OBE 理念下信息理論與編碼課程的教學(xué)研究*

李海霞 朱慧博 倪亞南 周廣佼

宿遷學(xué)院 江蘇宿遷 223800

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)、智能經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，從根本上改變了人類從事各項(xiàng)活動甚至是生存的基本方式，為人類創(chuàng)造了一個更加便捷、高效的生活環(huán)境，也讓人與人之間的聯(lián)系和交流變得更加密切和頻繁。人類進(jìn)入了信息大爆炸的時代，而這一切的發(fā)生和發(fā)展均離不開信息技術(shù)。迄今為止，盡管信息技術(shù)經(jīng)歷了從語言的產(chǎn)生到電子計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用等五次信息技術(shù)革命，但信息技術(shù)的本質(zhì)無外乎信息的發(fā)送、傳遞和接收處理，這些問題都是香農(nóng)信息論（又稱為狹義信息論）的相關(guān)理論，比如信息的度量、信道容量、信息率失真函數(shù)和三大編碼定理等，而信息理論與編碼課程的研究內(nèi)容正是香農(nóng)信息論，該課程的重要性不言而喻。

作為電子信息工程和通信工程等工科類專業(yè)的核心知識，香農(nóng)信息論以概率論為主要數(shù)學(xué)工具，內(nèi)容瑣碎繁雜、知識點(diǎn)理論性偏強(qiáng)、所用數(shù)學(xué)知識比較抽象[1]，一直被廣大學(xué)生“公認(rèn)”為最有挑戰(zhàn)度的課程之一。在以教師課堂灌輸講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教學(xué)內(nèi)容比較抽象難懂，知識系統(tǒng)性不夠且與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，教學(xué)方式與目前多元化的教學(xué)需求背道而馳[2-3]，忽視了學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位，不符合以學(xué)生為本的教學(xué)理念。如果理論講解與實(shí)踐應(yīng)用不能有效結(jié)合，學(xué)生無法將課本所學(xué)理論知識與實(shí)踐結(jié)合起來，將很難具備分析和解決復(fù)雜信息問題的能力，學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力則更是紙上談兵。解決這些問題，是應(yīng)用型高校該課程本科人才培養(yǎng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是構(gòu)建應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的必經(jīng)之路[4]。

自美國學(xué)者Spady 在20 世紀(jì)80 年代提出“成果導(dǎo)向教育（Outcomes-Based Education，OBE）”以來，該理念經(jīng)歷了近四十年的發(fā)展和完善[5]。該理念是一種以結(jié)果或者需求為導(dǎo)向的教育理念，督促高校和教師改變以教師或知識為中心和主導(dǎo)的傳統(tǒng)教育模式，轉(zhuǎn)向以學(xué)生為本、重視學(xué)生需求和個性發(fā)展的新型培養(yǎng)模式，被認(rèn)為是卓越的教育模式，得到了越來越多高校的認(rèn)可[6]。OBE 理念以學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出為目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的不斷反饋來改進(jìn)評價方式甚至教學(xué)過程。整個OBE 教學(xué)理念中，核心要素是學(xué)生，學(xué)生始終是教學(xué)活動的中心和高度參與者，所有的教學(xué)環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)都圍繞學(xué)生，以學(xué)生為中心開展。與傳統(tǒng)教育相比，成果或需求導(dǎo)向教育注重的是學(xué)生的全面、多層次發(fā)展，該理念構(gòu)建的多元化的教學(xué)評價與反饋機(jī)制更為公平、合理、客觀，并且提升了課程的教學(xué)針對性，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生能更好地激發(fā)自身潛能，迎接未來工作的挑戰(zhàn)。

1 我國高校OBE 教學(xué)模式的現(xiàn)狀

OBE 理念是一種能激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的教育理念。鑒于其有利于高素質(zhì)人才培養(yǎng)的特性，國內(nèi)眾多高校開始意識到OBE 理念的先進(jìn)性，香港和臺灣地區(qū)的很多高校已經(jīng)大踏步走在了推廣和應(yīng)用需求導(dǎo)向教學(xué)的路上，實(shí)踐結(jié)果證明其取得了良好的效果。伴隨著市場對應(yīng)用型人才需求的加大，國家對高等教育的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，鼓勵并促成一部分高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型，這些高校也開始不遺余力地應(yīng)用OBE 理念進(jìn)行教學(xué)模式和課程的改革[7-10]。2018 年，西安郵電大學(xué)通信工程專業(yè)應(yīng)用基于OBE 理念的產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)模式，顯著提高了該專業(yè)的工程人才培養(yǎng)質(zhì)量。根據(jù)麥可思公司對該校人才培養(yǎng)質(zhì)量和就業(yè)情況進(jìn)行的跟蹤評價，報(bào)告顯示，連續(xù)5 年，通信工程專業(yè)的就業(yè)率均在95%以上，2020 屆畢業(yè)生的薪資超過8 165 元/月，均高于同類高校畢業(yè)生的平均水平。2019 年，東北林業(yè)大學(xué)以O(shè)BE 教育理念為指導(dǎo)，對生物化學(xué)課程進(jìn)行了有效改革，經(jīng)過幾個學(xué)期的實(shí)踐與探索，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性明顯提高[11]。同年，廣西科技大學(xué)運(yùn)用OBE 理念對高級語言程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行教學(xué)改革，增強(qiáng)該門課程的教學(xué)效果[12]。

