新工科背景下课程思政教学改革实践探索——以“物联网通信技术”为例
Exploration and Practice of Ideological and Political Education Reform in Curriculum under the Background of Emerging Engineering Education—A Case Study of “Internet of Things Communication Technology”
DOI: 10.12677/ae.2025.15112009, PDF, HTML, XML,    科研立项经费支持
作者: 黄 薇*, 王晓晔, 杨守瑞:天津理工大学计算机科学与工程学院物联网工程系,天津
关键词: 教学改革课程思政新工科人才培养Teaching Reform Ideological-Political Education Emerging Engineering Education Talent Cultivation
摘要: 在新工科建设与“立德树人”双重任务指引下,专业课程与思政教育的深度融合成为培养高素质工程人才的关键路径。本文以“物联网通信技术”课程为例,紧密结合新工科人才培养需求,从思政元素挖掘、教学方法创新、师资团队建设等方面提出课程思政具体建设路径,通过挖掘新工科特色思政元素,将其融入理论教学与实验实践环节,形成“专业知识 + 思政元素 + 工程实践”的协同育人模式。实践表明,课程思政改革有效提升了学生的综合素养,实现了知识传授与价值引领的协同育人,为新工科背景下物联网专业课程思政建设提供了有益参考。
Abstract: Under the dual guidance of emerging engineering education development and the mission of “fostering virtue through education”, the deep integration of specialized courses and ideological-political education has become a key pathway for cultivating high-quality engineering talent. Taking the course “Internet of Things Communication Technology” as an example, this paper closely aligns with the talent development requirements of emerging engineering education and proposes specific implementation approaches for ideological-political education in the curriculum, including identifying ideological-political elements, innovating teaching methods, and building faculty teams. By integrating emerging engineering-specific ideological-political elements into theoretical teaching and experimental and practical sessions, a collaborative education model of “professional knowledge + ideological-political elements + engineering practice” was formed. Practice demonstrates that the ideological-political reform effectively enhances students’ comprehensive competencies, achieving a synergy between knowledge impartation and value guidance. This provides a valuable reference for the ideological-political construction of IoT-related courses under the emerging engineering background.
文章引用:黄薇, 王晓晔, 杨守瑞. 新工科背景下课程思政教学改革实践探索——以“物联网通信技术”为例[J]. 教育进展, 2025, 15(11): 91-100. https://doi.org/10.12677/ae.2025.15112009

1. 引言

新一轮科技革命与产业变革加速演进,物联网作为“新质生产力”的重要载体,是推动数字经济发展的核心引擎之一。在此背景下,新工科建设对物联网工程专业人才培养提出了更高要求:学生不仅需具备扎实的专业知识和实践能力,更要兼具社会责任感和工程伦理素养。课程思政作为落实“立德树人”根本任务的重要举措,是实现专业教育与思政教育协同育人的关键途径,其核心在于将思想政治教育元素有机融入专业教学,实现“知识传授、能力培养、价值引领”的三位一体[1]-[3]。《物联网通信技术》作为物联网工程专业的核心课程,教学内容涵盖通信原理、技术应用及前沿发展等内容,与国家科技发展、产业需求紧密相关,具备丰富的思政元素挖掘潜力。然而,当前课程教学中存在思政元素与新工科前沿内容融合不深、教学方法单一等问题,难以满足新工科对高素质人才的培养需求。为此,基于课程教学实践,探索新工科背景下《物联网通信技术》课程思政的改革路径与实践方法,旨在探索一条符合新工科特点、适应物联网产业发展的协同育人路径,以期为同类课程提供借鉴。

2. 新工科背景下课程思政改革必要性

2.1. 课程思政改革意义

响应国家战略需求,服务新工科建设。“新工科”建设核心目标是培养“具有全球视野、工程素养、创新精神和实践能力的高素质工程人才”[4] [5]。课程思政通过挖掘科技前沿、产业需求中的思政元素,可以提升学生的创新意识、工程伦理和职业素养,与新工科人才培养目标高度契合。

落实立德树人根本任务,提升人才培养质量。课程思政本质是“育人”,通过将思想政治教育融入专业教学,引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观,培养学生为国家科技发展和工业建设贡献力量的社会责任感,是实现“立德树人”的重要载体[6]

