“双碳”背景下电子信息类课程教学改革的思考

［摘 要］ “双碳”作为国家重大战略决策，是未来经济发展的必由之路。在新一代信息技术深度赋能传统行业转型升级的当下，发挥好信息技术优势，助力“双碳”目标实现至关重要。因此，高等学校在电子信息类人才培养过程中，应紧密围绕“双碳”目标，积极做好专业课程建设。以“通信网络基础”课程为例，深刻剖析了“双碳”背景下电子信息类课程教学存在的问题，并从教学目标、教学内容和教学方法等方面给出了课程教学改革的思路和举措，旨在为如何培养实现“双碳”目标的电子信息类专业人才提供参考与借鉴。

［关键词］ “双碳”；电子信息类；课程教学改革

［基金项目］ 2024年度北京工业大学教育教学研究课题“‘双碳’背景下的电子信息类专业课程建设与育人模式研究：以‘通信网络基础’课程为例”（ER2024RCB04）；2023年度北京工业大学“三全育人”教师团队培育项目“信息与通信工程专业产学研合作协同‘三全育人’创新平台建设”（SQYR2023-01）；2023年度中国电子教育学会教育教学改革研究项目“校企深度融合下校外实践基地课程思政体系构建与实践”（DJY23001）

［作者简介］ 李 萌（1988—），男，北京人，博士，北京工业大学信息科学技术学院副教授，主要从事通信网络和边缘智能与资源调度研究；孙恩昌（1977—），男，山东日照人，博士，北京工业大学信息科学技术学院副教授，主要从事宽带通信与软件定义网络和卫星通信研究；窦慧晶（1969—），女，吉林长春人，博士，北京工业大学信息科学技术学院副教授，主要从事信号处理和信号参量估计研究。

［中图分类号］ G420 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）40-0055-05 ［收稿日期］ 2023-08-24

目前，全球每年向大气排放约510亿吨的温室气体，要避免气候灾难，需要停止向大气中排放温室气体，实现零排放。作为世界上最大的发展中国家和最大的煤炭消费国，我国尽快实现碳达峰，并与其他国家共同努力到21世纪中叶左右实现二氧化碳净零排放，对全球气候应对至关重要。2020年9月，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和［1］。2021年10月，中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出，实现碳达峰、碳中和，是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策，是着力解决资源环境约束突出问题、实现中华民族永续发展的必然选择［2］。同年，教育部印发《高等学校碳中和科技创新行动计划》，要求充分发挥高校基础研究深厚和学科交叉融合的优势，加快构建高校碳中和科技创新体系和人才培养体系，着力提升科技创新能力和创新人才培养水平［3］。2022年教育部印发《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》，以推进高校碳中和的紧缺人才培养，并提高“双碳”相关专业人才培养质量［4］。

“双碳”目标的实现离不开全社会和各行业的共同参与。作为支撑各领域信息化、数字化和智能化转型发展的新一代信息技术产业在“双碳”目标中扮演了重要的角色，将深度赋能经济社会的绿色发展，也是加快传统行业节能降耗的重要手段之一。因此，在电子信息类专业的教学过程中应融入“双碳”理念，特别是针对相关的专业课程，在授课过程中应更加突出强调信息技术助力产业绿色发展升级的潜力和优势，与课程思政相结合，强化学生的创新思维和责任意识。围绕“双碳”目标决策，深化电子信息类专业的课程教学改革，将授课内容与国家战略和行业需求相结合，提升学生的专业能力和综合素养，为早日实现“双碳”目标提供专业的信息技术人才支撑。

一、“双碳”目标背景下电子信息类课程教学存在的问题和不足

（一）课程内容与“双碳”目标缺乏融合

“双碳”目标倡导绿色、环保、低碳的生活方式，可加快降低碳排放步伐，有利于引导绿色技术创新，提高产业和经济的全球竞争力。我国持续推进产业结构和能源结构调整，大力发展可再生能源，着力支持节能减排降耗新技术发展，努力兼顾经济发展和绿色转型同步进行［5］。作为高等学校支撑服务“双碳”目标，以环境科学、材料科学和管理科学等为代表的相关学科和专业均在原有学科特色基础上聚焦碳减排增汇、可再生能源利用、绿色金融等领域，通过更新培养方案、修订课程大纲、增设专业课程等方式，培养具备绿色低碳和可持续发展思维、掌握专业资源环境科学技术与管理技能的高水平人才［6］。

