5G时代高校计算机技术专业的 “四新”教学

[摘 要]5G作为最新一代的移动通信技术，以其高速率、低延时、海量物联等特点深入人们生活的各个方面。随着5G与高等教育的不断融合，高校教师的授课模式、授课内容正在逐步发生变化。面对5G时代背景下的高等教育大众化、课程思政化以及新工科建设的新环境，高校计算机专业教师应在完善新模式、关注新内容、体现新理念、打造新环境上积极探索，重塑教学生态，做好数字化教学资源建设和线上课程建设，积极推动信息技术与教育教学的深度融合。

[关键词] 5G ；计算机专业；新模式；新内容；新理念；新环境

[中图分类号] G642            [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2023） 10-0099-03

5G（5th-Generation Mobile Communication Technology）即第五代移动通信技术，是最新一代的移动通信技术。伴随着新技术的到来，高校计算机技术专业教学也迎来了新的变革。开展以完善新模式、关注新内容、体现新理念、打造新环境为核心的“四新”教学，是适应时代发展、提高教学效果的一种有益探索。

一、5G技术的基本特征

从1987年中国正式进入1G时代开始，移动通信技术以每十年一代的发展规律，在2019年正式迈入了5G时代。[1]从1G到5G这短短的几十年时间里，每一次通信技术的更新迭代都带来一次新的产业革命，不仅加快了产业升级、经济的发展步伐，还改变着世界通信技术的新格局。2018年6月，3GPP批准了第五代移动通信技术标准，5G的独立组网功能冻结标志着5G技术的正式到来。尽管5G的全部标准到2020年6月才完成，但是在2019年全球各个国家就已经开始了5G的部署。在这期间，中国的华为、美国的Verizon和AT&T、英国的沃达丰及韩日等国家的众多企业一起为5G的发展做出了卓越贡献。

相比于上一代4G通信技术，5G的优势主要体现为：第一，通信速度特别快。增强移动宽带（eMBB）技术使得5G网络峰值速率的最大值可达20Gbit/s，是上一代4G网络的一百倍；第二，5G网络的应答速度特别快。低时延高可靠通信（URLLC）技术使得5G网络将延时降到毫秒级以下，最低可达4G网络的1/50；第三，5G网络能够连接更多的专业设备。上一代的4G网络系统，一平方公里内最多连接5-6万台设备，而5G网络系统在应用大规模物联网（mMTC）技术后，可以支持一平方公里100万台以上的设备，满足车站、商场、体育场等大型场景的需求。

纵观移动通信发展的近几十年，各个国家早已不再把移动通信技术仅仅视为科技来发展，而是把其作为核心基础设施来建设，使之促进着经济的增长，并以此带动相关技术和产业的变革。[2]可以说，5G关系着一个国家的未来和国运，已经成为各个国家稳固其竞争优势的战略要地。在此背景下推动计算机教学模式变革，促进创新技术型人才培养更为重要。

二、5G时代背景下“四新”教学的内涵

从教育的视角来看，5G的发展和应用对高等教育领域带来巨大机遇。从2018年“5G+未来教育”的提出、2019年“5G+人工智能应用创新实验室”及5G高校的建成、2021年工信部开展的“5G+智慧教育”项目可以看出，国家正积极引导5G与教育的融合，探索新的高校教育、教学模式，寻求一条为教育高质量发展的新时代路径。[3]随着5G网络的普及和完善，高校教育如何顺应时代，转换本科教学模式、教学内容，实现教学改革，成为高校教育要解决的关键问题。作为高校教师，特别是计算机专业的教师，应该进一步提升和完善以下几个方面：

（一）完善的线上教学新模式

在以往的高校教学过程中，线上教学作为教学辅助的一部分，主要用于专业课程相关资料的补充来使用，在教学结构中只占很小的比例，没有引起大多数教師的重视。近几年由于新冠病毒疫情的原因，各大高校加大线上教学的比例，线上教学成为教学的主要方式和手段。但是，在4G条件下的线上教学过程中，大量的问题也随之出现：由于带宽的限制、平台的不稳定，教师在教学过程中不能保证授课的流畅性、不能完全地掌握学生的学习状态、不能保证与学生在课堂上的实时性互动；在线上教学的考核中，经常会出现并发性的网络阻塞；在线上教学的实践中，特别是硬件实验部分，由于接触不到硬件，使得实验效果大打折扣。教学过程单一、趣味性差，效果达不到预期的目标。

