電子信息類本科生“信息理論基礎”課程分層教學的探索和實踐

李如瑋

摘 要：高等教育的人才培養(yǎng)始終圍繞社會需求和科學發(fā)展而展開。為此，文章提出了在電子信息類本科生的培養(yǎng)過程中依據(jù)學生的定位，把學生的培養(yǎng)分為創(chuàng)新研究型和工程應用型，并以“信息理論基礎”課程的教學為例，把教學分為創(chuàng)新研究型教學和工程應用型教學，給出了不同教學模式的教學內容、教學方法和評價模式以及在分層教學中初步取得的效果。

關鍵詞：分層教學；教學內容；教學方法；評價模式

中圖分類號：G642；TP3-4 文獻標識碼：A 收稿日期：2018-04-23

隨著高校的擴招，高等教育越來越強調通識教育，幫助大學生建立起一套完整的知識體系和框架，能很好地把握各種常識，幫助學生獲得獨立人格，能獨立地思考問題，形成自己的世界觀、人生觀、價值觀[1]。作為教育理念，通識教育需要培養(yǎng)學生有知識和人文的理性，注重大學生的人格、精神和氣質的培養(yǎng)[2]。目前，國內很多高校都開始著手人才分類培養(yǎng)模式，但是大多數(shù)學校更多強調學生應用能力的培養(yǎng)，而對學生研究創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不夠重視。

基于以上的分析，筆者根據(jù)北京工業(yè)大學電子信息類本科生的人才培養(yǎng)現(xiàn)狀，在教學過程中實施分層教學，對研究創(chuàng)新型人才教學模式和應用工程型教學模式進行探索，并針對不同的教學模式對其相應的教學內容、教學手段和評價模式進行探索和實踐。

一、電子信息類本科生“信息理論基礎”課程分層教學的教學內容

現(xiàn)階段的知識體系雖然已經根據(jù)通識教育的引入而改變，但是基本沿用以前精英教育的培養(yǎng)目標而提出的知識體系。為此，筆者在“信息理論基礎”課程的教學過程中，針對工程應用人才和創(chuàng)新能力人才培養(yǎng)模式構建了其相應的教學內容。

1.工程應用型的教學內容

為了培養(yǎng)工程應用型人才，“信息理論基礎”課程的教學內容需要加入實踐教學環(huán)節(jié)，突出其工程應用背景，要求學生在掌握基本理論知識的基礎上增加工程應用的實踐。為此，教學內容除了教學大綱規(guī)定的內容，還增加了如下內容：①熵的應用以及實例；②平均互信息的應用以及實例；③用Matlab編程設計一個簡化的JPEG編碼器；④用Matlab編程實現(xiàn)利用灰度熵進行圖像分割。教師通過這些實際的例子以及實現(xiàn)，幫助學生提高工程應用能力。

2.創(chuàng)新研究型的教學內容

要想培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的電子信息類人才，“信息理論基礎”課程的教學內容須在該類人才培養(yǎng)的知識體系內，圍繞電子信息科學發(fā)展的前沿知識，在加強自然科學類知識的同時，增加能夠培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的教學內容。為了拓展學生的知識面，鼓勵本科生參與教師科研，進行創(chuàng)新活動。為此，針對創(chuàng)新能力人才培養(yǎng)模式，教學內容除教學大綱規(guī)定的內容以外，還增加了如下的內容：①分析熵的性質，利用熵實現(xiàn)語音端點檢測；②利用熵、條件熵以及平均互信息等概念分析有擾信道中信息傳遞的特點，提出解決信息傳遞遇到的有效性和可靠性的方案；③設計線性分組碼，使之具有一定的糾錯能力。通過增加這些內容，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

二、電子信息類本科生“信息理論基礎”課程分層教學的教學方法

在教學過程中，針對兩種不同的培養(yǎng)模式，其相應的教學方法有所不同。創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的教學方法側重理論知識的教學，同時引導學生跟蹤學術前沿，積極進行學術研究，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思考能力。

1.工程應用型的教學方法

為了培養(yǎng)工程應用型人才，在“信息理論基礎”課程的教學過程中，在強化基礎知識講解的同時，改變教育理念，加大對學生工程應用意識的培養(yǎng)，努力培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力。如在理論教學中引入大量的實例：基于譜熵的含噪語音端點檢測；基于灰度熵的二值圖像分割；簡化的JPEG編碼實現(xiàn)；生活中常用的壓縮軟件，如7-Zip、WinRAR、360壓縮；手機中用到的聲碼器等，培養(yǎng)學生對基本理論的分析和應用能力。教師在課堂講授的同時，留出部分時間讓學生設計并分析上面實例的基本原理，課后利用Matlab編程實現(xiàn)。這些實例可以激發(fā)學生的學習興趣，加深其對理論知識的理解和掌握，鍛煉學生的編程能力，提高學生的工程應用能力和學習興趣。

