基于CCAI的SPOC模式在信息論與編碼課程中的初探

高山　馬林華　任宇環　畢篤彥

[摘 要]以云計算（Cloud Computing）為支撐的在線學習，是目前高校適應信息化社會而進行教學改革的一種新形勢。SPOC教學是針對高校大學生而實施的一種小規模限制性在線課程的教學方法。為了更好地體現在線教學的優勢，保證教學質量，我們提出基于云計算輔助教學（Clouds Computing Assisted Instruction，CCAI）的SPOC 教學模式。基于CCAI的SPOC教學模式在信息論與編碼課程教學改革中具有必要性和重要意義。

[關鍵詞]信息論與編碼；云計算；SPOC；教學理念

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）05-0017-03

信息論與編碼課程[1]是我校信息與通信工程專業重要的專業基礎課程之一，是一門運用概率論和數理統計等數學工具來研究各類通信系統的一般規律以及通信系統各組成部分統計特性的綜合性強、涉及學科廣泛的課程。

信息論是現代信息科學的重要組成部分，是現代通信、信息技術飛速發展的理論支撐。信息論與編碼課程的學習要求學生具有良好的數學基礎。課程涉及積分運算，矩陣運算，群、域、環的概念和理論，數值分析的理論，計算機迭代算法，香農三大定理的證明等，幾乎涵蓋了理工科學生所學的全部數學知識。同時課程中很多概念非常抽象，比如信息、自信息量、平均互信息等，為教學帶來了很大困難。教學過程中學生普遍反映公式定理繁雜、枯燥、難懂，內容、概念抽象，難于理解，學習興趣不高，因而教學往往達不到預期的效果。

近年來，大型開放式網絡課程，即MOOC（massive open online courses）的興起突破了傳統課程時間、空間的限制。同時，隨著云計算技術的成熟，依托互聯網，學生隨時隨地就可學習到國內外著名高校課程。然而，目前網絡開放課程的應用仍然存在一些問題，比如學習者間缺乏交流協作，由于參與者眾多，導致師生互動不足、教學效果考察手段欠缺，傳統平臺缺乏靈活性，都阻礙了網絡開放課程的廣泛應用，造成了許多優質教育資源的閑置與浪費。

本教學小組嘗試將基于“云計算輔助教學”（ Cloud Computing Assisted Instructions，CCAI）的SPOC（Small Pri？鄄vate Online Course小規模限制性在線課程）教學模式引入信息論與編碼課程教學中，積極探索并設計出新的有利于促進學生自主學習，提升其創新思維和工程實踐能力的全新教學模式，以提升人才培養質量，實現信息論與編碼課程教學管理信息化、資源建設動態化、師生交流常態化、學生學習終身化的可能，使學習無處不在、無時不在。

一、CCAI和SPOC簡介

（一）云計算輔助教學

美國國家標準與技術研究院（NIST）[2][3]定義云計算是“一種提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問， 進入可配置的計算資源共享池，這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互的模型”。

CCAI[4]是目前較為前沿的信息化教育技術，是指學校和教師利用云計算支持的教育“云服務”，構建個性化教學的信息化環境，支持教師的有效教學和學生的自主學習，促進學生思維能力和群體智慧發展，提高教育質量的教學模式。CCAI的意義，不是簡單的教學方法的轉變，而是教育理念上的重大變革，其廣泛應用必定開創教育的新時代，加快我國教育信息化的進程。

（二）SPOC教學方法

SPOC即小規模限制性在線課程[5][6][7][8]（ Small Pri？鄄vate Online Course），是混合學習視角下對MOOC 的一種延續和創新。與MOOC使教師有機會服務于全球不同，SPOC讓教師更多地回歸校園，回歸小型在線課堂，將在線教學與傳統課堂教學完美結合，真正實現翻轉課堂[9][10][11][12]與混合教學。課前，教師是課程資源的學習者和整合者，根據學生需求整合各種線上和實體資源。課堂上，教師是指導者，組織學生分組研討，隨時為他們提供個性化指導，共同解決遇到的難題。與傳統課堂相比，SPOC的在線視頻教學使學生們的參與度更高，同時可以激發教師的教學熱情和課堂活力。

