楊世永 梧州學(xué)院電子信息工程系，廣西 梧州 543002

信息論與編碼課程教學(xué)改革初探

楊世永 梧州學(xué)院電子信息工程系，廣西 梧州 543002

針對(duì)信息論與編碼課程的特點(diǎn)以及目前課程教學(xué)中存在的一些問題，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)實(shí)踐等方面進(jìn)行了一些課程教學(xué)改革的探索。教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，通過教改取得了良好的教學(xué)效果。

信息論；編碼；教學(xué)方法；教學(xué)改革

當(dāng)歷史的腳步邁入21世紀(jì)，人類進(jìn)入了一個(gè)信息化時(shí)代，以微電子技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，極大地推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著信息技術(shù)的推廣及信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，信息技術(shù)類專業(yè)技術(shù)人員的社會(huì)需求量越來越大。為了培養(yǎng)更多高素質(zhì)的信息技術(shù)類專業(yè)技術(shù)人才，以適應(yīng)社會(huì)需要，各高校紛紛在大學(xué)本科階段增設(shè)或者更加普遍地開設(shè)與信息有關(guān)的課程。

信息論與編碼是電子信息工程、通信工程和信息與計(jì)算科學(xué)等專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。如何優(yōu)化信息論與編碼的教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量與效果，增進(jìn)學(xué)生分析問題和解決實(shí)際問題的能力，以培養(yǎng)適合于信息時(shí)代需要的人才，成為時(shí)下各高校信息論與編碼課程教師所要努力的目標(biāo)。依據(jù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式及原則，我們?cè)谛畔⒄撆c編碼課程教學(xué)中，針對(duì)信息論與編碼課程內(nèi)容的特點(diǎn)以及目前教學(xué)中存在的一些問題，對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行一些課程教學(xué)改革的探索，提出該課程在教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)需要的改進(jìn)之處，探討該課程教學(xué)的新模式。

1、端正學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

信息論與編碼課程涉及大量數(shù)學(xué)知識(shí)，差不多牽涉了理工科學(xué)生所學(xué)的大部分?jǐn)?shù)學(xué)知識(shí)，主要包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、離散數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)過程以及數(shù)值分析等。前述數(shù)學(xué)知識(shí)本身比較復(fù)雜、抽象，并與一些通信方面的基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)穿插在一起，而工科學(xué)生一般來說在前述方面又恰恰是薄弱環(huán)節(jié)，因此他們?cè)趯W(xué)習(xí)的過程中往往覺得非常抽象和枯燥，比較難以接受，進(jìn)而容易形成畏難情緒，并失去學(xué)習(xí)興趣。此外，由于信息論與編碼課程的大部分內(nèi)容都是基本概念和基礎(chǔ)理論，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，會(huì)不自覺地將信息論與編碼同其它專業(yè)課進(jìn)行橫向比較，誤以為信息論學(xué)習(xí)好壞對(duì)其他專業(yè)課似乎影響不大，甚至還有些學(xué)生認(rèn)為信息論與編碼不像某些專業(yè)課那樣對(duì)他們以后找工作影響很大，進(jìn)而讓他們認(rèn)為信息論理論性過強(qiáng)，若不從事科學(xué)研究似乎沒有學(xué)習(xí)的必要，因而忽視了信息論的重要價(jià)值。這些因素勢(shì)必會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，從而影響整個(gè)課程的教學(xué)效果。

針對(duì)前述問題，在信息論與編碼課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)該課程的學(xué)科背景，引導(dǎo)學(xué)生建立必要的學(xué)科體系思想。20世紀(jì)80年代以來，隨著網(wǎng)絡(luò)、通信和信息技術(shù)的突破性進(jìn)展，因特網(wǎng)在全球迅速增長并廣泛普及。由于信息技術(shù)的推動(dòng)，人類社會(huì)與經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人類已進(jìn)入了信息化時(shí)代。因而，信息觀念和信息處理能力成為時(shí)代的需求，成為21世紀(jì)新型人才所必備的基本素養(yǎng)。信息論與編碼理論是信息技術(shù)發(fā)展的基本理論，因而學(xué)好這門課程就顯得尤為必要和重要。通過對(duì)信息論與編碼理論重要性的強(qiáng)調(diào)，讓學(xué)生端正態(tài)度，正確認(rèn)識(shí)該課程，從而形成學(xué)習(xí)的自覺性。

