信息論基礎(chǔ)課程線上線下混合式教學(xué)創(chuàng)新探索與實踐

郭漪　劉剛　顧華璽　黃云

摘? 要：在教育信息化新階段，為探索更有效的信息論基礎(chǔ)課程教學(xué)方式，推動通信工程專業(yè)高質(zhì)量人才培養(yǎng)，該課程在多項省級、校級教改項目支持下進(jìn)行課程建設(shè)創(chuàng)新與實踐。針對課程教學(xué)過程中存在的問題，提出“一線觸發(fā)、環(huán)環(huán)推進(jìn)、喚醒思維、激活動能”的教學(xué)理念和“本校紅色基因傳承的三導(dǎo)三促”線上線下混合式教學(xué)模式，闡述教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織、教學(xué)方法與教學(xué)評價等方面的創(chuàng)新方法和具體實施。從教學(xué)效果、師生反饋、教學(xué)成果和推廣應(yīng)用等方面，證明教學(xué)模式的有效性和示范性。

關(guān)鍵詞：混合式學(xué)習(xí)；合作學(xué)習(xí)；思維喚醒；差異化教學(xué)；過程性評價

中圖分類號：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）14-0119-05

Abstract： In the new stage of educational informatization， in order to explore more effective teaching methods and promote the cultivation of high-quality talents in communication engineering， the course Information Theory has carried out curriculum construction innovation and practice with the support of a number of provincial and school-level educational reform projects. In view of the problems existing in the course teaching process， the paper puts forward the teaching concept of "first-line trigger， ring propulsion， awaken thinking and activate kinetic energy" and the blended teaching mode of "three guides and three promotions driven by red gene in Xi'an University" of Electronic Seionce and Technology， and expounds the innovative methods and concrete implementation of teaching content， teaching organization， teaching methods and teaching evaluation. Teaching effect， teacher-student feedback， teaching achievements and promotion and application prove the effectiveness and demonstration of the teaching mode.

Keywords： blended learning; cooperative learning; thinking awakening; differentiated teaching; process evaluation

人才是實現(xiàn)民族振興、贏得國際競爭主動的戰(zhàn)略資源。習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)指出：“培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是國家、民族長遠(yuǎn)發(fā)展的大計。當(dāng)今世界的競爭說到底是人才競爭、教育競爭。要更加重視人才自主培養(yǎng)，更加重視科學(xué)精神、創(chuàng)新能力、批判性思維的培養(yǎng)培育?！庇绕鋵τ趥鹘y(tǒng)工科而言，迫切需要構(gòu)建適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)的新內(nèi)容和新模式。工科專業(yè)中涉及諸多工程基礎(chǔ)核心課程，如何發(fā)揮其在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的作用，從根本上提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，需從課程文化、思維模式等層面深入探討。本文以西安電子科技大學(xué)通信工程專業(yè)信息論基礎(chǔ)課程為例，構(gòu)建階梯式、聯(lián)動式“三導(dǎo)三促”信息論課堂，喚醒學(xué)生思維、激活學(xué)習(xí)動能，提高教學(xué)質(zhì)量。

一? 課程背景

（一）? 課程建設(shè)發(fā)展

西安電子科技大學(xué)（以下簡稱“我校”）的電子信息特色鮮明，其信息與通信工程學(xué)科處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。該學(xué)科面向信息與通信行業(yè)需求，培養(yǎng)從事通信系統(tǒng)及相關(guān)行業(yè)研究、設(shè)計、開發(fā)和集成的高級工程技術(shù)人才。信息論基礎(chǔ)課程是該學(xué)科的核心支撐課程之一，每年面向通信工程專業(yè)500余名本科生開設(shè)，3個學(xué)分，48學(xué)時。完成課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到如下三方面目標(biāo)。

知識傳授：能夠闡明信息熵、平均互信息、信道容量的基本概念和信源編碼、信道編碼的基本理論和方法，建立通信系統(tǒng)的有效性、可靠性和信息傳輸系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計的整體概念。

能力培養(yǎng)：能夠?qū)⑿畔⒄撆c編碼理論運用于工程應(yīng)用中的信息表示、信號傳輸、信號處理等；能夠結(jié)合數(shù)學(xué)，將信息論與編碼理論運用于表達(dá)、分析、處理等工程問題；能夠從數(shù)學(xué)的角度對信息傳輸問題的解決方案進(jìn)行分析與改進(jìn)。

