电子信息类专业导论（第3版）教学大纲教案

《电子信息工程导论》课程大纲课程基本信息课程编号：B2F020390课程中文名称：电子信息工程导论课程英文名称：IntroductiontoElectronicandInformationEngineering开课学期：秋季学分/学时：1.5/24（理论课时）课程性质：核心通识课面向大类：信息大类先修课程：无建议后续课程：《电子设计基础训练》适用专业/开课对象：信息大类一年级学生任课教师：团队负责人：核准院长：一、课程的性质、目的和任务本课程是面向信息大类一年级新生导论课，包括信息技术发展历史与知识结构的演变、信息科学创新与科学思维方法、信息伦理与信息哲学概览，电子信息发展历史与电子信息类专业的内涵、培养目标与要求，培养其电子信息专业兴趣。其次，跳出专业局限，理解通识教育与专业教育的关系，理解大学教育尤其是工程教育内涵，激发学生的内在自觉性，尽早实现从中学过渡到大学生活，主动寻求教育资源，探索中认识自我、认识社会，找到属于自己的成长道路。本课程通过课堂教学、课后查找资料、研讨与学习以及课后总结，培养学生：1、了解信息技术发展历史与知识结构的演变、信息科学创新与科学思维方法、信息伦理与职业道德素养。2、了解电子信息类专业发展历史与未来发展趋势，理解本专业与信息产业、安全、环境、法律之间关系。3、了解电子信息类专业的培养目标、毕业要求与课程体系，理解通识教育与专业教育的关系，理解大学教育内涵。4、了解电子信息类专业知识、能力与素质的培养途径，主动寻求教育资源，探索中认识自我、认识社会，找到属于自己的成长道路。表1课程目标对信息大类培养方案的支撑关系大类培养方案要求课程目标对大类培养方案的支撑关系6、工程与社会：能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和信息领域复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任目标1、27、环境和发展：能够理解和评价针对信息领域复杂工程问题的对环境、社会的影响。目标1、2、38、职业规范：具有坚定正确的政治方向，良好的思想品德、社会公德和职业道德；具有人文社会科学素养、社会责任感，以及对航空航天的高度使命感；具有良好的身体素质和心理素质，达到国家规定的大学生体育和军事训练合格标准，能履行建设祖国和保卫祖国的神圣义务。目标1、2、310、沟通：能够就信息领域复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达个人见解。熟练掌握一门外语，具有较强的听说读写能力，并具有国际视野和跨文化的交流、竞争与合作能力。课程目标3、412、终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。能及时了解信息最新理论、技术及国际前沿动态。课程目标1、2、3、4二、课程内容、基本要求及学时分配本课程分为12次课，每次2学时，以智能手机作为出发点，追溯移动通信、计算之芯、集成电路、信息存储、数码影像与智能显示、人机交互、移动互联与应用软件的发展历史与人物故事，理解信息科学创新与科学思维方法、信息伦理与信息哲学。在此基础上，诠释未来工程师的知识、能力与素质要求，电子信息类专业培养目标与毕业要求。介绍大学教育理念与教学方法，探寻个性化的成长途径。

表2课程内容安排、基本要求和学时分配一览表序号教学内容基本要求及重点和难点学时教学方式对应的教学目标1大学怎么读：课程学习方法、专业实验实践学习方法、社团与社会实践中学习，自主学习，探寻个性化的成长道路。目标：了解专业与通识、有用与无用，强调基础与鼓励创新，追求规则优秀与听从内心需求，敢于尝试与善于总结，碎片化学习与深层次学习相结合。重点和难点：课程、实验与科技实践学习方法，自我总结习惯与探寻个性化的成长道路。2课堂教学目标42移动通信：从智能手机谈起，移动通信诞生前夜，1G模拟移动通信，2G数字移动通信，3G与CDMA技术，4G与移动互联基本要求：了解蜂窝移动通信发展动力，市场需求与移动通信技术发展，通过人物故事理解知识能力素质，技术创新、知识产权与信息技术标准。重点和难点：蜂窝结构、多址技术、信息与编码、通信技术标准2课堂教学目标1、23计算机简史与智能处理器：从大型计算机、个人计算机到智能手机的计算体系结构演变，通用处理器、图形处理器、基带处理器与AI处理器。基本要求：了解计算体系架构、微处理器RISC与CISC指令集，CPU、GPU与AI、BPU之间的关系。重点和难点：微处理器结构与指令集，存储体系架构与存储机理2课堂教学目标1、24互联网与网络新经济：互联网构想，TCP/IP，万维网与网页浏览器，门户网站与搜索引擎，博客与维基百科、社交网络、电子商务、云计算与大数据基本要求：了解互联网发展历史，进一步理解互联网思维与互联网精神，了解网络的协同效应，大数据的特点，数据、算力、算法三者构成的生产力。重点和难点:云计算与大数据、AI、互联网思维2课堂教学目标155G移动业务与关键技术：5G移动业务与技术要求信道编码、通信天线基本要求：了解5G移动业务3种模式，多媒体通信、大规模物联网和高可靠低时延通信；关键技术有信道编码、边缘计算、软件定义网络，中国企业群体突破。重点和难点:3种业务模式、信道编码技术、软件定义网络2课堂教学目标16移动应用软件：移动应用生态，类平台化应用软件、智能手机操作系统，移动应用丰富生活。目标：了解操作系统、编译技术、程序设计方法及其软件生态系统的发展历程，应用软件-游戏软件、社交软件、个性化推荐、位置服务。重点和难点：微结构与操作系统、计算思维、软件生态系统2课堂教学目标17数码影像与智能显示：数码影像与智能手机，图像传感器与智能处理，薄膜晶体管TFT-LED，有机发光二极管OLED目标：了解图像的获取机理、数字化与图像处理算法，图像获取的自动化与AI。了解液晶显示机理，发明故事与产业发展历程。重点和难点：图像处理算法、液晶显示机理、8人机交互：提升人类智能：图形交互GUI，触控交互，传感器与物联网，人机自然交互与人工智能AI基本目标：UI设计理念、人机自然交互与AI、传感器原理与MEMS传感器重点和难点：图像处理算法、液晶显示机理、人机自然交互2课程教学目标19集成电路：晶体管与集成电路的发明，摩尔定律，集成电路设计与EDA、集成电路制造工艺与装备、封装测试，IDM、Fabless与Foundry等产业模式基本要求：了解集成电路发展历史，晶体管与集成电路的发明，描述集成电路快速发展的摩尔定律，支撑摩尔定律是新型器件-机理、材料与结构，集成电路设计与电子设计自动化EDA，片上系统SOC与软硬件协同设计、FPGA与IP模式、Fabless与Chipless，工艺制造与装备、IDM与Foundry，封装与测试。重点和难点：晶体管器件、集成电路设计、SOC、摩尔定律2课堂教学目标110信息存储：记忆的场所：机械硬盘、固态硬盘、内存DRAM与磁性随机存储发展历史基本要求：了解存储器架构，从硬盘到内存，机械硬盘的存储机理与结构，闪存的存储机理与体系结构，静态随机存储SRAM与动态随机存储DRAM，新型存储器磁性随机存储。重点和难点：存储体系架构与存储机理11未来工程背景与培养目标要求：科学、技术、工程与经济社会发展对工程师的要求不断变化，基本的知识架构、重要的能力素质，哪些是大学重点培养？目标：了解未来10至30年工程的社会背景，理解未来工程师的知识、能力与素质要求，毕业要求与培养目标重点和难点：电子信息知识体系结构，能力与素质要求，思维能力、价值观等2课程教学目标3、412大学教育理念、工程教育：通识教育与人格形成，教学与科研相统一，关注基础与服务社会，工程的迭代性，人机融合与人本主义、机器思维目标：了解大学的功能与定位，通识教育与专业教育相结合，理论与实践相结合，课内与课外相结合，在交往中、实践中，注意观察学习、反思总结中持续改进。