楊世永 梧州學院電子信息工程系，廣西 梧州 543002

信息論與編碼課程教學改革初探

楊世永 梧州學院電子信息工程系，廣西 梧州 543002

針對信息論與編碼課程的特點以及目前課程教學中存在的一些問題，本文從教學內(nèi)容、教學方法和教學實踐等方面進行了一些課程教學改革的探索。教學實踐結果表明，通過教改取得了良好的教學效果。

信息論；編碼；教學方法；教學改革

當歷史的腳步邁入21世紀，人類進入了一個信息化時代，以微電子技術、通信技術以及計算機技術為基礎的信息技術被廣泛應用于各個領域，極大地推動了社會經(jīng)濟的發(fā)展。隨著信息技術的推廣及信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，信息技術類專業(yè)技術人員的社會需求量越來越大。為了培養(yǎng)更多高素質(zhì)的信息技術類專業(yè)技術人才，以適應社會需要，各高校紛紛在大學本科階段增設或者更加普遍地開設與信息有關的課程。

信息論與編碼是電子信息工程、通信工程和信息與計算科學等專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課。如何優(yōu)化信息論與編碼的教學，提高教學質(zhì)量與效果，增進學生分析問題和解決實際問題的能力，以培養(yǎng)適合于信息時代需要的人才，成為時下各高校信息論與編碼課程教師所要努力的目標。依據(jù)應用型人才的培養(yǎng)模式及原則，我們在信息論與編碼課程教學中，針對信息論與編碼課程內(nèi)容的特點以及目前教學中存在的一些問題，對課程的教學內(nèi)容、教學方法和實驗教學進行一些課程教學改革的探索，提出該課程在教學和實驗環(huán)節(jié)需要的改進之處，探討該課程教學的新模式。

1、端正學生的學習態(tài)度，激發(fā)學生的學習興趣

信息論與編碼課程涉及大量數(shù)學知識，差不多牽涉了理工科學生所學的大部分數(shù)學知識，主要包括高等數(shù)學、線性代數(shù)、離散數(shù)學、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、隨機過程以及數(shù)值分析等。前述數(shù)學知識本身比較復雜、抽象，并與一些通信方面的基礎專業(yè)知識穿插在一起，而工科學生一般來說在前述方面又恰恰是薄弱環(huán)節(jié)，因此他們在學習的過程中往往覺得非常抽象和枯燥，比較難以接受，進而容易形成畏難情緒，并失去學習興趣。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理論，學生在學習過程中，會不自覺地將信息論與編碼同其它專業(yè)課進行橫向比較，誤以為信息論學習好壞對其他專業(yè)課似乎影響不大，甚至還有些學生認為信息論與編碼不像某些專業(yè)課那樣對他們以后找工作影響很大，進而讓他們認為信息論理論性過強，若不從事科學研究似乎沒有學習的必要，因而忽視了信息論的重要價值。這些因素勢必會影響學生的學習態(tài)度，從而影響整個課程的教學效果。

針對前述問題，在信息論與編碼課程的教學環(huán)節(jié)中，應強調(diào)該課程的學科背景，引導學生建立必要的學科體系思想。20世紀80年代以來，隨著網(wǎng)絡、通信和信息技術的突破性進展，因特網(wǎng)在全球迅速增長并廣泛普及。由于信息技術的推動，人類社會與經(jīng)濟飛速發(fā)展，人類已進入了信息化時代。因而，信息觀念和信息處理能力成為時代的需求，成為21世紀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發(fā)展的基本理論，因而學好這門課程就顯得尤為必要和重要。通過對信息論與編碼理論重要性的強調(diào)，讓學生端正態(tài)度，正確認識該課程，從而形成學習的自覺性。

再者，通過采取將授課內(nèi)容與現(xiàn)實生活實踐緊密相結合的方法，來激發(fā)學生的學習興趣。例如，為了讓學生了解信道編碼的實際應用，可以將一張CD光盤在桌面上輕輕摩擦幾下，讓學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)。通過實驗發(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，可以有效糾正由于介質(zhì)損壞、磁（光）頭污染等引起的差錯。通過這樣的實例演示，既可以拓展學生的學術視野，又可使學生對信息論與編碼課程產(chǎn)生濃厚的學習興趣。

