基于理科學生的“信息科學基礎”教學模式改革探討

摘要：改革人才培養模式，培養理論基礎扎實與實踐應用能力突出的理科人才是當前課程建設急需解決的重要問題。本文對理科學生學習“信息科學基礎”課程的特點進行了深入分析，探討“知識講解、實例演示、上機實踐”三位一體的新課堂教學模式，闡述了新模式的優點與創新之處。新模式改革強調了理論教學、課堂演示與上機實踐緊密結合的教學模式，具有較強的創新性和良好的可操作性，采用互動式、研討式教學為核心的課堂教學方法，將有力推動學生理論分析與實踐能力的培養。

關鍵詞：理科學生；課堂教學；模式改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）46-0044-02

增強自主創新能力作為發展科學技術的戰略基點，是新時期建設創新型國家的核心。涉及教育事業層面的創新，即為實現一定的教育目標而進行的創新活動，它包含教育體系、教育觀念、教育手段、課程教材等方方面面。隨著社會經濟的快速發展，高等教育中課堂教育的培養模式由傳統的板書與口授逐漸轉變為聚合多種教育方式的綜合課堂教育。然而，目前的普通高校的課堂教學普遍還存在偏向科學化的問題，重理論輕實踐、重知識輕能力的現象還未根本轉變[1]。如何提高學生的能手實踐能力又成為待解決的關鍵問題之一。本文以“信息科學基礎”課程為例，闡述理科與工科學生在學習該課程時的差異性，提出基于理科學生的具有工程背景的相關課程的教育模式。

一、目前的教學現狀與存在的主要問題

“信息科學基礎”是一門理論性與實踐性兼顧的課程，是一般理工科校理學院信息與計算科學專業的核心課程。該課程以概率論與數理統計的相關知識為基礎，傳授信息傳輸與信息處理的一般規律，重點介紹熵、信源、信道容量、無失真信源編碼等基礎知識。雖然本課程的相關知識在通信、電子等領域內應用廣泛，但是它對于理學院學生的概率統計知識體系的完善與應用，具有十分重要的理論意義[2]。

1.當前教學現狀分析。大多數工科院校已對其教學模式進行了改革創新，主要包含如下幾個主要方面：①優化教學內容。由于信息論包含狹義信息論、一般信息論、廣義信息論三個研究范圍，選擇難度適中的內容成為教學模式改革的主要方面之一[2]。當前，大多數課本主要介紹狹義信息論的相關知識，增加專業知識的同時減少了課程學時，結合了實際問題和相關課程的知識講解一般理論與算法，使學生既能理解，又能拓展創新。②改革教學方法。在教學方法改革方面，針對各個學校不同專業的培養目標，主要傳授如何理解、掌握信息熵的度量與傳輸、編碼等基礎知識，結合相關的算法掌握這些知識的應用。融入實踐與上機演示等方法，提高學生的學習興趣，采用多種編程方法來實現，增強學生的學習動力[3]。③擴充教學手段。引入多媒體教學手段是本課程的教學改革的重點內容之一。采用PPT展示課堂的主要內容，相關算法的計算程序演示算法執行流程，上機實驗輔助課堂教學內容的掌握[4]。在有限的教學時間內增加單位時間的信息含量，將有限精力與時間用于剖析課程內容的重點難點上。④優化教學環節與考核方式。在教學環節設計上進行創新，注意學生的接受能力、理解能力、編程能力及創新能力的培養，采用課前預習與算法預實現―課堂中講解重難點內容―演示算法執行流程―課后理論作業與算法實例驗證并重―平時測驗與期末考試等相結合的方法。在考核方式上，適當降低期末理論考試的比重，提高上機實驗成績所占的比重，并考慮到學生在討論課中的表現[5]。⑤增強學生實踐能力。采用小型科研課題為導向，完成相關算法及改進算法為主線，增強學生實踐能力的培養[6]。對相同算法采用不同編程工具進行理論實現，增強算法的演示效果。此外，結合通信領域內的實際應用，以解決實際問題為導向，提高學生的思維能力與動手能力。

2.存在的主要問題。①本課程以往的教學模式中，主要側重于理論教學，缺少必要的上機實踐環節。②缺少現代教學方式的引入，如PPT課件、MATLAB相關程序分析及上課實時實踐與演示。③課程教學內容重點講解理論知識，簡略了相關算法的實現，容易讓部分學生產生厭學情緒。④理論與實踐不同步、課堂學習與課后上機實踐脫節等問題，使得啟發式的問題分析和實際案例實踐探討難以實現。⑤教學考核方式以及成績評定模式單一，教學內容繁多、涉及面廣，但課時有限，不利于鼓勵學生創新性的參與，自主學習。