價值塑造：具備對信息與通信專業(yè)的自豪感和科技報國的家國情懷與使命擔(dān)當(dāng)，具備勇于探索的求真創(chuàng)新精神和精益求精的大國工匠精神。

（二）? 學(xué)情分析

1? 不利學(xué)情

信息論又稱通信的數(shù)學(xué)理論，具有理論性強(qiáng)、抽象度高、公式定理多和數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜等特點，易于使學(xué)生陷入枯燥乏味泥潭；很多學(xué)生習(xí)慣于接受性學(xué)習(xí)，導(dǎo)致思維僵化，缺乏對問題的主動和辯證思考，缺乏質(zhì)疑陳規(guī)、自我反思的批判性思維和創(chuàng)造性地解決問題的能力；學(xué)生的個性化發(fā)展需求得不到足夠關(guān)注，學(xué)習(xí)能動性和積極性被削弱，自主發(fā)展的潛能受到束縛。

2? 有利學(xué)情

授課對象是本科三年級學(xué)生，他們接受新事物的速度快，求知欲、表現(xiàn)欲強(qiáng)；作為網(wǎng)絡(luò)原住民，網(wǎng)絡(luò)是他們獲取信息的重要平臺之一。

針對以上問題，本課程基于信息化智能化技術(shù)，以紅色基因傳承為引領(lǐng)、最優(yōu)化信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計為主線，構(gòu)建階梯式、聯(lián)動式“三導(dǎo)三促”信息論課堂，喚醒學(xué)生思維、激活學(xué)習(xí)動能，提高教學(xué)質(zhì)量。

二? 創(chuàng)新理念及思路

學(xué)習(xí)的動力是根，能力是本，動能是根本。本課程提出了“一線觸發(fā)、環(huán)環(huán)推進(jìn)、喚醒思維、激活動能”的教學(xué)理念。理念模型（下文稱思維喚醒模型）由四個階段構(gòu)成，分別是“一線觸發(fā)”“三導(dǎo)三促”“多元激勵”“動能激活”。通過多次循環(huán)迭代，喚醒學(xué)生思維、發(fā)展思維，如圖1所示。

（一）? 一線觸發(fā)

以紅色基因傳承為引領(lǐng)，以最優(yōu)化信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計為主線，以階梯式、環(huán)環(huán)相扣的信息傳輸問題激發(fā)學(xué)生興趣、觸發(fā)學(xué)生思維。隨著課程學(xué)習(xí)，學(xué)生思維從激活到發(fā)展、從教師外在觸發(fā)到個人內(nèi)在觸發(fā)。

（二）? 三導(dǎo)三促

教師創(chuàng)設(shè)情境，進(jìn)行導(dǎo)演設(shè)計、啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生思考和價值觀引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生身體動起來、促進(jìn)思維動起來、促進(jìn)情感動起來。

（三）? 多元激勵

多維度、多形式、多層次的過程性評價，使得不同層次學(xué)生擁有獲得感和成就感，助推數(shù)理思維、批判性思維及創(chuàng)新性思維喚醒與思維發(fā)展。

（四）? 動能激活

在獲得感、成就感、使命感激勵下，激活學(xué)生動能，主動投入學(xué)習(xí)，迎接下一次觸發(fā)，從而形成螺旋上升的思維喚醒、迭代加強(qiáng)的動能激活。

通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生經(jīng)歷環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)式觸發(fā)迭代，使得不同層次學(xué)生都能體驗到獲得感和成就感，從走出理論枯燥困境到積極主動追學(xué)，從思維喚醒到思維發(fā)展，從需要教師外在觸發(fā)到學(xué)生個人內(nèi)在觸發(fā)、激活動能。

三? 創(chuàng)新方法及途徑

（一）? 課程內(nèi)容重構(gòu)：一線觸發(fā)，環(huán)環(huán)推進(jìn)

以最優(yōu)化信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計為主線，設(shè)計階梯式、聯(lián)動式觸發(fā)模塊，即基礎(chǔ)模塊、探究式模塊、項目式模塊，從低起點到高落點，從喚醒思維到發(fā)展思維，激活動能，課程內(nèi)容體系如圖2所示。

