以“先进计算机网络技术”课程为载体,基于项目展开人才培育,让研究生在学习了解通讯网络范畴前沿问题的过程中顺利完成从“学习”到“研讨”、从“学生”到“学者”的转变,是通讯抗干扰技术国度级重点实验室冯钢教授不时以来对学生的殷切希冀。
在多年的探求和理论中,冯钢教授在这门课程中坚持把科研与教学紧密别离,努力调动学生的主动性、增强学生的代入感,鼓舞学生多听、多想、多问、多做,独立思索、深化探求,做到真正的学中做、做中学,取得了良好效果。
图1:冯钢教授与学生一同讨论
兼收并蓄:瞄准国际前沿,扎根中国大地
2000年至2007年,冯钢在新加坡南洋理工大学电子电气工程学院任教,那时他就留意到,国外许多高水平大学在通讯和计算机相关专业的研究生教育中,都开设了类似“Selected Topics in Computer Networks”的硕士和博士研究生课程,作为通讯网络范畴研究生的进阶课程。
2007年,冯钢回到母校电子科技大学,在通讯抗干扰技术国度级重点实验室从事教学与科研工作并指导研究生。遭到国外大学课程设计的启示,他为研究生开设了“先进计算机网络技术”课程。当然,他并不是全盘照搬国外的课程内容,而是在充分自创国外阅历的基础上对课程内容中止了重构。
之所以要重构,是由于:一方面,电子科技大学的学生固然对计算机网络的基本概念、功用和结构有所了解,但控制的专业学问的深度和广度与国际著名大学的学生相比仍存在明显的缺乏。另一方面,国外开设的 “Selected Topics in Computer Networks”课程,侧重于前沿性和专题性,缺乏系统性,这就使研究生在学习中无法墨守成规地完成从基础概念到前沿研讨的过渡,因而面临许多学习困难。
正因如此,冯钢教授根据学生的理论情况,在这门课程的设计中统筹了两个方面,打通了从本科已修课程到前沿研讨的桥梁,让学生能够在了解计算机网络的基本概念和功用的基础上,逐步深化了解流量控制、QoS保证、新一代协议、建模与性能分析方法等现有计算机网络架构中的先进技术。
图2:网络保证QoS机制在5G网络中的完成
去粗取精:持续精心打磨,构成精品内容
在冯钢教授和秦爽副教授的共同努力下,经过多年的探求理论、总结提炼,“先进计算机网络技术”课程别离课程组在无线通讯和网络范畴承担和参与的重要国度科研项目的相关阅历,将科研需求和教学相别离,在讲授专业基础学问的同时引导学生中止科研理论,逐步构成了内容体系,细致包括:
——互联网架构和效劳模型。包括互联网流量工程(掩盖网络、对等网络、IP over ATM、SONET和 WDM);网络流量工程框架;互联网QoS架构(IntServ 和 DiffSer);
——用户效劳和源流量模型。包括数据效劳和流量模型(Possion模型、饱和流量模型)、语音IP(马尔可夫调制的泊松过程、自相似流量的流量建模等)。
——网络资源管理。包括经济准绳(基于成效函数的优化模型)、流量类型(现有流量管理中的问题)、呼叫接纳控制等。其中包含一个研讨个案,即移动蜂房网中的接纳控制与上下行带宽动态调整。
——网络流量控制。包括分组调度的公平性、边境性能,以及尽力而为的效劳与保证和算法;拥塞控制(端到端机制和路由辅助机制,缓存管理和主动队列管理)、多播拥塞控制等。其中包含两个研讨个案,分别是其中包括一个研讨个案,即Rate-guaranteed Opportunistic Scheduling(ROS)和无线网络中的TCP性能增强机制。
——移动SDN与移动云计算。包括网络虚拟化、云计算架构及原理、移动虚拟化及云计算(移动SDN网络架构、虚拟网络嵌入、接入云、本地微云、移动内容分发等)。
——智能网络资源管控。包括智能网络架构与机理、面向深度学习方法的网络和用户行为的智能预测和分析、无线网络中的MDP建模与智能决策算法(如Q学习、AC算法、深度Q学习等)、智能用户接入和切换、智能网络资源分配机制等。
基于项目:科研融入教学,项目化为案例
在课程的内容设置上,冯钢教授十分注重科研育人,把课堂教学与科研项目紧密别离起来,梳理了自己参与科研项目的心得体会,凝练出较多的前沿问题及研讨个案,作为通讯及网络范畴研究生特别是博士研究生研讨才干拓展进步的进阶课程。
这样做的好处不只在于架起了“网络范畴基础学问”与“网络范畴研讨”的桥梁,辅佐学生更好天文解研讨工作的基本概念、网络范畴研讨工作的基本方法、主要数学工具和建模伎俩,而且能够让学生自但是然地把自己的聪明和热情融入到当前所做的项目当中,融入到国度严重战略需求中来。