綜上，國內(nèi)眾多高校已經(jīng)認(rèn)識到OBE 理念對學(xué)生成才的有效作用，作出了一些努力，但覆蓋面有限。筆者之前已經(jīng)就應(yīng)用型本科學(xué)生科研能力的培養(yǎng)和實(shí)踐類課程的改革進(jìn)行了研究[13-14]。在研究中發(fā)現(xiàn)，筆者所在院校該課程的教授還停留在以教師傳授為主的階段，亟須進(jìn)行教學(xué)改革。本文擬借鑒OBE 理念，探索信息理論與編碼課程的教學(xué)改革。

2 基于OBE 理念的信息理論與編碼課程改革探索

2.1 OBE 理念下課程大綱的制定

筆者所在的院校正經(jīng)歷著從全日制普通本科院校向新型“應(yīng)用型本科”大學(xué)的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的功能要求各專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)的制定和培養(yǎng)模式的實(shí)施，必須以學(xué)生和企業(yè)的需求為導(dǎo)向，堅(jiān)決貫徹以學(xué)生為中心、以需求為導(dǎo)向的理念，反向制定新的人才培養(yǎng)模式。筆者講授信息理論與編碼課程已經(jīng)十三年有余，對該課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法有豐富的經(jīng)驗(yàn)和自己獨(dú)到的見解，故選擇該課程進(jìn)行OBE 理念的實(shí)施。

首先通過學(xué)生、家長問卷、用人單位訪談、往屆畢業(yè)生就業(yè)資料收集等方法，明確最終學(xué)習(xí)成果。接下來以需求為導(dǎo)向，貫徹反向設(shè)計(jì)的理念，通過跟蹤調(diào)查電子信息專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后五年左右達(dá)到的企業(yè)需求的專業(yè)理論和實(shí)踐能力，將與該課程有密切關(guān)聯(lián)的專業(yè)能力一一對應(yīng)到所授專業(yè)課程內(nèi)容中，充分考慮其對后續(xù)課程的前導(dǎo)和支撐作用，在確定社會或企業(yè)對電子信息類相關(guān)專業(yè)學(xué)生能力的要求和評估學(xué)生能力的基礎(chǔ)上制定該課程的教學(xué)大綱。同時兼顧學(xué)生個體能力和需求差異，理順課程教育目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐關(guān)系，厘清課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系。如根據(jù)企業(yè)對學(xué)生編碼能力的需求程度，在制定大綱時適當(dāng)增加信源編碼、信道編碼和加密編碼的課時；根據(jù)科研單位對學(xué)生信息度量能力的看重，對考研的學(xué)生增加公式推導(dǎo)的要求等。

2.2 OBE 理念下課程教學(xué)過程的組織

以“學(xué)習(xí)成果”作為教學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)，把課程目標(biāo)定位在培養(yǎng)學(xué)生具備信息論專業(yè)素養(yǎng)和勝任通信編碼工作的能力上，不斷優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，以將“要我學(xué)”變成“我要學(xué)”為驅(qū)動，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)專業(yè)學(xué)習(xí)能力與個人專業(yè)素養(yǎng)相結(jié)合的教學(xué)新模式。

在充分考慮學(xué)生學(xué)習(xí)能力并兼顧學(xué)生需求的基礎(chǔ)上，在信息論的教學(xué)過程中將學(xué)生分成不同的團(tuán)隊(duì)?？佳袌F(tuán)隊(duì)側(cè)重基礎(chǔ)理論的深入學(xué)習(xí)，進(jìn)行適量的概率論理論公式的證明，引導(dǎo)學(xué)生思考如何進(jìn)行信息的度量、構(gòu)筑信源和信道模型、證明信源和信道編碼定理等；工程師團(tuán)隊(duì)側(cè)重對理論的理解與應(yīng)用，在授課過程中放棄傳統(tǒng)課堂中大規(guī)模的公式推導(dǎo)，轉(zhuǎn)為詳細(xì)闡述和分析概念的物理含義，要求學(xué)生正確理解現(xiàn)代通信系統(tǒng)的組成、通信系統(tǒng)各部分的工作原理。教學(xué)中以培養(yǎng)學(xué)生的宏觀思維能力為目標(biāo)，對與實(shí)踐和應(yīng)用有關(guān)的基本概念和基本定理進(jìn)行重點(diǎn)講解，提高學(xué)生的實(shí)踐和應(yīng)用能力。

