基于新工科理念推进计算机智能网络课程建设

杨松 侯彪 李凡 王雪

[摘 要] 为完善新工科建设人才培养方案，以计算机智能网络课程为例，全面探讨面向智能网络领域创新型人才的教学改革方法具有重要的理论和实践价值。以学生为中心，深入分析当前高校计算机智能网络课程中教学培养方案与新工科建设所需人才存在的差异及其原因。基于此，进一步提出了优化知识模块、强化课程实验、线上线下融合、突出能力培养、贯通学科交叉、提升创新能力的计算机智能网络课程教学改革策略，以期为我国新工科建设提供一定的借鉴和参考，为相关产业发展提供人才支持。

[关键词] 新工科;计算机智能网络;教学改革;人才培养模式

[基金项目] 2018年度国家自然科学基金“网络功能虚拟化下资源优化调度问题研究”（61802018）;2021年度国家自然科学基金“面向边缘计算的视频资源优化部署与调度问题研究”（62172038）;2021年度北京理工大学计算机学院研究生教育培养综合改革项目

[作者简介] 杨 松（1985—），男，辽宁鞍山人，工学博士，北京理工大学计算机学院副教授（通信作者），博士生导师，主要从事边缘计算等相关研究;李 凡（1975—），女，湖北武汉人，工学博士，北京理工大学计算机学院教授，博士生导师，主要从事无线网络等相关研究;王 雪（1984—），女，天津人，教育学博士，北京理工大学计算机学院助理研究员，主要从事高等教育学研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）52-0043-05    [收稿日期] 2021-08-03

近些年，以人工智能为代表的现代信息技术迅猛发展，新一轮的科技革命和产业升级加速进行，人类社会正迈向数字化的智能时代。随着万物互联的不断加深，以深度学习为支撑的人工智能技术为网络智能化创造了新的机遇。在国内，新基建背景下的网络创新发展与变革，将成为推动产业升级和转型的基础性生产力。毫无疑问，未来智能网络将成为新的国家级战略技术。通过“网络+人工智能”技术的深度融合，打造数据生命周期中的生产工具，从而深入挖掘深层应用价值，以数字溢出的形式加速行业及供应链等不同层面生产力的提升，成为推动我国经济持续增长的引擎。

我国经济发展进入新常态，正处于历史战略发展机遇期，这对工科的发展建设和科技工程人才的培养提出了更新更高的要求。2017年，教育部召开了综合性高校和工科优势高校的新工科建设研讨会，形成了新工科建设的“复旦共识”“天大行动”[1]和“北京指南”[2]。2018年，各高校在新工科建设探索中形成了新工科建设的“天大方案”“F计划”

“成电方案”等，为应对新一轮科技革命面临的新机遇而提出了新工科理念[3]。新工科理念强调培养多元化、创新型卓越工程人才。深化拓展新工科建设理念，加快推进新工科建设，要坚持聚焦大学教育，发挥大学的堡垒作用;要打破常规约束，坚持创新改革;要重视人才培养机制，大力培养有理想、有技术的新时代拔尖人才，促使我国从教育大国走向教育强国[4]。

当前，智能网络涵盖了计算机网络等相关领域，包括5G通信、云计算、物联网、边缘计算等核心技术，在医疗、旅游、教育等多个行业有着广泛的应用，形成了自动驾驶、智慧医疗等解决方案。全力推进计算机智能网络课程的创新改革，以建设一流的计算机智能网络课程和培养一流的专业人才为目标，形成新工科建设背景下的教育质量管理体系。因此，必须在新工科理念下開展教育教学改革，以适应新时代对本科和研究生人才的要求。

一、计算机智能网络课程教育现状

智能网络不仅能够处理更多的网络连接，为更多的数据流应用提供服务，还能够识别网络流量设备、用户与应用，更快地转发网络数据，对数据包进行更深层次的预测，提供更好的应用服务。以智能网络中的边缘智能为例，边缘智能将边缘计算技术与人工智能技术相结合，使人工智能算法运行在能够运行人工智能的网络边缘设备，实时处理边缘数据。边缘计算的本质是在靠近数据产生的源头为用户提供就近服务，实现更快的网络服务响应。所以，以边缘智能为代表的智能网络将成为数字经济新时代的重要引擎。