5G网络的主要特点是具有较高的数据传输和处理速率、较低的延时、较低的功耗和大规模设备的连接。5G网络的发展和普及会使得线上教学模式更加完善，高效的数据传输可以保证线上教学的流畅性；极低的延时可以让教师与学生实现实时互动，教师要做的就是提高在线教学能力，熟练掌握各种应用软件的使用，丰富优秀的专业教学素材，完善视频、音频、仿真设计平台等教学资源数据库。可以开展“以学生为中心”的课堂教学讨论、课堂成果展示、主题演讲、开发技术介绍等教学活动，激发学生的学习热情和学习动力。充分利用现代化教学手段，在教学过程中采用自行编制的辅助教学软件等进行辅助教学，增加课堂的生动性，改善课堂教学效果，构建“互联网+教学”“智能+教学”的新形态。可以优化相关慕课课程的实施，提高网络在线答疑、翻转课堂的效果。5G使得教学空间和教学资源巨大化，进而提高了学生的学习积极性，满足高校教育的个性化、精准化、智慧化需求。

（二）关注与5G相关的教学新内容

高校教育的内容应该是具有专业性、实践性和先进性的，这就要求教师在教学过程中，依据本专业特点，不断更新自己的教学内容。在本科教学过程中，特别是计算机专业的教学中，一定要摒弃传统教学内容单调、教学方式单一的缺点，让学生了解5G和计算机各个专业学科的紧密联系，提高学生的学习兴趣。在教学内容上，要重点在以下几个方面实现更新：

一是5G和4G有着本质上的区别。比如网络架构的呈现方式不同、控制面和用户面的分离不同，还有网络的接口和相关协议也不相同。这些不同不仅仅是技術上的升级换代，还成为加快社会相关各个产业升级及经济发展的重要因素，而学生对5G的深刻认识可以为5G的应用打下良好的专业基础。二是5G技术加速了物联网（loT）及相关技术的实现。物联网的目的就是要所有的东西都能上网，而5G的到来，就可以真正实现万物互联这个目标。三是5G的实现会使得人工智能（AI）得到飞跃发展。当物联网实现之后，每一个单独设备里面的人工智能就互相联系起来了，所有的数据收集完之后，汇总到中央计算机上的AI中，它来管理所有这些基站，并将信息提供给使用者。而云计算、大数据等相关课程内容也同样与5G有着密切联系，计算机专业的教师应与时偕行，将5G协同这些专业技术深度融合，创建新型的教学方式，跟上时代的步伐，推动高等教育的个性化、智能化发展。

5G的逐步完善和实现也带来了一些新概念，比如元宇宙（Metaverse）和区块链。2021年世界最大的社交媒体软件公司Facebook将公司的业务从原来的社交媒体，转向虚拟世界的打造，而这个虚拟的世界就是元宇宙。应用VR技术，元宇宙可以改变目前视频场景的“违和感”，创造真实场景氛围。当然要实现一个非常完美的虚拟世界，还需要一个非常重要的技术——区块链。区块链是一种全新的思维方式，它通过信息共享来保证网络中大量交互数据的安全性，所以区块链技术也被称为未来的核心技术。这些技术与5G完美结合，必将改变我们的生活，改变世界格局。要让学生知道这些前沿的技术和概念，培养学生的创新创业能力、跨界整合能力，建立多样化和个性化的人才培养模式。

（三）体现课程思政新理念

课程思政以构建全员、全程、全方位育人格局的形式，让各类课程与思想政治教育同向同行，是把“立德树人”作为教育根本任务的一种综合教育理念。[4]在高校课程思政建设中，教师是教书育人实施的主体，也是课堂教学的第一责任人，课程内容的策划、教学方式的选择、课堂的管理都需要教师的积极投入和深入思考。

通过引导学生回顾中国网络通讯技术的发展史，无疑是我们进行课程思政的一个成功案例。纵观网络通讯技术这几十年的发展历程，在我国的发展绝不是一帆风顺的。从1G的全面落后、2G的艰难起步、3G的突破，到后来4G的后来居上、5G的全面超越，体现了中国强大的综合国力，也体现了用科技增强国家竞争力的坚定信念。以“华为”为代表的中国企业在这个过程中起到了关键性的作用。同时，“中兴”“大唐电信”两大企业的逐渐崛起，让美国感到不安，于是对我国企业的全面围攻正式开启。之后的“芯片事件”“孟晚舟事件”等，让国人认清了美帝国主义的真实面目。“华为”和“中兴”不肯甘居人后，又扛起了5G芯片研发的大旗，并且在2019年正式发布了自主研发的首款5G芯片——“巴龙5000”。高校教师可以把这些具有代表性的事件，以案例等多种形式加入到课程思政的内容中，明确事件的时代意义，对学生进行爱国主义教育，培养学生锤炼精品的工匠精神，坚定责任主体意识，提升学生的科技强国意识和竞争意识，让学生对科技强国有更为深刻的认知。总之，课程思政建设要切实发挥课堂育人主阵地作用，实现价值引领、能力培养、知识传授相统一，达到立德树人的目的。