再者，通過采取將授課內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)生活實(shí)踐緊密相結(jié)合的方法，來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，為了讓學(xué)生了解信道編碼的實(shí)際應(yīng)用，可以將一張CD光盤在桌面上輕輕摩擦幾下，讓學(xué)生親眼看到光盤上的劃痕，然后將光盤放入電腦中讀取數(shù)據(jù)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于摩擦引起的劃痕并沒有影響到光盤中的數(shù)據(jù)，這是由于光盤的存取采用了信道編碼技術(shù)，可以有效糾正由于介質(zhì)損壞、磁（光）頭污染等引起的差錯(cuò)。通過這樣的實(shí)例演示，既可以拓展學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，又可使學(xué)生對(duì)信息論與編碼課程產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

2、避開繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和證明，注重基本概念和定理的物理意義

如前所述，信息論與編碼課程涉及大量的數(shù)學(xué)知識(shí)。如：在討論連續(xù)信源熵時(shí)，需要對(duì)連續(xù)信源概率密度進(jìn)行積分運(yùn)算；在討論離散信源熵的最大值或信道容量的最大值時(shí)，要計(jì)算多元函數(shù)的條件極值；在討論糾錯(cuò)編碼中生成矩陣和一致校驗(yàn)矩陣的關(guān)系時(shí)，需要用到矩陣的運(yùn)算和性質(zhì)；對(duì)于一般信道無法計(jì)算信道容量的精確解，需要利用數(shù)值分析的理論和方法設(shè)計(jì)迭代算法求取它的近似解。此外，信息論中很多定理都伴隨著復(fù)雜的數(shù)學(xué)證明。

信息論與編碼課程中的理論和結(jié)論往往通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方式得出，而已有的經(jīng)驗(yàn)卻表明：過多的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和證明會(huì)使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中覺得非常抽象和枯燥，接受起來比較困難，對(duì)于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不是很好的工科學(xué)生容易形成畏難情緒，從而漸漸失去學(xué)習(xí)興趣。因此，在信息論與編碼課程教學(xué)中，除了進(jìn)行必要的推導(dǎo)外，應(yīng)該盡量避開繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和證明，將重點(diǎn)放在基本概念和定理的物理意義和應(yīng)用上。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，為了使抽象難懂的理論知識(shí)變得生動(dòng)形象，讓學(xué)生容易理解和記憶，較好的方式就是多講其物理意義和實(shí)際應(yīng)用，在教學(xué)過程中利用一些生活中的趣味性的實(shí)例來描述和解釋所學(xué)的基本概念和基本原理。例如，可以把教師授課、學(xué)生聽講的過程抽象成一個(gè)通信系統(tǒng)模型，讓學(xué)生自己討論在整個(gè)授課環(huán)節(jié)中，信源、信道和信宿分別對(duì)應(yīng)的是哪些人或事物？信息是如何傳輸?shù)?？為什么老師?jīng)常重復(fù)某些知識(shí)點(diǎn)等等，這些問題都可以讓學(xué)生把常見的事情抽象為信息論與編碼課程里面的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。通過這些生活中經(jīng)常遇到的事例的講解和類比，讓學(xué)生深刻體會(huì)所學(xué)的理論知識(shí)，并讓學(xué)生了解信息論與編碼課程中的知識(shí)與實(shí)際生活的關(guān)聯(lián)，從而使他們感受到該學(xué)科的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3、提煉教學(xué)內(nèi)容，精心組織教學(xué)