重点和难点：研究型教学方法、综合实验实践、教师引导与学生自主探索相结合，空杯心态与自我突破。2课程教学目标3、4三、教学方法本课程是大班课，主讲教师力图用通俗的语言、生动的画面，从学生经验出发，诠释抽象的专业知识和深奥的教育理念。通过追溯电子信息科学技术从概念到产业化的历程，将著名科学家、工程师、企业家的人物故事、产业案例以及我校的科研成就等蕴含其中，激发学习热情、树立信心，帮助同学们确立自己的发展目标。以自身的丰富教学经历，诠释课程、实验、实践学习方法，帮助同学探寻个性化的成长智力。要求同学在课前自学教材、视频公开课等，带着大学学习过程中的问题来到教室。考虑大班教学的特点，启发性、互动性适度结合。每次课程预留探究问题，通过思考、查阅资料，鼓励同学们以团队合作方式探寻大学之道、理解专业内涵与个人经验的关系等，形成课后小结报告，在课程结束时汇集所有小结报告，在系统思考的基础上形成综合性的大报告。四、课内外教学环节及基本要求课前：要求同学们预习视频课和MOOC、电子信息工程导论教材以及辅助参考书，带着问题走进课堂。课内：要求认真听课，积极参与课堂互动以及展示自己的研讨成果，鼓励同学面对大学中问题自己寻求解决途径，并将自己的体会分享给大家。课后：结合课堂讲解与讨论，用自己的实践经验诠释学习观点及其对电子信息类专业、大学教育认识上的改变，每2次课程要求写一份小结报告，累计5份课后小结报告。全课程结束后，对探究问题的体会、电子信息专业的理解、大学与中学教育差别的认识，写1份课程总结报告。五、考核方式及成绩评定根据学生在课堂上参与度、研讨问题的展示报告，5次课后小结报告（10%）以及全课程结束后的总结报告（50%）给出成绩，也即总成绩=5×10%+50%。考核评价：分为优秀（≥90）、良好（80~89）、中等（70~79）、合格（60-69）与不合格（＜60）5个等级。六、教材和参考资料1、主要教材：1、《电子信息类专业导论》（第3版）张有光编著，电子工业出版社，20232、《大学怎么读—以电子信息类专业为例》，张有光等编著，电子工业出版社，2021参考资料：

教案设计概述一、课程信息1.1基本信息课程中文名称：电子信息工程导论学分/学时：1.5学分/24学时课程英文名称：IntroductiontoElectronicandInformationEngineering课程性质：核心通识课开课学期：第一学期开课对象：信息大类一年级学生先修课程：无后续课程：《电子设计基础训练》1.2课程简介【注释】本课程是电子信息工程（2019）、通信工程（2020）、电磁场与无线技术（2020）3个国家级一流专业的第1门必修专业类课程。2010年重新设计课程以来，得到教育部卓越工程师计划、专业综合试点改革计划的支持，获得学校双百资源课程、课程思政、MOOC、一流课程和专项教材建设经费支持。通过本课程的学习，能够了解电子信息发展历史和信息体系框架，理解电子信息类专业的内涵、培养目标与要求，培育专业兴趣。其次，跳出专业局限，理解通识教育与专业教育的关系，理解工程教育内涵、大学的教育资源与教育途径。从新生面临的问题入手讨论大学怎么读，激发学生的内在自觉性，尽早实现从中学过渡到大学生活，主动寻求教育资源，在探索中认识自我、认识社会，找到属于自己的成长道路。大班讲授采取启发式教学，利用视频公开课、慕课等教学资源和微信公众号交流分享平台，课外采取分组（甚至一对一）交流与教师引导、恰当反馈评价，让同学们在探究、分享、总结中提升对专业内涵、能力素质的理解，初步形成团队合作意识、养成反思总结习惯与提升表达沟通能力。本课程章节安排与内容见表1。在不涉及过多理论知识的前提下，使学生对本专业的概貌有一个全面、系统的了解，同时介绍大学教育理念与教学方法，对学生进一步的学习起到了“导航”的作用，为学生的专业发展提供认知准备。表1.章节安排与内容2020年秋季学期章节编号教学内容1电子信息类专业：大学怎么读？2移动通信：移动前夜、1G至5G3计算之芯：大型机、PC、智能处理器4移动互联、移动软件与网络新经济5摄影显示：图像获取与半导体显示6人机交互：提升人类智能7集成电路：信息时代基石8信息存储：大数据的基础9电子信息类专业：培养目标要求10大学教育理念与实践：欧美与中国11大作业经验交流本课程采用启发式和教研结合的教学方法，在加深学生对本专业理解认知的同时，开拓学生的视野，激发学生的学习热情，为深入学习本专业和以后的职业发展打下坚实的基础。【注释】大一新生专业导论课程，与专业基础课程、专业课程，在教学目标要求、教学方法上有较大差异。从专业导论角度，也有多种教学模式，一般认为专业导论介绍清晰的专业地图，而我作为教学院长，长期与后5%同学交流以及不同类别优秀同学交流，专业导论倾向于培养兴趣，打开视野。因此，用带领学生“漫游电子信息领域”、顺便与科学家、企业家、工程师们“对话交流”表达课堂教学，体现趣味性、多样性和系统性，每个故事都留有韵味，不同学生、不同时期阅读，可以获得不同的理解。在本课程学习期间，对其中的一部分故事、能力素养可以深入一些，而对其他内容暂时可以有所了解。如何满足“两性一度”中的挑战度？首先，教师课堂讲解、启发要到位，教学内容多样性和丰富性，给学生充分选择机会；其次需要树立优秀榜样，采取微信公众号推文方式，可供大家学习，同时表明优秀也是可以达成的；第三就是教师指导，学生有做好的愿望，但是不知方法与路径，教师反馈针对性的评价、小组讨论甚至一对一的讨论，进行启发引导。二、学情分析2.1知识基础本次教学内容的对象为本科一年级学生，他们尚缺乏电子信息工程相关的基本概念和理论知识。所有学生都有智能手机的使用经验，也关心智能手机相关的新闻报道，甚至技术报导2.2认知特点和学习风格本科一年级学生对于电子信息工程专业的认知不足，也缺乏相应的知识基础。而且由于刚经历大量的考试，难免会带有应试的习惯，存在不能与自己经验相结合的“知识套装化”问题。入学初期面临学习和生活环境变化（父母的约束减少、同学之间文化存在差异大、同班同学课表也不一样），短期目标确不确定，评价多元化（考试成绩不再是单一的），信息超载化（互联网时代特征），部分同学会有适度迷茫，部分同学好奇心强。然而，这正是为专业发展打基础、强根本的雏形时期，应最大程度上激发学生的好奇心、学习兴趣和科研潜力，让他们意识到所学内容的重要意义，同时培养学生的自主学习意识，提高学生的学习热情。三、教学设计：总体构想本课程从智能手机入手，这是因为智能手机是信息产业的新引擎，学生已经具有应用智能手机的丰富经验，并且它所涉及的技术非常广。建构主义教育思想认为，教育打开学生的经验世界，抽象的原理需要与具体的、感性的经验联系起来才有意义。技术的综合性，有利于呈现呈现信息领域整体样貌和信息体系框架，从智能手机入手，自然地引出“移动通信、计算机、互联网、移动应用、摄影与显示、人机交互、集成电路与信息存储”八个方面，它就是信息产业大类。根据科学史的教育价值，通过追溯科学发现、技术发明与产业创新的演变历史，穿插人物故事、创业案例，可以方便地将电子信息的专业内涵蕴藏其中，比如信息体系框架、系统思维、计算思维、互联网思维、创新思维、跨界能力等，使学生不仅了解专业技术，还能体会到工程师的能力与态度，甚至科学家精神与企业家精神。可以做到趣味性、多样性和系统性的结合，在漫游电子信息领域过程，总能发现让你感兴趣的“人”和“事”，这些“人”是能够让你钦佩、赞赏，是你期望学习的榜样。在此基础上，再介绍电子信息专业人才培养的目标要求、西方大学教育、中国大学教育以及大学怎么读。在教学中，充分展示移动通信、移动互联、半导体显示、卫星定位等领域，从跟踪到超越的发展历程，增强学生对我国信息产业发展的信心。而另一些领域则是能够激发学生使命感的，例如集成电路领域，既要介绍近年来我国快速追赶的成就，也要客观表达存在的差距。在漫游电子信息过程中，要不失时机、自然地融入我校教师和校友的科研成就，增强专业培养能力的信心。