OBE 理念下信息理論與編碼課程的教學研究*

李海霞 朱慧博 倪亞南 周廣佼

宿遷學院 江蘇宿遷 223800

0 引言

物聯網、智能經濟的快速發展，從根本上改變了人類從事各項活動甚至是生存的基本方式，為人類創造了一個更加便捷、高效的生活環境，也讓人與人之間的聯系和交流變得更加密切和頻繁。人類進入了信息大爆炸的時代，而這一切的發生和發展均離不開信息技術。迄今為止，盡管信息技術經歷了從語言的產生到電子計算機的普及和應用等五次信息技術革命，但信息技術的本質無外乎信息的發送、傳遞和接收處理，這些問題都是香農信息論（又稱為狹義信息論）的相關理論，比如信息的度量、信道容量、信息率失真函數和三大編碼定理等，而信息理論與編碼課程的研究內容正是香農信息論，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的核心知識，香農信息論以概率論為主要數學工具，內容瑣碎繁雜、知識點理論性偏強、所用數學知識比較抽象[1]，一直被廣大學生“公認”為最有挑戰度的課程之一。在以教師課堂灌輸講授為主的傳統教學模式下，教學內容比較抽象難懂，知識系統性不夠且與實際應用脫節，教學方式與目前多元化的教學需求背道而馳[2-3]，忽視了學生在教學活動中的主體地位，不符合以學生為本的教學理念。如果理論講解與實踐應用不能有效結合，學生無法將課本所學理論知識與實踐結合起來，將很難具備分析和解決復雜信息問題的能力，學生的創新創業能力則更是紙上談兵。解決這些問題，是應用型高校該課程本科人才培養的重點和難點，也是構建應用型人才培養模式的必經之路[4]。

自美國學者Spady 在20 世紀80 年代提出“成果導向教育（Outcomes-Based Education，OBE）”以來，該理念經歷了近四十年的發展和完善[5]。該理念是一種以結果或者需求為導向的教育理念，督促高校和教師改變以教師或知識為中心和主導的傳統教育模式，轉向以學生為本、重視學生需求和個性發展的新型培養模式，被認為是卓越的教育模式，得到了越來越多高校的認可[6]。OBE 理念以學生的學習產出為目標進行教學設計和實施，根據學生學習成果的不斷反饋來改進評價方式甚至教學過程。整個OBE 教學理念中，核心要素是學生，學生始終是教學活動的中心和高度參與者，所有的教學環節和設計都圍繞學生，以學生為中心開展。與傳統教育相比，成果或需求導向教育注重的是學生的全面、多層次發展，該理念構建的多元化的教學評價與反饋機制更為公平、合理、客觀，并且提升了課程的教學針對性，有助于提高學生的學習成績和學習能力，使學生能更好地激發自身潛能，迎接未來工作的挑戰。

1 我國高校OBE 教學模式的現狀

OBE 理念是一種能激發學生創新意識和創新能力的教育理念。鑒于其有利于高素質人才培養的特性，國內眾多高校開始意識到OBE 理念的先進性，香港和臺灣地區的很多高校已經大踏步走在了推廣和應用需求導向教學的路上，實踐結果證明其取得了良好的效果。伴隨著市場對應用型人才需求的加大，國家對高等教育的結構進行了調整，鼓勵并促成一部分高校向應用型轉型，這些高校也開始不遺余力地應用OBE 理念進行教學模式和課程的改革[7-10]。2018 年，西安郵電大學通信工程專業應用基于OBE 理念的產教融合人才培養模式，顯著提高了該專業的工程人才培養質量。根據麥可思公司對該校人才培養質量和就業情況進行的跟蹤評價，報告顯示，連續5 年，通信工程專業的就業率均在95%以上，2020 屆畢業生的薪資超過8 165 元/月，均高于同類高校畢業生的平均水平。2019 年，東北林業大學以OBE 教育理念為指導，對生物化學課程進行了有效改革，經過幾個學期的實踐與探索，學生的學習積極性和主動性明顯提高[11]。同年，廣西科技大學運用OBE 理念對高級語言程序設計課程進行教學改革，增強該門課程的教學效果[12]。

綜上，國內眾多高校已經認識到OBE 理念對學生成才的有效作用，作出了一些努力，但覆蓋面有限。筆者之前已經就應用型本科學生科研能力的培養和實踐類課程的改革進行了研究[13-14]。在研究中發現，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，亟須進行教學改革。本文擬借鑒OBE 理念，探索信息理論與編碼課程的教學改革。

