信息論與編碼理論課程的英文教學(xué)設(shè)計(jì)

姜 楠，王 健

（1.北京工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京100124；2.北京交通大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京100044）

0 引 言

為響應(yīng)國(guó)家“一帶一路”倡議和北京市建設(shè)“四個(gè)中心”的總體部署，貫徹中央辦公廳《關(guān)于做好新時(shí)期教育對(duì)外開(kāi)放工作的若干意見(jiàn)》以及教育部對(duì)大學(xué)生要合理“增負(fù)”，把“水課”變成有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的“金課”要求，北京工業(yè)大學(xué)先后啟動(dòng)了本科重點(diǎn)建設(shè)課程項(xiàng)目雙語(yǔ)教學(xué)示范課程和北京工業(yè)大學(xué)“一帶一路”國(guó)家人才培養(yǎng)基地全英文課程建設(shè)項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)具有國(guó)際化視野和寬厚基礎(chǔ)的高水平中國(guó)學(xué)生和外國(guó)留學(xué)生。信息論與編碼理論是項(xiàng)目入選的示范課程之一。

然而，到底該如何進(jìn)行英文教學(xué)？是不是將教材換成英文教材，將課件、作業(yè)、試卷等課程材料都翻譯成英文，教師上課用英語(yǔ)，就算英文教學(xué)了？當(dāng)然不是。真正想讓英文教學(xué)發(fā)揮國(guó)際化高水平人才培養(yǎng)的作用，絕不能僅僅將教學(xué)語(yǔ)言一改了之，這只是形式上的改變。學(xué)生需要的是全方位的改變，需要引領(lǐng)他們真正走向國(guó)際化的深刻改變[1-5]。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

英文教學(xué)設(shè)計(jì)的根本目標(biāo)，是通過(guò)英文教學(xué)，讓學(xué)生成長(zhǎng)為國(guó)際化高水平人才。具體來(lái)講，有以下分解目標(biāo)。

1)掌握信息論與編碼理論課程知識(shí)點(diǎn)。

任何一門(mén)課程，通過(guò)課程學(xué)習(xí)掌握相關(guān)知識(shí)，都是學(xué)生學(xué)習(xí)該門(mén)課程最基本的目標(biāo)和要求。英文課程也不例外，無(wú)論用什么樣的形式學(xué)習(xí)，都要掌握課程知識(shí)點(diǎn)。

2)培養(yǎng)學(xué)生獲取和吸收國(guó)內(nèi)外相關(guān)知識(shí)的能力。

通過(guò)幾十節(jié)課學(xué)來(lái)的知識(shí)是非常有限的，只能算是入門(mén)。培養(yǎng)學(xué)生在課程之外獲取相關(guān)知識(shí)的能力非常必要，這是支撐學(xué)生一生獲取新知識(shí)的一種能力。這種能力不僅僅體現(xiàn)在學(xué)生能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，用搜索引擎查找中英文資料。獲取知識(shí)的途徑有很多種，除了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查找，還包括英文演講、與英文從業(yè)人員面對(duì)面的交流等方式，這往往是學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)。通過(guò)英文教學(xué)，提高這方面的能力，是學(xué)生成為國(guó)際化人才的重要途徑之一。

3)培養(yǎng)學(xué)生分析和使用相關(guān)知識(shí)的能力。

知識(shí)只有被用起來(lái)才是有價(jià)值的。如何能從獲取的大量信息中較為快速地分析出對(duì)自己有用的知識(shí)，并真正能用知識(shí)來(lái)解決一些問(wèn)題，這是將學(xué)生培養(yǎng)為高水平人才必備的能力之一，也是人才培養(yǎng)的終極目標(biāo)。

2 設(shè)計(jì)的前期工作

為了更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，在設(shè)計(jì)之前我們進(jìn)行了大量的前期調(diào)研和分析工作。

2.1 學(xué)生調(diào)研

學(xué)生是人才培養(yǎng)的對(duì)象，理清學(xué)生的需求，能更準(zhǔn)確更順暢地實(shí)施英文教學(xué)。我們面向在讀中國(guó)學(xué)生發(fā)放了調(diào)查問(wèn)卷，以了解學(xué)生對(duì)英文教學(xué)的需求和期望。調(diào)研結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1（a）顯示，愿意接受和想嘗試英文教學(xué)的學(xué)生，占62.69%，超過(guò)一半，說(shuō)明開(kāi)展英文教學(xué)有一定的受眾基礎(chǔ)。但是也要看到，有相當(dāng)一部分學(xué)生（57.46%）擔(dān)心英語(yǔ)成為成績(jī)的障礙。這就要求教師在教學(xué)過(guò)程中逐步引導(dǎo)，避免因?yàn)橛⒄Z(yǔ)的原因，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)這門(mén)課程失去興趣，不但不能實(shí)現(xiàn)國(guó)際化和高水平的目標(biāo)，反而影響教學(xué)效果。