在大学教育的介绍中，同样以大学教育理念发展史为脉络，将人物故事贯串起来，充分考虑大学新生的特点，选择身边的事物、熟悉的理念入手，容易激发学生的兴趣。在拓展全球视野的同时一定要彰显中国特色，恰当表达我国教育思想发展史与当前新工科教育改革成就。考虑到学生的认知水平，有些概念、方法，在不同的章节中以不同的故事方式多次呈现，来提高学生的认识水平。比如：“商业生态”，在个人计算机领域，Wintel联盟引领个人计算机产业发展；在集成电路领域，代工厂、芯片设计、EDA、封装测试，随后IP厂家等，构成集成电路产业生态；苹果的AppStore，阿里巴巴的淘宝等涉及商业生态等等。比如“创新思维”，海蒂·拉玛提出跳频构想，就是“像外行一样思考”；施敏提出浮栅结构的非易失存储器件，受到三明治点心的启示；而浸润式光刻机，源于林本坚的异想天开等等。而对于人文艺术，有从企业家（任正非、张忠谋等）故事中来解读，也有从人机交互设计（智能手机UI设计）、社交软件（微信、Instagram、抖音）等等中来认识。以历史发展为脉络，既符合人的认知规律，也给我们提供了丰富人物故事，我们相信，总有一些人物、一些故事，能够打动学生，走进学生的内心世界。这是“电子信息工程导论”课程，《电子信息类专业导论》第2版、《大学怎么读——以电子信息类专业导论》遵循的基本理念。课内与课外、教师引导与学生自主探究结合起来，不仅是关注当下的学习，还可以不断阅读教材回应学习中困惑。四、全课程教案下面提供11讲课程教案，按照教学日历顺序，每讲的“课程教案+PPT”方式，其中第2讲移动通信第2节为“教学设计样例”（参见2.教学样例设计说明，与教学实录视频对应）；第11讲是经验交流讨论，没有PPT。

第1讲大学怎么读【注释】走进大学以后，虽然学校、书院有一系列的新生教育活动，但是面对大学课程教学模式，同学们还是存在诸多困惑，因同学们要求，自2014年以来，本课程开篇直面“大学怎么读”问题，在一定程度上帮助同学对大学的理解，并在随后的课程中不断回溯这些问题，加深对问题的理解。我作为书院的学业总导师，在新生教育活动中，已经做了2学时报告《书院与大学教育》（新工科的背景、西方教育理念、中国教育理念、工程教育现状、士谔书院教育、未解大学之谜）。一、教学内容本次课（2学时）主要讲授以下内容：大学课程如何学综合设计的实验科技实践大揭秘生活也要做达人那些未解之谜团二、教学目标1)知识层面 了解大学教育的四种途径，大学课程教学、综合设计实验、科技实践、大学生活，也就是说需要重视后3种教育途径。对大学面临的6个问题提供一个思考框架。2）能力层面课程学习，课内外结合，重视波利亚《怎样解题》中描绘的四步方法，推荐华罗庚“厚与薄”学习方法。大学，也要重视考试，但不受困于考试成绩。实验实践，理论思维不能代替实验思维，工程技术创新通常是在信息不完备的情况下进行。现代工程实践是理论指导下的实践，实践以感性为基础，在感性之上实现飞跃。理论教学与实验实践相结合，有时理论先行，有时先有实验实践，然后再学习理论。3）价值层面主动实践，面对挑战不断调整，持续改进；重视通识教育，追求优秀与保持个性平衡；善于总结经验，基于经验、也要突破经验的限制。三、本讲概要首先，介绍大学课程教学的理念，苏格拉底的诘问法等，强调大学老师留有余地，需要提前预习、认真听课、课后复习和练习。重温中学曾经接触过的波利亚《怎样解题》，追问同学们“先看例题？先看提示？先看解答？”“为什么要猜？为什么要试？为什么讨论？”然后介绍在大学中如何采用华罗庚的“厚与薄”“冥想法”学习方法。顺便介绍一下，大学考试成绩怎么看？其次实验教学是工程教育的重要部分，不仅能够理解和巩固课堂教学内容，还能锻炼应用理论的实践能力。工程技术创新通常是在需求模糊、技术储备不足的条件下进行的，需要边干边学、勇于探索的精神，为此需要科技实践等教学环节。第三介绍书院与通识教育，社团活动、大学讲座、多彩的校园文化、走向外面的世界等。然会讨论6个问题，如何对待主课与辅课？如何看待有用与无用？追求优秀与保持个性？一路顺利与挫折教育？怎样与互联网打交道？教师耐心等待你成长。四、教学重点与难点从大学四年来看，5个方面都很重要，但是对新生来说第2、3部分还不是最紧迫的，有所了解即可，而另外3个问题显得更为重要。1）大学课程怎么学课程仍然是大学最重要的教学环节，尤其是大学一年级。但是大学的课堂教学与中学存在一些差异，可能没有中学老师讲得“明白”“精彩”，一堂课内容很多讲得很快，班级的概念在淡化等。因此，需要解读为什么有这样的差异？尤其是新生研讨课，差异就更大了。借助苏格拉底的诘问法“让学生自己在思考、辩论中加深对问题的理解”部分解释“研究型”教学的特点，提醒同学要学会适应不同风格，如怀旧“细细道来”与“风格粗犷”。教育家波利亚《怎样解题》《数学与猜想》《数学的发现》，可能中学老师可能介绍过，由此展开容易接受。现在习题解答等学习资料很多，老师布置的作业，很可能在网上找得到答案，但是要学好不建议“先看解答”或者“先看提示”，鼓励同学们自己做，“为什么要猜？为什么要试？为什么讨论？”就是说“猜”“试”“讨论”是培养想象力等研究能力的重要途径。重新解读波利亚“怎样解题”四个步骤：弄清问题：未知是什么？已知是什么？条件是什么？你能否把它们写下来？拟定计划：你以前见过它吗？你是否见过形式稍有不同的类似问题？你是否知道与此有关的问题？你是否知道一个可能用得上的定理？实现计划：实行你的计划回顾总结：你能否检验这个论证？你能否用别的方法导出这个结果？你能不能把这一结果或方法用于其他的问题？进一步，我们还介绍诺伊斯的启示“凡是寻求更为简单的方法”。这对工程师来说是最重要的习惯，不满足于现成的解决方案，而是不断寻求更为简单的方法。此外，介绍教材与参考书的关系，基于教材，也要跳出教材。以《数学分析》为例，基于教材学习效率较高，可以取得较好考试成绩；参考教材《微积分发展简史》，可以了解到概念的提出背景与发展历史，数学家的思维过程甚至人文精神等等，有力于培养兴趣与创新精神。华罗庚的厚与薄学习法，也是同学们听说过，甚至使用过。大学是否继续坚持使用？是否能够用高观点持续回溯曾经所学知识？2）生活也要做达人这部分，从5个方面，大学书院教育--补充与加强教育，万变不离社团--参与中培养能力，大学课外讲座--不可错过的精彩，多彩校园文化--体验中锻炼自己，走向外面世界--突破经验的局限。鼓励同学重视与学业导师、梦拓学长的交流；重视通识教育，要留出时间读书，还推荐四位名家的读书方法，如梁启超的“鸟瞰、解剖、会通”读书法，梁漱溟的“直接思维”读书方法，郑逸梅的“外打进、里打进”读书方法，以及彭思龙建议读书需要“五谷杂粮搭配”才能跳出局限。为什么鼓励参与社团活动？实践中培养组织协调能力、表达沟通能力，丰富朋友圈，也是培养跨界能力的一种途径。大学与中学的区别，也许是大学讲座，可以跳出书本、课堂，摆脱个人局限的一种方式。多彩的校园文化，需要去观察、体验，既是调节情绪，也是涵养人文精神的一种途径。大学教育，不仅仅是在校园内，还在校园外，如企业实践、校级交换等等。3）那些未解之谜大学新生面临的问题很多，我们选择6个问题，提供一些辩证思考的角度。如何对待主课与辅课？鼓励同学们给辅课多一份关注，因为多年后，也许辅课决定的你的竞争力。如何看待有用与无用？同样不能用眼前的判断准则，过早地下结论，道家的观点“无用，然后有大用！”也许给你一种不一样结论。追求优秀与保持个性，外在的评价规则，未必符合你内心诉求，适度放下，是形成独特的魅力。一路顺利与挫折教育，也许大家习惯祝福你“一路顺利”，但是在人的成长中，适度的挫折是一种良好的教育手段，“挫折”也许是你自己选择的，也许是老师给你“挑战性任务”，敢于接受挑战，就是接受挫折，在挫折中，学会反思，能够从新的角度看问题。怎样与互联网打交道，这是必须面对的，既要充分运用网络给我们带来的好处，也要避免过度依赖网络，甚至无法安静下来听课、看书等等。教师耐心等待你成长：作为教师需要有等待成长的耐心，不急于给你提供“正确”道路，因为认真走过的人生没有弯路。