面向研究型大学的移动计算导论教学方法

阮 利，盛 浩，肖利民，牛建伟，王 悦

（1.北京航空航天大学 计算机学院，北京 100191；2.北京航空航天大学 外国语学院，北京 100191）

0 引言

随着我国科技、政治、经济和文化水平的不断提高，高水平的研究型大学在我国科研创新体系建设、社会发展、经济建设、科技进步、文化繁荣、国家安全等方面都发挥着越来越重要的作用。《中国学位与研究生教育发展战略报告（2002—2010）》专门指出，“研究型大学是我国科教兴国的强大生力军，应在办好研究生院的基础上重点建设一批研究型大学，以对我国的学位与研究生教育起示范带头作用，提高我国学位与研究生教育参与国际竞争的能力”。研究型大学的一个重要特征是以“创新性的知识传播、生产和应用为中心，以产出高水平的科研成果和培养高层次精英人才为目标”。本科生是研究型大学的重要产出和培养目标之一，是我国建设国家创新体系和未来夺取世界知识经济制高点的重要支撑力[1]。另一方面，移动计算（Mobile Computing）是随着移动终端、无线通信、互联网、分布式计算等新技术的不断发展而兴起的一门新学科。近几年，随着5G+、边缘计算、大数据计算、社会计算等的共同作用，移动计算已经和互联网与网络大数据并列成为当今世界发展最快、市场潜力最大、前景最诱人的两大核心应用领域，其研究及应用创新已逐渐成为全球研究界和产业界关注的焦点，同时也成为重要的研究热点和就业方向。

1 实践和创新能力培养驱动的移动计算导论课程教学模型

培养实践能力和创新能力是研究型大学计算机课程教学面临的两大调整，面向研究型大学的实践和创新能力培养驱动的移动计算课程教学模型如图1 所示。该模型主要包括基于工程教育认证标准和学生素质驱动的课程目标建立、基于目标驱动的学生职业和选课规划调研、基于竞赛或科研论文产出的作业选题、基于迭代的课程作业完成以及适于差异化学生的教师迭代指导。

图1 实践和研究能力培养驱动的移动计算教学模型

1）基于工程教育认证标准和学生素质驱动的移动计算课程目标建立。

中国工程教育专业认证协会制定的《工程教育认证标准》为研究型大学学生培养质量提供了一个规范化的目标，此外，学生素质的差异化是设定课程目标的重要依据。基于上述两点，核心设计思路是以此标准和学生素质为抓手制订课程目标，最终满足对学生实践和科研能力的综合培养目标。

2）基于目标驱动的移动计算教学对象职业和选课规划调研。

研究型大学中教学对象有自己对于就业、考研、出国等的职业规划以及选课规划，已有的实践、科研经验积累等直接决定了学生对课程的期待以及教师的授课重点，因此必须注重开课后对学生的调研，而调研结果是课程组制订个性化教案的基础。

3）基于竞赛或科研论文产出的移动计算作业选题。

未来的研究型大学中，有一大部分学生曾有高中到大学期间参加ACM 数学、化学、物理、计算机等竞赛的经验，进入大学后，学生对竞赛的参与度也是非常高的，同时大学生涯中的竞赛是对学生实践能力的锻炼，是一种重要的能被认可的公开评价模式，除此之外，科研论文的产出能力也是具有出国、考研等进一步深造潜力的学生希望提升的能力。基于上述学生素质的分析，论文、竞赛等训练是研究型大学课程设定必须要慎重考虑的因素，因此，建议制订一种鼓励竞赛和发表科研论文产出的作业选题模式，以适应学生素质的基本情况，以及未来研究型大学对人才的科研等综合素质具有更高要求的实际挑战。

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）基于迭代的移动计算课程作业完成。

由于课程规模等限制，现有的大学计算机专业课程作业完成模式普遍采用的都是提交作业、给出考核成绩、多次不同考核成绩按加权进行叠加的模式，如平时作业（4%）+综述（20%）+期末考试（40%）的传统作业提交和考核模式，而学生对知识的掌握，尤其是单次作业质量改进，需要多轮迭代、有针对性地完成，但现有课程缺乏对单次作业的多次迭代质量改进模式的支持，可以采用一种基于迭代的移动计算课程作业完成新方法。

5）适于差异化移动计算教学对象的教师迭代指导。

学生作业采用迭代多轮提交模式，对教师提出了要对差异化的学生提供迭代指导的要求，以帮助学生更好地掌握知识点，并加强实践和科研深度和宽度。

2 实践和创新能力培养驱动的移动计算导论课程教学实践

2.1 基于工程教育认证标准和学生素质的课程目标

2.1.1 课程目标

首先结合移动计算技术前沿性和实践强的特点，基于课程现有的教学基础和现状，通过调研对比分析国内外移动计算技术的最新教学现状，包括教学内容、教学方式、教学实验手段等，并以实践和科研能力培养为核心驱动，对既有的课程简介和教学目标进行改革。新的移动计算导论课程简介如下。

移动计算领域是一个发展极快、潜力极大、市场极广的领域。本课程介绍了移动计算的演变历史、无线网络通信技术、移动通信协议、移动自组网络（ad hoc）、移动计算模型、移动操作系统等方面的内容，使学生了解日益普及的移动设备、移动互联网等移动计算相关的基本原理和使用方法，了解移动计算技术发展的前沿动态，掌握利用移动计算工具开发移动应用的基本原理和方法。通过学习，开阔学生的视野；通过实验，培养学生利用移动计算技术解决实际问题的能力。