推动课程内涵建设,实现教学新范式。传统课程教学大多侧重知识传授,而新工科背景下课程思政改革将推动教学向“知识–能力–素质”综合培养转型[7]-[9]。通过重构教学内容、创新教学方法,将抽象思政元素转化为具体的教学案例,能丰富教学内容,激发学生的学习兴趣,促进学生对理论知识的深入理解,实现知识传授与价值引领的统一。这种转型不仅能提升课程的教学效果与思想深度,更契合新工科“以学生为中心、以产出为导向”的教学理念。

2.2. 目前课程思政存在的问题与挑战

思政元素与专业内容融合度不足。目前大部分课程教学中,思政元素的融入缺乏逻辑性与针对性,思政元素的融入较为生硬,未能与课程技术原理、工程应用案例等深度绑定、有机结合,难以让学生产生共鸣。这种“硬植入”式的思政教育,不仅无法达到育人效果,反而可能引起学生的抵触情绪。

思政元素滞后,与前沿科技产业对接不紧密。物联网技术迭代迅速,但课程思政案例多依赖经典案例,对前沿产业应用中的思政元素挖掘不足,未能充分结合新工科强调的科技创新、产业融合等特点,思政元素的设计与前沿科技、产业发展的结合不够紧密。例如,在“频带传输及调制技术”章节中,仍以传统2ASK/2FSK调制为例,而对北斗系统采用的BOC调制技术在抗干扰、高精度定位中的应用介绍不足,未能体现“科技服务民生”的价值导向。这种滞后性导致学生难以将所学知识与产业发展、社会需求建立联系,削弱了课程的时代性与针对性。

教学方法与手段单一,课堂互动性较差。传统教学以课堂讲授为主,思政教育多依赖案例陈述,缺乏沉浸式、探究式教学环节。例如,在“物理层接口及标准”章节中,仅通过图片展示不同物理接口特性,而未组织学生拆解实物、对比不同接口的发展历程,难以让学生直观感受“技术迭代背后的创新精神”。

师资队伍思政素养与协同教学能力不足。课程思政对教师的综合素养提出了更高要求,不仅需具备扎实的专业知识,还需掌握思政教育方法。目前课程思政教学团队存在“三多三少”现象:专业教师对思政教育重要性的认识多,实际操作少;单打独斗多,与思政教师、企业专家协同少;对传统思政元素(如文化认同)挖掘多,对新工科相关元素(如绿色发展、人工智能伦理)关注少。未能形成常态化的教研协同机制,导致思政元素挖掘的深度与广度不足。

3. 新工科背景下课程思政改革建设路径策略

3.1. 重构教学内容体系,挖掘新工科思政元素

为了解决目前思政元素滞后、与新工科专业内容融合度不高的问题,课程以“新工科”与“新质生产力”内涵为指引,重构“技术原理 + 产业应用 + 价值引领”的三维教学内容体系,按章节挖掘新工科思政元素,与专业知识有机融合:在“绪论”中,通过我国移动通信发展历程与6G研发成果,融入“科技自信”;在“数据通信基础”中,结合5G网络覆盖案例,讲述“新型基础设施建设”的国家战略;在“差错控制技术”中,以量子纠错编码的国内突破(如中科大表面码实验),传递“自主创新”精神。在此基础上,编写思政案例库,收录“华为5G标准突破”“北斗系统组网”等48个典型案例,每个案例包含“技术要点”“思政映射”“讨论问题”等部分。例如,“共享单车与北斗定位”案例,既讲解通信原理,又引导学生思考“绿色出行”与“智慧城市”的社会责任。更新教学参考资料:将《科技强国建设之路》《论科技自立自强》等著作纳入参考资料,结合当下时政热点话题,比如“魅力重庆万台无人机吉尼斯世界纪录”“北斗传讯,绝境生光——短报文20字救命短信”等内容,与专业知识进行有机结合,更新教学内容体系。

3.2. 创新教学方法与手段,提升课堂互动性

目前,课程思政建设普遍存在灌输式、“硬植入”现象,不仅难以提升育人成效,还可能引起学生的抵触心理。思政元素的融入不仅要紧密契合新工科课程知识结构与内涵,更需借助灵活多样的教学方法,实现如春风化雨般精细、自然、浸润式的“软思政”效果。