（四）打造5G时代的教学新环境

基于5G网络，高校教师可以借助VR（虚拟现实）、AR（增强现实）、XR（扩展现实）构建新的教学环境。基于VR/AR技术教学的优势在于更直观、更真实、更易于理解，并且由于实时反馈，师生的互动性更好。[5] 5G使得VR的应用更加完美、更加人性化。全新的教学环境能使学生更加自主化地学习，不受带宽和地点的限制。对于学生来说可以在任何时间、任何地点实现无差别学习，真正实现教育均衡，提高教育的可及行；对于教师而言，可以让他们有更多的时间设计更好的教学形式和内容，进而实现人性化管理，提高教育资源利用率。教师可以使用一些可靠、成熟的软件构建教学环境，对于计算机专业的教师来说，还可以指导学生设计、开发符合自己需求的环境，提高学生解决实际问题的能力。

高校教师还应该充分应用5G相关技术，与教学内容、教学资源有效结合，积极探索各个专业间的跨界合作模式及与企业合作创新的模式。在相关专业间的跨界合作中，其他专业的知识可以通过学生自学和选修相关课程来掌握。跨界合作、校企合作的模式不仅可以拓宽专业教师的视野，还可以拓宽专业知识的应用范围。对于高校学生，不仅能培养学生的团队合作精神，更能让学生及早认识到社会的需求以及所学专业的应用前景。作为计算机专业的高校教师，应该优化以实践项目为依托的教学模式，创建新的教学实践训练场景模式。在课程实践和实验设计中，做到进一步以项目驱动为核心，加大工程实践技术的比重，充分发挥计算机专业的应用特性，面向学生就业需求修订课程教学内容。为加强学生团队协调和合作能力，在实践类和实验类课程中可以增加以组为单位的合作实验内容。在考核的过程中，为适应工程专业的实践能力要求，可以依照“工程认证”的模式，引入达成度的考核机制。总之，所有的改革创新都要以学生为中心，突出高校专业教学的特殊性，有针对性地培养5G技术人才。

三、“四新”模式展望

教学改革绝非是一蹴而就的事情，特别是5G时代背景下，教学、资源、环境的改革过程中更要加入反馈、评价机制，并依此做出调整，“呼唤新型丰富规则”“呼唤新型价值导向”[6]。完善的反馈、评价机制可以使课程改革进入良性迭代状态，进而使教学改革更加实用、更加平等、更加安全。最终达到重塑教学生态，做好数字化教学资源建设和线上一流课程建设工作，积极推动信息化与教育教学深度融合。路漫漫其修远兮，网络技术还在以飞快的速度继续发展着，6G通讯技术也将如期而至。目前，我国已经着手开始6G技术的探索，并且走在了世界前列，相信我国在经历从1G的空白到5G的领跑过程之后，在6G的道路上能够继续取得辉煌成就，而高校的“四新”教学模式也将会有新的内涵充实，助推计算机教学更好地服务社会。

参考文献：

[1] 吴越，杨进中.5G时代下教学模式发展新趋势[J].教育教学论坛，2021（1）：133-136.

[2] 梅雅鑫.“5G+AI”強强联合加速10亿5G终端落地[J].通信世界，2019（9）.

[3] 严露，肖黎明.“5G+”教学模式对教师教育改革的启示[J].教师，2020（32）：98-99.

[4] 赵蒙成.构建“课程思政”生态圈[N].中国教育报，2019-05-07.

[5] 袁丽平.基于5G的VR/AR在高等教育教学的应用[J].现代科技，2020，4（18）：190-192.

[6] 刘春媛.基于IP协议理论的网络媒介传播研究[J].文艺评论，2019（1）：116-122.

（责任编辑：王义祥）

“Four new” Teaching Modes of Computer Technology Majors in Colleges and Universities in 5G Era

Xu Wei

（School of Computer Science and Technology， Heilongjiang University）

Abstract： 5G， as the latest generation of mobile communication technology， has penetrated into all aspects of people's life with its high speed， low latency， massive Internet of things， etc. The teaching mode and content are changing gradually with the continuous integration of 5G with higher education. With the continuous integration of 5G and higher education， the teaching mode and content of college teachers are gradually changing. Facing the new environment of massification of higher education， the ideology and politics of curriculum and the construction of new engineering disciplines in the context of 5G era， teachers of computer science majors in colleges and universities should actively explore the new mode， pay attention to the new content， embody the new concepts and create a new environment， reshape the ecology of teaching and do a good job in the construction of digital teaching resources and online course construction， and actively promote the in-depth fusion of information technology and education and teaching.

Key words： 5G ; Computer  Majors ; New mode; New content; New concept; New environment

基金项目：黑龙江大学高等教育教学改革工程项目：“5G时代背景下计算机专业教学模式研究”（2021C24）。

作者简介：徐为（1979—），男，博士，副教授，研究方向：计算机科学与技术。