五、教学设计大学怎么读，针对大学新生面临的问题，甚至大学四年中经常面对的问题。自2007年担任本科教学副院长、2017年担任士谔书院（信息大类大一学生，总计1100多名）以来，面对退学、降级试读学生及其家长，我作为师范本科毕业生深感责任重大，如何提高试读成功率，如何从大一开始预防，这是我一直探索的课题。通过与学生、家长，单独交流、一起交流，获得学生成长丰富直接经验，同时学习同行专家的间接经验，研读教育学、心理学、教育哲学、哲学、人文经典，探寻大学教育之道，相关教育经验，用3年时间，编著成《大学怎么读——以电子信息类专业为例》。与本讲关联的章节，第1、2、3、4、5部分，分别对应第6、7、8、5、10章。我作为书院学业导师，在新生教育活动中，已经做了2学时报告《书院与大学教育》（新工科的背景、西方教育理念、中国教育理念、工程教育现状、士谔书院教育、未解大学之谜）。关于课程如何学习这个问题，从中学时代熟悉的波利亚、华罗庚两位数学家、教育家入手，针对大一课程学习特点，强调预习、复习的重要性，为何认真听课、如何做笔记以及课后如何做作业等。每个阶段，需要用新的观点回看已有所学知识，逐渐达到系统性的理解，也包括本课程的大作业也是采用这种方法。对于新手研讨课等核心通识，采取小班研究型模式的，需要适当介绍，学生主动探索，甚至团队协作探究的等方式。课后鼓励学生，阅读《大学怎么读》第6章研究型课程教学，思考大学与中学课程学习方式的差异。关于生活也要做达人，首先对学习概念进行拓宽，大学教育要适度考虑培养独立工作努力，“生活教育”“实践教育”等，其教育方式无处不在，给学生非常大的自由度。课后鼓励学生，阅读《大学怎么读》第5章润物无声的通识教育，根据自己特点选择社团活动、选听大学讲座、培养业余爱好等，鼓励大胆尝试，不断总结经验。关于那些未解之谜，走进大学，在面临选课、选择社团等过程中，也可能在大学课程学习、在遇到挑战时需要思考的，我们希望提供多视角看问题的方式，不简单否决。探讨中，有教育理念介绍、有实际案例，鼓励多样性，当面临选择的困惑中，能够想起《大学怎么读》第10章有12个问题可供参考。课后阅读：

第2讲移动通信：移动前夜、1-4G【注释】“移动通信”总计2学时。第1学时教学内容：包括移动前夜、移动通信1-4G；第2学时教学内容：包括5G和展望6G，这部分教学设计已经作为“教学设计样例说明”，相应的视频为“教学实录视频”。一、教学内容本次课（1学时）主要讲授以下内容：从智能手机谈起1G模拟移动通信2G数字移动通信3G码分多址技术4G移动互联技术二、教学目标1)知识层面 了解移动通信的发展历程及我国在移动通信发展中扮演的角色，学习基本概念与时代背景，对1-4G移动通信相关背景及关键技术进行了解。同时介绍我国在移动通信标准化与产业化中从3G的突破到4G的并跑，逐渐扮演越来越重要的角色。2）能力层面教导学生跳出专业，以外行人的角度去看。从海蒂·拉玛作为通信的外行人发现了颠覆时代的跳频技术的事件中，启迪学生在提出问题时要跳出专业、放开思想，像外行人一样思考；真正做的时候，要专业地去实践。以高通公司为例，让学生看见技术标准的价值。高通研究技术到制定标准，再通过专利布局实现标准技术的垄断。然后通过专利许可认证的方式，让自己处于通信产业的最顶层。4）价值层面落后不要紧，要勇敢迈出第一步。在3G时代我国提出了TD-SCDMA标准。虽然与当时主流3G标准有差距，但技术落后时中国相关企业的高投入和中国通信人的勇于进取与坚持不懈，最终造就了4G时代与欧盟标准并驾齐驱的TD-LTE标准。三、本节概要首先，从智能手机切入，选择智能手机，一是因为我们正处于智能手机时代，智能手机已经改变了我们的生活方式，成为现代生活中的必需品；二是其产业变革重要性，它已经变成了产业变革的新引擎；三是从同学身边熟悉的喜欢的事物入手，引导同学们对课程产生兴趣。并对我国通信产业的发展做一个概述，同时为了增强对通信发展史的了解，对1G以前的通信历史做简单介绍。在现代意义上的通信出现之前，通信已经有了上千年的历史。但随着社会生产力的提高，人们一直在追求提高信息传递的速度。从电报到电话再到马可尼主导的无线电通信，就是信息传递速度能力不断提升的体现。1948年，香农发表《通信的数学理论》，讨论了不确定性信息及其度量信息熵，全面阐述了一切信息系统中的信息传输、存储、处理和接受问题，并给出了通信系统的模型。在数学理论的科学指导下，现代通信开始了飞速发展。1G时代的模拟移动通信实现了人们关于无线通信的梦想，从此移动通信由理论变成了现实。2G时代为了克服模拟移动通信的固有缺陷，开始用数字信号替代模拟信号的传输和处理，自此数字移动通信时代开启，同时移动通信开始制定共同的标准。3G时代开始，高通这个通信行业巨擎开始登上历史舞台，其主导的CDMA码分多址技术奠定了第三代通信技术的基石。在这一时期，我国的TD-SCDMA标准登上舞台，标志着中国通信行业在1G的空白和2G的跟随后，终于在3G中有所突破。在3G时代，智能手机的出现推动了移动通信与互联网走向融合，带来的高流量与高接入的需求同时推动了3G向4G飞速演进。4G移动通信的主题是全球同步，主要技术有网络层的移动互联、物理层的OFDM与MIMO技术。在4G时代，我国主导的TD-LTE技术与欧盟主导的FD-LTE技术并驾齐驱。在4G相关产业中，从设备供应商到移动互联网再到移动运营商，中国企业实现了群体突破，受到了国内外的高度认可。四、教学重点与难点1）产业的发展需要理论的指导人类用电报与电话敲开了通信世界的大门，改变了信息传递的效率。100年过去了，电报与电话通信已经得到了很大的发展，然而技术上却停滞不前。究其原因是尚未有人刻画通信的本质和度量信息传递的效率及其极限。直到1948年，一位热爱思考的科学家香农在贝尔实验室参与研究了信道噪声和密码通信的问题，怀着一颗好奇心他定义了通信的本质以及信道容量，也就是后世熟知的香农极限。在他划时代的论文《通信的数学理论》，他提出了通信系统模型，并用概率统计的观点描述信息，构建了沿用至今的通信理论的体系框架。现在这一理论已经被广泛应用于无线移动通信、卫星通信、空间探测、数据存储等。并且其应用范畴也逐渐从通信领域延伸到基因学、分子生物学、脑科学、心理学、艺术、社会学、经济学等。2）跳频技术的发现者海蒂·拉玛及主导者带来的启示在偶然的情况下，好莱坞的著名影星海蒂·拉玛开始研究如何避开敌对方的通信技术，创造性地提出了跳频通信的构想。在海蒂·拉玛以前的通信，都是基于固定频率，且追求带宽的效率，频带越窄越好。而跳频通信则是在通信过程中频率不断变化，频带越宽越好。很快，通信技术专家实现了这项技术，研制了跳频技术电台。这由外行人引起的通信行业的颠覆启示我们，在提出问题时候，跳出专业，放开思想，要像外行人一样思考；真正做的时候，要专业地去实践。高通则向世人展示了标准的价值。翻开《高通方程式》这本书，会发现高通的创始人做了两件关键的事情，一是组织团队攻关基于CDMA的新一代数字移动通信技术，并将其提交到世界标准组织；二是通过申请和收购的方式掌握了CDMA相关技术的全部专利，实现了在CDMA技术上的专利布局。从此高通创立了一种新的商业模式，从研究技术到制定标准，再通过专利布局实现标准技术的垄断。然后通过专利许可认证的方式，让全世界通信相关产业的企业为其打工。直到现在，高通仍处于通信行业的最顶层。3）我国移动通信的发展我国移动通信的发展起步较晚，在1-2G时代几乎是空白。在第三代移动通信标准建立之初，相关产业人士已经看到了通信标准的力量，也认为这是我国通信行业发展的机遇。于是我国提出了TD-SCDMA标准，并在2000年5月成为ITU正式公布的第三代移动通信标准。TD-SCDMA的出现改变了中国通信在世界舞台毫无话语权的窘境，也让世界对中国有了新的认知。但TD-SCDMA技术研发起步较晚，相关基础薄弱，与其余第三代移动通信标准WCDMA和CDMA2020有一定差距。