案例式与项目式教学结合:在“多路复用技术”章节,以“粤港澳大湾区超级光网络”为项目载体,要求学生调研其采用的空分复用技术原理,探讨“区域协同发展”的国家战略意义;在“数据交换技术”教学中,组织“电路交换vs分组交换”小组讨论,结合金融交易安全需求,培养辩证思维与工程伦理。

线上线下混合式教学:利用雨课堂发布预习视频和课件,结合思政类互动问题,比如通过预习“CDMA复用技术”,让学生思考并回答“为什么CDMA技术逐渐被淘汰”,引出“高通公司垄断专利、自主创新重要性”;线下课堂让学生讨论并讲解“差错控制编码”,并点评逻辑严谨性(对应工匠精神)等。

实验教学融入思政:在数字基带信号实验中,要求学生标注代码注释、规范流程图绘制,培养“严谨细致”的思维;在差错控制算法实验中,设置“故意引入错误数据”环节,让学生意识到“差错不可避免,但可以通过技术手段降低”的辩证思想。定期组织学生参观物联网相关企业,了解产业需求,增强职业素养。

此外,进一步完善考核评价体系:构建过程性考核与结果性考核相结合的机制,将思政表现纳入考核范围。过程性考核包括含思政元素的作业、课堂讨论及实验报告中的素养体现;结果性考核通过试题中的案例分析考查学生的工程伦理与社会责任感。

3.3. 加强师资团队建设,构建“专业 + 思政 + 产业”协同育人机制

新工科背景下的课程思政对教师的综合素养提出了更高要求,不仅需具备学科前沿科学技术知识,还需掌握思政教育方法、熟悉学生心理成长特点等。课程组建了多元化教学团队,团队由四类成员构成:

1) 学科带头人与教学科研岗专业教师:负责将科研创新前沿理论引入课堂教学,改革课程内容体系,将基础知识结合前沿创新应用,充分契合“新工科”与“新质生产力”人才培养要求。

2) 思政学术指导专家与马克思学院教师:课程聘请国家级思政教学名师和马克思学院教师,定期组织教学改革探讨,提升思政教育方法,指导思政元素挖掘,充分推进课程思政进课堂、进学生头脑。

3) 企业专家与工程师:课程教学团队与国内多家知名企业(绿盟科技、360数字安全、霍尼韦尔、Tridium等)建立稳定的合作关系,定期邀请企业专家从产业应用案例、职业发展与规划角度进行课程讲座,结合访企拓岗和实习实践,实现产学研协同育人。此外,邀请企业专家参与课程教改讨论,探索“新工科”背景下课程思政建设,从“团队协作”“问题解决”等维度评价学生表现,将产业对人才的素质要求纳入课程体系,积极探讨课程思政、产教融合育人新模式。

4) 教师党支部书记与辅导员:课程充分发挥党建引领作用,课程改革团队以教师党支部为核心,开展“课程思政示范课堂”活动,定期组织研讨会,邀请学生思政教育辅导员老师参与课程建设与评价,从学生心理、学生思想政治教育等方面推进课程思政改革建设,实现协同育人。

4. 新工科背景下的思政元素设计

课程改革将课程思政与“新质生产力”内涵相结合,面向未来物联网相关产业需求和国家或天津市经济社会发展需要,将物联网通信相关前沿科技融入课程教学,助力物联网工程“新工科”建设,课程注重思政教育、科学教育、人文教育与工程教育的深度融合,强化学生工程伦理与职业道德的塑造与培养,结合新工科背景,强调“学科交叉融合”“科技创新驱动”“产业需求导向”,课程思政元素设计紧扣这些特点,形成“技术创新–工程伦理–思政教育”的递进式体系,如图1所示,具体涵盖以下内容:

Figure 1. Design framework of ideological and political elements in course teaching

1. 课程教学思政元素设计架构

4.1. 科技前沿

课程紧密结合科技前沿技术和物联网相关产业人才需求,实时更新课程内容体系,将科研与教学相结合,将学科资源和学术资源整合为育人资源,打造具有“新工科”特色的课程思政元素案例,助力物联网工程专业“新工科”建设和改革创新。具体思政元素案例举例:

引入6G轨道角动量复用技术、量子纠错编码、太赫兹通信等前沿科技,展现技术发展趋势,讨论其对自动驾驶等领域的支撑作用,培养学生前瞻性思维;重构课程内容体系,将空分复用、模分复用等新型技术纳入教学,体现“新工科”对跨学科、前沿性的要求;分析5G/6G技术对数字经济的驱动作用,以粤港澳大湾区超级光网络为例,说明通信技术对区域经济协同发展的支撑;对比GPS的BPSK调制与北斗的BOC调制,分析后者在抗干扰、多径抑制上的优势,展现我国卫星导航技术的自主创新成果;介绍浙江大学“新型交织频分复用技术”,引导学生思考“如何从0到1突破技术瓶颈”。

结合霍尼韦尔、Tridium等企业的物联网通信技术应用案例,介绍产业对通信模块设计、数据安全等方面的实际需求,引导学生了解行业人才标准。组织学生参观企业,了解通信设备研发流程与工程实践标准,将企业对“团队协作”“问题解决”的要求融入教学。通过设计性实验(如自定义差错控制算法)培养学生工程思维与创新能力,契合新工科人才培养目标。通过分析智慧城市、智慧农业中通信技术应用,了解物联网通信在推动产业数字化转型中的作用,让学生认识专业与产业发展的关联。邀请企业专家参与课程改革,从产业视角评价学生的工程实践能力,强化产教融合,让学生了解行业人才标准。

4.2. 思政教育

课程改革贯彻党的教育方针,将二十大精神、习近平新时代中国特色社会主义思想、社会主义核心价值观融入课程教学,让学生在领略科技前沿技术和国家发展变革同时,激发学生对国家、民族和社会的热爱。具体思政案例举例:解读党的二十大关于“加快建设科技强国”的部署,说明通信技术在国家战略中的定位,理解党的领导对科技发展的关键作用;紧扣国家“科技自立自强”战略,通过引入我国在移动通信领域从“1G空白、2G跟随、3G突破、4G并跑、5G引领”的跨越式发展历程,以及6G自主研发、北斗系统组网等重大成果,说明我国“集中力量办大事”的制度优势,引导学生深刻理解“科技强国”的内涵,让学生直观感受我国在通信领域的领先地位,增强科技自信;通过华为PolarCode成为5G标准的案例,讲述科研团队攻克技术壁垒的故事,引导学生肩负科技自立自强的使命。

4.3. 工程教育

通过项目或案例的引入、实验设计等,培养学生分析问题、解决问题的能力,培养学生克服困难、求真务实的精神,培养学生理性的科学思维和一丝不苟、严谨细致的工匠精神。组织参观霍尼韦尔、Tridium等企业,让学生了解物联网通信技术的产业应用,增强职业认同,通过校企合作,让学生理解工程伦理、职业操守与职业道德,提升职业素养。具体思政案例举例:实验中要求代码注释完整、流程图规范,训练学生严谨细致的作风;实验课强调操作规范,培养安全第一的理念;在实验中设置“交叉检查”环节,培养团队协作与责任意识;讨论“螺丝刀操作导致全城通信中断13分钟”的案例,强调工程实践中“细节决定成败”的职业态度;讲解通信设备专利保护案例,强调知识产权意识与诚信科研的职业底线;讨论设备数据泄露事件,强调工程师对用户隐私保护的伦理责任;结合通信网络抗干扰设计,延伸至网络信息安全对国家安全的重要性,融入国家安全教育。

4.4. 人文教育

通过学习物联网通信的产业和应用案例,培养学生人文精神,落实立德树人根本任务,帮助学生树立正确的价值观,教育学生关心社会,信息化时代智慧城市建设要“以人为本”,培养学生的道德与责任感,引导学生树立低能减碳和环保意识、关注AI伦理、家居健康等。具体思政案例举例:以华为从“交换机代理商”到全球“5G龙头”的发展历程,弘扬艰苦奋斗、自主创新的民族精神;通过“虚假信号干扰导航”案例,强调工程师的道德自律与社会责任感,引导学生认识技术滥用的危害,树立正确的技术伦理观;分析不同调制技术的能耗差异,介绍太阳能绿色基站,结合“双碳”目标,培养学生的环保意识;讲解电力线载波通信在乡村振兴中的应用,说明技术如何减少基础设施建设的环境影响;以共享单车北斗定位规范停车秩序为例,说明通信技术对社会治理的支撑作用;介绍北斗系统在灾害预警中的应用,说明自主科技对民生的改善,引导学生思考社会责任。