传统网络在算力、融合性、算法上无法适应新业务的需求，只有克服现有互联网体系结构的缺陷，研究适合未来网络应用的关键技术，以及网络核心设备和系统，才能助力新技术的发展创新。根据麦可思研究院2020年本科毕业生就业报告[5]，网络专业毕业生在半年内月收入排名第三，良好的就业情况对人才需求的升级随之而来。目前，国内智能网络领域的人才培养多集中在硕士、博士研究生阶段，人才培养的层次高、数量少，无法满足社会对从事该领域人才的大量需求。如图1所示，计算机网络工程专业本科生毕业人数虽然多，但由于当前本科教育与行业要求存在一定差距，导致毕业生缺乏足够的实践能力与创新能力，无法达到相应行业的岗位需求。追根溯源，不难发现，目前在计算机网络领域的教学中存在以下问题。

1.教授环节薄弱。计算机网络基础知识是处理复杂网络问题的基石，只有扎实掌握了相关知识内容，才能熟练应用。智能网络日趋复杂，在此情况下，计算机智能网络教材内容不够新颖丰富，侧重讲解网络领域的基本知识点，教材深度创新性不足，新产业的需求变化难以在教材中有所体现，教材内容更新慢，经典理论知识无法满足新工科建设人才培养的要求[6]。目前大学采用传统的知识点讲解模式，要求学生掌握记忆知识点，这与新工科建设培养理念相悖。新工科建设注重培养学生的综合素质，除了要求学生掌握教材中的基本知识外，重点是要提升学生解决问题的实践能力，使学生养成勤思考、敢动手的习惯。

2.评价方式单一。传统的课程教学环节主要采用“灌输式”的教学方式，学生被动接受知识，从而逐渐丧失求知热情。按照试卷考试成绩判断学生对该课程的掌握理解情况，评价方式单一，忽略了对学生实践创新能力的考核，导致学生对课程知识点死记硬背，缺乏灵活应用的能力。考核评价不仅要检测学生的知识掌握情况，更要检测学生的综合能力。通过以考促学，激发学生的兴趣。每个学生都是不同的个体，其学习能力、知识体系、逻辑思维等方面均有差异，采用单一的评价方式并不能很好地评价学生。

3.实践教学缺乏。实践能力是新工科建设要求学生掌握的基本能力之一[7]。计算机智能网络课程内容主要以计算机网络基础知识为主，实践课时不足，学生的实践能力难以得到有效提高。计算机智能网络教学实践环境配置门槛较高，对高校的基础网络环境有着极高的要求，这也是导致实践课程缺乏的原因之一。实验条件不足，由于思科等实验教学平台造价较高，受限于学生人数，很难保证每个学生都有充足的上机时间。此外，学校实验平台很难与时俱进，实验平台中设置的教学案例有待拓展与更新，难以紧密契合行业需求，这也会导致学生对网络实验的热情不足，降低实践教学的效果。

4.创新能力不足。在建设创新型国家等一系列重大战略中，高校肩负着重大历史使命——为国家持续培养推动科技创新的生力军。当前影响学生创新能力培养的原因主要有两个方面：一方面，除了传统教育中以分数为中心的导向外，随着就业竞争的日益激烈，部分学生陷入了“盲目考证”的怪圈，急功近利地重视提升应试过关的能力，不利于创新意识的培养;另一方面，部分学生缺乏大胆创新的精神、克服困难的勇气与探索新知的渴求，仅局限于掌握课本知识，满足于学科成绩，忽略了更深层次的探索创新，不敢破也不敢立，在很大程度上限制了个人创新能力的提升。

5.学科交叉欠缺。新工科建设理念注重学科交叉性，整合学科资源，打破学科藩篱。计算机智能网络课程作为一门多学科交叉课程，綜合了计算机网络基础、人工智能、线性代数等众多学科知识。在学习这门课程之前，要求学生对线性代数等先导课程有着较好的掌握。计算机智能网络课程内容繁杂，每一个研究方向都可以作为一门独立的研究生课程深入展开，对于基础较差的本科生而言，教师要想讲好这门课程着实不易，这也对授课教师提出了更高的要求。因此，打破原有的学科领域分类，贯通复杂的知识体系结构，做好交叉学科知识组织，促进学科交叉迫在眉睫。

目前大学计算机智能网络课程体系、教学内容等已不能满足新工科建设培养智能网络领域优秀人才的迫切要求。基于新工科理念的计算机智能网络课程教学改革意义重大且尤为迫切。针对上述问题，立足于新工科建设人才培养理念，加快探索计算机智能网络课程教学改革势在必行。

