信息論基礎課程線上線下混合式教學創新探索與實踐

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課程教學方式，推動通信工程專業高質量人才培養，該課程在多項省級、校級教改項目支持下進行課程建設創新與實踐。針對課程教學過程中存在的問題，提出“一線觸發、環環推進、喚醒思維、激活動能”的教學理念和“本校紅色基因傳承的三導三促”線上線下混合式教學模式，闡述教學內容、教學組織、教學方法與教學評價等方面的創新方法和具體實施。從教學效果、師生反饋、教學成果和推廣應用等方面，證明教學模式的有效性和示范性。

關鍵詞：混合式學習；合作學習；思維喚醒；差異化教學；過程性評價

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：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

人才是實現民族振興、贏得國際競爭主動的戰略資源。習近平總書記強調指出：“培養創新型人才是國家、民族長遠發展的大計。當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，更加重視科學精神、創新能力、批判性思維的培養培育。”尤其對于傳統工科而言，迫切需要構建適應新工科人才培養的新內容和新模式。工科專業中涉及諸多工程基礎核心課程，如何發揮其在創新人才培養中的作用，從根本上提高人才培養質量，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通信工程專業信息論基礎課程為例，構建階梯式、聯動式“三導三促”信息論課堂，喚醒學生思維、激活學習動能，提高教學質量。

一? 課程背景

（一）? 課程建設發展

西安電子科技大學（以下簡稱“我校”）的電子信息特色鮮明，其信息與通信工程學科處于國內領先水平。該學科面向信息與通信行業需求，培養從事通信系統及相關行業研究、設計、開發和集成的高級工程技術人才。信息論基礎課程是該學科的核心支撐課程之一，每年面向通信工程專業500余名本科生開設，3個學分，48學時。完成課程學習，學生能夠達到如下三方面目標。

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，建立通信系統的有效性、可靠性和信息傳輸系統最優化設計的整體概念。

能力培養：能夠將信息論與編碼理論運用于工程應用中的信息表示、信號傳輸、信號處理等；能夠結合數學，將信息論與編碼理論運用于表達、分析、處理等工程問題；能夠從數學的角度對信息傳輸問題的解決方案進行分析與改進。

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

（二）? 學情分析

1? 不利學情

信息論又稱通信的數學理論，具有理論性強、抽象度高、公式定理多和數學推導復雜等特點，易于使學生陷入枯燥乏味泥潭；很多學生習慣于接受性學習，導致思維僵化，缺乏對問題的主動和辯證思考，缺乏質疑陳規、自我反思的批判性思維和創造性地解決問題的能力；學生的個性化發展需求得不到足夠關注，學習能動性和積極性被削弱，自主發展的潛能受到束縛。

2? 有利學情

授課對象是本科三年級學生，他們接受新事物的速度快，求知欲、表現欲強；作為網絡原住民，網絡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，以紅色基因傳承為引領、最優化信息傳輸系統設計為主線，構建階梯式、聯動式“三導三促”信息論課堂，喚醒學生思維、激活學習動能，提高教學質量。

二? 創新理念及思路

學習的動力是根，能力是本，動能是根本。本課程提出了“一線觸發、環環推進、喚醒思維、激活動能”的教學理念。理念模型（下文稱思維喚醒模型）由四個階段構成，分別是“一線觸發”“三導三促”“多元激勵”“動能激活”。通過多次循環迭代，喚醒學生思維、發展思維，如圖1所示。

（一）? 一線觸發

以紅色基因傳承為引領，以最優化信息傳輸系統設計為主線，以階梯式、環環相扣的信息傳輸問題激發學生興趣、觸發學生思維。隨著課程學習，學生思維從激活到發展、從教師外在觸發到個人內在觸發。

（二）? 三導三促

教師創設情境，進行導演設計、啟發引導學生思考和價值觀引導，促進學生身體動起來、促進思維動起來、促進情感動起來。

（三）? 多元激勵

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

（四）? 動能激活

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

通過課程學習，學生經歷環環相扣、層層遞進式觸發迭代，使得不同層次學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，從思維喚醒到思維發展，從需要教師外在觸發到學生個人內在觸發、激活動能。

三? 創新方法及途徑

（一）? 課程內容重構：一線觸發，環環推進

以最優化信息傳輸系統設計為主線，設計階梯式、聯動式觸發模塊，即基礎模塊、探究式模塊、項目式模塊，從低起點到高落點，從喚醒思維到發展思維，激活動能，課程內容體系如圖2所示。

基礎模塊：數理思維喚醒與發展。強調實際問題的數學建模，強調善用信息論和數學工具分析問題、解決問題。課前教師引導學生線上自主學習、課內教師激活已學知識點、挑戰難點和高點，課后進階式章節測試，以及與其他學科交叉融合的擴展問題討論與分享等，有效地擴展課程的深度和廣度。通過有機融入課程思政，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當。