在語(yǔ)言形式的選擇上，圖1（b）顯示，58.25%的學(xué)生選擇中英文雙語(yǔ)講解。此外，期望中文講解的占到36.83%，比例也不小。只有4.92%的學(xué)生愿意接受全英文授課。至于課程材料是否為雙語(yǔ)，支持英文的反而更多一點(diǎn)?？梢?jiàn)，學(xué)生的困難主要體現(xiàn)在聽(tīng)力上，這與長(zhǎng)期以來(lái)的啞巴英語(yǔ)教學(xué)有一定關(guān)系。我們?cè)趯?shí)際教學(xué)中，采用了英文授課、中文輔助的形式，這樣既能達(dá)到英文教學(xué)的目的，又不會(huì)讓語(yǔ)言妨礙學(xué)生掌握課程內(nèi)容。

在獲取期望上圖1（c）顯示，通過(guò)英文課程學(xué)習(xí)，絕大多數(shù)（92.31%）的學(xué)生期望在獲得專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)，能夠提高專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)水平，并開(kāi)闊國(guó)際視野，這對(duì)推進(jìn)英文教學(xué)有很大的好處，說(shuō)明只要學(xué)生能有所收獲，還是愿意接受英文學(xué)習(xí)的。

圖1 學(xué)生調(diào)研結(jié)果

2.2 國(guó)外信息論與編碼理論課程教學(xué)調(diào)研

我們調(diào)研了哈佛大學(xué)、麻省理工、普林斯頓、加州大學(xué)、芝加哥大學(xué)、西北大學(xué)、普渡大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)等英語(yǔ)國(guó)家高校的信息論與編碼理論教學(xué)情況，發(fā)現(xiàn)每個(gè)學(xué)校的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等都不盡相同。有的學(xué)校是比較經(jīng)典的講法，用大部頭教材，老師上課一個(gè)定義接著一個(gè)定義，一個(gè)定理接著一個(gè)定理來(lái)講，滿黑板都是公式。有的學(xué)校采用比較輕松的講法，每次上課一個(gè)專(zhuān)題，老師介紹一個(gè)皮毛，幾乎沒(méi)有板書(shū)，也沒(méi)有多少公式，但是布置的作業(yè)特別難，需要學(xué)生課下花費(fèi)大量的精力自學(xué)知識(shí)點(diǎn)，才能完成作業(yè)。甚至同一個(gè)學(xué)校的同一門(mén)課程可以由多位老師同時(shí)開(kāi)課，每位老師講得也都不一樣，學(xué)生可以自由選擇。但是，與國(guó)內(nèi)教學(xué)情況相比，仍然能夠總結(jié)出國(guó)外教學(xué)的如下特點(diǎn)[6]。

（1）課程內(nèi)容多，難度大。國(guó)外老師無(wú)論采用灌輸式，還是聊天式的教學(xué)方法，整個(gè)課程的容量和難度都是相當(dāng)大的。要求學(xué)生一個(gè)學(xué)期吃透一本六七百頁(yè)的教材是很普遍的情況。這要求學(xué)生課上課下都要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力學(xué)習(xí)。

（2）作業(yè)量大而綜合，多是綜合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)類(lèi)的習(xí)題，并且有實(shí)際應(yīng)用背景，僅靠課上老師講的知識(shí)難以完成，要求學(xué)生自學(xué)很多內(nèi)容，甚至要通過(guò)相互之間的積極討論才能完成。作業(yè)的實(shí)際應(yīng)用背景引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題，不是為了學(xué)而學(xué)。

（3）和平時(shí)作業(yè)相比較，期中和期末考試相對(duì)簡(jiǎn)單，多是對(duì)知識(shí)點(diǎn)的考察。題型偏重選擇、判斷等，計(jì)算、綜合設(shè)計(jì)等題型反而不多。

（4）注重過(guò)程管理，總評(píng)成績(jī)中，作業(yè)成績(jī)和期末考試成績(jī)占有幾乎相同的比例。這要求學(xué)生全程參與，僅靠期末突擊復(fù)習(xí)是無(wú)論如何也無(wú)法拿到學(xué)分的。