因此产业化进程困难，只有中国移动一家运营商进行了大规模投入部署，承担着运营优化的艰难工作。而到了4G时代，中国付出了巨大代价发展的TD技术迎来了春天。由TD-SCDMA技术演变来的TD-LTE技术成为4G主要标准，与欧盟主导的FD-LTE技术平分秋色，从而实现了中国通信标准的一次飞跃。这一次，在3G时代巨大投入下积累了宝贵研发与实践经验的中国企业，拿出了媲美对手的产品，得到了全球市场的认可。同时在4G相关产业中，从设备供应商到移动互联网再到移动运营商，中国企业实现了群体突破。正是由于3G时代中国相关企业的高投入和中国通信人的勇于进取与坚持不懈，才有了4G时代的回报。五、教学设计本科一年级新生对于电子信息工程专业的认知不足，也缺乏相应的知识基础。由于刚经历高中大量的考试，难免会带有应试的思维，同时走进大学也有求变的心理。移动互联时代，面临信息超载。这正是为专业发展打基础、强根本的雏形时期，应最大程度上激发学生的好奇心、学习兴趣和科研潜力。1）教学设计思路因此，在教学过程中不能简单的说教，而是通过以历史的脉络串联起故事，并在讲述故事的过程中将道理蕴含其中，注重培养思维，进而达到趣味性与专业性和系统性的相统一。本节课故事很多，还包括摩尔斯与电报的发明，贝尔与电话的发明、贝尔实验室，麦克斯韦、赫兹、马可尼与无线电报，摩托罗拉与模拟移动通信1G，诺基亚、爱立信与数字移动通信2G、乔布斯与智能手机等。下面以3个课程重点为例介绍教学设计，具体描述如下：通过通信的奠基工作香农的《通信的数学理论》，引导学生认识到理论的重要性，产业的发展离不开科学理论的指导。而且，围绕着香农理论的解说，为学生建立初步的信息体系框架。而这一框架将在后续的学习不断被强化，特别是在信道编码、信息处理和信息存储等相关章节，为学生在后续课程的学习埋下伏笔。在课后思考题中，推荐学生读《信息简史》和《香农传》，并追问“香农在《通信的数学理论》提出了信息熵，彰显数学在通信中的重要性，随着移动通信的发展，数学的重要性进一步提高，请你分析其原因。”通过海蒂·拉玛一个通信的外行人创造性的提出了跳频通信的构想，启迪学生们创新的方法，以外行的目光提出问题，以专业的态度做事。在课后思考题中追问“为何CDMA不是由通信专家提出？请你谈谈对创新的理解。”以培养学生的创新思维，鼓励学生在反思中学习宝贵的科研经验。通过高通公司建立技术到标准到专利的商业新模式，告诉同学们通信标准的价值。通过我国在3G时代开创性的提出了TD-SCDMA标准，虽然技术落后，但中国相关企业的高投入，中国通信人的勇于进取与坚持不懈，进而在4G时代厚积薄发带来了中国企业的群体突破，告诉学生落后时，要勇于踏出第一步，才能有后面的突破。在教学中，充分展示移动通信，从跟踪、突破、并跑到超越的发展历程，增强同学们对我国信息产业发展的信心，期间穿插我校教师和校友的科研成就增强专业培养能力的信心。在课后思考题中，推荐学生读《高通方程式》，并追问“高通公司通过技术专利化、专利标准化、标准国际化，走出了一条技术标准的成功之路，对此你有何感想？”以引导学生深刻认识标准的重要性，进而反思我们为什么要不计投入的走上制定标准之路，并思考未来，作为下一代通信人的学生该怎么做。2）教学进程框图课后阅读：[1]《电子信息类专业导论》张有光编著，第一章移动通信[2]国家精品视频公开课：《电子信息工程导论》张有光主讲，第二讲移动通信，[3]中国大学MOOC：《电子信息工程导论》张有光主讲，第二章移动通信，/course/BUAA-1461104173

第7讲计算之芯【注释】“计算之芯”总计1次课程2学时一、教学内容本次课（2学时）主要讲授以下内容：电子计算机前夜电子计算机诞生大型计算机商用个人计算机时代移动智能处理器教学目标知识层面了解电子计算机的发展历程以及我国在处理器领域面临的挑战，在国际数学家大会上提出3个逻辑上的大问题开始讲起，回顾从理论的提出到通用电子计算机诞生的时代背景和发明故事，介绍电子计算机诞生过程中哥德尔、图灵、冯·诺依曼杰出科学家为计算机诞生所作的杰出贡献。然后大型计算机商用、个人计算机普及，微处理器的发展到移动智能处理器，尤其是我国在处理器领域快速发展和面临的挑战。能力层面介绍大型计算机商用和个人计算机时代，启示学生抓住时代的机遇。IBM抓住大型计算机商业化的机遇，世纪豪赌，取得巨大商业成就，一举跃升到美国十大公司行列。苹果、英特尔、微软抓住个人计算机发展的机遇，顺应时代的潮流成为了世界数一数二的企业。价值层面处理器技术始终受国外限制，启示我们中国人要自立自强。在个人计算机领域，不论是图形处理器还是计算机处理器都是国外主导，到智能移动处理器时代，华为麒麟处理器逐渐开始走向领先阶段，但是受到美国举国打压，比如从代工制造、EDA工具、RSIC架构等不再提供服务。为了摆脱限制，需要重视基础研究，掌握核心技术，重视全产业链的安全。三、本节概要本章首先回顾了图灵提出的理论计算模型“图灵机”、通用电子计算机ENIAC与冯·诺依曼提出的储存程序框架。然后介绍了电子计算机从实验室走向商用的历程，IBMSystem/360的成功推出标志着大型计算机的成熟。第三，介绍了微处理器诞生到PC快速发展，形成了事实上的Wintel联盟，带动计算机应用的发展，“计算思维”应运而生。第四、随着智能手机的诞生，移动处理器，从集成CPU、BPU，到融合GPU、AI等功能。可喜的是华为麒麟芯片、巴龙基带芯片脱颖而出，成为5G时代的引领者。四、教学重点与难点4.1图灵、冯·诺依曼与大型计算机1928年，大数学家希尔伯特在国际数学家大会上，论述了三个数学逻辑上的大问题，但是这个井井有条的逻辑美梦只持续三年便被打破。图灵发表《论可计算数学及其判定性问题上的应用》，提出了一种十分简单但运算能力极强的理想计算装置，用它来计算所有能想象得到的可计算函数。图灵的这一思想奠定了现代计算机的理论基础，被称为“图灵机”。图灵提出了计算机的逻辑模型，同一时期还有其他科学家与工程师也在探索计算机。在ENIAC的研制过程中，冯·诺依曼极大推动了计算机的发展。冯·诺依曼给出了通用电子计算机的基本架构，由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。这就是现代计算机采用的“冯·诺依曼存储程序结构体系”。4.2计算体系架构与指令集2017年轩尼斯和帕特森荣获图灵奖，以表彰两人开创了一种系统的、定量的方法来设计和评价计算机体系结构。为了解决不同厂商之间由于处理器设计不同，其控制指令也有着不同的定义方式，IBM在其研制的计算机中引入指令集体系结构的概念，计算机的通用性问题得到了解决。4.3基带与图形处理器基带处理器包括模拟基带、数字基带，还可以包含射频、电源管理等功能。模拟基带模块与射频模块、音频模块连接，具备数字与模拟转换等功能。数字基带模块完成业务信息和控制信息的信道编码、加密，调制解调等移动通信标准的物理层、链路层等功能。射频模块负责射频收发、频率合成、功率放大。基带处理器决定了通信质量、数据传输的速度等。图形处理器是一种专门在个人计算机、工作站、游戏机和智能手机上进行图形图像运算工作的微处理器。GPU是专为执行复杂的数学和几何计算而设计的，这些计算是图形渲染所必需的。4.4英特尔与微处理器在计算机发展的初期，整个计算机产业就已发展到了相当的规模，但是计算机只有一些资金雄厚的公司和机构才能用得起，因为大型计算机体积大、成本高、操作不便。微处理器的出现降低了计算机的成本。微处理器的诞生可追溯到1969年的春天。当时全世界的计算器公司都在寻找能够为他们生产芯片的半导体企业，得益于诺伊斯和摩尔这两位科学家型创始人的名声，一家名为Busicom的日本计算器公司找上门来，希望英特尔能为他们设计和制造计算器芯片。英特尔将这个项目交给了霍夫。Busicom要求他设计12块功能各异的专用芯片，但霍夫并没有按照这个思路开发，他认为这种想法并不能有效降低芯片的成本，而且用起来还非常复杂。