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        面向研究型大學(xué)的移動(dòng)計(jì)算導(dǎo)論教學(xué)方法

        2020-04-04 06:36:40肖利民牛建偉
        計(jì)算機(jī)教育 2020年2期
        關(guān)鍵詞:研究型課程目標(biāo)驅(qū)動(dòng)

        阮 利,盛 浩,肖利民,牛建偉,王 悅

        (1.北京航空航天大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院,北京 100191;2.北京航空航天大學(xué) 外國語學(xué)院,北京 100191)

        0 引言

        隨著我國科技、政治、經(jīng)濟(jì)和文化水平的不斷提高,高水平的研究型大學(xué)在我國科研創(chuàng)新體系建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技進(jìn)步、文化繁榮、國家安全等方面都發(fā)揮著越來越重要的作用?!吨袊鴮W(xué)位與研究生教育發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告(2002—2010)》專門指出,“研究型大學(xué)是我國科教興國的強(qiáng)大生力軍,應(yīng)在辦好研究生院的基礎(chǔ)上重點(diǎn)建設(shè)一批研究型大學(xué),以對(duì)我國的學(xué)位與研究生教育起示范帶頭作用,提高我國學(xué)位與研究生教育參與國際競(jìng)爭(zhēng)的能力”。研究型大學(xué)的一個(gè)重要特征是以“創(chuàng)新性的知識(shí)傳播、生產(chǎn)和應(yīng)用為中心,以產(chǎn)出高水平的科研成果和培養(yǎng)高層次精英人才為目標(biāo)”。本科生是研究型大學(xué)的重要產(chǎn)出和培養(yǎng)目標(biāo)之一,是我國建設(shè)國家創(chuàng)新體系和未來奪取世界知識(shí)經(jīng)濟(jì)制高點(diǎn)的重要支撐力[1]。另一方面,移動(dòng)計(jì)算(Mobile Computing)是隨著移動(dòng)終端、無線通信、互聯(lián)網(wǎng)、分布式計(jì)算等新技術(shù)的不斷發(fā)展而興起的一門新學(xué)科。近幾年,隨著5G+、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)計(jì)算、社會(huì)計(jì)算等的共同作用,移動(dòng)計(jì)算已經(jīng)和互聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)并列成為當(dāng)今世界發(fā)展最快、市場(chǎng)潛力最大、前景最誘人的兩大核心應(yīng)用領(lǐng)域,其研究及應(yīng)用創(chuàng)新已逐漸成為全球研究界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn),同時(shí)也成為重要的研究熱點(diǎn)和就業(yè)方向。

        1 實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)計(jì)算導(dǎo)論課程教學(xué)模型

        培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力是研究型大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)面臨的兩大調(diào)整,面向研究型大學(xué)的實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)計(jì)算課程教學(xué)模型如圖1 所示。該模型主要包括基于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生素質(zhì)驅(qū)動(dòng)的課程目標(biāo)建立、基于目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的學(xué)生職業(yè)和選課規(guī)劃調(diào)研、基于競(jìng)賽或科研論文產(chǎn)出的作業(yè)選題、基于迭代的課程作業(yè)完成以及適于差異化學(xué)生的教師迭代指導(dǎo)。

        圖1 實(shí)踐和研究能力培養(yǎng)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)計(jì)算教學(xué)模型

        1)基于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生素質(zhì)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)計(jì)算課程目標(biāo)建立。

        中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)制定的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》為研究型大學(xué)學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量提供了一個(gè)規(guī)范化的目標(biāo),此外,學(xué)生素質(zhì)的差異化是設(shè)定課程目標(biāo)的重要依據(jù)?;谏鲜鰞牲c(diǎn),核心設(shè)計(jì)思路是以此標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生素質(zhì)為抓手制訂課程目標(biāo),最終滿足對(duì)學(xué)生實(shí)踐和科研能力的綜合培養(yǎng)目標(biāo)。

        2)基于目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)計(jì)算教學(xué)對(duì)象職業(yè)和選課規(guī)劃調(diào)研。

        研究型大學(xué)中教學(xué)對(duì)象有自己對(duì)于就業(yè)、考研、出國等的職業(yè)規(guī)劃以及選課規(guī)劃,已有的實(shí)踐、科研經(jīng)驗(yàn)積累等直接決定了學(xué)生對(duì)課程的期待以及教師的授課重點(diǎn),因此必須注重開課后對(duì)學(xué)生的調(diào)研,而調(diào)研結(jié)果是課程組制訂個(gè)性化教案的基礎(chǔ)。

