工程教育認(rèn)證背景下的電子信息工程教學(xué)改革與創(chuàng)新

王岳 孫文洋 黃敏 李振國(guó)

摘要：“信息理論與編碼”是電子信息工程的一門核心課程，具有較強(qiáng)的抽象性、理論性，對(duì)于工科學(xué)生而言較為枯燥，所以適當(dāng)?shù)母母?、?chuàng)新就顯得尤為重要。在大數(shù)據(jù)時(shí)代下，通過在教學(xué)方法和評(píng)價(jià)方式上的創(chuàng)新改革，不僅增強(qiáng)了學(xué)生的主動(dòng)性，也提高了教學(xué)質(zhì)量。本文從“信息理論與編碼”出發(fā)，通過改變教學(xué)手段和教學(xué)方法，從而提升教學(xué)效果，并對(duì)工程認(rèn)證提供一定的支持，達(dá)到專業(yè)畢業(yè)要求和人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證；教學(xué)改革；創(chuàng)新；信息論

中圖分類號(hào)：TN911.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract："InformationtheoryandCoding"isacorecourseofelectronicinformationengineering，withstrongabstractness，strongtheory，moreboringforengineeringstudents，sotheappropriatereform，innovationisparticularlyimportant.Intheeraofbigdata，innovationandreforminteachingmethodsandevaluationmethodsnotonlyenhancetheinitiativeofstudents，butalsoimprovethequalityofteaching，whichispraisedbystudents.

Keywords：EngineeringEducationCertification；teachingreform；innovation；Iinformationtheory

目前我國(guó)高校的電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)的畢業(yè)生與現(xiàn)階段社會(huì)行業(yè)發(fā)展的情況不能有效連接，使得高校畢業(yè)生走入工作崗位時(shí)，所學(xué)知識(shí)與崗位需求脫軌。因此，高校不僅需要提高學(xué)生的理論知識(shí)，還要將生產(chǎn)實(shí)踐納入教學(xué)中，與理論知識(shí)相結(jié)合；同時(shí)還要提高學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，鼓勵(lì)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)學(xué)習(xí)更多教材之外的知識(shí)。借助于我校本專業(yè)進(jìn)行工程認(rèn)證，以“信息理論與編碼”課程為切入點(diǎn)，嘗試進(jìn)行教學(xué)改革與創(chuàng)新，力爭(zhēng)構(gòu)建一套“學(xué)校、教師、學(xué)生、社會(huì)”四位一體的人才培養(yǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系。

信息論又稱為數(shù)學(xué)理論，其具有較強(qiáng)的抽象性，是用數(shù)學(xué)方法分析解決物理現(xiàn)象的一門課程［1］。該課程是電子信息工程專業(yè)第六學(xué)期開設(shè)的專業(yè)核心課程，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了線性代數(shù)、概率論等基礎(chǔ)課程。編碼是在香農(nóng)三大定理的基礎(chǔ)上進(jìn)行通信的信源編碼和信道編碼［2］，學(xué)生對(duì)信息的概念和傳輸?shù)谋举|(zhì)已經(jīng)有所了解。

學(xué)習(xí)該課程是為了讓學(xué)生掌握信息論和編碼在工程中的應(yīng)用，努力培養(yǎng)出能夠在信息處理、信息安全等領(lǐng)域的合格畢業(yè)生。當(dāng)代大學(xué)生獲取知識(shí)的途徑不僅僅在課堂上，還可以通過手機(jī)、電腦、網(wǎng)絡(luò)等途徑獲取更多的信息，所以課堂上需要調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性［34］，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握理解程度，故基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的混合式教學(xué)更容易被學(xué)生接收，具體體現(xiàn)在：（1）學(xué)習(xí)資源的多元化；（2）學(xué)習(xí)時(shí)間的靈活化；（3）學(xué)習(xí)工具的多樣化；（4）學(xué)習(xí)方式的新穎化；（5）學(xué)習(xí)深度的混合化，如圖1所示。