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

項目式模塊：創新性思維喚醒與發展。注重小組強合作（需根據自主實驗任務分工合作），以課前分階式開放性實驗（依托科研成果和前沿技術）、課中翻轉課堂、課后總結與分享的方式進行。通過協同完成任務，增強學生分析問題、解決問題的能力，培養學生創新性思維、自主學習的能力、團隊合作意識，實現以科學精神、工匠精神為導向鑄魂育人。

（二）? 教學設計：三導三促，激活動能

1? 價值觀引導、促情動

賡續我校紅色血脈，將信息論專業薪火相繼、代代傳承，將陳太一、王育民等老一輩信息論專家對學術的執著崇尚和團隊協作精神融入教學，將行業進展與最新創新成果融入教學，將家國情懷教育融入教學，激活學生動能。愛教學、愛學生、認真負責、公平公正和行為世范，實現潛移默化的課程思政。

2? 啟發引導、促思動

以最優化信息傳輸系統設計為觸發主線，設計環環相扣、層層遞進的“思維喚醒”問題，喚醒學生思維，促進發展思維。經歷多次迭代喚醒，學生的思維從需要教師外在觸發到學生個人內在觸發。

3? 設計導演、促身動

教師創設情境，進行導演設計，通過啟發式、翻轉式、探究式和項目式教學，促進學生身體動起來，課堂活起來，通過課程吸引力和感染力激發學生的學習能動性。

教學設計注重小組探究式學習與合作式學習。通過“互展-互考-互評-互助”四項任務驅動，促進同伴互幫互學，培養學生的團隊合作意識。

教學設計注重個性化、差異化教學。通過進階式章節測試、學習方案分類推送、分階式開放性實驗、以個人貢獻度和內容挑戰度為依據的差異化評價，以及過程性評價實時雙向反饋機制，培養適合個體的綜合素質和高階思維；通過雙導師加助教模式協同保障差異化教學（主講教師為學生“學”負責，輔講教師為學生“習”負責，助教為基于信息化、智能化技術的學情數據收集與分析負責），提高教學的情感溫度。

（三）? 教學考核評價：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生的獲得感和成就感，注重學生的價值觀、使命擔當意識等，評價體系如圖3所示。

引入教學評價調節因子F。探究式教學評價中，F由小組發言人在班內的平時成績排名決定（排名越靠后，F越大），鼓勵互幫互學，優等生帶動學困生共同發展；項目式評價中，F由開放性實驗選題的挑戰度決定（選題挑戰度越高，F越大），如圖3所示。

構建學生思維能力畫像。通過量化記錄學生在多次思維喚醒活動及信息論基礎課程思維導圖大賽中的表現，構建學生思維能力畫像，表征學生在課程學習過程中的數理思維、批判性思維、創新性思維發展軌跡，幫助學生認知自我、完善自我，幫助教師教學反思、可持續改進。思維能力觀測點設計見表1。

四? 教學創新效果

開展教學創新以來，教學效果顯著，主要體現在以下幾個方面。

（一）? 學生滿意度高，教學督導評價高

學生評教成績、到課率、課堂活躍度、MOOC平臺互動人次、學習成果及心得分享平均人次等方面均表明，教學模式得到了學生的認可，并有效地激發了學生的學習能動性。2019—2021年度學生評教分數如圖4所示。

問卷調查、訪談和課程綜合大報告中，大多數學生提到課程激發了自己對信息與通信類課程的興趣，引導樹立了正確的“三觀”、家國情懷、使命擔當，堅定了自己從事通信領域科研和工作的信心。

（二）? “抓兩頭促中間”的教學效果顯著

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

（三）? 學生自主學習能力、創新實踐能力顯著提高

對比課程實施不同階段的問卷結果，看出課程有效地鍛煉、提高了學生的合作學習能力、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競賽的學生比例（約30%）和成績來看，學生的實踐能力和創新能力顯著提高（2020—2021年度，全國大學生創新創業大賽國家級獎2項，“挑戰杯”國家一級獎1項、省特級獎1項，“互聯網+”大賽省級銀獎1項）。

五? 結束語

本文從喚醒思維、發展思維為切入點，結合西安電子科技大學通信工程專業信息論基礎課程改革實踐經驗，提出了“一線觸發、環環推進、喚醒思維、激活動能”的教學理念和“本校紅色基因傳承的三導三促”線上線下混合式教學模式，為高質量通信行業人才培養探索有效的解決途徑。

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基金項目：2023年陜西省教育教學改革研究項目重點項目“傳承-融合-聯動-提升，信息工程專業建設的研究與實踐”（23BZ009）；陜西省高等教育學會2021年高等教育科學研究項目“與時俱進 求特創新，線上線下混合式一流課程建設路徑探索實踐”（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。

*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、寬帶無線傳輸技術等。