2.3 英語(yǔ)教學(xué)環(huán)境分析

英語(yǔ)國(guó)家的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)不能照搬照抄，因?yàn)閲?guó)內(nèi)的英文教學(xué)環(huán)境與國(guó)外不完全相同。

（1）英語(yǔ)不是母語(yǔ)，為了讓學(xué)生聽(tīng)明白，必然要放慢課程進(jìn)度。

（2）部分學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，仍然抱著得過(guò)且過(guò)的思想，不歡迎老師加碼。

（3）過(guò)程管理存在一定的困難。比如國(guó)外老師在判斷學(xué)生是否存在抄襲時(shí)，不是靠人工，而是有一些工具幫助老師作出判斷，但是很多類(lèi)似工具是需要付費(fèi)使用的。

3 信息論與編碼理論英文教學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上的調(diào)研和分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)的英語(yǔ)教學(xué)環(huán)境，我們對(duì)信息論與編碼理論課程的英文教學(xué)進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)。

3.1 教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容的安排堅(jiān)持少而精的原則。英語(yǔ)的使用迫使教師放慢教學(xué)進(jìn)度，因此教學(xué)內(nèi)容不宜像國(guó)外學(xué)校那樣，安排過(guò)多、過(guò)深內(nèi)容。我們?nèi)匀灰灾形慕虒W(xué)中的信息的統(tǒng)計(jì)度量、信源、信道、信源編碼、信道編碼為主。

但是，為了實(shí)現(xiàn)高水平人才培養(yǎng)的目標(biāo)，在信源編碼和信道編碼中各選擇一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行精講，引導(dǎo)學(xué)生參與到教學(xué)過(guò)程中。這兩個(gè)點(diǎn)分別是霍夫曼編碼和三次重復(fù)編碼。之所以選擇這兩種編碼，是因?yàn)樗鼈儜?yīng)用廣泛、相對(duì)簡(jiǎn)單又理論完備，便于初學(xué)者通過(guò)這兩種編碼將理論知識(shí)貫通起來(lái)。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，付出一定努力之后，能夠自行解決一些實(shí)際問(wèn)題。

3.2 教學(xué)形式

配合教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)形式采用灌輸+視頻+提問(wèn)+討論+編程+口頭報(bào)告+課下中文輔導(dǎo)的形式。對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的講解，采用英文灌輸式教學(xué)，穿插課堂提問(wèn)和相關(guān)英文視頻。

對(duì)于霍夫曼編碼和三次重復(fù)編碼這兩個(gè)需要精講的點(diǎn)，先由教師對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單講解，然后拋出需要解決的實(shí)際問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行英文課堂討論。討論之后教師再拋出和此實(shí)際問(wèn)題相關(guān)的若干個(gè)問(wèn)題，問(wèn)題之間逐步深入，并要求學(xué)生編程解決問(wèn)題。學(xué)生課下，將對(duì)問(wèn)題的回答以及編程的設(shè)計(jì)、代碼、運(yùn)行結(jié)果等編寫(xiě)為論文式的英文書(shū)面報(bào)告，并完成相應(yīng)的口頭報(bào)告PPT。再次上課時(shí)，由學(xué)生報(bào)名或者隨機(jī)挑選若干個(gè)學(xué)生，進(jìn)行英文口頭報(bào)告，聽(tīng)眾還可以根據(jù)口頭報(bào)告內(nèi)容再次形成討論。這種教學(xué)形式接近國(guó)外高校的教學(xué)形式，學(xué)生要學(xué)會(huì)、學(xué)懂，還能應(yīng)用，并且還要用英文將自己的成果展示出來(lái)，用英文與聽(tīng)眾辯論，極大地鍛煉了學(xué)生各方面的能力。

當(dāng)然，這種形式對(duì)學(xué)生的英語(yǔ)能力、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)積極性等提出了較高的要求。我們只是在霍夫曼編碼和三次重復(fù)編碼這兩個(gè)點(diǎn)上采用了這種教學(xué)形式，也是考慮到課時(shí)、學(xué)生基礎(chǔ)等多方面的因素。對(duì)于適應(yīng)這種形式有困難的學(xué)生，采用課下中文輔導(dǎo)的形式，保證每位學(xué)生都能照顧到。