他只开发了四种芯片—代号为4004的简单但拥有多种功能的4位逻辑芯片，两个存储器芯片（4001为ROM、4002为RAM），以及一个4003移位寄存器芯片。4004芯片集成了2250个晶体管，能够处理4位数据，每秒运算6万次，频率108kHz。1972年3月，也即英特尔发布4004型后不到4个月，TI公司也推出了8位微处理器，两家公司产生了争执，最后英特尔获得了专利。但霍夫说：“我并不认为一旦为微处理器申请了专利后，就可以声称拥有了微处理器的一切。”确实，取得专利权与受用户欢迎的产品之间有很长的距离。霍夫等人继续加以改进，1973年8月，推出了8位微处理器Intel8080。它首次采用MOS工艺，集成了4800个晶体管，主频为2MHz，运算速度比4004快20倍，可访问64KB存储器，成为有史以来最成功的微处理器之一，也是第一个真正的通用微处理器。最初售价360美元，批发价为275美元，这也是真正推动微型计算机市场的产品，它被应用于世界第一台微型计算机“牵牛星”。牵牛星开启了个人计算机时代。Altair是照亮苹果、点燃微软、指引英特尔的PC始祖。受Altair启示，沃兹尼亚克与乔布斯开始研制个人计算机。1976年3月，他们两人成功开发出微型计算机Apple-1。1976年沃兹尼亚克与乔布斯以6502微处理器为核心，研制成功Apple-Ⅱ，成为当年最畅销的计算机产品。计算机仿真的出现改变了科学研究的手段。电子设计与自动化技术EDA可以在器件级、电路级与系统级层面对电子器件进行仿真；计算机辅助设计CAD可以模拟汽车防撞、风扇有无叶片等可以节约成本、安全度系数高。也可以通过计算机进行虚拟组装和飞机模拟训练，不仅可以节省成本而且安全系数高，也可以进行系统级模拟仿真与调试。可以说计算机的发展，虚拟镜像再现物理世界，就像岸上的景物在水中的倒影，实现了电子系统的数字化，促进了数字通信和软件无线电的发展。“计算思维”应运而生，获得广泛重视。五、教学思路与进程5.1课程教学设计思路本科一年级学生对于电子信息工程专业的认知不足，也缺乏相应的知识基础。而且由于刚经历高中大量的考试，难免会带有应试的思维。然而，这正是为专业发展打基础、强根本的雏形时期，应最大程度上激发学生的好奇心、学习兴趣和科研潜力。因此，在教学过程中不能简单的说教，而是通过以历史的脉络串联起故事，并在讲述故事的过程中将道理蕴含其中，注重培养思维，进而达到趣味性与专业性和系统性的相统一。特别地，课程教学思路的设计如下：介绍电子计算机的诞生流程。给出电子计算机的理论基础和发展历程，通过电子计算机的发明故事，帮助学生了解电子计算机的历史信息。在课后思考题中，针对电子计算机发明的过程，引导学生思考图灵与冯·诺依曼两位科学家对计算机的贡献，让学生们明白理论基础对于科学技术发展的重要性。从个人计算机的诞生背景、牵牛星开启了个人计算机时代讲起、苹果计算机的诞生，使学生了解个人计算机的发明和发展过程。本节重点放在个人计算机的发展中第一台微机“牵牛星”的发明都所有其他个人计算机的引领作用。在课后思考题中，简述第一台微机“牵牛星”的发明历程，为什么说“牵牛星”是照亮苹果、点燃微软、指引英特尔的PC始祖？让同学们了解“牵牛星”在计算机发展史上的历史地位，领悟诺伊斯、乔布斯、比尔·盖茨“远见的力量”。计算机的普及，计算思维的重要性，“计算+”从科学计算、工程设计等，计算与实验、数学并列为科学研究重要手段，也是工程设计甚至系统安装调试、协同生产的重要工具。通过对处理器的发展历程及处理器相关企业的历史故事进行初步的介绍。让学生进一步了解处理器的发展，介绍处理器发展历史上优秀的企业，英特尔、英伟达、ARM在历史上的重要地位。介绍ARM的发展之路、ARMRISC体系的授权方式和盈利模式，ARM成功的启示（与“农村包围城市”“统一战线”类似），彰显硬件开源、人才培养、工程师成长环境建设的重要性。在课后思考题中，简述ARM的发展历程？它是如何成为智能处理器的体系架构的？RISC-V为何受到我国政府与企业以及美国高通、英特尔等公司的青睐？通过思考题启示我们国家要掌握核心技术。5.2教学进程框图课后阅读：[1]《电子信息类专业导论》张有光编著，第三章计算之芯[2]国家精品视频公开课：《电子信息工程导论》张有光主讲，第三讲计算之芯，[3]中国大学MOOC:《电子信息工程导论》张有光主讲，第三章计算之芯/course/BUAA-1461104173

第4讲移动互联与软件【注释】“移动互联”包含互联网、移动互联网、应用软件，总计2学时。2019年教学方案中，用了4个学时，还包括贝佐斯与亚马逊、马云与阿里巴巴等，新版教材和MOOC上线后，不再介绍。一、教学内容本次课（2学时）主要讲授以下内容：互联网早期岁月互联网快速发展移动应用生态系统幕后英雄操作系统典型移动应用软件二、教学目标1)知识层面 了解互联网的起源和发展。从互联网的起源和发展开始讲起，探寻现代计算机网络技术的由来，从阿帕网的诞生和TCP/IP协议的推广讲起、再到早起互联网因特网与万维网的诞生、浏览器和互联网门户、搜索引擎、维基百科和百度百科、社交网络兴起，系统性地阐述互联网的发展过程。智能手机诞生后，移动互联快速发展，移动生态系统、移动操作系统和移动应用快速发展。2)能力层面 介绍维基百科是一个自由、免费、内容开放，任何人都可以编辑的网络百科全书，是世界第五大网站。维基百科是一个非营利性质的公益网站，其词条的编撰和修改全部是由来自世界各地的网友来完成的。维基百科由于其开放性，集成了全球人民的智慧，并且由不同的语言写成，被称作“世界人民的百科全书”。推荐阅读《维基经济学》，体现网络协同效应，是典型的互联网思维，类似地开源软件和开源硬件也是网络协同效应的一种体现。同样，软件开发模式发生了变化，快速迭代、持续发布，所谓的“永远β版”。介绍AppStore的发展历程，引导学生分析AppStore商业生态系统的成功经验。在AppStore的模式下，智能手机移动应用行业高速发展，用户享受到了多样化的服务，开发者获得了实在的收益，苹果公司则成功地创造出全新的经营模式，不仅通过AppStore与硬件设备的捆绑获得更高的用户黏性，更创造了极大的利润。让同学们从中思考AppStore如何打造出移动应用生态链，让多方共同获益？3)价值层面 在互联网领域，百度、阿里、腾讯，简称BAT，获得了快速发展，近年来，今日头条、抖音的发展，在移动应用、系统级软件方面开始引领世界，但是在移动操作系统、海外的系统级软件，还受制于人。以鸿蒙为例，让学生意识到自主研发的重要性。华为在海外出现手机销量短期内快速下滑的最大原因是它无法再获得谷歌的移动服务，这就像一款手机在中国市场没有获得微信和支付宝的支持一样。诸如微软开发的WindowsPhone等操作系统的经验告诉我们，只有将各方开发者聚拢到平台之上，吸引开发者为操作系统持续开发各类优质应用，操作系统才具备真正的竞争力。鸿蒙系统需要建立一套运作良好的应用软件生态机制，才能在系统平台、硬件厂商、软件开发者与用户之间形成良性循环和繁荣局面。三、本节概要本章以互联网的发展历程为线索，介绍了互联网的诞生、普及和未来发展趋势，还有那些在风起云涌的互联网大潮中的弄潮儿。互联网创新不只是技术，还需要发明与其相匹配的商业模式。随着网络技术的发展，互联网和我们的工作、生活已经密不可分。随着移动通信的数字化、宽带化，尤其到4G以后，以智能手机为中心，以云计算、大数据与人工智能手段，移动应用越来越丰富。中国的互联网应用开始展现出强大的创新能力，移动电子商务、互联网金融、微信、今日头条、共享经济、短视频等业务开始走向引领世界。5G时代的移动互联网将在未来社会中扮演更加重要的角色，也将面临更多的机遇和挑战。之后从苹果AppStore生态系统谈起，其次介绍了平台化的移动应用，图片社交软件（Instagram）、超级应用软件（微信）、移动电商平台（手机淘宝），智能手机的价值通过应用软件得以彰显。然后追溯智能手机操作系统—安卓的发展历程以及生态系统、开源策略，在与苹果iOS的竞争中取得成功。