信息、控制与计算课程的泛课堂教学方法探析

陈晓明

摘要：分析了大信息时代信息、控制与计算课程的特点以及信息、控制与计算教学实践中存在的难点和问题，并针对这些问题，提出了一种泛课堂的教学方法。该教学方法包括课堂理论学习、课后仿真验证、期末课程报告和课余实践深化等四个课内和课外教学环节。这些环节充分结合信息、控制与计算这一课程的特点，利用了课内和课外两个层面的效用，环环相扣、层层递进，可以有效发挥教师的主导作用和调动学生学习的主观能动性。实践结果表明，该教学方法有效提高了教学质量，在培养学生的思维能力、动手能力和创新能力方面均取得了较好的效果。

关键词：教学方法;信息;控制与计算;泛课堂化;创新实践

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）22-0124-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Investigation of A Generalized Classroom Teaching Method for the Course of Information， Control and Computation

CHEN Xiao-ming

（College of Information Science and Electronic Engineering， Zhejiang University， Hangzhou 310027， China）

Abstract： This paper analyzed the characteristics of the course of Information， Control and Computation and investigated the difficult issues in the practical teaching in the era of big information. To solve these difficulties， we proposed a generalized classroom teaching method for the information， control and computation course， including theoretical learning in class， simulation and testing after class， class report at the end of a term， and project practice outside the class. These stages of the generalized classroom teaching method were accordant with the characteristics of the information， control and computation course， and made use of the utilities both in and outside class. Thus， the proposed teaching method can simulate the main role of the teacher and arouse the activity of the students. Practical results shown that this method can improve the teaching quality effectively， and can obtain a favorable effect on the thinking， working and innovation ability of the students.

Key words： teaching method; information; control and computation; generalized classroom; creative practice

1 信息、控制與计算课程体系的特点

随着大信息时代的到来，各种新的信息技术不断涌现，并且这些信息技术也展现出了深度融合的趋势[1]。在当前的本科教学过程中，大部分的信息类课程都进行独立的教学。例如，在通信类教学中，主要讲授信息与编码理论，控制类专业的学生主要学习控制论[2]，而计算机学院的学生则侧重于计算理论的学习[3]。然而，未来的信息技术常常涉及多学科的交叉融合，当前分专业教学的模式已无法适应信息技术发展的需要，严重限制了学生的发展空间和能力提升。在这种情况下，浙江大学信息与电子工程学院在全国率先开展了信息、控制与计算这一电子信息类专业引导性核心课程。

如图1所示，信息、控制与计算课程以信息作为基本的研究对象，在给出信息的内涵和基本表征形式的基础上，分别讲授信息传递、信息转换和信息执行的规律和方法，分别对应通信理论、计算理论和控制理论。这样，信息、控制与计算课程以信息的流动为基本主线，将信息的产生、变化、传输、处理和应用等过程有机串联起来，使得学生对现代信息处理技术有了一个完整的了解和掌握。

2 信息、控制与计算课程教学实践存在的问题

笔者在信息、控制与计算课程的教学，以及在指导与这一课程相关的本科毕业设计的过程中，发现信息、控制与计算课程存在着以下一些问题：

1） 知识系统偏重于经典理论，缺乏最新的理论成果

本课程涉及的通信、控制与计算学科都有很多经典的理论，这些理论构建出了本学科的基本理论体系。然而，随着信息技术的快速发展，本课程涉及的三个学科都发展出了大量新的理论和技术。例如，5G和B5G通信技术是当前通信领域研究的前沿，控制领域正在向网络化控制方向演进，而计算机领域的机器学习已受到各行各业极大的关注。因此，需要在这一课程的教学中，将经典理论和最新成果结合起来，使得学生了解信息技术涉及的各个方面的演进过程，从而能够更好地理解最新理论成果的优缺点及其发展趋势。