        3)基于競(jìng)賽或科研論文產(chǎn)出的移動(dòng)計(jì)算作業(yè)選題。

        未來的研究型大學(xué)中,有一大部分學(xué)生曾有高中到大學(xué)期間參加ACM 數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)等競(jìng)賽的經(jīng)驗(yàn),進(jìn)入大學(xué)后,學(xué)生對(duì)競(jìng)賽的參與度也是非常高的,同時(shí)大學(xué)生涯中的競(jìng)賽是對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的鍛煉,是一種重要的能被認(rèn)可的公開評(píng)價(jià)模式,除此之外,科研論文的產(chǎn)出能力也是具有出國、考研等進(jìn)一步深造潛力的學(xué)生希望提升的能力?;谏鲜鰧W(xué)生素質(zhì)的分析,論文、競(jìng)賽等訓(xùn)練是研究型大學(xué)課程設(shè)定必須要慎重考慮的因素,因此,建議制訂一種鼓勵(lì)競(jìng)賽和發(fā)表科研論文產(chǎn)出的作業(yè)選題模式,以適應(yīng)學(xué)生素質(zhì)的基本情況,以及未來研究型大學(xué)對(duì)人才的科研等綜合素質(zhì)具有更高要求的實(shí)際挑戰(zhàn)。

        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)基于迭代的移動(dòng)計(jì)算課程作業(yè)完成。

        由于課程規(guī)模等限制,現(xiàn)有的大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)課程作業(yè)完成模式普遍采用的都是提交作業(yè)、給出考核成績、多次不同考核成績按加權(quán)進(jìn)行疊加的模式,如平時(shí)作業(yè)(4%)+綜述(20%)+期末考試(40%)的傳統(tǒng)作業(yè)提交和考核模式,而學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握,尤其是單次作業(yè)質(zhì)量改進(jìn),需要多輪迭代、有針對(duì)性地完成,但現(xiàn)有課程缺乏對(duì)單次作業(yè)的多次迭代質(zhì)量改進(jìn)模式的支持,可以采用一種基于迭代的移動(dòng)計(jì)算課程作業(yè)完成新方法。

        5)適于差異化移動(dòng)計(jì)算教學(xué)對(duì)象的教師迭代指導(dǎo)。

        學(xué)生作業(yè)采用迭代多輪提交模式,對(duì)教師提出了要對(duì)差異化的學(xué)生提供迭代指導(dǎo)的要求,以幫助學(xué)生更好地掌握知識(shí)點(diǎn),并加強(qiáng)實(shí)踐和科研深度和寬度。

        2 實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)計(jì)算導(dǎo)論課程教學(xué)實(shí)踐

        2.1 基于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生素質(zhì)的課程目標(biāo)

        2.1.1 課程目標(biāo)

        首先結(jié)合移動(dòng)計(jì)算技術(shù)前沿性和實(shí)踐強(qiáng)的特點(diǎn),基于課程現(xiàn)有的教學(xué)基礎(chǔ)和現(xiàn)狀,通過調(diào)研對(duì)比分析國內(nèi)外移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的最新教學(xué)現(xiàn)狀,包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)實(shí)驗(yàn)手段等,并以實(shí)踐和科研能力培養(yǎng)為核心驅(qū)動(dòng),對(duì)既有的課程簡介和教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行改革。新的移動(dòng)計(jì)算導(dǎo)論課程簡介如下。

        移動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域是一個(gè)發(fā)展極快、潛力極大、市場(chǎng)極廣的領(lǐng)域。本課程介紹了移動(dòng)計(jì)算的演變歷史、無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、移動(dòng)通信協(xié)議、移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)(ad hoc)、移動(dòng)計(jì)算模型、移動(dòng)操作系統(tǒng)等方面的內(nèi)容,使學(xué)生了解日益普及的移動(dòng)設(shè)備、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等移動(dòng)計(jì)算相關(guān)的基本原理和使用方法,了解移動(dòng)計(jì)算技術(shù)發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài),掌握利用移動(dòng)計(jì)算工具開發(fā)移動(dòng)應(yīng)用的基本原理和方法。通過學(xué)習(xí),開闊學(xué)生的視野;通過實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生利用移動(dòng)計(jì)算技術(shù)解決實(shí)際問題的能力。