2.創(chuàng)新研究型的教學方法

創(chuàng)新人才不僅要有扎實的專業(yè)基礎知識，還要有敢想敢干的精神。為培養(yǎng)創(chuàng)新人才，教師應在“信息論基礎”課程的教學過程中，強調專業(yè)基礎知識的重要性，在課堂上講透基礎理論，為創(chuàng)新打下堅實的理論基礎。在教學過程中，教師應理論聯(lián)系實際，引導學生掌握理論知識，引導學生利用理論知識設計并完成實驗，達到創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目的。

三、電子信息類本科生“信息理論基礎”課程分層教學的評價模式

不同的培養(yǎng)模式應該具有不同的評價模式，為此，筆者從“信息論基礎”課程出發(fā)，對評價模式進行了研究。在實施的過程中，筆者設計的總成績由單元測試、設計題目及講解、因材施教優(yōu)生設計實驗以及理論考試、研討式授課等組成，具體構成如下：

（1）單元測試。根據(jù)課程模塊設置m次單元測試，單元測試成績?yōu)?。通過分析“信息理論基礎”課程的結構，本課程被分為信息的度量、信源編碼、信道編碼三大模塊，則設計3次測試，測試的成績分別為10分、5分和5分，每章講解完后當堂測試，起到提高學生到課率以及督促學生平時學習的主動性的效果。平時測試注重概念的掌握，使學生的基礎更扎實。

（2）設計題目及講解。學生設計題目并講解，該部分的成績?yōu)镾設講=

x設計題目+y講解。該部分可以激發(fā)學生的挑戰(zhàn)性，培養(yǎng)學生獨立思考的能力。為了設計出一道好的題目，學生需要吃透本課程涉及的相關理論，從而提高應用知識以及創(chuàng)新能力?！靶畔⒄摶A”課程的該部分成績設為S設講=5分=

x設計題目+y講解=3+2。

（3）研討式授課。教師根據(jù)課程內容，設計出相應的研討題目。該部分的成績?yōu)镾研討，這些要求學生課前想、要有充分準備，查文獻、分析歸納總結文獻以及準備討論發(fā)言稿，可以培養(yǎng)學生各方面的能力。教師根據(jù)“信息理論基礎”課程的內容，設計出相應的研討題目：熵的意義以及應用、馬爾可夫信源攜帶的信息、信源與信道的匹配、編碼的目的以及實現(xiàn)。該部分的成績?yōu)?/p>

S研討=5分。

（4）因材施教設計實驗。根據(jù)學生的能力，設計相應的實驗并指導學生完成，成績?yōu)镾因材施教，難度系數(shù)K1=1。該部分的授課方式及考核方式可以激發(fā)學生的斗志，培養(yǎng)其敢于接受挑戰(zhàn)的健全心理?！靶畔⒗碚摶A”課程因材施教設計實驗的成績設為S因材施教=

50分。

（5）理論考試成績S理論，系數(shù)K2=0.7?！靶畔⒗碚摶A”課程理論考試成績設為S理論=100分。

最后總成績S=S單元測試+S設講+S研討+

K1S因材施教+K2S理論，總成績不超過100分，當成績大于100分記為100分。

該評價模式包含了工程應用型和創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的評價。研討部分主要針對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，因材施教針對不同的人才可以設計不同的實驗，設計題目講解部分可以根據(jù)不同的培養(yǎng)模式，學生設計不同的層次的題目，從而實現(xiàn)不同的培養(yǎng)目的。總之，這個評價模式適合分層教學。為了實現(xiàn)分層教學，在本課題的研究過程中，筆者對2012級的學生實施了上述的教學內容、方法以及考核模式，取得了初步的效果，激發(fā)了學生學習的積極性，鍛煉了工程應用型學生分析問題和應用知識以及動手能力，也鍛煉了創(chuàng)新型學生獨立思考的能力、團隊合作能力和創(chuàng)新思維的能力。

參考文獻：

[1]賈建科.電子信息類工程應用型和研究創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式研究與探索——陜西理工學院電子信息類人才分層培養(yǎng)模式探索[J].教育教學論壇，2016（34）：124-125.

[2]熊慶年.通識教育的理念和實踐 [N].中國教育報，2014-09-15.