2） 知识体系纷繁复杂，且具有较高的理论深度

本课程涉及通信、控制与计算学科等多个知识点，且把它们有机的融合起来，因此本学科的知识体系具有极高的复杂性。由于理论的层层递进，如果学生无法掌握前面的知识点，将造成后續学习的无法进行，并且使得学生开始厌倦或者放弃学习。

3） 知识理论和实际应用脱钩，无法驱动学生的学习热情。

本课程注重学生对理论的学习和掌握。但是，信息技术是一门应用性极强的学习。如果学生不清楚理论知识如何应用到实际系统中，就无法提高学生的学习热情，也无法帮助学生真正掌握这些知识的要点和细节。

3 泛课堂教学方法

泛课堂的教学方法将课堂教学与课外实践结合起来，可以帮助学生较好地掌握这门课程的理论及其应用。下面简要介绍笔者所提出的泛课堂教学方法。

3.1 课堂理论学习

课堂教学是理论学习的主要形式。对于每节课的45分钟，需要充分发挥教师的教和学生的学的正向交互和反向引导。首先，在正向交互方面，主要是利用老师的讲解过程解析各个知识点的内涵及其相互联系;其次，在反向引导阶段，就是要把老师和学生的位置调换过来，学生成为课堂讲解的主角，而老师则成为知识的受众或者评委。在这个过程中，由掌握了一定知识点的学生对课程的课程理论进行讲解，或者由多个学生组成一个小组对某一知识点进行深入的内涵式讨论。这种把老师和学生的角色进行正向和反向调换的过程，十分有利于理论性课程的学习，特别对引导学生主动学习的积极性具有十分重要的作用。

3.2 课后仿真验证

如前所示，信息、控制与计算课程是一门专业引导课，涉及很多的技术和算法。如果只是通过理论推导，很难对各种技术有一个深入的理论，也无法直观地感受到各种技术的优缺点。因此，在课程的学习中有必要加入对各种技术的仿真验证。在仿真验证的过程中，一方面可以对各种算法的细节有一个深入的了解，另一方面也可以帮助学生进一步改进算法。为了便于学生掌握，本课程主要安排学生在课后利用MATLAB仿真工具对各种技术和算法进行仿真验证[4]。图2是一个典型的MATLAB仿真图，其对波分复用、空分复用和时分复用这三种无线通信的多接入技术的和速率性能进行了仿真。由这一仿真图，学生可以了解到各种技术在不同信噪比条件下的性能，也可以看出这些技术相互之间的优缺点。因此，课后的仿真验证是课题教学的一个必要补充。

3.3 课余实践深化

本课程所涉及的所有理论和技术都经过了长期的验证和测试，因此都可以应用到实际的信息系统中。在教学的最后一个环节，笔者提出进行课余的实践深化。具体而言，将所有的学生分成多个实践小组，每个实践小组围绕通信、计算和控制中的某个主题搭建一个硬件平台，并设计相应的软件算法实现某一信息处理功能。例如，图3给出了一个物联网硬件平台系统。在搭建这一平台系统后，学生可以利用Labview软件对物联网涉及的通信、控制和计算等算法进行设计和优化，从而对本课程知识的实际应用有一个完整深入的理解，保质保量的到达本课程的教学目标。

4 总结

本文基于信息、控制与计算课程的特点和在教学及相关本科毕业设计指导中发现的若干问题展开研究，提出了一种泛课堂的教学方法。实践结果表明，这种泛课堂的教学方法有利于学生对本课程的理论和应用有一个完整的理解和掌握，也可以为学生的创新能力和动手能力培养提供有效的手段。

参考文献：

[1] 商书元.信息技术导论[M].北京：中国铁道出版社，2016.

[2] 张嗣瀛，高立群.现代控制理论[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3] 周志华.机器学习[M].北京：清华大学出版社，2016.

[4] 王文博.OPNET Modeler与网络仿真[M].北京：人民邮电出版社，2003.

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