        北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院為本科生開設(shè)了移動(dòng)計(jì)算導(dǎo)論專業(yè)課程,主要面向大三、大四年級(jí)的學(xué)生,面向包括電子信息工程學(xué)院、計(jì)算機(jī)學(xué)院、軟件學(xué)院、高等理工學(xué)院、中法工程師學(xué)院、北京學(xué)院、高等理工學(xué)院(華羅庚班)、北航學(xué)院等對(duì)象進(jìn)行選擇,共32 學(xué)時(shí)。本課程主要以移動(dòng)計(jì)算的基本概念和原理為主,注重知識(shí)面的廣度,關(guān)注基礎(chǔ)性、前沿性和應(yīng)用性融合;在實(shí)踐能力培養(yǎng)方面,重點(diǎn)是移動(dòng)計(jì)算的基礎(chǔ)性知識(shí)、基本的應(yīng)用動(dòng)手能力和思維方法訓(xùn)練,系統(tǒng)、深入地學(xué)習(xí)與運(yùn)用移動(dòng)計(jì)算的創(chuàng)新應(yīng)用等內(nèi)容,啟迪系統(tǒng)性及創(chuàng)新思維方面的培養(yǎng);在研究能力培養(yǎng)方面,重點(diǎn)是掌握適于本科生的移動(dòng)計(jì)算科學(xué)研究方法,促進(jìn)學(xué)生開展移動(dòng)計(jì)算的科研創(chuàng)新實(shí)踐。

        2.1.2 課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系分析

        課程設(shè)計(jì)過程中,基于中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)制定的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》,以畢業(yè)要求目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的方式,同時(shí)結(jié)合研究型大學(xué)的學(xué)生特點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容,建立一套適于研究型大學(xué)的移動(dòng)計(jì)算課程目標(biāo),為培養(yǎng)出合格的研究型大學(xué)學(xué)生制訂規(guī)范化的依據(jù)。課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系見表1。

        表1 移動(dòng)計(jì)算導(dǎo)論課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系

        (續(xù))表1

        對(duì)標(biāo)畢業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo),將實(shí)踐和研究能力培養(yǎng)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)計(jì)算導(dǎo)論課程的教學(xué)目標(biāo)細(xì)化分解為以下3 點(diǎn)。

        (1)了解移動(dòng)計(jì)算的發(fā)展歷程和體系結(jié)構(gòu),掌握相關(guān)支撐技術(shù)基本概念、核心技術(shù)前沿知識(shí)和發(fā)展現(xiàn)狀。

        (2)通過對(duì)移動(dòng)計(jì)算技術(shù)以及開發(fā)實(shí)例的介紹,開闊學(xué)生視野,促進(jìn)他們從設(shè)計(jì)者的角度思索如何使用先進(jìn)的技術(shù)手段,對(duì)各種生活中的需求進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。了解移動(dòng)計(jì)算技術(shù)工程化實(shí)施過程中需要解決的問題和通常采取的方法,以及如何將理論知識(shí)應(yīng)用到具體的工程實(shí)踐過程中。

        (3)了解移動(dòng)計(jì)算技術(shù)發(fā)展的前沿科技和產(chǎn)業(yè)界動(dòng)態(tài),掌握面向移動(dòng)計(jì)算的科學(xué)研究方法。

        2.2 實(shí)踐和科研能力培養(yǎng)驅(qū)動(dòng)的課程教學(xué)體系

        實(shí)踐和科研能力培養(yǎng)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法,在傳統(tǒng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)增加面向移動(dòng)計(jì)算的研究方法講解和實(shí)踐。最終的課程教學(xué)體系見表2,主要包括基礎(chǔ)知識(shí)、關(guān)鍵技術(shù)、最新研究成果、移動(dòng)計(jì)算研究方法、基于競(jìng)賽/研究導(dǎo)向的實(shí)踐、企業(yè)前沿技術(shù)進(jìn)課堂、基于迭代質(zhì)量改進(jìn)的課程作業(yè)提交和課堂指導(dǎo)教學(xué)模塊。

        表2 實(shí)踐和科研能力培養(yǎng)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)體系

        2.3 實(shí)踐和科研能力培養(yǎng)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)流程

        在教學(xué)理念方法上,本課程結(jié)合典型案例與科研項(xiàng)目講解,以三基性融合為主;教學(xué)目標(biāo)方面,以基本原理為主;在教學(xué)模塊上,涵蓋移動(dòng)計(jì)算基礎(chǔ)知識(shí)、關(guān)鍵技術(shù)、最新研究成果、知名企業(yè)/專家學(xué)者課堂交流、課堂交流討論和創(chuàng)新實(shí)踐等環(huán)節(jié);教學(xué)方法方面,以課題教學(xué)與驗(yàn)證試驗(yàn)為主,以項(xiàng)目設(shè)計(jì)、互動(dòng)討論、自主開放實(shí)驗(yàn)為引導(dǎo),采用迭代性的多輪指導(dǎo)方式。教學(xué)銜接上,采用基于過程的分層次、個(gè)性化的實(shí)踐驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法,在促進(jìn)學(xué)生移動(dòng)計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)實(shí)踐的同時(shí),個(gè)性化提升研究型大學(xué)中學(xué)生的實(shí)踐能力和科研能力,對(duì)接北京航空航天大學(xué)每年一度的“馮如杯”和校外移動(dòng)計(jì)算相關(guān)的創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新競(jìng)賽等,鼓勵(lì)學(xué)生選取適合自己的題目、學(xué)生移動(dòng)計(jì)算科研實(shí)踐等環(huán)節(jié)。具體關(guān)鍵流程及其教學(xué)方法分析如下。