安卓系统既助推了我国智能手机初期的快速发展，也成为制约我国智能手机未来自主发展的瓶颈。在5G时代，面对手表、手机、电视、PC，甚至无人驾驶汽车、工业控制等情景，华为鸿蒙操作系统的微内核、分布式将是我国发展自主操作系统的良好机会。移动通信与智能手机的发展，为移动应用软件的开发奠定了基础。不仅PC软件快速转移到智能手机，而且发展出全新的应用软件，推动3G、4G的快速发展，也为5G的发展提供了基础。可以预见的5G应用是VR、AR、高清视频，也即5G的第一种应用场景。然而，5G还有另外两种场景，大规模物联网（mMTC）、超高可靠与超低时延通信（uRLLC），将会有无限的可能性留给我们去创造。四、教学重点与难点4.1互联网思维英国科学家伯纳斯·李率先提出了建立一个“全球互联的信息系统”的构想，他认为“任何人的重要信息和参考资料，都在该系统中占据一席之地”。这一系统会在已有的互联网的架构之上运作，核心是“全球”与“互联”，即任何人都可以在该系统中创建信息资源，且任何人都能找得到这些信息，并能够在这些资源之间无缝地切换。4.2互联网发展新趋势第三次互联网浪潮来势汹汹，传统行业也掀起了信息化的热潮，互联网渗透到了人们生活的方方面面。随着科技的进步，移动互联网、云计算、物联网和大数据等互联网新热点正受到越来越多的关注。未来互联网将会和现实生活结合得更紧密，随时随地的移动互联，按需提供服务的云计算及以互联网为平台，延伸到物与物相互链接的物联网，由此积累的数据也越来越多。一起回顾总结近年来互联新成就，引导学生畅想未来的网络世界。4.3苹果iOS、谷歌安卓、华为鸿蒙2007年6月，苹果公司的iOS操作系统登上历史舞台，给智能手机带来前所未有的触控交互理念。iOS系统是一个封闭式的系统，只能在iPhone、iPad等苹果公司产品上使用。在封闭系统的基础上，苹果公司营造了完整且高效的跨设备生态系统，其软硬件一体化战略让iOS系统在苹果系列产品中的用户体验良好，无论是软件运行、程序安装还是系统定制，iOS系统都实现了很高的流畅度与极大的便捷度，以及安全性。2008年9月，谷歌推出了AndroidOS。谷歌在发布会当日宣布了公开安卓的源代码，并建立一个全球性的联盟组织（OHA），由34家手机制造商、软件开发商、电信运营商以及芯片制造商共同研发改良安卓系统，且OHA厂商的硬件将支持谷歌发布的手机操作系统以及应用软件。2008年雷军就是看到安卓开源带来的机会，决定创办小米公司进军智能手机行业。良好的用户体验和开放性让安卓系统很快打入了智能手机市场。根据公开的资料，鸿蒙系统的UI设计、系统逻辑及移动应用安装界面等与目前华为手机上的操作系统EMUI并没有明显区别。鸿蒙系统如果用于智能手机，现有用户并不需要耗费过多的学习成本。在移动应用方面，鸿蒙系统能够兼容安卓应用，而且通过方舟编译系统对安卓移动应用进行重新编译，原来的应用运行性能将提升超过60%。给鸿蒙系统带来巨大想象空间的是5G时代。据余承东介绍，“鸿蒙的出发点与安卓、iOS都不一样，是一款全新的基于微内核的面向全场景的分布式操作系统，能够同时满足全场景流畅体验、架构级可信安全、跨终端无缝协同，以及一次开发多终端部署的要求，鸿蒙应未来而生。”4.4底层系统与应用系统底层系统：IOS安卓鸿蒙；应用系统：微信、抖音；智能手机出现后，各种便携电子设备逐渐成为移动应用软件，并且更多的新的应用软件不断涌现出来，我们的生活也在不知不觉中发生了重大变化。智能手机的诞生，为应用软件的开发提供了硬件平台，但是应用软件的快速发展还需要平台的开放性与合适的商业模式，移动应用生态系统才能良性发展。当然，移动应用的快速发展也离不开底层操作系统的支持。五、教学思路与进程5.1课程教学设计思路本科一年级学生对于电子信息工程专业的认知不足，也缺乏相应的知识基础。而且由于刚经历大量的考试，难免会带有应试的习惯。然而，这正是为专业发展打基础、强根本的雏形时期，应最大程度上激发学生的好奇心、学习兴趣和科研潜力，让他们意识到所学内容的重要意义，同时培养学生的自主学习意识，提高学生的学习热情。因此，在教学过程中不能简单的说教，而是通过以历史的脉络串联起故事，并在讲述故事的过程中将道理蕴含其中，注重培养思维，进而达到趣味性与专业性和系统性的相统一。本节课故事很多，还包括巴兰与阿帕网，互联网之父瑟夫，伯纳斯·李与万维网，比尔·盖茨与浏览器，搜索引擎与李彦宏维基百科与网络协同、互联网思维，马化腾与腾讯等。下面以3个课程重点为例介绍教学设计，具体描述如下：介绍互联网的起源和发展历程，分别阐述互联网前身、早期互联网、浏览器之争、互联网门户，帮助学生全面了解互联网的历史信息。在课后思考题中，从门户网站雅虎诞生中的许多的偶然性，请同学们分析如何理解杨致远与费罗的创业历程？之后，从搜索引擎、网络协同、网络社交互阐明联网的快速发展。我们日常经常使用的搜索引擎和社交网站，恰恰来源于年轻人，通过互联网弄潮儿的经历故事，比较人物特点，分析企业文化。在课后思考题中，请同学比较分析超链分析与PageRank两种搜索引擎技术，与此前的搜索算法最大区别是什么？然后比较谷歌与百度的广告商业模式。通过对移动应用与生态系统、智能手机操作系统、移动应用软件的介绍，引导学生比较iOS、安卓、鸿蒙各自的特点以及优缺点。通过对图片社交Instagram、腾讯微信、手机淘宝等移动应用成功案例的分析，引导同学们体会平台开放的重要性。这些平台承载了全球数以亿计的消费者，商家和服务者，为人们提供了丰富多样的服务。在课后思考题中，请同学们分析5G时代，鸿蒙系统在与安卓、iOS的竞争中有哪些优势？引导同学们分析今日头条获得成功的主要因素，为何张一鸣能够抓住机遇。并分析个性化推荐“头条”新闻的负面影响，你将如何摆脱“信息茧房”。5.2教学进程框图课后阅读：[1]《电子信息类专业导论》张有光编著，第七章移动互联、第八章应用软件[2]国家精品视频公开课：《电子信息工程导论》张有光主讲，第八讲人机交互，[3]中国大学MOOC:《电子信息工程导论》张有光主讲，第四章互联网与网络新经济、第六章移动应用软件/course/BUAA-1461104173

第5讲数码影像【注释】数码影像总计2学时。第1学时教学内容：包括摄影与摄像、图像传感器与智能处理；第2学时教学内容：包括薄膜晶体管-液晶显示和有机发光二极管OLED。一、教学内容本次课主要讲授以下内容：数码影像与智能手机图像传感与智能处理薄膜晶体管液晶显示有机发光二极管OLED二、教学目标1)知识层面 了解数码影像的发展历程及我国在数码发展中扮演的角色，学习基本概念与时代背景，对数码相关背景及关键技术进行了解。同时介绍我国在液晶显示和有机发光二极管OLED显示的超越之路。2）能力层面以波义耳与史密斯合作发明电荷耦合装置的故事为例，引导学生思考团队协作的作用。针对电荷耦合器件CCD的发明体现出合作的价值，引导学生思考合作在科学研究中的重要作用，树立合作意识，培养团队协作能力。生产工艺能力，不能仅靠理论研究与技术研发，而是在生产线上不断解决问题过程中逐渐积累的。技术转移的实质不是硬件系统或一条生产线，真正宝贵的财富是以工艺经验为基础的知识和技能。3）价值层面以京东方为例，让学生意识到忧患意识的重要性。京东方创始人王东升在自主解决问题的挑战和学习中，内化为自己经验与能力。源自北京电子管厂遭遇技术替代毁灭的惨痛经历，王东升对于替代危机的担忧和焦虑，随时保持高度警觉，磨砺自己的产业遇见，努力去解决替代危机。以华为、OPPO，镜头、影像处理方面，逐渐走向全球领先的故事。三、本节概要首先，从影像系统的基本结构切入，将影像系统与人类比，介绍了镜头、图像传感器和图像引擎的作用。又详细介绍了镜头及其相应的性能指标，也即光圈与焦距。数码影像的竞争焦点是从分辨率开始，双摄镜头扩展到多摄镜头，引入ToF镜头支持人像模式、立体成像、AR摄影，然后引入潜望式镜头实现光学变焦与超高数码变焦。人工智能技术的加持，智能防抖、情景识别等，使得数码影像的自动化程度大大提高，并且还能获得更好的摄影效果。