二、開展基于CCAI的SPOC教學模式在信息論與編碼課程教學改革的必要性和意義

信息論與編碼課程是我校電子信息與通信工程專業一門重要的專業基礎課程，具有課程內容抽象，涉及數學基礎知識廣泛，公式復雜、眾多及數學推導繁雜的特點。學生學習興趣不高，使教學達不到預期的效果。

目前，以學生為主導的個人學習環境成為網絡學習發展的必然趨勢。[13][14][15][16]CCAI和SPOC的新理念和新方法，可根據學生不同學習風格和水平提供個性化學習的支持服務，將促進教育信息化的發展和教育觀念的改變。

基于CCAI的SPOC教學模式具有以下優勢：

（一）學習方式不受時空限制

采用線上線下相結合的混合式教學模式。首先教師將學習內容、相關參考資料和教學視頻等存放在云計算平臺中，學生根據自己的時間利用終端訪問所需的學習內容。

教師在課外對線上自主學習環節，應給出本次課的重點和難點、關鍵問題，為學生查詢相關資料提供指導，降低學生自主學習的盲目性，從而提高翻轉課堂的教學效果。

（二）自主學習和互動學習相結合

在基于CCAI的SPOC教學模式下，學生可根據自己的基礎知識掌握情況自主選擇相應的學習模式進行學習。學生可通過虛擬社區，與教師、同學進行互動交流，解決學習中遇到的困難。知識講解環節不再是傳統的灌輸模式，而是針對學生自主學習時的盲點或理解不正確的地方進行詳細、重點的講解，自主和互動式學習將提高學生學習課程的積極性和主動性。

（三）提高學習興趣

以“教”為中心的教學，缺乏自主創新意識，難以調動學生學習的能動性，學生無法感受學習的樂趣以及解決問題的成就感。而以學生為中心的教學，能夠充分發揮學生的自主能力和創新能力。將全新的技術引入教學中，能夠激發學生的學習熱情，變被動學習為主動作為。

（四）實現學習資源共享

各級教育機構、高校和教育企業建設了大量的教育信息資源，我們正在實現傳統教育資源庫向云服務環境的轉變。[13]學生不僅可以使用本校的教學資源，還可通過云平臺使用其他高校的資源，從而提高資源的利用率。比如，我校可提供上海交通大學、西安電子科技大學、國防科技大學的信息論國家精品課程，MIT 開放課程，Stanford 的信息論課程等。

堅持以“培養能力為導向”，以“服務學生為核心”的基本原則，課堂教學模式正從以教師講授為主，逐步轉變為以學生自主獲取知識為主導。每個學生可根據自己的學習情況選擇有針對性的在線學習，以更好地實現“因材施教”。這正是我們提出基于CCAI的SPOC教學模式的意義和目的所在。

三、開展基于CCAI的SPOC教學模式在信息論與編碼課程教學改革中的基本思路

在CCAI的基礎上采用SPOC教學方法，首先需要建設優質的教學視頻資源，其次要設計在線運行系統和課堂運行系統，并設置配套的考核體系。在對CCAI和SPOC 進行深入了解之后， 本教學小組結合信息論與編碼這門課程的特點，提出了基于CCAI的SPOC教學模式在信息論與編碼課程教學改革的基本思路， 具體闡述如下：

從信息論與編碼課程的內容來看，其強調基礎性和實用性，包括信息論基礎知識（理論）和香農三大定理（實踐）兩大部分內容。SPOC建設也是圍繞這兩方面展開，如圖1。

（一）基礎知識——通過基于CCAI的SPOC實現混合教學[7]

學生在課前自主學習階段以觀看教學視頻為主。優質的視頻教材是激發學生自主學習的重要因素，通過觀看教學視頻學生完成知識的第一次內化。教學視頻的制作則成為一個非常重要而且艱巨的任務。