基礎(chǔ)模塊：數(shù)理思維喚醒與發(fā)展。強(qiáng)調(diào)實際問題的數(shù)學(xué)建模，強(qiáng)調(diào)善用信息論和數(shù)學(xué)工具分析問題、解決問題。課前教師引導(dǎo)學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)、課內(nèi)教師激活已學(xué)知識點、挑戰(zhàn)難點和高點，課后進(jìn)階式章節(jié)測試，以及與其他學(xué)科交叉融合的擴(kuò)展問題討論與分享等，有效地擴(kuò)展課程的深度和廣度。通過有機(jī)融入課程思政，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

探究式模塊：批判性思維喚醒與發(fā)展。注重小組弱合作（小組成員一起探究學(xué)習(xí)，無須分工），以教師引導(dǎo)、小組討論、學(xué)生分享的方式進(jìn)行。通過教師創(chuàng)建情境引導(dǎo)學(xué)生探究學(xué)習(xí)，從提出問題、分析問題到解決問題，加深學(xué)生對已學(xué)知識點的理解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生觀察判斷問題的全局性、辯證性，以及善于發(fā)現(xiàn)、分析與解決問題的思維方法，鍛煉學(xué)生批判性思維。

項目式模塊：創(chuàng)新性思維喚醒與發(fā)展。注重小組強(qiáng)合作（需根據(jù)自主實驗任務(wù)分工合作），以課前分階式開放性實驗（依托科研成果和前沿技術(shù)）、課中翻轉(zhuǎn)課堂、課后總結(jié)與分享的方式進(jìn)行。通過協(xié)同完成任務(wù)，增強(qiáng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維、自主學(xué)習(xí)的能力、團(tuán)隊合作意識，實現(xiàn)以科學(xué)精神、工匠精神為導(dǎo)向鑄魂育人。

（二）? 教學(xué)設(shè)計：三導(dǎo)三促，激活動能

1? 價值觀引導(dǎo)、促情動

賡續(xù)我校紅色血脈，將信息論專業(yè)薪火相繼、代代傳承，將陳太一、王育民等老一輩信息論專家對學(xué)術(shù)的執(zhí)著崇尚和團(tuán)隊協(xié)作精神融入教學(xué)，將行業(yè)進(jìn)展與最新創(chuàng)新成果融入教學(xué)，將家國情懷教育融入教學(xué)，激活學(xué)生動能。愛教學(xué)、愛學(xué)生、認(rèn)真負(fù)責(zé)、公平公正和行為世范，實現(xiàn)潛移默化的課程思政。

2? 啟發(fā)引導(dǎo)、促思動

以最優(yōu)化信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計為觸發(fā)主線，設(shè)計環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)的“思維喚醒”問題，喚醒學(xué)生思維，促進(jìn)發(fā)展思維。經(jīng)歷多次迭代喚醒，學(xué)生的思維從需要教師外在觸發(fā)到學(xué)生個人內(nèi)在觸發(fā)。

3? 設(shè)計導(dǎo)演、促身動

教師創(chuàng)設(shè)情境，進(jìn)行導(dǎo)演設(shè)計，通過啟發(fā)式、翻轉(zhuǎn)式、探究式和項目式教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生身體動起來，課堂活起來，通過課程吸引力和感染力激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性。

教學(xué)設(shè)計注重小組探究式學(xué)習(xí)與合作式學(xué)習(xí)。通過“互展-互考-互評-互助”四項任務(wù)驅(qū)動，促進(jìn)同伴互幫互學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識。

教學(xué)設(shè)計注重個性化、差異化教學(xué)。通過進(jìn)階式章節(jié)測試、學(xué)習(xí)方案分類推送、分階式開放性實驗、以個人貢獻(xiàn)度和內(nèi)容挑戰(zhàn)度為依據(jù)的差異化評價，以及過程性評價實時雙向反饋機(jī)制，培養(yǎng)適合個體的綜合素質(zhì)和高階思維；通過雙導(dǎo)師加助教模式協(xié)同保障差異化教學(xué)（主講教師為學(xué)生“學(xué)”負(fù)責(zé)，輔講教師為學(xué)生“習(xí)”負(fù)責(zé)，助教為基于信息化、智能化技術(shù)的學(xué)情數(shù)據(jù)收集與分析負(fù)責(zé)），提高教學(xué)的情感溫度。

（三）? 教學(xué)考核評價：激勵保障，層級喚醒

評價激勵是思維喚醒成功的決定性因素，本課程注重不同層次學(xué)生的獲得感和成就感，注重學(xué)生的價值觀、使命擔(dān)當(dāng)意識等，評價體系如圖3所示。