4.5. 科学教育

通过学习物联网通信知识和实验实践,培养学生求真务实的理性思维与批判精神,通过学习“新质生产力”带来的创新变革,强调科技创新的重要性,引导学生联系自身,思考如何成为一名科技创新人才。具体思政案例举例:通过“信号塔辐射谣言”,引导学生基于电磁学原理理性看待科技争议,不信谣不传谣;对比不同差错控制编码、不同交换技术的优缺点,培养“具体问题具体分析”的逻辑思维,引导学生“辩证看待技术,选择最优方案”;鼓励学生分析奇偶校验码的局限性,提出改进思路,培养敢于挑战传统的精神;讨论“CDMA技术的问题”,引导学生质疑技术的适用性,探索创新方案;实验中要求如实记录数据,即使结果与预期不符也要分析原因,反对学术造假;讲解通信系统噪声不可避免的特性,类比科学研究需正视误差、实事求是;介绍清华大学“共轭调制法”、浙江大学“新型交织频分复用技术”等突破,鼓励学生突破思维定式,激发创新意识。

5. 课程改革实施效果

根据MyCOS教学质量管理平台数据,98.5%的学生认为本课程“理论联系实际,紧密结合学科前沿和社会发展需求,让学生学到了新知识、新成果、新技术”,这体现了课程内容融合了物联网通信相关前沿科技、创新成果和发展趋势,体现了本课程教改结合“新质生产力”内涵与“新工科”建设要求,帮助学生自身理解专业知识、学到了新成果。98.5%的学生认为本课程“紧扣立德树人根本任务,有机融入思想政治教育元素,发挥课程价值引领功能,使学生思想政治与道德品质得到了培养”,这体现了本课程设计的多种灵活思政教学案例能够推动思想政治与道德品质教育“入脑”“入心”,实现了教学思政互相融合。

本课程结合雨课堂智慧教学,对学生的考核结合雨课堂小测验、课下文献调研,课堂讲授结合案例式、项目式、启发式等多种教学方式,100%的学生认为“这些信息化教学手段丰富了课堂教学,学习效果整体较好”。结合思政案例讨论,学生课堂活跃度与互动也得到了较大的提升,学生对相关专业核心知识点掌握理解更好,100%的学生认为“师生互动较好,课堂气氛活跃,能够调动学生的听课积极性,激发学生学习兴趣”。本课程思政案例生动形象,例如“装成树的信号塔”“插上北斗翅膀的共享单车”“乡村振兴中的电力载波通信”“金融安全与交换技术”“粤港澳大湾区超级光网络中的复用技术”等,不仅将新质生产力、思想政治教育融入课程,这些鲜活的例子也加深了学生的学习兴趣,让学生更好地掌握相关专业核心知识。通过学习,100%的学生认为本课程让学生“对科学素养和专业认知度进一步提升”,同时,100%的学生认为通过学习,“掌握了本课程的重点核心内容及基本技能和方法”,结合学生的期末成绩,2024~2025第一学期(课程改革后)学生平均期末考试成绩为86.28分,与2023~2024年第一学期(尚未进行课程改革)学生平均期末考试成绩78.81分相比有较大提升,这体现了本课程的教改实践能够帮助学生更好地掌握专业技能知识。

此外,课程也起到了示范辐射作用,教学改革形成了可推广的课程思政建设模式,相关经验被应用于《通信原理》等同类课程,为新工科专业课程思政改革提供了参考。

6. 不足与未来改进方向

当前课程考核评价体系仍主要以知识掌握度为主,对思政目标的评价缺乏有效量化指标。作业与课堂测评虽涉及思政元素,但多以“观点陈述”为主,难以衡量学生的价值认同与行为转化;实验成绩侧重操作规范性,对“工匠精神”“团队协作”等素质评价流于形式。未来改进方向:结果性考核强化案例分析,期末考试设置思政融合分析题,既考察专业知识,又评价价值判断;引入AI辅助评价系统,自动识别作业与报告中的思政元素体现度,提升考核精准性。