然而，在“双碳”目标背景下，相比于环境科学、材料科学或管理科学等相关领域的专业学科，电子信息类专业的课程教学内容与“双碳”目标融合的程度相对较低，课程目标设定中通常未能考虑信息技术赋能“双碳”目标的作用和两者之间的相互关系，授课教师在课程内容讲授过程中也容易忽略信息技术如何有效支撑“双碳”目标实现等内容。以“通信网络基础”课程为例，该课程是为面向工科电子信息类通信工程专业和电子信息工程专业开设的专业基础课程，课程主要涉及通信网络系统结构、通信协议体系概念、多址接入方法以及路由选择等内容。课程内容不仅专业性和理论性强，而且需要培养学生具有一定的动手实践能力。然而，在该课程的教学目标和教学内容制定过程中，通常并未考虑将其与“双碳”目标相融合。在课程内容讲授过程中，授课教师也仅围绕通信网络系统及其相关技术开展课堂教学，与“双碳”目标相联系的教学内容或启发性问题涉及较少。同时，学生在课程学习过程中，更多关注于通信网络系统的基本概念、网络协议的配置方法及在处理数据传输方式、降低通信时延、选择路由机制等方面的内容，对于通信网络系统在实际应用中如何与“双碳”目标相融合、通信网络系统如何助力“双碳”目标实现等问题并未展开过多的思考与讨论。因此，在信息技术快速发展和“双碳”目标的背景下，电子信息类课程教学内容与“双碳”目标相融合、专业课程教学目标与国家重大战略决策相统一等问题亟待解决。

（二）课程内容无法满足与时俱进的需求

电子信息类的专业课程通常涉及与数据获取、处理、分析、传输和应用相关的内容，课程涵盖包括信息与通信技术、计算机科学、大数据技术、信息管理等广泛领域。此外，电子信息类的专业课程内容通常还具有技术更迭演进快、实际应用导向强、前沿技术密集、跨学科性质和强调实际工程问题解决等特点，电子信息类专业课程着力培养学生在信息技术飞速发展的时代背景下掌握所需的技能和能力，使学生能够应对信息与通信领域不断变化的新技术、新问题和新挑战［7］。

然而，在实际课堂教学过程中，课堂的授课内容与前沿技术演进发展往往无法做到及时同步更新，导致授课内容滞后于新技术的发展，也缺乏与国家的重大战略决策的及时呼应。以“通信网络基础”课程为例，课堂授课内容主要聚焦在通信网络系统层面，更多关注网络协议与数据传输机制等问题，而在当前实际应用的通信网络系统中，已不再仅关注通信网络系统本身所涉及的技术问题，而是需要统筹考虑融合通信、存储、感知、计算等环节的“通存感算”一体化的系统设计方法［8］。同时，通信网络系统在实际授课过程中，往往未能充分突出和体现设备能耗、系统能效性、网络协同配置等影响到系统节能降耗的关键技术和性能指标，导致授课的理论内容与实际工程应用还有一定的差距。此外，教师在课堂授课时更多讲授与通信网络系统相关的核心理论和主要技术等内容，虽在课程思政内容中引入了一些涉及国家重大战略决策和解决行业“卡脖子”问题的相关案例，但存在授课内容与最新的行业需求联系不够紧密、内容同步更新不够及时、课程内容滞后于科学技术发展和国家战略决策等问题。因此，在电子信息类专业课程教学改革中，应以加快实现“双碳”目标为导向，在课程内容设置上，教师应合理安排课程理论教学内容与前沿技术更新的同步，与时俱进地引入与课程内容相匹配的国家重大战略决策和前沿核心技术，尽可能减少课程内容滞后于实际应用需求的问题。

（三）课程内容未能激发学生的创造性思维

信息与通信技术领域不断发展和创新，需要具备创造性思维的人才推动和应对变化，因此创造性思维在电子信息类专业课程的学习过程中具有十分重要的地位。同时，信息与通信技术所涉及的相关领域发展迅速，技术演进更迭频繁，创新也是驱动行业前进的关键［9］。因此，创造性思维能够激发学生围绕本学科领域提出新的想法、见解和解决方案，推动信息与通信技术的创新和发展。此外，信息与通信技术领域常常涉及较为复杂的问题和挑战，创造性思维可以帮助学生从不同角度分析问题，提出有针对性的独特解决方案。