显示屏是人机交互的窗口。它是智能手机、计算机、电视机的核心部件，也是现代汽车、高铁、飞机驾驶舱，甚至智能家居等各种设备的操控界面。液晶显示技术，最初起源于美国，不过其产品仅仅在一些特殊场景获得了应用。随后，日本企业，从美国获得了专利许可，通过电子手表、计算器、微型电视等消费类小产品应用中，完成了液晶显示的技术积累，终于迎来了“笔记本电脑”这一杀手级应用，足以支撑其完成“挂壁电视”的远大目标。而韩国三星、LG则采取“反周期投资”等策略，超越日本成为液晶显示产业的引领者。我国京东方历经二十几年的努力从技术引进到自主建线，奋力拼搏，在TFT-LCD显示领域已经成为全球第一，带动了华星光电、深圳天马等一批企业发展，实现群体突破。同时在OLED、MicroLED等新领域，我国企业正在迎头赶上。随着5G时代的到来，电视机正在发生重大变化，更多传感器与AI功能融入电视，也即“智慧屏”，开始走入大众家庭。“万物皆显示”很好地诠释了显示技术在未来信息产业发展中的重要地位。四、教学重点与难点1）CCD图像传感器CCD，全称电荷耦合器件，它使用一种高感光度的半导体材料制成，其作用是将光学信号转换为数字信号。CCD原理结构，从上往下看，第一层是微透镜，第二层是彩色滤光片（CF），第三层是感光层。数码相机成像的核心是其感光层，为了扩展CCD传感器的采光率，必须扩展单一像素的受光面积，但是提高采光率的办法也容易使画质下降。1969年美国喷气推进实验室首次研制成功CMOS图像传感器，但是由于其成像质量差等缺点，多年来占市场主导地位的还是CCD图像传感器。然而CMOS图像传感器，与主流CMOS集成电路工艺兼容，能够将图像的采集单元与信号处理单元集成在同一块芯片，是一款典型的数模混合集成电路。CMOS图像传感器的发展使数码影像跃上新台阶。【注释】CCD早期由于航天工程的需求推动，技术持续积累，为后期民用化推广奠定了基础。2）薄膜晶体管液晶显示和有机发光二极管威廉姆斯开展液晶实验时偶然发现液晶的褶皱效果，他意识到可以将液晶用于制作显示屏，并将其创意申请为专利。海尔迈耶和他的小组相继发现了“动态散射”和“相变”等一系列液晶的电光效应。当美国企业进行早期的液晶显示技术研究时，许多日本企业就开始跟踪研究，从电子表、计算器、手表电视的应用中完成了技术积累，最终迎来了笔记本电脑这一杀手级应用，终于实现了液晶研究的梦想：挂壁电视。【注释】蕴含的教育意义，远大理想与脚踏实地相结合。与原有技术相比，OLED除具有自发光、无延迟、无限对比度、极致超薄、柔性显示等物理特性外，OLED技术还具有极限视角画面不失真的天然优势，也就是非常广阔的可视角度。3）我国显示技术的发展2018年京东方成为全球最大的液晶电视、平板电脑与笔记本电脑显示屏的供应商。我国TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示）产业通过再转移实现了超越之路。京东方通过海外收购解决进入TFT-LCD工业所面临的技术来源、专利障碍、起步市场和核心技术人员等战略问题，并在建设中锻造一支具备量产能力的中国工程师队伍。早在1996年，我国的清华大学就成立了OLED项目组，设计安装了OLED蒸镀设备，建成了OLED超净实验室，由此开始OLED技术研究与人才培养。2001年，为了加快OLED的产业化工作，成立了北京维信诺科技有限公司。经过多年的努力为我国OLED关键技术研究与早期的产业化做出了重要贡献。五、教学思路与进程1）课程教学设计思路本科一年级新生对于电子信息工程专业的认知不足，也缺乏相应的知识基础。由于刚经历高中大量的考试，难免会带有应试的思维，同时走进大学也有求变的心理。移动互联时代，面临信息超载。随着前4讲教学推进，学生对本门课程的教学方式有了一定了解，但需要继续强化这种教学模式，使学生逐渐找到适合自己的学习方法，增强学习效果。然而，这正是为专业发展打基础、强根本的雏形时期，应最大程度上激发学生的好奇心、学习兴趣和科研潜力。因此，在教学过程中不能简单的说教，而是通过以历史的脉络串联起故事，并在讲述故事的过程中将道理蕴含其中，注重培养思维，进而达到趣味性与专业性和系统性的相统一。本节课故事很多，还包括波义耳与斯密斯发明CCD、液晶之父德热纳、京东方创始人王东升和OLED发明者邓青云等。下面以3个课程重点为例介绍教学设计，具体描述如下：通过波义耳与史密斯合作发明电荷耦合装置的故事为例，引导学生思考团队协作的作用。而且，对CCD的原理结构进行系统介绍，加深学生对CCD的理解。通过京东方创始人王东升在自主解决问题的挑战和学习中，内化为自己经验与能力。源自北京电子管厂遭遇技术替代毁灭的惨痛经历，王东升对于替代危机的担忧和焦虑，随时保持高度警觉，磨砺自己的产业遇见，努力去解决替代危机。让学生意识到忧患意识的重要性。在课后思考题中，追问“京东方的发展历程中，为什么说自主建设第五代线是极其重要的战略决策”，引导学生思考什么才是技术转移的实质。推荐阅读北京大学路风教授《光变：一个企业及其工业史》。通过介绍液晶产业日本率先获得成功，韩国液晶产业超越日本，以及中国的超越之路帮助学生树立信心。在课后思考题中，追问“韩国液晶产业超越日本，有哪些经验值得借鉴？”以引导学生思考吸收优秀经验的重要性。2）教学进程框图课后阅读：[1]《电子信息类专业导论》（第2版）张有光编著，第5章数码摄影[2]国家精品视频公开课：《电子信息工程导论》张有光主讲，第7讲摄影显示，[3]中国大学MOOC：《电子信息工程导论》张有光主讲，第7讲数码影像与智能显示，/course/BUAA-1461104173

第6讲人机交互：提升人类智能【注释】“人机交互”总计2学时。一、教学内容本次课（2学时）主要讲授以下内容：图形交互触控交互人机交互自然交互二、教学目标1)知识层面 了解图形用户界面的发展历程和普及。学习从按键触控到多点触控的转变，触控交互的发展，突破了智能手机人机交互的瓶颈。最后进一步介绍人机交互中的各种传感器以及微电子微机械MEMS技术。2)能力层面 讲述图形用户界面的发展和普及的故事，引导学生分析体会分析施乐、微软、苹果等公司在图形用户界面普及过程中发挥的作用，理解创新与市场的关系。并从施乐公司Alto商业化失败的故事中，理解比尔·盖茨所说的“把伟大的研究成果转化到销售好看的产品中去，对许多公司来说仍然是一个颇为棘手的问题”中蕴含的能力问题。设计感的重要性：华为EMUI，华为成立法国巴黎美学研究中心、意大利米兰设计研发中心，让学生体会“交互设计”“外观设计”中技术与人文艺术交融的魅力，进一步领悟“人文艺术的重要性”。3)价值层面 我们遵循的准则影响着我们的所作所为。以施乐公司创始人兼董事长约瑟夫·威尔逊在对卡尔森贡献的评论中指出，‘人’是一切创造的原动力，只有那些能体察到他人未曾注意过的需求，并生产相应的产品和服务，从而满足这些需求的人，才会赢得巨大的回报。要坚持阅读学习，从而获得创意。从卡尔森谈复印机发明的经验中领悟学习的重要性，他说：“创意并不会像魔术一样从天而降，你必须从其他地方获得灵感，而通常阅读其他领域的相关书籍会帮助你获得这种灵感。”只有不断学习，不断积累，才有可能将设想转化为现实，不切实际的幻想只能是空想。人工智能技术辅助人机交互，华为在影像系统中引入MasterAI，期望达到“知你”“懂你”和“帮你”的目标。体现华为追赶并引领的脚步，科技与人文艺术相互支持。三、本节概要本章以苹果发明智能手机iPhone所形成的触控交互方式为核心，追溯人机交互的发展历程，展望未来发展趋势。首先，回顾了鼠标与计算机图形用户界面的发展历程，从恩格尔巴特的鼠标器构想与图形用户界面NLS的首秀，施乐Alto实现了图形用户界面的雏形，苹果Macintosh达到了商业化新高度，而普及工作则由微软Windows系列软件来完成。21世纪初，PC的图形交互与手机的按键交互形成了鲜明对比，如何突破手机的交互瓶颈，让手机也能做到甚至超越PC的图形交互