二、计算机智能网络课程教学建设

新工科理念下的智能网络领域的人才培养是在传统网络课程教育体系上突出培养目标，改革教学策略，以学生为中心，有机融合课程知识，结合优化知识模块、构建综合评测、创新教学模式、强化实践教学、注重学科交叉等方式进行教学改革。如图2所示，以“认识—探究—解决—应用”为脉络，优化课程教学过程，改革教学体系，培养学生解决问题的能力，提升学生的综合素质。

智能网络课程的培养目标是使学生成为具有计算机网络知识与学科背景，适应智能网络需求，综合应用网络知识等学科知识，掌握机器学习等前沿技术，在自动驾驶等行业从事算法设计、方案设计、应用开发、系统运维等开发管理工作，具备国际化视野，从事解决复杂网络问题的复合型人才，推动计算机网络领域新技术的革新与可持续发展。基于新工科建设人才培养理念，探索研究建立智能网络领域的课程教育体系，探索产学研结合的教学方式。从教学内容、教学方法、教育理念出发，探索计算机智能网络课程体系建设，提升学生的综合素质。

1.优化知识模块。在计算机智能网络课程设置方面，重构相关知识点模块，将计算机智能网络内容分为三大类：计算机网络基础知识模块、核心技术模块和前沿应用模块。各模块的内容紧密结合，衔接有序，逻辑紧凑。课程知识内容安排符合知识论规律，能够覆盖其学科的主要知识，体现前沿性和时代性。在计算机网络经典理论的基础上，紧跟科研前沿，将最新的学术观点及研究成果引入课堂，激发学生的兴趣。同时鼓励学生了解不同的学术观点和不同技术应用，提出疑问，建立辩证的创新思维，形成个人观点。以问题驱动为核心，采用探究启发式教学与经典讲授式教学相结合的混合式教学方式，课程设计内容多样化，采用师生互动式课程讲授，传授计算机网络经典理论知识、前沿技术与产业应用案例，紧跟教师研究方向与科研成果，紧密结合科研领域前沿，激发学生的科研兴趣。

2.构建综合评测。鉴于计算机智能网络课程的计算机实践属性，采用多种考核形式相结合的方式，包括课堂讨论、课程实验、案例展示等。梳理计算机智能网络课程知识内容，由易到难，建立多层次的实验体系，即专业课程“基础实验—设计性实验—研究性实验—综合性实验”。设置一些开放性选题由学生合作完成，让学生处于主导地位，鼓励学生利用已有的知识体系，寻找解决思路，设计解决方案，撰写实验报告，汇报实验结果，培养写作与表达能力，增强学生的团队意识。在成绩评定时，综合考虑实验的难易程度、学生在完成过程中所表现出的对问题的理解程度、答辩时的问答表现，以及最终实验报告书的完成质量等因素，合理调整不同模块在最终成绩评定中所占的比例。构建综合评价体系，培养学生的动手能力，鼓励学生全面发展，感受智能网络前沿知识的魅力。

3.创新教学模式。在教学方法方面，调整创新教学模式，从产业需求出发，以实践为导向，紧跟产业发展步伐。以线下教学为主，线上资源为辅，积极开展线上线下混合式教学模式改革。按照不同阶段学习内容，推荐MOOC等线上资源，启发学生使用中国知网等平台，培养学生的自学能力，调动学生的学习积极性。运用实例演示分析，利用课堂多媒体设备，提升学生的参与度，使学习更主动。教师将课件讲义、经典实例、项目等相关内容上传至学院FTP服务器，方便学生课后下载学习。坚持OBE（Outcomes-Based Education）产出导向原则[8]，以学生为中心，建立“评价—反馈—改进”闭环，形成持续改进机制，提升学生的综合能力。

