高山　馬林華　任宇環(huán)　畢篤彥

[摘 要]以云計算（Cloud Computing）為支撐的在線學(xué)習(xí)，是目前高校適應(yīng)信息化社會而進行教學(xué)改革的一種新形勢。SPOC教學(xué)是針對高校大學(xué)生而實施的一種小規(guī)模限制性在線課程的教學(xué)方法。為了更好地體現(xiàn)在線教學(xué)的優(yōu)勢，保證教學(xué)質(zhì)量，我們提出基于云計算輔助教學(xué)（Clouds Computing Assisted Instruction，CCAI）的SPOC 教學(xué)模式?；贑CAI的SPOC教學(xué)模式在信息論與編碼課程教學(xué)改革中具有必要性和重要意義。

[關(guān)鍵詞]信息論與編碼；云計算；SPOC；教學(xué)理念

[中圖分類號] G642.0 [文獻標(biāo)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(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，是一門運用概率論和數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學(xué)工具來研究各類通信系統(tǒng)的一般規(guī)律以及通信系統(tǒng)各組成部分統(tǒng)計特性的綜合性強、涉及學(xué)科廣泛的課程。

信息論是現(xiàn)代信息科學(xué)的重要組成部分，是現(xiàn)代通信、信息技術(shù)飛速發(fā)展的理論支撐。信息論與編碼課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。課程涉及積分運算，矩陣運算，群、域、環(huán)的概念和理論，數(shù)值分析的理論，計算機迭代算法，香農(nóng)三大定理的證明等，幾乎涵蓋了理工科學(xué)生所學(xué)的全部數(shù)學(xué)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(xué)帶來了很大困難。教學(xué)過程中學(xué)生普遍反映公式定理繁雜、枯燥、難懂，內(nèi)容、概念抽象，難于理解，學(xué)習(xí)興趣不高，因而教學(xué)往往達不到預(yù)期的效果。

近年來，大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程，即MOOC（massive open online courses）的興起突破了傳統(tǒng)課程時間、空間的限制。同時，隨著云計算技術(shù)的成熟，依托互聯(lián)網(wǎng)，學(xué)生隨時隨地就可學(xué)習(xí)到國內(nèi)外著名高校課程。然而，目前網(wǎng)絡(luò)開放課程的應(yīng)用仍然存在一些問題，比如學(xué)習(xí)者間缺乏交流協(xié)作，由于參與者眾多，導(dǎo)致師生互動不足、教學(xué)效果考察手段欠缺，傳統(tǒng)平臺缺乏靈活性，都阻礙了網(wǎng)絡(luò)開放課程的廣泛應(yīng)用，造成了許多優(yōu)質(zhì)教育資源的閑置與浪費。

本教學(xué)小組嘗試將基于“云計算輔助教學(xué)”（ Cloud Computing Assisted Instructions，CCAI）的SPOC（Small Pri？鄄vate Online Course小規(guī)模限制性在線課程）教學(xué)模式引入信息論與編碼課程教學(xué)中，積極探索并設(shè)計出新的有利于促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提升其創(chuàng)新思維和工程實踐能力的全新教學(xué)模式，以提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，實現(xiàn)信息論與編碼課程教學(xué)管理信息化、資源建設(shè)動態(tài)化、師生交流常態(tài)化、學(xué)生學(xué)習(xí)終身化的可能，使學(xué)習(xí)無處不在、無時不在。

一、CCAI和SPOC簡介

（一）云計算輔助教學(xué)

美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)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(wǎng)絡(luò)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(wù)供應(yīng)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(shù)，是指學(xué)校和教師利用云計算支持的教育“云服務(wù)”，構(gòu)建個性化教學(xué)的信息化環(huán)境，支持教師的有效教學(xué)和學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，促進學(xué)生思維能力和群體智慧發(fā)展，提高教育質(zhì)量的教學(xué)模式。CCAI的意義，不是簡單的教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變，而是教育理念上的重大變革，其廣泛應(yīng)用必定開創(chuàng)教育的新時代，加快我國教育信息化的進程。