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歷著從全日制普通本科院校向新型“應用型本科”大學的轉變，培養高素質應用型人才的功能要求各專業的人才培養目標的制定和培養模式的實施，必須以學生和企業的需求為導向，堅決貫徹以學生為中心、以需求為導向的理念，反向制定新的人才培養模式。筆者講授信息理論與編碼課程已經十三年有余，對該課程的教學內容和教學方法有豐富的經驗和自己獨到的見解，故選擇該課程進行OBE 理念的實施。

首先通過學生、家長問卷、用人單位訪談、往屆畢業生就業資料收集等方法，明確最終學習成果。接下來以需求為導向，貫徹反向設計的理念，通過跟蹤調查電子信息專業學生畢業后五年左右達到的企業需求的專業理論和實踐能力，將與該課程有密切關聯的專業能力一一對應到所授專業課程內容中，充分考慮其對后續課程的前導和支撐作用，在確定社會或企業對電子信息類相關專業學生能力的要求和評估學生能力的基礎上制定該課程的教學大綱。同時兼顧學生個體能力和需求差異，理順課程教育目標與畢業要求指標點的支撐關系，厘清課程教學內容與教學目標的對應關系。如根據企業對學生編碼能力的需求程度，在制定大綱時適當增加信源編碼、信道編碼和加密編碼的課時；根據科研單位對學生信息度量能力的看重，對考研的學生增加公式推導的要求等。

2.2 OBE 理念下課程教學過程的組織

以“學習成果”作為教學設計目標，把課程目標定位在培養學生具備信息論專業素養和勝任通信編碼工作的能力上，不斷優化課程教學內容，以將“要我學”變成“我要學”為驅動，持續改進教學過程，實現專業學習能力與個人專業素養相結合的教學新模式。

在充分考慮學生學習能力并兼顧學生需求的基礎上，在信息論的教學過程中將學生分成不同的團隊。考研團隊側重基礎理論的深入學習，進行適量的概率論理論公式的證明，引導學生思考如何進行信息的度量、構筑信源和信道模型、證明信源和信道編碼定理等；工程師團隊側重對理論的理解與應用，在授課過程中放棄傳統課堂中大規模的公式推導，轉為詳細闡述和分析概念的物理含義，要求學生正確理解現代通信系統的組成、通信系統各部分的工作原理。教學中以培養學生的宏觀思維能力為目標，對與實踐和應用有關的基本概念和基本定理進行重點講解，提高學生的實踐和應用能力。

兩個團隊的學生還需根據教師給出的不同教學要點對專業知識進行預習和實踐，以自學、思考、討論等互動的學習方式在團隊交流合作中解決實際問題。學生通過多種形式的學習手段不斷優化自身的知識結構，提升自身專業技能，保證自身綜合能力得到全面提升。

基于OBE 理念實際上是充分利用學生的個體差異進行個性化教學，即在分組教學時采用異質分組的方式，其不同于隨機分組，是按照特定的“需求”進行分組。筆者所在學院在學生上完大一的基礎課后，即對學生進行異質分組，根據學生能力和個人發展需求分成創新人才班（即考研團隊）和卓越工程師班（即工程師團隊）。在進行專業課的教學時需要根據不同需求有所側重，教學過程的組織如圖1 所示。

圖1 教學過程的持續改進

2.3 OBE 理念下課程評價方法的設置

在精心設計導學模型、優化教學過程、組織教學內容后，需要對課程的教學效果即學生的產出進行多維度、全方位的科學、合理考核，這是OBE 理念的關鍵性問題之一。“評估學習產出”作為 OBE模式中十分關鍵的環節，強調“如何知道學生已經取得了這些學習成果”，以檢驗學生是否達到了應具備的課程學習要求[15]。而傳統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現科學考核的。

根據OBE 理念，教學模式的考核評價方式應從以往的注重結果轉變為重視過程，進行全程跟蹤與評估，將學生學習能力的培養作為教學考核重點，多角度、多層次、多目標地從學生對香農信息論的基本知識點、基本定理和課程基本技能的掌握情況，提出問題、獨立分析問題和解決問題的能力，進行有目的性的創新和實踐能力等多方面評估課程的教學效果是否達到預期目標。同時對課程內容進行分類，細化重點領域，對符合自身學習和社會需求的內容、能提高學生學習積極性和創新創業能力的專業內容設置較高的考核權重，引導學生更科學有效地進行信息論課程的學習。

