5G 时代高校计算机技术专业的“四新”教学*

徐为 （黑龙江大学计算机科学技术学院）

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，没有引起大多数教师的重视。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术上的升级换代，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。