“信息论与编码”课程混合式教学探索与设计

周洲 樊玫玫 田有亮 牛坤

摘 要：针对当前“信息论与编码”课程教学中存在的问题，立足课程特性和定位，围绕香农信息论三大基本概念、三大基本定理和典型编码方法凝聚知识点，构造章节线条，打造线上线下混合教学体系。从学习空间、知识系统、授课维度合理布局线上和线下教学计划，从“学、研、用”角度综合设计教学与实践内容，全面提升教学效果。

关键词：信息论与编码；线上线下；混合教学；学、研、用

“信息论与编码”课程经过长期的探索与实践，逐步发展成一门学科，成为大部分高校通信、信息类本科专业的核心课程，其利用概率论、随机过程和数理统计等数学方法来研究信息的存储、度量、编码、传输、处理等活动的一般规律，在通信与计算机科学、管理学、经济学及光学信息等领域发挥重要作用。该课程内容涉及众多数学知识，容量大，理论性强，内容抽象，推导过程复杂和繁多，这就对学生自身素质提出了严格要求［1］，需要学生具备良好逻辑推理能力、自主学习能力、抽象思维与实践结合能力。然而，传统课堂采用主客对立的教师主讲模式，由教师主导课堂，学生被动参与教学活动，“满堂灌”的形式无法激发学生的学习热情，不能满足学生的个性化需求，达到教学目标［2］。

本文立足于“信息论与编码”课程的定位与培养目标，融合“学、研、用”一体化教学方法，依托线上资源和教师团队，围绕线上线下混合教学布局教学内容，引入涵盖学习能力考查、科研能力考查及应用能力考查的过程化考核机制，探索打造内容丰富、形式多样、效果突出的线上线下混合教学设计模式。

1 传统教学中存在的问题

（1）“信息论与编码”需要学生储备大量的数学基础知识，而对于工科本科生所学数据知识不够深入，如高等数学用于求解信源熵的最大值和信道容量最大值；随机过程用于构建信源模型和计算连续信源的差熵；抽象代数用于设计纠错码的译码等。学生对于理论的推导证明产生畏惧心理，导致该课程教学实施困难，教学没有达到“知其然，知其所以然”的效果。

（2）该课程理论偏强、内容抽象、难于理解以及计算较多，削弱了学生的学习积极性，导致学生学习兴趣降低。此外，当前教学仍采用教师主讲，学生以听为主，缺乏理论与实际应用的衔接，导致学生感觉该课就是理论课程，与实际生活没有关联。所以，应当从实际出发，利用信息化系统和网络资源将枯燥的理论与当今热门、前沿应用相结合，提高学生的学习热情，带动其探索知识的欲望［3］。

针对上述问题，结合当前课堂积极性差、课堂互动性差的现象，“信息论與编码”课程教学改革势在必行。

2 “信息论与编码”线上线下混合教学总体设计

2.1 课程改革方式与基础

教学内容是整个课程教学的核心，直接影响人才培养质量，科学的内容设置和部署有助于提升教学质量。“信息论与编码”课程知识点多且散，为帮助学生有效把握学习重点，将散点内容关联起来，该课程重点围绕香农信息论三大基本概念、三大基本定理和典型编码方法展开，将课程内容以思维导图形式构建体系，采用各个击破、逐层升华的方式进行组织教学计划。

鉴于课程内容难度大、课时短，该课程的教授将充分利用网络资源促进学生自主学习，本课程将利用超星学习通，结合西安电子科技大学的精品慕课引导学习。超星学习通平台自身具备便捷化教学的优点，基于该平台，首先，教师可通过平台向学生发布学习任务通知，提出学习目标和任务要求；其次，学生根据要求观看视频，完成教师设置的随堂作业，与此同时，学生可反馈学习问题；最后，老师收集学习问题，并适当调整课上教学活动。为了保证线上学习的效果，教师要随时追踪学生学习情况、及时督促；采用褒贬机制，及时评价、适时表扬；并且，对于线下的课程，要做到形式多变，充分调动学生积极性，学生兴趣提起来了，线上自学效果自然变好。另外，线上学习需要纳入考核，主要由参与度、在线课程随堂测验、在线单元测试等构成。