采用過程化監督+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%；作業占10%（布置一定比例的開放性作業，是否獨立完成占60%，恰當、準確與否占40%），這一部分主要考查學生對同一作業題目的不同見解、對教師批改作業的修訂情況等，并將課堂上講述的部分拓展性知識納入作業范圍，讓學生深刻體會到靈活運用書本知識的重要性；實驗占10%，這一部分主要考查學生的實踐動手能力，考查學生對實驗臺操作的安全規范性和工匠精神的踐行度、實驗結果的完成度、實驗過程的團隊合作和創新性、實驗報告的規范性等；課堂表現占20%（是否積極與教師互動占40%，是否積極參與團隊交流占40%，上課是否專心占20%），這一部分主要考查學生在課堂上的表現，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、面對其他學生質疑時的承受力等。整個考核體系貫穿了學生的整個學習過程，力求使學生充分認識自主學習的必要性，增強學生學習信息論課程的積極性，同時激發學生的學習興趣，提高學生學習的效率。

圖2 課程評價所占比例

2.4 OBE 理念下的課程學習效果的分析

教學質量和教學效果是每個課程的生命線。課程建設中，必須完善教學質量監控及反饋體系。因為學生的求知欲望、進取精神、自身的追求和學習能力各不相同，不同地域和不同年級的學生也有差異，且不同企業對畢業學生的需求也不一樣。但百分制的考試成績是學校教育課程評價體系不可或缺的一部分，考試不僅是對學生學習效果的評價，也是對教師教學成果的檢驗。過程化監督+多元化考核的方式可以更全面地反映學生在課程講授期間的學習狀態和對該課程的學習效果，使課程教學效果的評價更科學合理。筆者對本校電子信息工程專業的2018—2020 級學生的成績進行了分析和對比，其中2018 級學生使用傳統教學模式，2019 級和2020 級學生使用基于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，與傳統教學方式相比，基于OBE 理念的教學模式的應用，使該門課程的考核成績有了很大變化。首先，2019級和2020 級學生的成績分布越來越合理并趨向高分化，說明學生對信息論課程的學習越來越輕松，其中2020 級兩個班80 分以上的學生分別占了總人數的90.7%和78.3%，說明2020 級絕大多數學生對信息理論與編碼這門課已經做到了基本掌握，而2018 級兩個班級該分數段僅有53.1%和58.9%。其次，2020 級已經完全消滅了不及格現象，2018 級兩個班的不及格率分別達到了12.2%和13.7%。

圖3 2018 級學生平行班成績

圖4 2019 級學生平行班成績

圖5 2020 級學生平行班成績

綜上，由于課程改革過程中授課內容充分考慮了不同學生的個人需求，在授課過程中注重學生的課堂反應，提高了學生的學習興趣。授課內容增加了過程性考核環節，大部分學生在課程學習過程中，學習態度和認真程度均有較大提升，部分學生從最初抵觸教師布置預習作業轉變為主動完成作業，以期可以在課堂搶答、師生互動和分組合作等環節中獲得更加突出的表現。

實踐還表明，改革后班級學生的團隊意識、競爭意識明顯增強，同學關系進一步融洽，學生愿意與同組其他學生，與教師交流學習心得，對團隊的成績十分看重。大部分學生愿意投入更多的時間和精力去獨立設計實驗環節，在此過程中，加深了對相關知識點的理解，培養了創新意識和創新能力。

3 結束語

OBE 理念是以成果為導向，反向設計教學目標與教學內容的一種教學理念。基于OBE 理念的人才培養模式，可以使社會、學校和學生三者的關系形成良性循環。堅持以學生為主體的OBE 教育模式，可以很好地解決“為什么學”“學什么”“怎么學”這三大難題，使學生完成從“要我學”到“我要學”的轉變。以此為立足點，筆者憑借信息理論與編碼十幾年的授課經驗，從課程教學大綱的制定、課程教學過程的組織、課程評價方法的設置和課程學習效果的分析四個方面對信息理論與編碼課程進行了教學改革。通過多輪試驗和實踐，2018—2020 級學生的學習效果表明，本文基于OBE 理念的教學改革思路取得了一定的成績，但在具體實施教改的過程中還存在一些實際的問題，比如企業和學生的反饋不夠及時、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與完善的地方。