4.强化实践教学，培养创新能力。计算机智能网络课程通过项目实践提高学生的动手能力，巩固基础知识，达到人才培养目标[9]。在新工科建设理念指导下，变革教学实施措施，以行业为导向，引进校企协同产学研机制，理论联系实际。整合校内资源，搭建创新教育平台，建立学生科技创新工作室，提供一定的场地、设备支持，指导学生进行科研创新实践，定期组织评估，打造以研究生为主、本科生为辅的科研团队。密切联系教师科研团队，与研究生实验室对接，举办科研成果分享、学术沙龙交流等活动，在校园营造良好的创新氛围。通过参与科研项目和竞赛活动，如全国大学生信息安全竞赛、ICPC国际大学生程序设计竞赛、“互联网+”竞赛[ 10 ]等，提升学生的科研素质。通过“以赛促学、以赛促创、以创促学”等方式激发学生的自主创新能力，提升学生科研学术素养。联系相关企业，共同投入资源，借助企业力量与学校平台建立产学融合、产学协同的人才培养机制，鼓励学生去企业实习，培养学生的实践动手能力。通过上述多种方式驱动，打造互利互助的校企联合体，以项目应用为驱动，推动科研项目成果向产业应用落地转化，形成良性互动机制。

5.注重学科交叉。在新工科建设背景下，提升人才培养理念，推进学科交叉融合，是高校人才培养的核心步骤[ 11 ]。要建立一支多学科背景的教学团队，加强不同学科背景教师之间的沟通协作，加强教师队伍建设，共享教学科研资源，拓宽研究范围，搭建不同学科沟通桥梁。如图3所示，面向未来，教师应立足于本学科基础知识，掌握贯通学科交叉知识，为学生提供完整性跨学科训练，扩大学生的学科知识范围，培养学生掌握多学科知识的经验。建立交叉学科群有机联动机制，探索前沿性科学领域融合。探索基于兴趣、应用、数据及算法混合驱动创新模式，多学科交叉构建全新的行业生态，旨在培养学生的学科交叉意识，基于已有知识，理解计算机理论和技术，达到学科知识的融会贯通，加深对智能网络领域的理解。

通过计算机智能网络课程教学改革实践，学生对于课程的效果评价较好。在学习思路上，学生能够基于学科交叉教学理念开展学习，打破了以课程为主的知识界限，开阔了思维，强化了跨学科交叉融合的意识;在学习能力上，学生加深了对相关专业知识的理解，提高了对实际工程问题的分析、思考和实践能力;在学生发展上，学生对职业规划有了一定的了解，为未来发展奠定了坚实的基础。

三、结语

通过对计算机智能网络课程教学改革建设的探索思考，旨在推动新工科建设背景下计算机智能网络课程产学研融合发展，形成与相关行业领域联合育人的长效机制。构建新型计算机智能网络课程体系，调整教学方法，明确新工科建设人才培养目标，充分发挥学生的主观能動性。理论联系实际，推动产业发展，提升教学质量，培育学生创新能力。营造良好的学术环境氛围，在实践中创新，在创新中提升，为社会输送高素质的智能网络领域的创新复合型人才，不断推动我国网络产业升级与科学技术发展。希望本文对计算机智能网络课程的改革思考对本科生甚至研究生的计算机网络教育和教学起到一定的启发意义。

参考文献

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[8]常建华，张秀再.基于OBE理念的实践教学体系构建与实践——以电子信息工程专业为例[J].中国大学教学，

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[10]吴爱华，侯永峰，郝杰，等.以“互联网+”双创大赛为载体 深化高校创新创业教育改革[J].中国大学教学，2017（1）：23-27.

[11]吴宁，闫相国，崔舒宁.计算机基础在线开放课程群及新形态教材建设[J].计算机教育，2019（1）：101-103+107.

Promoting the Construction of Computer Intelligent Network Courses under the Idea of Emerging Engineering Education

YANG Song， HOU Biao， LI Fan， WANG Xue

（School of Computer Science and Technology， Beijing Institute of Technology，

Beijing 100081， China）

Abstract： To improve the cultivation programs of talents for the construction of Emerging Engineering Education， it is of great theoretical and practical value to take the computer intelligent network courses as an example and comprehensively discuss the teaching reform methods for innovative talents in the field of the intelligent network. In this paper， we have analyzed the current teaching and training programs for students in computer networking courses in colleges and universities and studied the differences in the talents required in Emerging Engineering Education and the reasons for them. Therefore， the education reform strategies of optimizing knowledge modules， strengthening course experiments， integrating online and offline， highlighting ability cultivation， integrating interdisciplinary disciplines， and enhancing innovation ability are discussed so as to provide some advice and information for the construction under the idea of Emerging Engineering Education. This paper gives some proposals under the background of Emerging Engineering Education in China and talent support for the development of related industries.

Key words： Emerging Engineering Education; computer intelligent network; teaching reform; talent training model