一、教學(xué)方法改革

本門課程在電子信息工程專業(yè)中為專業(yè)核心課程，就體現(xiàn)了在教學(xué)過程中的重要性，主要教學(xué)內(nèi)容分布如表1所示：

在信息時(shí)代下，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源越來越豐富，學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源學(xué)習(xí)越來越普遍，在這種環(huán)境的影響下，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式尤為重要。教學(xué)方法的好壞直接影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)效果［56］，所以在本門課程的教學(xué)過程中，主要采取以下教學(xué)方法。

（一）啟發(fā)式教學(xué)

首先讓同學(xué)們觀察如圖2所示的兩幅圖片，同時(shí)給學(xué)生拋出問題，這是應(yīng)用了信息論的什么定理，讓學(xué)生自己在學(xué)習(xí)中尋找答案，調(diào)動(dòng)同學(xué)們的積極性。通過這種啟發(fā)式教學(xué)更好地提高學(xué)生課堂的參與度，從而改變教師一味地“填鴨式”教育模式。

這時(shí)大家都能知道文字可以壓縮，但是得有個(gè)壓縮的范圍，接著再展開教學(xué)就是使用了信源編碼。其中包含無失真和有失真，但是在有失真編碼中需要限定允許失真度，否則無法進(jìn)行正確譯碼，如圖2（a）所示。同時(shí)有細(xì)心的同學(xué)會(huì)繼續(xù)發(fā)現(xiàn)文字中有的詞語打亂了順序，但是也能正確讀懂含義，這就是信道編碼的體現(xiàn)。因?yàn)榫渥又杏辛嗣總€(gè)字的聯(lián)系，所以在讀文字的時(shí)候大家是有糾錯(cuò)能力的［7］。

通過這個(gè)簡(jiǎn)單的例子讓學(xué)生悟出通信中的高速性和準(zhǔn)確性的聯(lián)系，需要在保證速率的同時(shí)盡可能準(zhǔn)確地傳輸信息，再適當(dāng)加入些思政元素，引導(dǎo)學(xué)生在做任何事情的時(shí)候不要一味地追求速度而忽略了準(zhǔn)確性和安全性等。

這種啟發(fā)式的教學(xué)方式不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)還能集中學(xué)生上課時(shí)的注意力，培養(yǎng)學(xué)生自主思考的能力，使得學(xué)生更加熟練掌握抽象的理論知識(shí)［89］。

（二）比喻法教學(xué)

學(xué)生平均每天上6節(jié)課，無法保證全部處于認(rèn)真聽課的狀態(tài)，對(duì)于較難理解的通信過程方面的知識(shí)，內(nèi)容抽象，在教學(xué)過程中難免出現(xiàn)學(xué)生“走神”的現(xiàn)象，這時(shí)就需要在教學(xué)過程中適當(dāng)增加一些教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)設(shè)計(jì)，可采取比喻法教學(xué)。

例如，在學(xué)習(xí)信道編碼和譯碼時(shí)，可以嘗試先讓大家完成一個(gè)“傳聲筒”的游戲，或者是“你畫我猜”的游戲，流程如圖3所示。第一個(gè)同學(xué)發(fā)出的就是信源消息，也就是待傳遞信息，經(jīng)過多個(gè)同學(xué)的傳遞，可能會(huì)存在一些干擾，這就是有擾信道，最后一個(gè)同學(xué)回答的答案就是譯碼結(jié)果，如果答案正確就是準(zhǔn)確譯碼，否則就出現(xiàn)了錯(cuò)誤傳輸且無法糾錯(cuò)，這就將編碼譯碼過程與實(shí)際相結(jié)合，將知識(shí)做到生活化。同時(shí)也增加了師生互動(dòng)的環(huán)節(jié)，活躍了課堂氣氛，便于同學(xué)們理解較為枯燥的理論知識(shí)，提高學(xué)生的認(rèn)知程度［1011］。

二、教學(xué)評(píng)價(jià)

在完整的教學(xué)過程中，教學(xué)評(píng)價(jià)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，是教師了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況最為直觀的一種體現(xiàn)，為未來修改教學(xué)方法做鋪墊，達(dá)到持續(xù)改進(jìn)的效果。

（一）期末考試

傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)以期末試卷為主，一張?jiān)嚲淼姆种稻湍軟Q定學(xué)生成績(jī)的好壞，所以，考核方式相應(yīng)地做了調(diào)整。期末考試占總評(píng)成績(jī)的50%，主要是考核教學(xué)大綱中的教學(xué)內(nèi)容和重難點(diǎn)。

