，优秀案例可选入课程案例库，促进课程内容及时更新。

课程具体的教学目标：①知识目标，对移动无线通信系统智能化设计和优化的概念、知识和方法形成全局性认知和范式理解；②能力目标，具备基于AI技术分析、建模并解决移动无线通信复杂工程问题的能力；③思维目标，启迪AI驱动移动无线通信优化和设计的系统思维、计算思维和创新思维，培育评估、分析和处理移动通信中数据智能化问题的心智模式和胜任感，提升多学科学习迁移能力、跨学科融合思维能力；④价值目标，培养独立思考、追求真理的科学精神，树立文化自信[6]，形成通信报国、为国创建一流科研和产业的价值观。

二无线通信中的人工智能课程思政建设的方法探索

（一）挖掘行业特色思政

课程思政的難点之一是如何挖掘、形成密切结合行业需求的优秀思政案例，自然融入课堂教学，润物细无声地感染学生。移动通信网络是面向全球互联互通的高度集成的复杂系统，支持统一的国际标准，系统代际演进频繁，技术更新快速，产业链庞大且复杂。围绕这一行业特色，本课程深挖移动通信全球竞争的新形势、《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》[7]、5G和AI深融合的技术变革[8]等思政元素，以国际、国内行业动态时事为源头形成典型思政案例，厚植学生科技报国、自强自立、自主创新的时代责任感和信心。同时，让学生学习前沿科技知识、科研成果、行业历史和行业发展态势，融入工程伦理、科研精神、通信强国的国家战略和行业需求，通过科研前沿的真实问题案例的实训[9]，显性教育与隐性教育相统一[10]，引导学生形成独立思考和认知能力，促进学生追求真理和文化自信，塑造服务国家战略、科技报国的理想信念。

（二）做好言传身教表率

向学生讲述我国移动通信如何实现从空白到突破创新，再到全球引领的发展历程，阐明我国科技昌盛-衰变-复兴过程的内因。教师以“从0到1”突破移动通信的基础理论、提出核心技术、研制试验系统、制定国际标准过程中的亲身实例开展思政教育，以身边的教师、杰出校友等榜样的鲜活实例促长自强自立、自主创新，弘扬红色文化和传承红色精神唤醒学生的时代责任感和历史使命，为国家创建一流科研和产业的价值观及信心，成为具有国际竞争实力的一流人才。以教师承担或参与完成的国家重大科研任务、前沿科研成果、科产教融合解决的真实问题案例开展课程思政，如移动通信网络、AI技术等如何在地震救灾应急通信、抗击新冠感染疫情、科技冬奥重大活动中发挥重要作用，激发学生的学习兴趣、培育对问题的探究意识、培养科学创新的思维能力。

（三）多元化沉浸式学习

将行业特色思政、科技报国情怀、时代责任感和国际标准竞争等多维元素融入课堂教学中，引入课堂内外、线上线下混合、视频演示、真实情境带入、名人论坛、翻转课堂、微课和慕课以及短视频等多元教学方式开展思政教育[11]。例如，为了让学生亲身感受我国移动通信走出空白、突破、同步、5G国际领先的艰辛自主之路，带领学生现场观看北邮研制的全球第一个4G示范验证系统，以真实情境和案例展示如何不跟随西方的频分双工（FDD），选择自主创新的时分双工（TDD）之路，为中国走移动通信自主之路迈出了重要一步。介绍华为公司如何将实用化的极化码推进成为5G国际标准的真实案例，北邮师生在此项工作中的贡献，树立学生行业自信和民族自豪感。制作短视频讲述钱学森等老一辈科学家事迹、21家企事业单位及8所高校联合建成港珠澳大桥等鲜活事例，鼓励学生不怕犯错、敢于探索新路径、集智攻关、团结协作、勇攀高峰的科学家精神。

（四）引导学生主动思考

通过课程理论与实践的有机结合，打造富有感染力的生动立体课堂，并扩展师生有限的交集，增加观点输出的渠道。课堂导入或结尾引入新闻分享与探讨，鼓励学生自行思考，引导学生培养文化自信、世界眼光和创新精神，真正立足当下、面向未来。采用引入实事新闻分享与探讨的教学方式，不仅增加学生对行业动态的了解，与时俱进，还能启发学生分析思考行业形势、战略等宏观维度，达到“新闻能听、课上能学、课后能聊”的效果[12]。进一步，引导学生设想“当你处于某某时代背景下，面对相同的问题，你会怎么做”，通过让学生感同身受，激起学生主动思考如何解决所遇问题。给学生留足思考时间，并给予恰当引导，后续补充真实事件发展进程。与直接抛出一个个科技成就相反，转变平铺直叙的叙事手法，结合历史背景，学生更能体会先进人物的卓越之处。

三无线通信中的人工智能课程思政设计

本课面向“新工科”建设，坚持“立德树人”的原则，立足于全球5G和AI深融时代，聚焦为国培养“突破基础理论、攻克关键技术、引领标准制定、主导产业自主创新”移动通信一流人才的目标，将价值塑造、知识传授、能力培养和思维拓展融为一体“三全育人”[13]。课程思政的设计思路见表1。