引入教學(xué)評價調(diào)節(jié)因子F。探究式教學(xué)評價中，F(xiàn)由小組發(fā)言人在班內(nèi)的平時成績排名決定（排名越靠后，F(xiàn)越大），鼓勵互幫互學(xué)，優(yōu)等生帶動學(xué)困生共同發(fā)展；項目式評價中，F(xiàn)由開放性實驗選題的挑戰(zhàn)度決定（選題挑戰(zhàn)度越高，F(xiàn)越大），如圖3所示。

構(gòu)建學(xué)生思維能力畫像。通過量化記錄學(xué)生在多次思維喚醒活動及信息論基礎(chǔ)課程思維導(dǎo)圖大賽中的表現(xiàn)，構(gòu)建學(xué)生思維能力畫像，表征學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中的數(shù)理思維、批判性思維、創(chuàng)新性思維發(fā)展軌跡，幫助學(xué)生認(rèn)知自我、完善自我，幫助教師教學(xué)反思、可持續(xù)改進(jìn)。思維能力觀測點設(shè)計見表1。

四? 教學(xué)創(chuàng)新效果

開展教學(xué)創(chuàng)新以來，教學(xué)效果顯著，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）? 學(xué)生滿意度高，教學(xué)督導(dǎo)評價高

學(xué)生評教成績、到課率、課堂活躍度、MOOC平臺互動人次、學(xué)習(xí)成果及心得分享平均人次等方面均表明，教學(xué)模式得到了學(xué)生的認(rèn)可，并有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性。2019—2021年度學(xué)生評教分?jǐn)?shù)如圖4所示。

問卷調(diào)查、訪談和課程綜合大報告中，大多數(shù)學(xué)生提到課程激發(fā)了自己對信息與通信類課程的興趣，引導(dǎo)樹立了正確的“三觀”、家國情懷、使命擔(dān)當(dāng)，堅定了自己從事通信領(lǐng)域科研和工作的信心。

（二）? “抓兩頭促中間”的教學(xué)效果顯著

橫向比較2021年度混合式教學(xué)班級與傳統(tǒng)教學(xué)班級的期末成績，縱向比較2019—2021年期末卷面成績，可以看出教學(xué)模式提高了教學(xué)質(zhì)量，如圖5所示。合作學(xué)習(xí)中“互展-互考-互評-互助”四部曲有效促使了同伴互幫互學(xué)，“抓兩頭促中間”的效果顯著。

（三）? 學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新實踐能力顯著提高

對比課程實施不同階段的問卷結(jié)果，看出課程有效地鍛煉、提高了學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力、演講能力、思辨能力和分析問題解決問題能力，如圖6所示。從報名參與信息傳輸理論相關(guān)競賽的學(xué)生比例（約30%）和成績來看，學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力顯著提高（2020—2021年度，全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國家級獎2項，“挑戰(zhàn)杯”國家一級獎1項、省特級獎1項，“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽省級銀獎1項）。

五? 結(jié)束語

本文從喚醒思維、發(fā)展思維為切入點，結(jié)合西安電子科技大學(xué)通信工程專業(yè)信息論基礎(chǔ)課程改革實踐經(jīng)驗，提出了“一線觸發(fā)、環(huán)環(huán)推進(jìn)、喚醒思維、激活動能”的教學(xué)理念和“本校紅色基因傳承的三導(dǎo)三促”線上線下混合式教學(xué)模式，為高質(zhì)量通信行業(yè)人才培養(yǎng)探索有效的解決途徑。

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基金項目：2023年陜西省教育教學(xué)改革研究項目重點項目“傳承-融合-聯(lián)動-提升，信息工程專業(yè)建設(shè)的研究與實踐”（23BZ009）；陜西省高等教育學(xué)會2021年高等教育科學(xué)研究項目“與時俱進(jìn) 求特創(chuàng)新，線上線下混合式一流課程建設(shè)路徑探索實踐”（XGH21063）? ?第一作者簡介：郭漪（1977-），女，漢族，陜西榆林人，博士，副教授。研究方向為寬帶無線傳輸技術(shù)。

*通信作者：劉剛（1977-），男，漢族，陜西咸陽人，博士，教授。研究方向為信息論與編碼、寬帶無線傳輸技術(shù)等。