兩個團(tuán)隊(duì)的學(xué)生還需根據(jù)教師給出的不同教學(xué)要點(diǎn)對專業(yè)知識進(jìn)行預(yù)習(xí)和實(shí)踐，以自學(xué)、思考、討論等互動的學(xué)習(xí)方式在團(tuán)隊(duì)交流合作中解決實(shí)際問題。學(xué)生通過多種形式的學(xué)習(xí)手段不斷優(yōu)化自身的知識結(jié)構(gòu)，提升自身專業(yè)技能，保證自身綜合能力得到全面提升。

基于OBE 理念實(shí)際上是充分利用學(xué)生的個體差異進(jìn)行個性化教學(xué)，即在分組教學(xué)時采用異質(zhì)分組的方式，其不同于隨機(jī)分組，是按照特定的“需求”進(jìn)行分組。筆者所在學(xué)院在學(xué)生上完大一的基礎(chǔ)課后，即對學(xué)生進(jìn)行異質(zhì)分組，根據(jù)學(xué)生能力和個人發(fā)展需求分成創(chuàng)新人才班（即考研團(tuán)隊(duì)）和卓越工程師班（即工程師團(tuán)隊(duì)）。在進(jìn)行專業(yè)課的教學(xué)時需要根據(jù)不同需求有所側(cè)重，教學(xué)過程的組織如圖1 所示。

圖1 教學(xué)過程的持續(xù)改進(jìn)

2.3 OBE 理念下課程評價方法的設(shè)置

在精心設(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué)模型、優(yōu)化教學(xué)過程、組織教學(xué)內(nèi)容后，需要對課程的教學(xué)效果即學(xué)生的產(chǎn)出進(jìn)行多維度、全方位的科學(xué)、合理考核，這是OBE 理念的關(guān)鍵性問題之一?！霸u估學(xué)習(xí)產(chǎn)出”作為 OBE模式中十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)“如何知道學(xué)生已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果”，以檢驗(yàn)學(xué)生是否達(dá)到了應(yīng)具備的課程學(xué)習(xí)要求[15]。而傳統(tǒng)的試卷筆試考核方式和教師一錘定音的打分顯然是無法實(shí)現(xiàn)科學(xué)考核的。

根據(jù)OBE 理念，教學(xué)模式的考核評價方式應(yīng)從以往的注重結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾曔^程，進(jìn)行全程跟蹤與評估，將學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)作為教學(xué)考核重點(diǎn)，多角度、多層次、多目標(biāo)地從學(xué)生對香農(nóng)信息論的基本知識點(diǎn)、基本定理和課程基本技能的掌握情況，提出問題、獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，進(jìn)行有目的性的創(chuàng)新和實(shí)踐能力等多方面評估課程的教學(xué)效果是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。同時對課程內(nèi)容進(jìn)行分類，細(xì)化重點(diǎn)領(lǐng)域，對符合自身學(xué)習(xí)和社會需求的內(nèi)容、能提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的專業(yè)內(nèi)容設(shè)置較高的考核權(quán)重，引導(dǎo)學(xué)生更科學(xué)有效地進(jìn)行信息論課程的學(xué)習(xí)。

采用過程化監(jiān)督+多元化考核的方式，如圖2 所示，最終期末考試占50%；考勤占10%；作業(yè)占10%（布置一定比例的開放性作業(yè)，是否獨(dú)立完成占60%，恰當(dāng)、準(zhǔn)確與否占40%），這一部分主要考查學(xué)生對同一作業(yè)題目的不同見解、對教師批改作業(yè)的修訂情況等，并將課堂上講述的部分拓展性知識納入作業(yè)范圍，讓學(xué)生深刻體會到靈活運(yùn)用書本知識的重要性；實(shí)驗(yàn)占10%，這一部分主要考查學(xué)生的實(shí)踐動手能力，考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)臺操作的安全規(guī)范性和工匠精神的踐行度、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的完成度、實(shí)驗(yàn)過程的團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新性、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范性等；課堂表現(xiàn)占20%（是否積極與教師互動占40%，是否積極參與團(tuán)隊(duì)交流占40%，上課是否專心占20%），這一部分主要考查學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)，在課堂上討論問題的積極性和主動性、對待不同答案分辨是非的能力、面對其他學(xué)生質(zhì)疑時的承受力等。整個考核體系貫穿了學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程，力求使學(xué)生充分認(rèn)識自主學(xué)習(xí)的必要性，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)信息論課程的積極性，同時激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。