7. 结语

新工科背景下《物联网通信技术》课程思政改革,以“立德树人”为根本,以“科技自立自强”为导向,通过挖掘专业内容与思政元素的结合点,创新教学路径与方法,实现了知识传授与价值引领的协同育人。实践表明,课程思政并非专业教学的附加项,而是提升人才培养质量的核心,既能深化学生对专业知识的理解,又能塑造其正确的价值观,实现润物细无声的育人效果。未来,课程将继续紧扣新工科建设与产业发展需求,持续优化思政元素库与教学模式,力争成为“专业特色鲜明、思政内涵深厚、示范效应显著”的精品课程,为培养更多懂技术、有情怀、敢担当的物联网工程人才贡献力量。

基金项目

天津理工大学“课程思政”课改专项——《物联网通信技术》(KG24-04)。

附 录

教学设计片段:节选自 第四章 多路复用技术4.4码分多址复用

课时安排:20分钟 授课学生:物联网工程系大三学生

思政目标:对比分析CDMA优缺点及应用场景,培养学生的批判思维,提升将理论应用于实际的能力;引导学生理解科技发展没有“永恒赢家”,必须树立持续创新的意识,认识关键技术自主可控的必要性,激发科技报国的内在驱动力。

课程思政教学实施过程:

一、问题导入,引起认知冲突

讲解完CDMA的原理、频谱特性后,提出挑战性问题:“同学们,从原理上看,CDMA允许多用户共享频谱,且频谱利用率高,抗干扰能力又强,全是优点,近乎完美。那么,请同学们思考,CDMA有没有缺点?拥有如此多优点的技术,是否能在商业市场上所向披靡?”

学生预期反应:产生思维冲突,一个原理上如此优秀的技术,会有什么缺点?为什么现在手机通讯几乎看不见CDMA了?激发学生的好奇心。

二、对比讨论,领悟兴衰之理

组织小组讨论,并总结CDMA的缺点:专利壁垒和高昂“高通”税;存在“远近效应”问题、码同步复杂;容量和速率有限、无法满足现代通信的要求;技术兼容性差、机卡合一给国际漫游带来不便……

讲述CDMA兴衰史:正如大家分析的,CDMA有优点也有缺点。3G时代,凭借技术优势,CDMA成为了三大3G标准的核心技术。在当时,美国高通公司,持有CDMA核心基础专利,构建了极高的技术壁垒。无论手机厂商使用哪种3G标准,都很难绕过巨额“高通税”。然而,进入4G/5G时代,主流技术却转向了OFDMA。这说明了什么?

提出核心思政问题:一个企业,即使掌握了一时的王牌技术,如果后续创新乏力或策略失当,会面临什么?这给未来的科技工作者怎样的启示?

学生预期反应:通过小组讨论,能查阅资料,列出CDMA的技术优缺点;听到巨额“高通税”和CDMA的兴衰史,会感到惊讶和深思;能初步回答问题,明白技术是不断发展的,必须持续创新,核心技术如果受制于人,会非常被动。

三、案例升华,树立创新意识

引入北斗应用案例:CDMA技术有这么多缺点和问题,是否彻底退出了历史舞台?并非如此。一项技术的价值,关键在于是否被用在了最适合的场景。中国北斗卫星导航系统,其中的短报文通信功能,就采用了改进的CDMA技术。为什么北斗采用CDMA?卫星通信有什么特点?CDMA具有什么优势?

对比建立技术关联:卫星通信距离远、信号弱、噪声干扰严重、频谱资源有限、保密性要求高;CDMA的扩频特性、频谱利用率高、抗干扰能力强等优势能够满足卫星军事和应急通信的苛刻要求。

学生预期反应:对北斗使用CDMA技术感到新奇和自豪;能够深刻理解“技术本身无好坏,关键在于如何运用”的辩证思想,提升将理论应用于实际的能力。

四、总结收尾,内化核心价值

课堂总结,价值升华:今天学习了CDMA的原理、优缺点,看到了它从辉煌到淡出的技术生命周期。更重要的是,希望同学们能记住,科技赛场没有永恒赢家,唯有持续创新才是立身之本,核心技术必须掌握在自己手中,才不会受制于人。

布置思考题:在即将到来的6G时代,你认为哪些技术可能会成为新的“CDMA”?我们又该如何提前布局,避免重蹈覆辙?