据引见,近年来冯钢教授参与了多个国度重点严重课题,特别是在移动网络通讯范畴,从4G相关的科技严重专项到6G相关的国度重点研发项目,都深度参与其中,并承担和参与了以自然科学基金重点项目、面上项目为代表的多个通讯网络范畴基础性前沿性研讨课题,对通讯及网络范畴的先进技术和前沿热点有普遍研讨和深化了解。
在教学中,冯钢从理论通讯系统中可能面临的问题动身,经过分析案例对建模的需求以及数学建模对案例的处置,展开数学建模概念、原理和方法的教学,使学生控制现代通讯网络触及的主要数学建模理论和方法,熟习通讯网络建模和性能评价的体系与步骤,具备恰当运用数学方法处置通讯工程的理论问题的才干。
例如,冯钢根据国度科技重点研发计划项目“6G网络架构及关键技术”的研讨阅历,针对网络中多样化业务共存的特性,增加了5G网络中QoS保证机制等章节内容,讲解网络中的差异化业务效劳机制,并针对未来网络与人工智能深度别离的特征,在课程中增加了无线智能网络的相关教学内容。
图3:2020年5月,冯钢教授荣获学校研究生教学质量优秀奖
课堂革新:学生变成学者,痛点变成亮点
教学的效果取决于“教”和“学”的辩证关系,历来不是“剃头挑子一头热”的“一厢甘愿”。如何让学生真正理解计算机网络重要技术的概念和原理,在此基础上提升思想才干和创新才干,是教学的难点和痛点。
冯钢表示,这门课程的一个难点是,由于研讨个案较多,学生需求在课外查阅较多的资料并完成课程的项目设计,这就需求学生做更多的独立思索、更深化地阅历研讨的整个过程,这对研一的学生而言是一个全新体验,也是较大的应战。
如何处置“教员授课缺乏新意、学生听课缺乏兴味、导师觉得缺乏价值”的问题呢?冯钢的答案是:
——要把所讲的内容与学生理论生活中经常接触和运用的网络应用相别离,让学生有代入感和参与感,深化思索一些平常习气的网络应用背后的本质原理。
——要以当前网络、通讯研讨范畴的热点研讨问题为例中止讲解,辅佐学生树立所学学问点和科研工作之间的联络。
——在课程项目研讨中,要深度参与到学生的选题、问题定义、建模及问题处置的过程,引导学生别离课堂所学理解研讨工作的基本要素、过程及方法伎俩。
在课程报告的设计和选题过程中,冯钢常鼓舞学生从自己专业方向着手和思索,别离这门课程学到的学问去定义和处置自己研讨方向相关的问题。他鼓舞学生多和自己的导师讨论和沟通,把课题所学学问和自己的科研工作有机别离,做到真正的学有所用。
冯钢表示:“固然选课的学生来自不同的实验室,各自的研讨方向有所区别,但信息通讯范畴很多问题具有内在联络,特别是在模型和数学方法的应用上有共通之处。所以,要引导和鼓舞学生主动思索、学致运用。”
立德树人:心胸国之大者,面向严重需求
2018年4月,习近平总书记在全国网络安全和信息化工作会议上强调,信息化为中华民族带来了家常便饭的机遇。我们必需敏锐抓住信息化展开的历史机遇,加强网上正面宣传,维护网络安全,推进信息范畴中心技术突破,发挥信息化对经济社会展开的引领作用,加强网信范畴军民融合,主动参与网络空间国际管理进程,自主创新推进网络强国树立,为决胜全面建成小康社会、攫取新时期中国特征社会主义宏大胜利、完成中华民族宏大复兴的中国梦作出新的贡献。
立德树人不断是通讯抗干扰技术国度级重点实验室的根本任务,也是每一位教员的职义务务。冯钢以为,在专业课程教学中融入思政教育很有必要,也很重要。我们培育学生,就是要把理想自信心教育、科技报国精神等融入学生的世界观、价值观和人生观,鼓舞学生勇于担当、为国奉献。
在课堂上,冯钢在讲到计算机网络技术展开历史和案例时,会和学生一同回想我国在计算机网络技术这一关键范畴是如何从落后于人到锲而不舍地追逐对手,到往常在这一范畴抵达世界先进水平,并在多个方向抵达世界抢先的,从而使学生深化体会到我国科学家和宽广科技工作者不畏困难、兢兢业业、开拓进取的精神,增强学生对我国信息科技和产业的归属感、荣誉感,启示年轻学子兢兢业业、仰视星空,勇于担当、不懈斗争。
冯钢说:“电子科技大学作为国内信息通讯范畴的排头兵,从降生那天起就是逐个切任务、有情怀的大学。我置信,同窗们来到电子科技大学读研,都怀着一颗科技报国的心。因此,我们要努力引导学生坚决自信心、学会思索、控制方法,将来为国度做出更大的贡献!”