圖2 課程評價所占比例

2.4 OBE 理念下的課程學(xué)習(xí)效果的分析

教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果是每個課程的生命線。課程建設(shè)中，必須完善教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控及反饋體系。因?yàn)閷W(xué)生的求知欲望、進(jìn)取精神、自身的追求和學(xué)習(xí)能力各不相同，不同地域和不同年級的學(xué)生也有差異，且不同企業(yè)對畢業(yè)學(xué)生的需求也不一樣。但百分制的考試成績是學(xué)校教育課程評價體系不可或缺的一部分，考試不僅是對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評價，也是對教師教學(xué)成果的檢驗(yàn)。過程化監(jiān)督+多元化考核的方式可以更全面地反映學(xué)生在課程講授期間的學(xué)習(xí)狀態(tài)和對該課程的學(xué)習(xí)效果，使課程教學(xué)效果的評價更科學(xué)合理。筆者對本校電子信息工程專業(yè)的2018—2020 級學(xué)生的成績進(jìn)行了分析和對比，其中2018 級學(xué)生使用傳統(tǒng)教學(xué)模式，2019 級和2020 級學(xué)生使用基于OBE 理念的多元化考核方式。

從圖4、圖5 和圖3 的比較中可看出，與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，基于OBE 理念的教學(xué)模式的應(yīng)用，使該門課程的考核成績有了很大變化。首先，2019級和2020 級學(xué)生的成績分布越來越合理并趨向高分化，說明學(xué)生對信息論課程的學(xué)習(xí)越來越輕松，其中2020 級兩個班80 分以上的學(xué)生分別占了總?cè)藬?shù)的90.7%和78.3%，說明2020 級絕大多數(shù)學(xué)生對信息理論與編碼這門課已經(jīng)做到了基本掌握，而2018 級兩個班級該分?jǐn)?shù)段僅有53.1%和58.9%。其次，2020 級已經(jīng)完全消滅了不及格現(xiàn)象，2018 級兩個班的不及格率分別達(dá)到了12.2%和13.7%。

圖3 2018 級學(xué)生平行班成績

圖4 2019 級學(xué)生平行班成績

圖5 2020 級學(xué)生平行班成績

綜上，由于課程改革過程中授課內(nèi)容充分考慮了不同學(xué)生的個人需求，在授課過程中注重學(xué)生的課堂反應(yīng)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。授課內(nèi)容增加了過程性考核環(huán)節(jié)，大部分學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)態(tài)度和認(rèn)真程度均有較大提升，部分學(xué)生從最初抵觸教師布置預(yù)習(xí)作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃油瓿勺鳂I(yè)，以期可以在課堂搶答、師生互動和分組合作等環(huán)節(jié)中獲得更加突出的表現(xiàn)。

實(shí)踐還表明，改革后班級學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識、競爭意識明顯增強(qiáng)，同學(xué)關(guān)系進(jìn)一步融洽，學(xué)生愿意與同組其他學(xué)生，與教師交流學(xué)習(xí)心得，對團(tuán)隊(duì)的成績十分看重。大部分學(xué)生愿意投入更多的時間和精力去獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，在此過程中，加深了對相關(guān)知識點(diǎn)的理解，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

3 結(jié)束語

OBE 理念是以成果為導(dǎo)向，反向設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容的一種教學(xué)理念。基于OBE 理念的人才培養(yǎng)模式，可以使社會、學(xué)校和學(xué)生三者的關(guān)系形成良性循環(huán)。堅(jiān)持以學(xué)生為主體的OBE 教育模式，可以很好地解決“為什么學(xué)”“學(xué)什么”“怎么學(xué)”這三大難題，使學(xué)生完成從“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的轉(zhuǎn)變。以此為立足點(diǎn)，筆者憑借信息理論與編碼十幾年的授課經(jīng)驗(yàn)，從課程教學(xué)大綱的制定、課程教學(xué)過程的組織、課程評價方法的設(shè)置和課程學(xué)習(xí)效果的分析四個方面對信息理論與編碼課程進(jìn)行了教學(xué)改革。通過多輪試驗(yàn)和實(shí)踐，2018—2020 級學(xué)生的學(xué)習(xí)效果表明，本文基于OBE 理念的教學(xué)改革思路取得了一定的成績，但在具體實(shí)施教改的過程中還存在一些實(shí)際的問題，比如企業(yè)和學(xué)生的反饋不夠及時、意見主觀性占比較大等，這也是下一步改革工作需要不斷改進(jìn)與完善的地方。