如表1所示，在课程第一单元“AI赋能移动通信的方向与范式”中，回顾我国移动通信的艰辛自主之路，介绍我国在选择自主创新的TDD之路展现的大智慧。以北邮人研制出全球首套4G百兆TDD示范验证系统为例，介绍如何打破跟随西方的碎片式创新，为中国走移动通信自主之路迈出了重要一步，培养学生科技报国情怀，领悟时代责任感和历史使命。进一步介绍当前国际科技竞争的新形势，信息领域面临哪些“卡脖子”问题，结合国家“十四五”发展规划的国家战略，引出移动通信与AI技术融合发展的必要性，增强学生自强自立、自主创新精神。

在课程第二单元“指标预测-感知智能”中，首先介绍我国建成了全球规模最大、技术最先进的移动通信网络，并联系冬奥会开幕式微火映射绿色“双碳”理念，引出面向节能重中之重的基站调度节能工程情境，培养学生行业的系统思维和人类命运共同体价值目标；同时，介绍模型训练损失函数收敛过程，引用钱学森先生名言，隐喻成功是不断犯错而积累的，培养学生创新意识和科学精神。在课程第三单元“性能优化-决策智能”中，介绍我国推出“5G+车联网”主导了全球车联网唯一国际标准，培养学生的民族自豪感；同时，以数据多维度采集引入到机器学习的真实案例，启发培养同学们在“幸存者偏差/偏见”方面的科学思辨精神以及相关的工程伦理。在课程第四单元“创新设计-复合智能”中，介绍华为如何将实用化的极化码推进成为5G国际标准的重大成就，以及华为海思公司在中国通信自研芯片的付出与成果，树立行业自信。在翻转研讨、多元互评单元中，以港珠澳大桥通车为例，在设计和建造的14年当中，共有21家企事业单位以及8所高校联合攻关，培养学生集智攻关、团结协作、积极探索的精神。

四课程思政建设的成效

經过三轮教学实践，本课程的课程思政实施效果显著。如图1所示，学生反馈认为本课程新颖，扩展思维，实践充分，68.75%的学生认为本课程“超出期待”，学习本课程后对“课程思政”的认知理解比例大幅提升[3]。首先本课程从实际问题提出、构思、解决及评估全流程出发，实现学生对知识的记忆、理解和浅层应用，通过穿插多类经典案例，传播家国情怀、社会责任、科学精神等深刻思想。其次，课程内容紧密结合通信发展前沿和趋势，重点呈现问题解决的探究过程，致力培养学生提出问题、解决问题的综合能力以及批判性的思辨能力。通过合作学习与师生互动增强了学生的参与感与探索兴趣。此外，灵活运用多元化沉浸式学习方式，增进学生对事物理解的深度与广度，并对学生进行过程性和能力评价，实现教学途径和评估方法更加多元化。

五结束语

无线通信中的人工智能作为学校认定的首批本科高新标杆课程，开展课程思政的教改探索是面向新工科本科教育发展的重要任务。本文详细介绍了无线通信中的人工智能课程的思政教学设计思路与内容，以“立德树人”为根本出发点，采用挖掘行业特色思政、做好言传身教表率、多元化沉浸式学习和引导学生主动思考等多管齐下的教学方法，在传授学生专业知识的同时，提高学生的综合素养，激发学生主观能动性，以“道路认同、思想认同、情感认同”三点协同驱动价值引领、知识传授、能力培养、思维拓展的有机统一，多维度塑造学生“家国情怀、行业自信、自强自立、科学精神”四面一体的价值观和人格素养。

参考文献：

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[2] 教育部财政部国家发展改革委印发《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》的通知[EB/OL].http：//www.gov.cn/gongbao/content/2019/content_5355477.htm.

[3] 张平，崔琪楣，胡铮，等.科产教深融合，构建“无线通信中的人工智能”高新课程[J].高等工程教育研究，2022（6）：14-18.

[4] 韩宪洲.课程思政的发展历程、基本现状与实践反思[J].中国高等教育，2021（23）：20-22.

[5] 习近平在全国高校思想政治工作会议上强调：把思想政治工作贯穿教育教学全过程开创我国高等教育事业发展新局面[N].人民日报，2016-12-09（01）.

[6] 习近平.坚定文化自信，建设社会主义文化强国[J].求是2019（12）：4-12.

[7] 中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要[EB/OL].http：//www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm.

[8] 王志勤，刘晓峰，沈嘉，等.5G+AI融合全景图[M].北京：人民邮电出版社，2022.

[9] 陈光宋，张弘钧.“双一流”背景下科研反哺教学的困境、对策与实践[J].南京理工大学学报（社会科学版），2019，32（5）：67-71.

[10] 修温馨，周军.新时代思政教育中显性教育与隐性教育相融合问题研究[J].沈阳工程学院学报（社会科学版），2022，18（2）：76-79，91.

[11] 李晓娟，菅美英.新工科背景下交通运输专业多元教学方法改革研究[J].中国现代教育装备，2022（5）：95-98.