桃李芬芳:学生生长成才,教员甘为人梯
经过一门课程,能否助力“学生”变成“学者”?冯钢表示,“从往届学生的表现来看,大部分学生的学习效果都抵达或超越了我的希冀。经过一学期的学习和思索,同窗们基本具备了科研思想和素质,了解了怎样去定义、建模、分析和处置问题。”
学生提交的课程研讨报告很好地把所学的模型和方法与自己所研讨的课题方向相别离,得到了一些有创新性的研讨结果,为进一步的研讨和他们的研究生学位论文工作打下了一个很好的研讨基础。
2015级研究生姜微在硕士期间选修了这门课程,被课程相关内容吸收,决议转入冯钢教授团队攻读博士学位,并在在这门课程相关内容学习的启示下,设计了一种最优的内容传输战略来决议传送用户所央求的内容的源节点以抵达用户总的下载速度最大的目的,在范畴顶级期刊IEEE Trans. on Mobile Computing上发表了题为“Optimal cooperative content caching and delivery policy for heterogeneous cellular networks”的论文,该论文在Web of Science中心合集中的“被引频次”高达103。
经过这门课程的学习,姜微具备了恰当运用数学方法处置通讯工程的理论问题的才干,为他今后的科研之路打下了坚实的基础。在后续的科研工作中,他熟练运用课程中所学到的学问,发表SCI期刊论文7篇,国际A类谈判论文5篇,受权国度发明专利3项,其中以第一作者或独一通讯作者发表SCI期刊论文4篇,国际A类谈判论文2篇。相关研讨成果曾经发表在IEEE Transaction on Wireless Communications 和 IEEE Transaction on Mobile Computing等国际知名期刊上。
图4:曹蔚在信息论旗舰会议ISIT上引见自己的研讨成果
2016级博士生曹蔚在硕士期间就选修该门课程,遭到冯钢教授的影响和启示,对现代通讯网络里的业务流控制机制、数学建模方法、问题求解步骤等产生浓厚兴味,决议转换自己的研讨方向,师从冯钢教授攻读博士。她坚持通讯网络范畴严重基础问题的研讨,取得了一系列突破,在通讯范畴国际顶级期刊和国际旗舰会议发表14篇论文,有关海量接入信道容量限的研讨成果被著名科学家Vincent Poor教授在旗舰会议ICC 2019开幕式大会报告中引见,惹起了学界的普遍关注。2019年,曹蔚荣获“成电出色研究生”称号。
从2007年至今,冯钢教授每年都开设“先进计算机网络技术”课程,对莘莘学子的生长成才提供了重要的引导和辅佐。但是,学无止境,教无止境。多年来,冯刚不时坚持与时俱进,不时打磨这门课程的内容。随着计算机网络相关技术的快速展开,他也不时根据学术界和工业界的研讨展开方向来更新课程内容,并不时地将自己的项目阅历融汇其中,潜移默化地传送给学生。
近年来,冯钢教授陆续将网络编码、网络经济学及博弈论、网络功用虚拟化、软件定义网络技术,以及当前十分抢手的智能网络技术等内容参与到了授课中,让课程紧跟计算机网络技术展开的前沿方向和热点问题。他说:“学生是我最好的朋友,我要把最新颖、最精彩的内容分享给他们!”
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