（二）SPOC教學(xué)方法

SPOC即小規(guī)模限制性在線課程[5][6][7][8]（ Small Pri？鄄vate Online Course），是混合學(xué)習(xí)視角下對MOOC 的一種延續(xù)和創(chuàng)新。與MOOC使教師有機會服務(wù)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(xué)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)完美結(jié)合，真正實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂[9][10][11][12]與混合教學(xué)。課前，教師是課程資源的學(xué)習(xí)者和整合者，根據(jù)學(xué)生需求整合各種線上和實體資源。課堂上，教師是指導(dǎo)者，組織學(xué)生分組研討，隨時為他們提供個性化指導(dǎo)，共同解決遇到的難題。與傳統(tǒng)課堂相比，SPOC的在線視頻教學(xué)使學(xué)生們的參與度更高，同時可以激發(fā)教師的教學(xué)熱情和課堂活力。

二、開展基于CCAI的SPOC教學(xué)模式在信息論與編碼課程教學(xué)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(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有課程內(nèi)容抽象，涉及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識廣泛，公式復(fù)雜、眾多及數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁雜的特點。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，使教學(xué)達不到預(yù)期的效果。

目前，以學(xué)生為主導(dǎo)的個人學(xué)習(xí)環(huán)境成為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)發(fā)展的必然趨勢。[13][14][15][16]CCAI和SPOC的新理念和新方法，可根據(jù)學(xué)生不同學(xué)習(xí)風(fēng)格和水平提供個性化學(xué)習(xí)的支持服務(wù)，將促進教育信息化的發(fā)展和教育觀念的改變。

基于CCAI的SPOC教學(xué)模式具有以下優(yōu)勢：

（一）學(xué)習(xí)方式不受時空限制

采用線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。首先教師將學(xué)習(xí)內(nèi)容、相關(guān)參考資料和教學(xué)視頻等存放在云計算平臺中，學(xué)生根據(jù)自己的時間利用終端訪問所需的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

教師在課外對線上自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，應(yīng)給出本次課的重點和難點、關(guān)鍵問題，為學(xué)生查詢相關(guān)資料提供指導(dǎo)，降低學(xué)生自主學(xué)習(xí)的盲目性，從而提高翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果。

（二）自主學(xué)習(xí)和互動學(xué)習(xí)相結(jié)合

在基于CCAI的SPOC教學(xué)模式下，學(xué)生可根據(jù)自己的基礎(chǔ)知識掌握情況自主選擇相應(yīng)的學(xué)習(xí)模式進行學(xué)習(xí)。學(xué)生可通過虛擬社區(qū)，與教師、同學(xué)進行互動交流，解決學(xué)習(xí)中遇到的困難。知識講解環(huán)節(jié)不再是傳統(tǒng)的灌輸模式，而是針對學(xué)生自主學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)將提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程的積極性和主動性。

（三）提高學(xué)習(xí)興趣

以“教”為中心的教學(xué)，缺乏自主創(chuàng)新意識，難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性，學(xué)生無法感受學(xué)習(xí)的樂趣以及解決問題的成就感。而以學(xué)生為中心的教學(xué)，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的自主能力和創(chuàng)新能力。將全新的技術(shù)引入教學(xué)中，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，變被動學(xué)習(xí)為主動作為。

（四）實現(xiàn)學(xué)習(xí)資源共享

各級教育機構(gòu)、高校和教育企業(yè)建設(shè)了大量的教育信息資源，我們正在實現(xiàn)傳統(tǒng)教育資源庫向云服務(wù)環(huán)境的轉(zhuǎn)變。[13]學(xué)生不僅可以使用本校的教學(xué)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?？商峁┥虾＝煌ù髮W(xué)、西安電子科技大學(xué)、國防科技大學(xué)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(yǎng)能力為導(dǎo)向”，以“服務(wù)學(xué)生為核心”的基本原則，課堂教學(xué)模式正從以教師講授為主，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生自主獲取知識為主導(dǎo)。每個學(xué)生可根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況選擇有針對性的在線學(xué)習(xí)，以更好地實現(xiàn)“因材施教”。這正是我們提出基于CCAI的SPOC教學(xué)模式的意義和目的所在。