3.3 教 材

教材選用英文原版教材Elements of Information Theory，這是信息論領(lǐng)域比較經(jīng)典的一本英文教材。該教材750頁(yè)，足以震撼學(xué)生的感官，了解與國(guó)外學(xué)生的差距，激起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。不過(guò)，該教材目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有影印本，因此我們將教材中的部分主要內(nèi)容重新編排到一個(gè)單獨(dú)的文件中，便于學(xué)生參考學(xué)習(xí)。

3.4 PPT

PPT采用全英文，對(duì)教材中的章節(jié)進(jìn)行了適當(dāng)選取和順序調(diào)整，并重新組織，以符合對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式的設(shè)計(jì)。

3.5 課下輔導(dǎo)和答疑

信息論與編碼理論課程本身理論性比較強(qiáng)，不是太好學(xué)，改為英語(yǔ)教學(xué)之后，更增加了課程難度，必然造成部分學(xué)生的學(xué)習(xí)困難。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候特意加強(qiáng)了課下的輔導(dǎo)和答疑環(huán)節(jié)，每周有一次固定的答疑時(shí)間，平時(shí)隨時(shí)有問(wèn)題時(shí)可以通過(guò)微信、郵件、電話、面談等方式解決。輔導(dǎo)和答疑語(yǔ)言采用漢語(yǔ)，方便學(xué)生理解。

3.6 作 業(yè)

作業(yè)與教學(xué)形式相對(duì)應(yīng)，有兩種類(lèi)型，一種是理論性的選擇、填空、判斷、計(jì)算等題目，另一種就是完成霍夫曼編碼和三次重復(fù)編碼英文書(shū)面報(bào)告，并準(zhǔn)備作英文口頭報(bào)告。

針對(duì)第一種類(lèi)型，為了節(jié)約課上時(shí)間，教師將英文答案和分析整理之后發(fā)到課程微信群，個(gè)別有難度的題目課上講解。如果個(gè)別學(xué)生還有問(wèn)題，以課下輔導(dǎo)和答疑的形式解決。

書(shū)面報(bào)告要求學(xué)生以論文的形式完成，題目、作者、摘要、關(guān)鍵詞、引言、正文、結(jié)論、參考文獻(xiàn)缺一不可。這要求教師在布置書(shū)面報(bào)告作業(yè)的同時(shí)，講解論文的構(gòu)成和寫(xiě)作方法，并給出一兩個(gè)典型例子，讓學(xué)生模仿論文結(jié)構(gòu)完成自己的報(bào)告。學(xué)生接觸過(guò)論文寫(xiě)作之后，今后再進(jìn)行類(lèi)似的工作不會(huì)覺(jué)得陌生，能夠比較坦然地完成。另外，論文這種形式，要求學(xué)生能夠更嚴(yán)密地推理、驗(yàn)證自己的想法，鍛煉分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

3.7 考 試

考試采用與中文教學(xué)類(lèi)似的試卷考試方式，語(yǔ)言為英語(yǔ)，難度適中，不求難求異，保證多數(shù)認(rèn)真完成各個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)生能夠拿到學(xué)分。

3.8 成績(jī)?cè)u(píng)定

成績(jī)?cè)u(píng)定綜合考慮課程各個(gè)環(huán)節(jié)，具體比例如見(jiàn)表1。期末考試成績(jī)占50%，是所有成績(jī)構(gòu)成要素中占比最高的部分，再加上占比10%的作業(yè)成績(jī)，保證了多數(shù)學(xué)生能夠順利拿到學(xué)分。兩次書(shū)面報(bào)告以及課堂表現(xiàn)占40%，讓部分有興趣有能力的學(xué)生能達(dá)到理想成績(jī)。

表1 成績(jī)?cè)u(píng)定比例 %

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際教學(xué)，我們將上述設(shè)計(jì)應(yīng)用于實(shí)踐，基本上能滿足英文教學(xué)的需要。多數(shù)學(xué)生覺(jué)得教學(xué)語(yǔ)言、教學(xué)形式等很新鮮，愿意積極參與其中，認(rèn)真對(duì)待老師布置的各項(xiàng)任務(wù)，比著學(xué)，收獲很多，達(dá)到了開(kāi)闊學(xué)生國(guó)際化眼界和提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

但是，仍然有部分學(xué)生的參與熱情不高。本來(lái)英文教學(xué)聽(tīng)起來(lái)就有一定的難度，課下又不和老師交流，交上來(lái)的書(shū)面報(bào)告篇幅較短，分析不透徹，論文構(gòu)成也不完整。如何對(duì)信息論與編碼理論的與英文教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，以滿足所有學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，是下一步要完成的工作。