北京航空航天大学计算机学院为本科生开设了移动计算导论专业课程，主要面向大三、大四年级的学生，面向包括电子信息工程学院、计算机学院、软件学院、高等理工学院、中法工程师学院、北京学院、高等理工学院（华罗庚班）、北航学院等对象进行选择，共32 学时。本课程主要以移动计算的基本概念和原理为主，注重知识面的广度，关注基础性、前沿性和应用性融合；在实践能力培养方面，重点是移动计算的基础性知识、基本的应用动手能力和思维方法训练，系统、深入地学习与运用移动计算的创新应用等内容，启迪系统性及创新思维方面的培养；在研究能力培养方面，重点是掌握适于本科生的移动计算科学研究方法，促进学生开展移动计算的科研创新实践。

2.1.2 课程目标对毕业要求的支撑关系分析

课程设计过程中，基于中国工程教育专业认证协会制定的《工程教育认证标准》，以毕业要求目标驱动的方式，同时结合研究型大学的学生特点和教学内容，建立一套适于研究型大学的移动计算课程目标，为培养出合格的研究型大学学生制订规范化的依据。课程目标对毕业要求的支撑关系见表1。

表1 移动计算导论课程目标对毕业要求的支撑关系

（续）表1

对标毕业设计目标，将实践和研究能力培养驱动的移动计算导论课程的教学目标细化分解为以下3 点。

（1）了解移动计算的发展历程和体系结构，掌握相关支撑技术基本概念、核心技术前沿知识和发展现状。

（2）通过对移动计算技术以及开发实例的介绍，开阔学生视野，促进他们从设计者的角度思索如何使用先进的技术手段，对各种生活中的需求进行分析和设计实现。了解移动计算技术工程化实施过程中需要解决的问题和通常采取的方法，以及如何将理论知识应用到具体的工程实践过程中。

（3）了解移动计算技术发展的前沿科技和产业界动态，掌握面向移动计算的科学研究方法。

2.2 实践和科研能力培养驱动的课程教学体系

实践和科研能力培养驱动的教学方法，在传统的实践环节增加面向移动计算的研究方法讲解和实践。最终的课程教学体系见表2，主要包括基础知识、关键技术、最新研究成果、移动计算研究方法、基于竞赛/研究导向的实践、企业前沿技术进课堂、基于迭代质量改进的课程作业提交和课堂指导教学模块。

表2 实践和科研能力培养驱动的教学体系

2.3 实践和科研能力培养驱动的教学流程

在教学理念方法上，本课程结合典型案例与科研项目讲解，以三基性融合为主；教学目标方面，以基本原理为主；在教学模块上，涵盖移动计算基础知识、关键技术、最新研究成果、知名企业/专家学者课堂交流、课堂交流讨论和创新实践等环节；教学方法方面，以课题教学与验证试验为主，以项目设计、互动讨论、自主开放实验为引导，采用迭代性的多轮指导方式。教学衔接上，采用基于过程的分层次、个性化的实践驱动教学方法，在促进学生移动计算技术基础技术实践的同时，个性化提升研究型大学中学生的实践能力和科研能力，对接北京航空航天大学每年一度的“冯如杯”和校外移动计算相关的创业创新竞赛等，鼓励学生选取适合自己的题目、学生移动计算科研实践等环节。具体关键流程及其教学方法分析如下。

1）基于目标驱动的学生个性化职业和选课规划调研。

开课之后，开展基于目标驱动的学生个性化职业和选课规划调研，重点调研选课学生的职业规划（包括考研、出国、就业）以及学生目前的选课规划（实践能力和科研能力），以便对学生进行分层化培养，如分为出国的学生、就业的学生、考研的学生、其他学生。基于上述调研，选课学生的积极性和主动性得到激发。

2）基于竞赛或科研论文产出的移动计算作业选题。

基于调研和面向移动计算研究方法的介绍，学生在此环节将面向竞赛或科研产出不同目标，学生完成选题和实践。选题过程中，本课程要求学生根据近3 年的CCF 推荐期刊和会议列表中移动计算相关的文献，结合学生对个人情况的分析进行选题，首先梳理出移动计算领域的经典文献库，针对不同学生的能力推荐和设计不同的题目；然后，学生基于课程推荐的移动计算阅读文献报告基本逻辑模板，课程要求调研报告中含有一定比例的近3 年的CCF A 和B 期刊/会议；基于文献阅读报告的积累，以及课程提供的综述报告参考模板，完成基于逻辑性的问题驱动的移动计算课程综述报告，然后基于该综述报告，完成具有个体针对性和前沿性的选题。具有竞赛或科研论文产出的作业选题方法，结合配套的课程教学模板，能极大地提升学生选题的规范性、前沿性和个人化匹配性。

3）基于迭代的移动计算课程作业完成。

传统的计算机课程教学中所采用的基于顺序教学的授课模式（如图2 所示），主要采取教师授课、学生完成作业、期中考核、教师授课、完成作业、期末考核的评价机制，其主要问题是学生很难体会到课程项目设计实际是需要多轮迭代质量改进的。

基于上述问题，采用基于迭代的移动计算课程作业完成模式，同时配套基于个性化的多轮作业教师质量改进反馈指导机制（如图3 所示）。在作业完成和教学指导方面，鼓励学生每周的作业迭代提交并改进前期作业，同时教师对每次修改后的作业都给出指导建议。通过这种迭代的提交和指导，教师和学生之间得到更高质量的互动，学生相对于传统的课堂得到了更多轮次专业的精细指导。

图2 基于顺序教学的授课模式

图3 基于迭代教学的授课模式

3 结语

面向未来研究型大学的实践和创新能力培养驱动的移动计算导论教学方法，在北京航空航天大学计算机学院实践后取得良好的效果。我们将进行进一步实践和改进，根据教学反馈，进一步完善和细化对教学方法，尤其是完善适于本科生的移动计算研究方法，并进一步完善适于实践和科研能力培养的教学平台和项目实验平台。