教学设计片段二:节选自 第六章 数据交换技术6.4各类交换技术优缺点及应用

课时安排:30分钟 授课学生:物联网工程系大三学生

思政目标:培养学生辩证分析和选择合适交换技术的能力;理解自主核心技术对国家安全的战略意义;通过金融安全案例,理解安全与效率的权衡,树立牢固的信息安全与国家金融安全观。

课程思政教学实施过程:

一、创设场景,问题导入

假设场景1:敌方导弹正向我方重要目标飞来,预警系统发现目标,生成了一条指令,这条指令需要在毫秒级内,毫无差错、不可中断地传送到拦截系统。假设场景2:突发大地震,预警系统需要争分夺秒地向千万民众手机发送逃生警报。提问:这样的指令和警报,在通信层面最核心的诉求是什么?

引出技术特征:需要极致的实时性和绝对的可靠性。在我们学过的交换技术中,哪一种能以“独占专线”的方式,完美满足这个要求?公布答案:电路交换。将这一技术特性发挥到极致的,正是中国北斗卫星导航系统的信令传输。在关乎国家安全的领域,这毫秒级的优势,构筑的是国家安全的通信基石。

学生预期反应:被情境吸引,迅速进入学习状态;能清晰地回答出“快、绝对可靠、不能中断”“电路交换”;对北斗使用电路交换的具体应用产生好奇和认同感。

二、对比讨论,辩证分析

组织讨论:采用电路交换技术,为北斗带来了哪些无可替代的优势?同时又可能付出了什么代价?

优势:传输时延小且独占信道无冲突、可靠性极高,契合军事指令、灾害预警的“瞬时、必达”要求。代价:信道独占,即使空闲也浪费资源,链路利用率低,在资源效率和灵活性上做出了牺牲。

总结:在最顶级的战略安全需求面前,可靠性和实时性的权重无限高,可以牺牲效率和灵活性。必须掌握像电路交换这样的底层核心技术,才能在最关键的时刻,拥有打造这条“通信生命线”的自主权。”

学生预期反应:能通过讨论,系统地梳理出电路交换的优缺点;能理解权衡的概念,认识到没有完美的技术,只有最适合场景的技术;对自主掌握核心技术的重要性有更具体的认识。

三、认知冲突,思维反转

制造认知冲突:电路交换独占专线,分组交换效率极高,而报文交换采用存储–转发机制,传输前必须接收完整报文并进行校验,传输效率低。大家说,老旧又低效的报文交换技术,是不是该被淘汰了?

引入金融案例:假设正在进行一笔跨行巨额转账,这笔交易数据,最怕什么?(引导学生回答:被篡改、被窃取)。此时是“快”重要,还是保证这笔钱的数字一分不差、原封不动地到达对方银行重要?

提出思政问题:显然,是信息完整性、防篡改性和安全性至高无上。报文交换的“存储–转发”和“逐站校验”机制,为数据穿上了一层“盔甲”,它允许网络节点对完整报文进行加密和哈希校验,任何一位比特的篡改都会被发现并要求重传。因此,中国银联的关键交易数据,正是通过报文交换技术,在专用的金融网络中传输的。这个案例颠覆了我们对“效率”的盲目崇拜。在金融、保密等关乎国计民生和国家安全的通信中,当“效率”与“可靠性/安全性”发生冲突时,我们应该如何抉择?

学生预期反应:经历强烈思维反转,意识到自己对“报文交换”的偏见。深刻理解金融通信的核心诉求是安全,认同报文交换在此场景的巨大价值。能清晰回答“在金融和安全领域,可靠性优先于效率。”

四、总结收尾,权衡哲学

北斗的电路交换,是用“资源效率”换取了“国家安全的实时可靠”;银联的报文交换,是用“传输延迟”换取了“金融的完整安全”。作为未来的工程师,要理解技术的灵魂在于应用场景。我们的使命不是追求最炫酷的技术,而是在深刻理解国家、社会和个人需求的基础上,做出最恰当的权衡与抉择。希望将来无论设计什么系统,都能带着这份“权衡”思维,去思考自己设计的价值、责任和意义所在。

NOTES

*通讯作者。

参考文献

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