“信息论与编码”本身内容抽象晦涩，要获得较好授课效果的首要措施就是打破“填鸭式”的课堂教学，利用信息化资源开展启发式、讨论式、应用型教学模式［45］。因此，线下教学采用如下流程进行：（1）课前学习情况分析。通过平台导出数据分析平台学习参与度，以掌握学生学习动向，及时把握学生学习中出现的问题，为课上教学目标要点设置提供数据支持。（2）确定课上目标要点。课上教学活动将围绕存在问题、目标、要点进行设计。（3）确定课上的教学活动。课上的教学内容包括知识竞赛（重在强化基础知识）、知识精讲（对课程知识进行系统化总结）、小组讨论（基于实际应用，设计一些有难度题目，加深学生对理论的理解和实际应用）、拓展练习（设置一些较高难度问题，培养学生学习探究能力）、实践操作（随堂操作实践任务，利用信息平台快速填写实验报告）。

2.2 课程改革途径与方法

“信息论与编码”线上线下混合教学模式基于学习通把网络MOOC与课堂授课有机结合，将授课内容分成三个环节：课前自学、课中答疑解惑、课后巩固和训练。以学习任务为明线，知识与技能、素质培养为暗线，将诊断性评价、过程性评价、总结性评价贯穿整个教学体系。通过发布学习任务、上传资料至网络平台，指导学生自主完成线上学习任务；在课堂上按教学进度组织系列教学活动，答疑解惑的同时，设置知识竞赛、小组讨论、拓展训练及实践操作等活动，使知识内化；课后学生再次回归线上学习平台，进行知识点拓展学习，查漏补缺。从而学习空间划分为线上、线下、线上3个方位，知识要点分为传递、内化、再内化3个步骤，授课时间划分为课前、课中、课后3个阶段。线上线下混合式的授课模式不仅使教学内容安排与时间分配发生变化，而且师生主、客体发生转变，能够充分整合网络资源，激发学生自主性、探究性学习兴趣，提高教学质量。

3 “信息论与编码”线上线下混合教学设计方案

“信息论与编码”课程内容可归纳划分为六部分：绪论、信源熵、信源编码、信道容量、信道编码、限失真信源编码。基于“信息论与编码”课程的特点和培养目标，该课程教学将充分利用线上资源和平台优势，从教学内容设置、教学方式设定、资源最大化利用、教学环节设置、考核方式等方面描述教学设计方案，打造覆盖“自学能力培养+科研能力塑造+实践能力锻造”的教学设计体系。具体内容设计如下表所示。

结语

课程教学是高校人才培养的关键环节，科学的内容设置和灵活的教学模式是提升教学质量的方法。本文通过分析“信息论与编码”课程教学中存在的问题，紧扣课程输出指标和人才培养目标，着眼于课前、课中和课后，以“学研用”为途径，构建线上线下混合教学模式。

参考文献：

［1］明洋，樊海玮，安毅生.五大“金课”理念在《信息论与编码技术》课程教学中的应用［J］.教育现代化，2019，6（94）：8384.

［2］刘刚，郭漪，肖嵩，等.混合式教学在“信息论与编码理论”中的探索［J］.电气电子教学学报，2020，42（06）：106109+129.

［3］刘鑫，杨高波.培养解决复杂工程问题能力的信息论与编码课程教学探索［J］.计算机教育，2019（11）：133136.

［4］穆肃，王雅楠，韩蓉.线上线下融合教学设计的特点、方法与原则［J］.开放教育研究，2021，27（05）：6372.

［5］赵攀，蒋志良，卢同波，等.信息论与编码的混合式教学设计与实践［J］.济源职业技术学院学报，2022，21（02）：4650.

基金项目：贵州大学2021年省级课程思政示范项目：《现代密码学》课程思政示范课（教学名师、教学团队）；贵州省普通本科高校“金课”（一流课程）：《现代密码学》

作者简介：周洲（1989— ），女，汉族，湖北潜江人，硕士，实验师，研究方向：密码学与信息安全。