2、避開繁瑣的數(shù)學推導和證明，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)學知識。如：在討論連續(xù)信源熵時，需要對連續(xù)信源概率密度進行積分運算；在討論離散信源熵的最大值或信道容量的最大值時，要計算多元函數(shù)的條件極值；在討論糾錯編碼中生成矩陣和一致校驗矩陣的關系時，需要用到矩陣的運算和性質(zhì)；對于一般信道無法計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計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雜的數(shù)學證明。

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

3、提煉教學內(nèi)容，精心組織教學

由于信息論與編碼課程涉及內(nèi)容較多，前后知識聯(lián)系緊密，且抽象性和邏輯性都很強，因而在教學中需要合理地篩選授課內(nèi)容。當前的信息處理及編碼技術已大多改進為數(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，這就降低了對模擬信號處理的要求。信息論與編碼作為通信的理論基礎，其教學的側重點也該順應當前的科學發(fā)展需求。因此在教學內(nèi)容安排方面，應適當減少連續(xù)信源理論、連續(xù)信道容量等相關內(nèi)容，對連續(xù)信源理論及信道容量等有關內(nèi)容僅簡單介紹相關分析步驟以及有關結論，將教學重點放在離散信源理論及其信道容量等方面。

在側重基本概念、基本原理和基本方法的同時，結合電子信息工程專業(yè)學生的特點，重點講授基礎的或者帶有普遍意義的知識點，對相似知識點只進行簡單介紹；對理論性太強的內(nèi)容只讓學生掌握其內(nèi)在涵義即可，忽略其嚴格的數(shù)學推導過程；對應用性較強的內(nèi)容則要求學生不但要掌握其實現(xiàn)方法，更要理解其內(nèi)在涵義，領略其精髓。

4、增強實驗環(huán)節(jié)的教學，提高學生的動手能力

實驗教學對于鞏固學生所學的理論知識，提高其動手能力，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?，F(xiàn)在高校的信息論與編碼課程主要集中在理論知識的教學，很少開展相應的實驗教學，有的高校甚至沒有開設實驗教學。然而信息論與編碼實際上是一門理論和實踐緊密相結合的課程，若僅僅停留在理論知識的教學，忽視實驗的教學，學生學到的就是比較抽象的理論知識，因而難以調(diào)動學生對該課程的學習興趣，也難以讓他們認識到該課程的實際應用價值，因而有必要在講授理論知識的同時，加強實驗和實踐環(huán)節(jié)的教學；有必要根據(jù)信息論與編碼課程的教學重點和難點，結合電子信息工程專業(yè)學生編程能力較強這一特點，開展信源編碼（香農(nóng)碼、費諾碼和哈夫曼碼）和信道編碼（卷積碼）的編譯碼實驗教學；有必要為每個實驗給出算法和實驗要求，讓學生用C/C++編程語言來實現(xiàn)。通過實驗的開設，彌補課程內(nèi)容概念抽象、難以理解的不足，調(diào)動學生的學習興趣，提高其分析問題、解決問題和實際動手的能力。

5、結語

鑒于信息論與編碼課程自身的特點，其教學是一項系統(tǒng)而又復雜的工作。以上只是在信息論與編碼課程教學改革過程中的初步探索和實踐，但課程改革創(chuàng)新或新的教學模式的探討，需要與時俱進，需要任課教師更多的后續(xù)努力。當然，只要所有該課程的任課教師正確地引導學生，采用形式多樣的教學方法和手段，開展緊密聯(lián)系實踐的實驗教學，同時學校加大基礎設施投入，努力改善實驗環(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代的專業(yè)人才。

[1] T.M. Cover, J.A.Thomas.Elements of Information theory(2nd Edition) [M].John Wiley &Sons,New York,2006

[2]曹雪虹,張宗橙.信息論與編碼[M].北京：清華大學出版社,2008

[3]陳運.信息論與編碼（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社,2007

[4]鄧家先.信息論與編碼教學改革探討[J].電氣電子教學學報,2007(2):111～114

[5]虞湘賓,徐偉業(yè).信息論與編碼課程教學改革與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2010(3):75～78

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.24.143

新世紀廣西高等教育教學改革工程項目（2010JGZ038）；梧州學院教改基金資助（WYGJ2011A002）

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