（二）教學(xué)過程考核

教學(xué)過程中將課程分為三個(gè)部分：（1）基礎(chǔ)知識(shí)利用課前時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)會(huì)有與預(yù)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的習(xí)題鞏固；（2）課中使用板書進(jìn)行經(jīng)典理論的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，多媒體播放相關(guān)的模型構(gòu)建，同時(shí)結(jié)合學(xué)生的數(shù)據(jù)反饋，合理地調(diào)整教學(xué)計(jì)劃，進(jìn)行有針對(duì)性的講解；（3）課堂教學(xué)增加了一些跟學(xué)生相關(guān)的一系列活動(dòng)，包括選人、搶答、討論、分組任務(wù)、翻轉(zhuǎn)課堂等［12］，成功調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，將課堂教學(xué)由以教師為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心，將教師、學(xué)生、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建在一個(gè)平臺(tái)下，豐富了學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)對(duì)象，將教學(xué)方式做到現(xiàn)代化，將活動(dòng)做到多樣化。

平時(shí)成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的50%，主要包含學(xué)生整門課程的學(xué)習(xí)成果，視頻、文檔的學(xué)習(xí)，作業(yè)和章節(jié)測(cè)驗(yàn)的完成，選人、搶答、投票、討論等的互動(dòng)，分組任務(wù)和翻轉(zhuǎn)課堂的展示，等等，這種多手段的評(píng)價(jià)方式，將考核做到多維化。在實(shí)際的教學(xué)過程中真真切切看到了學(xué)生的變化，由被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，有效改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。

通過對(duì)比近三年的數(shù)據(jù)，如圖4所示，可以明顯得到一定的結(jié)論：當(dāng)提高教學(xué)過程所占的比例時(shí)，平時(shí)分?jǐn)?shù)變化不是非常明顯，但是期末成績(jī)有較大的改善，也就意味著學(xué)生掌握了更多的知識(shí)，并且能夠靈活運(yùn)用，可以很好地達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的目的。

這種考核方式可以實(shí)時(shí)地將教學(xué)效果反饋到教師端，并適當(dāng)?shù)卣{(diào)整教學(xué)計(jì)劃，有助于教師及時(shí)了解學(xué)生知識(shí)掌握的情況，形成一種閉環(huán)的教學(xué)方式。

三、創(chuàng)新效果

通過對(duì)“信息理論與編碼”課程的混合式教學(xué)，收集學(xué)生的反饋意見得到了學(xué)生的一致認(rèn)可，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)的積極性。采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生匯報(bào)演講的能力。采用分組討論的案例教學(xué)模式，在互助學(xué)習(xí)中，體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)的力量和互幫互助的精神，綜合提升學(xué)生各方面的能力，為學(xué)生參加科研工作、比賽奠定了基礎(chǔ)。通過對(duì)比近幾年學(xué)生在各個(gè)方面的不同展現(xiàn)，由圖5可以看出，教學(xué)改革有效地提高了學(xué)生個(gè)人與團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的能力。同時(shí)引入名人軼事、科技前沿信息，融入思政元素，引導(dǎo)學(xué)生為祖國(guó)貢獻(xiàn)科研能力。

四、結(jié)論

電子信息工程專業(yè)在展開人才培養(yǎng)教學(xué)時(shí)，應(yīng)該注意對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新，通過教學(xué)手段、教學(xué)方法的創(chuàng)新，找到適合于我校大學(xué)生的特色工程教育體系，從而合理地制定可行體系。隨著不斷改革與改進(jìn)，學(xué)生的分析能力、學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力都有了明顯提高，促進(jìn)了課程目標(biāo)達(dá)成。同時(shí)還要不斷提升教師自身的專業(yè)素質(zhì)，從而更好地起到培養(yǎng)學(xué)生以及帶動(dòng)學(xué)生的作用，為培養(yǎng)合格的畢業(yè)生貢獻(xiàn)一份力量，符合本?！皯?yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)”，并具有一定的推廣意義。

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作者簡(jiǎn)介：王岳（1988—），女，安徽滁州人，碩士研究生，講師，主要從事圖像處理和信息處理方面的研究。