二、三位一體的新課堂教學模式

1.新課堂教學模式。本課程改革的理念是“一切為了學生的理論學習與動手能力培養”，它包含三個含義：一是關注理論知識體系的完善，二是學生學習知識與培養動手能力的統一，三是融教于學、教學相長的結合。課程改革的思路如下：改變課程過于注重知識傳授的傾向，強調形成主動的學習態度；改變知識結構過于強調通信領域的應用背景，整合概率統計相關知識于該課程的知識體系中；引入開放題及開放式教學來完善課程教學內容，用啟發式教學方式進行相關算法實現與應用分析；引導學生開展學習實踐研究，通過實現信息編碼算法，培養分析問題和處理問題的能力。教學模式承載了教學的一切內容，它包含了教學的所有方面。為了培養學生分析問題與解決實際問題的能力，讓課堂教學與實踐教學有機結合，我們提出“理論知識與動手能力培養相結合的教學模式”，并在教學實踐中分步實施。該教學模式主要分三個模塊：理論教學模塊、上機實踐與演示模塊、開放性課題與畢業設計。①理論教學模塊：進一步精簡現有教學大綱的教學內容，綜合傳統板書與現代多媒體教學的優勢，優化教學效果，在理論上體現精、準，以講解最基礎、最本質的內容為核心。結合平時成績、期中測驗與期末考試，給出此模塊的成績。②上機實踐與演示模塊：上課時充分利用計算機與投影設備，將信息論的算法執行流程與實現結果進行實時演示，并與理論教學有機結合。每次上課完成實驗報告，按五分制或者百分制給出成績。結合上課編程效果，給出此模塊的成績。③開放性課題與畢業設計：在上課時面向全體學生設計出一些開放性的算法實現問題，由教師進行引導，課堂發言與分組討論為輔，鼓勵學生參與課題分析，以撰寫解答思路或研究報告為考核標準，提高學生分析、處理問題的能力。此模塊的成績主要評定依據是學生的課堂表現、問題分析作業以及研究報告質量。具體到課堂教學模式上，采用課堂理論教學與上機演示結合的模式，以提高學生的學習興趣為目的，利用多種現代教學手段，在課堂上采用PPT講解基礎理論知識，學生發言討論算法流程的實現，借助MATLAB實現該算法并進行數值驗證，以達到訓練和培養學生的分析思維能力。

2.新模式的特色與創新之處。新的教學模式重點解決如下問題：理論知識與動手能力培養相結合的教學方案制定；本課程多媒體教案與算法程序的完善；開放課題與畢業設計題目的設置；理工科高校現有專業課程的考核方式探討。其特色與創新之處在于：①理論知識與動手能力培養相結合的教學模式的形成；②建立理論教學融入上機演示的新課堂教學模式；③現有理論課程考核方式的改革。教學模式改革的目標為：課程功能的轉變，使學生在學習信息論基礎知識的同時，掌握信息度量、傳輸與編碼的方法，用于社會實踐中；制作全部內容的多媒體教學課件，精選理論教學內容與多媒體教學相結合來完善理論教學模式；完成信息論算法的MATLAB程序界面編寫，在課堂教學中充分體現師生互動。[6]

課堂教學是培養學生的主要途徑，新的教學模式改革必須圍繞課堂教學來組織實施。本文基于“信息科學基礎”這門工科背景下的理科課程，提出了一種新的課堂教學模式——“知識講解、實例演示、上機實踐”三位一體模式，并闡述了其具體實施過程及其優點。教學模式改革的根本是教學思想的重要轉變，勇于創新并持之以恒，才能獲得較好的教學效果。

參考文獻：

[1]楊爽，王忠民.計算機工程型人才培養模式的研究與實踐[J].高等教育研究，2009，（4）：46-49.

[2]孫雁南.淺談《信息論與編碼》課程教學方法與改革[J].科技信息，2012，（33）：719-719.

[3]徐紅林，過榴曉，沈莞薔.“信息科學基礎”縱向關聯與橫向拓展教學研究.科教文匯，2012，（08）：82-83.

[4]郭欣.淺談信息論與編碼課程的理論與實驗教學改革[J].科技資訊，2012，（28）：7-7.

[5]鄒東堯，賈平.“信息論與編碼”課程教學改革探討[J].中國電力教育，2010，（13）：64-65.

[6]張亞飛.應用型本科“信息論與編碼”教學改革探討[J].中國電力教育，2010，（28）：59-61.