制作教學視頻時，需要注意以下幾個方面：①教學內容，應針對某一個特定的問題，不宜過于深奧。② 時間長度的安排控制在學生注意力比較集中的時間范圍內，一般為5-10 分鐘。③ 錄制形式多樣化。④在視頻中融入問題、任務、作業等元素，以督促學生學習，確保學習質量。

以往的教學經驗顯示，學生對基礎理論知識的掌握并不理想，這部分內容應采用“課前預習—課堂講授（研討）—課后練習”方式進行教學。在線教學視頻提供課前預習的知識要點，結合小組討論，幫助學生明確課程的重、難點。由于做了課前預習，在課堂講授中，學生的聽課效率會明顯提高，開展課堂討論也更為容易。

（二）香農三大編碼定理（實踐）——通過基于CCAI的SPOC實現翻轉課堂[8][9][10][11][12]

在完成基礎理論學習的基礎上，通過SPOC 教學方法來實現翻轉課堂，進一步調動起學生自主學習、自我探索的激情。

SPOC的翻轉課堂采用的是線上線下相結合的混合式教學模式。在線教學要起到指引的作用，教師在在線教學中依據教學內容設置具有針對性，能暴露學生知識的漏洞，引發學生的創新思考，引導學生學會學習，幫助學生思考的問題。學生預先對教學核心內容進行自主學習，查閱參考文獻，撰寫閱讀筆記，進行初步的小組研討。

在師生互動方面，可以在學習本課程的學生中建立一個討論群，教師發布討論問題，讓學生隨時參與討論。教師可以通過云空間平臺布置作業，建立試題庫，發布試卷，學生在規定時間內完成所有作業和試卷。

在這種模式下，學生可以隨時登錄平臺進行學習，也可在交流區進行在線討論，教師在線答疑解惑，突破了傳統課程時間、空間的限制[5][6][7][8]，但這需要學習者具有較強的自律性和自主學習能力才能按時完成課程學習內容。

課堂上教師不再以“講授知識”為主，而是將更多的時間與精力用于有針對性地答疑解惑、組織深度研討等。

（三）考核體系設計

為了提高教學質量，達到較好的教學效果，教師需要設置嚴格的考核體系。

根據信息論與編碼課程的特點設計相應的考核體系，包括線上考核（教學視頻的觀看率、習題完成的正確率、討論交流的發言率），課堂考核（考勤、課堂提問、小組研討），論文撰寫（閱讀筆記、專業論文寫作），期末考試（課堂測試、在線測試）等方面。

總之，基于CCAI的SPOC 教學方法需要充分運用云空間技術建設豐富的視頻資源，設置合理可行的課堂內外運行系統和嚴格的考核體系。[14][15][16]

四、結語

以往的教學實踐和相關文獻顯示，信息論與編碼課程的教學中存在兩個核心問題：一是課程內容抽象枯燥，教學手段單一，難以調動學生學習的主觀能動性；二是現行的考核方式單一，導致學生在理論知識掌握與工程實踐能力上失衡。

針對這些問題，本教學小組提出基于CCAI的SPOC 教學模式，并應用于信息論與編碼課程教學中；牢牢把握SPOC教學的精髓，構建自主學習和交互學習的課堂，堅持以“能力為導向”，以“服務學生為核心”的基本原則；注重學生綜合實踐能力和創新能力的培養，強調學生自主學習能力的培養，以期最終達到提高教學質量的目的。

[ 參 考 文 獻 ]

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[7] 韓萬江，張笑燕，陸天波，孫藝.基于SPOC的混合式教學模式課程建設初探——以“軟件項目管理”課程為例[J].工業和信息化教育，2015（11）：38-42.

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[15] 閆娜.云計算輔助教學在高職教育中的應用研究[J].辦公自動化（綜合版），2015（8）：61-62.

[16] 李娟，汪冰峰.高校基于云空間的SPOC教學方法創新研究[J].創新與創業教育，2015（5）：53-55.

[17] 陳璐.探析基于信息化平臺下物流專業核心課程數字化教學資源庫的開發[J].大學教育，2012（6）：122.

[責任編輯：鐘 嵐]