然而，在以“通信网络基础”为代表的电子信息类专业理论课程教学过程中，授课教师多侧重于讲解与通信网络系统相关的理论知识，强调通信系统及网络协议的重要性，往往忽略了应围绕国家战略需求和行业痛点、引导和启发学生基于课堂所学的理论知识、培养独立动手解决实际应用问题的能力。特别是在“双碳”目标背景下，传统行业的绿色转型升级亟须信息与通信技术赋能实现。如何利用好课程中相关的基础理论知识，并结合行业的实际需求和特点，提出合理且行之有效的解决方案，是培养新时代信息类人才应思考的重要问题之一。因此，在“双碳”目标背景下，电子信息类专业课程任课教师应深入挖掘专业理论知识与行业需求的结合点，通过改进教学内容、优化教学方法、设置实践环节，引导学生基于课堂所学理论知识解决不同行业的绿色转型需求和痛点问题，充分激发学生独立思考并解决实际工程问题的能力，落实理论与实践相结合的人才培养目标。

二、“双碳”目标背景下电子信息类课程教学改革策略和方法

（一）制定“双碳”与课程思政相融合的教学目标

教学目标在课堂教学过程中具有显著的重要性，是教学活动的指导方向和评估标准。目前，课程思政建设在专业课教学过程中已经得到了较好落实，师生均对课程思政与专业课教学相结合的教学方式表示高度认可，且育人效果显著。在“双碳”背景下，应进一步借鉴课程思政建设的宝贵经验，发挥课程思政与专业课教学融合过程中润物无声的教育理念和独到优势，着力培养满足国家战略需求的高水平优秀人才。

在以“通信网络基础”为代表的电子信息类专业课程教学目标制定中，应牢牢把握信息与通信技术对“双碳”目标实现的赋能作用和支撑关系，并将通信网络的基本结构和关键技术等知识点与思政元素紧密融合，将绿色低碳和节能减排理念纳入“通信网络基础”课程教学体系中。通过结合思政元素引入生动的实际应用案例，教育并引导学生在掌握通信网络的基本概念、基本理论、基本方法及提升通信网络问题求解的水平的同时，突出强调通信网络技术如何能够助力传统行业绿色低碳转型升级、如何解决部分行业高能耗低能效的棘手问题。依托“双碳”背景下课程教学目标的建立，使学生通过课程学习不仅能够掌握独立分析和解决通信网络中简单问题的基本能力，更能够围绕“双碳”目标和行业绿色节能降耗的具体需求，联系所学的通信网络相关专业知识，设计出针对性强、可行性高的有效解决方案。

（二）设计“双碳”与教学目标相统一的教学内容

教学内容是课堂教学过程的重要体现，是教育过程中传递知识、培养技能、塑造价值观和发展思维能力的核心要素。同时，教学内容也是将知识传递给学生的主要途径，有助于学生获得特定领域的知识和信息，帮助学生达成学习目标。因此，在“双碳”目标背景下，应围绕并结合教学目标，设计好专业知识与国家战略决策相融合的教学内容，从而有效引导学生有针对性地学习，培养学生多方面的能力，促进其全面发展，满足国家和社会对高水平人才的需求。因此，在“通信网络基础”课程的教学内容设计中，应立足传统的通信网络技术内容和知识点，深入挖掘信息与通信网络支撑行业绿色低碳升级的关键技术和重要手段，发挥信息技术可降低产业生产成本和碳排放量等方面的优势。同时，基于传统课程内容，如通信网络协议体系、网络传输协议、网络时延分析等知识点，进一步结合当前前沿的5G、6G、空天地海网络一体化、边缘缓存与计算、大数据及人工智能等信息技术，通过优化更新部分专业知识的教学内容，并与“双碳”目标需求相呼应，在实现课程教学知识点与关键技术升级同步、教学内容与行业应用相结合的同时，引导学生思考当前主流的信息与通信技术如何提升通信网络系统性能，如何降低通信网络系统自身的能耗开销及如何助力传统行业的节能减排降耗。此外，在现有教学内容，特别是针对通信网络系统建模、频谱选择、功率控制、多址技术及路由算法等内容的教学过程中，需结合绿色低碳通信网络的运行特点，增加新能源节能降耗模型、绿色通信技术、智能频谱感知和路由选择等相关内容，以频谱资源、计算资源和存储资源的高效利用及基站和设备的功率智能动态调整为重点，增加边缘智能节点部署、通信资源使用调峰、智能感知网络资源、分布式节点资源共享与协同调度等节能降耗相关的教学内容。通过一系列的课程内容更新和优化，在保证教学内容和理论知识点讲授不打折扣的前提下，适当增加前沿通信技术与垂直行业应用的实际案例。基于理论知识与实际应用相结合，有助于学生夯实在“双碳”背景和目标下“通信网络基础”课程知识的理解和应用，使教学内容更好地服务于新形势下绿色低碳通信系统的建模和设计，贴合前沿信息与通信技术赋能传统行业数字化、智能化、绿色化的工程实际，为学生未来走上工作岗位打下坚实的理论基础。