        1)基于目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的學(xué)生個(gè)性化職業(yè)和選課規(guī)劃調(diào)研。

        開課之后,開展基于目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的學(xué)生個(gè)性化職業(yè)和選課規(guī)劃調(diào)研,重點(diǎn)調(diào)研選課學(xué)生的職業(yè)規(guī)劃(包括考研、出國、就業(yè))以及學(xué)生目前的選課規(guī)劃(實(shí)踐能力和科研能力),以便對(duì)學(xué)生進(jìn)行分層化培養(yǎng),如分為出國的學(xué)生、就業(yè)的學(xué)生、考研的學(xué)生、其他學(xué)生?;谏鲜稣{(diào)研,選課學(xué)生的積極性和主動(dòng)性得到激發(fā)。

        2)基于競(jìng)賽或科研論文產(chǎn)出的移動(dòng)計(jì)算作業(yè)選題。

        基于調(diào)研和面向移動(dòng)計(jì)算研究方法的介紹,學(xué)生在此環(huán)節(jié)將面向競(jìng)賽或科研產(chǎn)出不同目標(biāo),學(xué)生完成選題和實(shí)踐。選題過程中,本課程要求學(xué)生根據(jù)近3 年的CCF 推薦期刊和會(huì)議列表中移動(dòng)計(jì)算相關(guān)的文獻(xiàn),結(jié)合學(xué)生對(duì)個(gè)人情況的分析進(jìn)行選題,首先梳理出移動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域的經(jīng)典文獻(xiàn)庫,針對(duì)不同學(xué)生的能力推薦和設(shè)計(jì)不同的題目;然后,學(xué)生基于課程推薦的移動(dòng)計(jì)算閱讀文獻(xiàn)報(bào)告基本邏輯模板,課程要求調(diào)研報(bào)告中含有一定比例的近3 年的CCF A 和B 期刊/會(huì)議;基于文獻(xiàn)閱讀報(bào)告的積累,以及課程提供的綜述報(bào)告參考模板,完成基于邏輯性的問題驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)計(jì)算課程綜述報(bào)告,然后基于該綜述報(bào)告,完成具有個(gè)體針對(duì)性和前沿性的選題。具有競(jìng)賽或科研論文產(chǎn)出的作業(yè)選題方法,結(jié)合配套的課程教學(xué)模板,能極大地提升學(xué)生選題的規(guī)范性、前沿性和個(gè)人化匹配性。

        3)基于迭代的移動(dòng)計(jì)算課程作業(yè)完成。

        傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)課程教學(xué)中所采用的基于順序教學(xué)的授課模式(如圖2 所示),主要采取教師授課、學(xué)生完成作業(yè)、期中考核、教師授課、完成作業(yè)、期末考核的評(píng)價(jià)機(jī)制,其主要問題是學(xué)生很難體會(huì)到課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)際是需要多輪迭代質(zhì)量改進(jìn)的。

        基于上述問題,采用基于迭代的移動(dòng)計(jì)算課程作業(yè)完成模式,同時(shí)配套基于個(gè)性化的多輪作業(yè)教師質(zhì)量改進(jìn)反饋指導(dǎo)機(jī)制(如圖3 所示)。在作業(yè)完成和教學(xué)指導(dǎo)方面,鼓勵(lì)學(xué)生每周的作業(yè)迭代提交并改進(jìn)前期作業(yè),同時(shí)教師對(duì)每次修改后的作業(yè)都給出指導(dǎo)建議。通過這種迭代的提交和指導(dǎo),教師和學(xué)生之間得到更高質(zhì)量的互動(dòng),學(xué)生相對(duì)于傳統(tǒng)的課堂得到了更多輪次專業(yè)的精細(xì)指導(dǎo)。

        圖2 基于順序教學(xué)的授課模式

        圖3 基于迭代教學(xué)的授課模式

        3 結(jié)語

        面向未來研究型大學(xué)的實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)計(jì)算導(dǎo)論教學(xué)方法,在北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)踐后取得良好的效果。我們將進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)踐和改進(jìn),根據(jù)教學(xué)反饋,進(jìn)一步完善和細(xì)化對(duì)教學(xué)方法,尤其是完善適于本科生的移動(dòng)計(jì)算研究方法,并進(jìn)一步完善適于實(shí)踐和科研能力培養(yǎng)的教學(xué)平臺(tái)和項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

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