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

在CCAI的基礎(chǔ)上采用SPOC教學(xué)方法，首先需要建設(shè)優(yōu)質(zhì)的教學(xué)視頻資源，其次要設(shè)計在線運行系統(tǒng)和課堂運行系統(tǒng)，并設(shè)置配套的考核體系。在對CCAI和SPOC 進行深入了解之后， 本教學(xué)小組結(jié)合信息論與編碼這門課程的特點，提出了基于CCAI的SPOC教學(xué)模式在信息論與編碼課程教學(xué)改革的基本思路， 具體闡述如下：

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

（一）基礎(chǔ)知識——通過基于CCAI的SPOC實現(xiàn)混合教學(xué)[7]

學(xué)生在課前自主學(xué)習(xí)階段以觀看教學(xué)視頻為主。優(yōu)質(zhì)的視頻教材是激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的重要因素，通過觀看教學(xué)視頻學(xué)生完成知識的第一次內(nèi)化。教學(xué)視頻的制作則成為一個非常重要而且艱巨的任務(wù)。

制作教學(xué)視頻時，需要注意以下幾個方面：①教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)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(xué)生注意力比較集中的時間范圍內(nèi)，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(wù)、作業(yè)等元素，以督促學(xué)生學(xué)習(xí)，確保學(xué)習(xí)質(zhì)量。

以往的教學(xué)經(jīng)驗顯示，學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的掌握并不理想，這部分內(nèi)容應(yīng)采用“課前預(yù)習(xí)—課堂講授（研討）—課后練習(xí)”方式進行教學(xué)。在線教學(xué)視頻提供課前預(yù)習(xí)的知識要點，結(jié)合小組討論，幫助學(xué)生明確課程的重、難點。由于做了課前預(yù)習(xí)，在課堂講授中，學(xué)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(nóng)三大編碼定理（實踐）——通過基于CCAI的SPOC實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂[8][9][10][11][12]

在完成基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過SPOC 教學(xué)方法來實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂，進一步調(diào)動起學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自我探索的激情。

SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂采用的是線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。在線教學(xué)要起到指引的作用，教師在在線教學(xué)中依據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置具有針對性，能暴露學(xué)生知識的漏洞，引發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思考，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生思考的問題。學(xué)生預(yù)先對教學(xué)核心內(nèi)容進行自主學(xué)習(xí)，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(xué)習(xí)本課程的學(xué)生中建立一個討論群，教師發(fā)布討論問題，讓學(xué)生隨時參與討論。教師可以通過云空間平臺布置作業(yè)，建立試題庫，發(fā)布試卷，學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成所有作業(yè)和試卷。

在這種模式下，學(xué)生可以隨時登錄平臺進行學(xué)習(xí)，也可在交流區(qū)進行在線討論，教師在線答疑解惑，突破了傳統(tǒng)課程時間、空間的限制[5][6][7][8]，但這需要學(xué)習(xí)者具有較強的自律性和自主學(xué)習(xí)能力才能按時完成課程學(xué)習(xí)內(nèi)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(shè)計

為了提高教學(xué)質(zhì)量，達到較好的教學(xué)效果，教師需要設(shè)置嚴(yán)格的考核體系。

根據(jù)信息論與編碼課程的特點設(shè)計相應(yīng)的考核體系，包括線上考核（教學(xué)視頻的觀看率、習(xí)題完成的正確率、討論交流的發(fā)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(yè)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(xué)方法需要充分運用云空間技術(shù)建設(shè)豐富的視頻資源，設(shè)置合理可行的課堂內(nèi)外運行系統(tǒng)和嚴(yán)格的考核體系。[14][15][16]

四、結(jié)語

以往的教學(xué)實踐和相關(guān)文獻顯示，信息論與編碼課程的教學(xué)中存在兩個核心問題：一是課程內(nèi)容抽象枯燥，教學(xué)手段單一，難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性；二是現(xiàn)行的考核方式單一，導(dǎo)致學(xué)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(xué)小組提出基于CCAI的SPOC 教學(xué)模式，并應(yīng)用于信息論與編碼課程教學(xué)中；牢牢把握SPOC教學(xué)的精髓，構(gòu)建自主學(xué)習(xí)和交互學(xué)習(xí)的課堂，堅持以“能力為導(dǎo)向”，以“服務(wù)學(xué)生為核心”的基本原則；注重學(xué)生綜合實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，強調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，以期最終達到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

[ 參 考 文 獻 ]

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]