由于信息論與編碼課程涉及內(nèi)容較多，前后知識(shí)聯(lián)系緊密，且抽象性和邏輯性都很強(qiáng)，因而在教學(xué)中需要合理地篩選授課內(nèi)容。當(dāng)前的信息處理及編碼技術(shù)已大多改進(jìn)為數(shù)字處理方法，通信系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)器等模擬模塊已經(jīng)產(chǎn)品化，這就降低了對(duì)模擬信號(hào)處理的要求。信息論與編碼作為通信的理論基礎(chǔ)，其教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)也該順應(yīng)當(dāng)前的科學(xué)發(fā)展需求。因此在教學(xué)內(nèi)容安排方面，應(yīng)適當(dāng)減少連續(xù)信源理論、連續(xù)信道容量等相關(guān)內(nèi)容，對(duì)連續(xù)信源理論及信道容量等有關(guān)內(nèi)容僅簡(jiǎn)單介紹相關(guān)分析步驟以及有關(guān)結(jié)論，將教學(xué)重點(diǎn)放在離散信源理論及其信道容量等方面。

在側(cè)重基本概念、基本原理和基本方法的同時(shí)，結(jié)合電子信息工程專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，重點(diǎn)講授基礎(chǔ)的或者帶有普遍意義的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)相似知識(shí)點(diǎn)只進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹；對(duì)理論性太強(qiáng)的內(nèi)容只讓學(xué)生掌握其內(nèi)在涵義即可，忽略其嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程；對(duì)應(yīng)用性較強(qiáng)的內(nèi)容則要求學(xué)生不但要掌握其實(shí)現(xiàn)方法，更要理解其內(nèi)在涵義，領(lǐng)略其精髓。

4、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)，提高其動(dòng)手能力，培養(yǎng)其分析問題和解決問題的能力，均有十分重要的作用。現(xiàn)在高校的信息論與編碼課程主要集中在理論知識(shí)的教學(xué)，很少開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有的高校甚至沒有開設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。然而信息論與編碼實(shí)際上是一門理論和實(shí)踐緊密相結(jié)合的課程，若僅僅停留在理論知識(shí)的教學(xué)，忽視實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，學(xué)生學(xué)到的就是比較抽象的理論知識(shí)，因而難以調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣，也難以讓他們認(rèn)識(shí)到該課程的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，因而有必要在講授理論知識(shí)的同時(shí)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)；有必要根據(jù)信息論與編碼課程的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合電子信息工程專業(yè)學(xué)生編程能力較強(qiáng)這一特點(diǎn)，開展信源編碼（香農(nóng)碼、費(fèi)諾碼和哈夫曼碼）和信道編碼（卷積碼）的編譯碼實(shí)驗(yàn)教學(xué)；有必要為每個(gè)實(shí)驗(yàn)給出算法和實(shí)驗(yàn)要求，讓學(xué)生用C/C++編程語言來實(shí)現(xiàn)。通過實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，彌補(bǔ)課程內(nèi)容概念抽象、難以理解的不足，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其分析問題、解決問題和實(shí)際動(dòng)手的能力。

5、結(jié)語

鑒于信息論與編碼課程自身的特點(diǎn)，其教學(xué)是一項(xiàng)系統(tǒng)而又復(fù)雜的工作。以上只是在信息論與編碼課程教學(xué)改革過程中的初步探索和實(shí)踐，但課程改革創(chuàng)新或新的教學(xué)模式的探討，需要與時(shí)俱進(jìn)，需要任課教師更多的后續(xù)努力。當(dāng)然，只要所有該課程的任課教師正確地引導(dǎo)學(xué)生，采用形式多樣的教學(xué)方法和手段，開展緊密聯(lián)系實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)學(xué)校加大基礎(chǔ)設(shè)施投入，努力改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境，信息論與編碼這門課程必定能發(fā)展成具有專業(yè)特色的課程，培養(yǎng)出更多的適合信息時(shí)代的專業(yè)人才。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.24.143

新世紀(jì)廣西高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目（2010JGZ038）；梧州學(xué)院教改基金資助（WYGJ2011A002）

楊世永（1978- ），男，講師，碩士，主要從事信號(hào)處理和通信與信息系統(tǒng)方面的教學(xué)和科研。