摘 要：信息論基礎(chǔ)具有理論性強(qiáng)、抽象難懂、內(nèi)容廣泛的特點(diǎn)。針對(duì)這一狀況，本文對(duì)《信息論基礎(chǔ)》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面分別進(jìn)行探索與實(shí)踐，開發(fā)了一套用于輔助《信息論基礎(chǔ)》課程教學(xué)的仿真軟件，有效的幫助學(xué)生學(xué)習(xí)《信息論基礎(chǔ)》課程，顯著提高學(xué)習(xí)質(zhì)量的同時(shí)，也幫助教師減輕講授負(fù)擔(dān)，使教與學(xué)達(dá)到真正意義上的雙贏。

關(guān)鍵詞：信息論基礎(chǔ) 教學(xué)實(shí)踐 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G633.67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（b）-0200-01

1 《信息論基礎(chǔ)》課程教學(xué)的現(xiàn)狀

（1）雖然目前《信息論基礎(chǔ)》課程都有配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，但是大部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容還都是在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行的。一方面，實(shí)驗(yàn)室由于規(guī)模的限制，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的臺(tái)數(shù)不多，而招生規(guī)模卻在不斷擴(kuò)大，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課時(shí)相對(duì)有限，所以大部分學(xué)生不能得到充分的實(shí)踐練習(xí)和鍛煉；另一方面，實(shí)驗(yàn)箱平臺(tái)所支持的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大都是演示性質(zhì)的，并且實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基本固定學(xué)生只能得到對(duì)實(shí)際通信設(shè)備結(jié)構(gòu)、原理的淺顯認(rèn)識(shí)，而對(duì)通信系統(tǒng)背后的真正工作原理，以及各設(shè)備之間的相互關(guān)聯(lián)是片面和模糊的。

（2）近年來由于我國(guó)向信息化社會(huì)的轉(zhuǎn)變，居于前沿的通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，且其理論研究的發(fā)展大大超前于實(shí)際的市場(chǎng)需求。在這種大環(huán)境下，新的通信技術(shù)必然會(huì)被不斷的引入大學(xué)信息論基礎(chǔ)課程的教學(xué)中來，使課程教學(xué)的負(fù)擔(dān)逐步加重。

上述兩方面的問題直接影響了《信息論基礎(chǔ)》課程的教學(xué)效果，教學(xué)環(huán)境的變化和教學(xué)內(nèi)容的更新擴(kuò)展都需要我們對(duì)教學(xué)思想和教學(xué)方法做出相應(yīng)地變化，這在客觀上要求我們教育工作者去冷靜地思考，探索新的教學(xué)思路和方法。

2 軟件仿真實(shí)驗(yàn)

目前，國(guó)內(nèi)外圍繞《信息論基礎(chǔ)》教學(xué)的現(xiàn)狀，對(duì)《信息論基礎(chǔ)》的教學(xué)改革進(jìn)行了多方面探索[1-2]，其中針對(duì)教學(xué)手段，提出了基于2種仿真軟件SystemView和Matlab來輔助教學(xué)[3-4]。軟件仿真技術(shù)正日益融入許多經(jīng)典的專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)中，軟件仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容靈活、設(shè)計(jì)性強(qiáng)，與基本理論相互補(bǔ)充，與硬件實(shí)驗(yàn)相互彌補(bǔ)。

但對(duì)于信息論基礎(chǔ)課程來說，Matlab和SystemView都有不足之處。Matlab功能強(qiáng)大，集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理、圖像顯示等多種功能于一體，提供了一個(gè)高性能的科學(xué)計(jì)算環(huán)境，通用于多個(gè)領(lǐng)域，雖然有專用的通信函數(shù)庫和工具箱，但本科生在使用這些函數(shù)搭建通信系統(tǒng)的過程中，經(jīng)常碰到困難。一方面是因?yàn)镸atlab的幫助文檔是英文的，本科生對(duì)于英文的理解還存在很大困難。另一方面是因?yàn)閷W(xué)生在把理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)語言時(shí)存在困難，這主要是關(guān)于這樣的實(shí)踐在教學(xué)過程中很少受到重視。

而SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真，能滿足從信號(hào)處理、濾波設(shè)計(jì)到復(fù)雜的通信系統(tǒng)仿真等要求。雖然其操作簡(jiǎn)單，只需要拖動(dòng)鼠標(biāo)和輸入一些模塊參數(shù)，無需編寫復(fù)雜的程序語言，就可看到仿真結(jié)果。但對(duì)于本科生來說，這樣的仿真結(jié)果只是讓他們看到信號(hào)參數(shù)的改變對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的影響，卻不知道仿真背后的原理和各個(gè)模塊之間的聯(lián)系，不能達(dá)到教學(xué)的真正目的。

3 基于C語言的軟件仿真

針對(duì)這些仿真軟件對(duì)于信息論基礎(chǔ)教學(xué)存在的局限，本項(xiàng)目利用C語言可視化編程的強(qiáng)大功能，開發(fā)一套更適用于信息論基礎(chǔ)教學(xué)的仿真軟件。我們從功能上把該仿真軟件分為三部分：信息論基礎(chǔ)各章節(jié)基本知識(shí)輔助理解；搭建實(shí)際無線通信系統(tǒng)；最新科研成果展示。

在“信息論基礎(chǔ)各章節(jié)基本知識(shí)”模塊中主要包括離散信源的信息熵、平均互信息及平均條件互信息、信道容量及其一般計(jì)算方法、連續(xù)信源熵、等長(zhǎng)信源編碼、變長(zhǎng)信源編碼、錯(cuò)誤概率和譯碼規(guī)則、有噪信道編碼、信息率失真函數(shù)及其性質(zhì)、霍夫曼編碼、費(fèi)諾編碼、游程編碼、差錯(cuò)控制、線性分組碼、卷積碼、聯(lián)合信源信道編碼等知識(shí)點(diǎn)?！按罱▽?shí)際無線通信系統(tǒng)”模塊將搭建多個(gè)無線通信系統(tǒng)，如COFDM系統(tǒng)仿真、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶通信系統(tǒng)、移動(dòng)通信系統(tǒng)等。在軟件設(shè)計(jì)中把原理框圖和仿真框圖一起在界面上給出來，對(duì)應(yīng)的程序代碼是開放的，這樣不僅把通信系統(tǒng)的整體概念完整的展示出來，而且把信息論基礎(chǔ)課程的各重要知識(shí)點(diǎn)聯(lián)結(jié)起來；“最新科研成果展示”模塊將教研室中教師們的科研成果展示出來，目前主要包括網(wǎng)絡(luò)編碼研究、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究、GPS和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究、視頻編碼研究、光纖通信研究等方向。

4 將軟件仿真應(yīng)用于教與學(xué)中

這是很重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，考驗(yàn)該仿真軟件是否真正起到輔助作用。該仿真軟件計(jì)劃在三個(gè)方面輔助教與學(xué)。第一方面，教師在課堂授課過程中現(xiàn)場(chǎng)使用該仿真軟件。教學(xué)內(nèi)容中常常涉及信號(hào)的處理過程，傳統(tǒng)的方法是通過畫框圖和數(shù)學(xué)公式將其表達(dá)出來，但若在課堂上使用該仿真軟件，可動(dòng)態(tài)仿真信號(hào)的處理過程，產(chǎn)生各種生動(dòng)直觀的信號(hào)波形和頻譜圖，不僅能夠幫助學(xué)生理解信號(hào)處理的全過程，也能幫助他們理解相應(yīng)數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)。第二方面，教師在備課過程中使用該仿真軟件。教師在備課的時(shí)候經(jīng)常遇到要驗(yàn)證教材中一些公式和圖形，以及一些習(xí)題中的畫圖，這時(shí)教師可以靈活使用該仿真軟件中相關(guān)的一些模塊來幫助完成。第三方面，學(xué)生在課后使用該仿真軟件。該軟件的仿真框圖和代碼是開放的，學(xué)生可以在課后深入學(xué)習(xí)。老師也可以通過安排一些課程設(shè)計(jì)題目，讓學(xué)生在模仿該軟件的基礎(chǔ)上，加入一些子模塊，形成新的通信系統(tǒng)。

5 結(jié)語

本文創(chuàng)造性的研究開發(fā)基于C語言的輔助教學(xué)軟件，在我校通信工程專業(yè)本科生《信息論基礎(chǔ)》課程教學(xué)中取得了較好的教學(xué)效果。搭建的實(shí)際無線通信仿真系統(tǒng)，能夠虛擬現(xiàn)實(shí)通信系統(tǒng)，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的概念，對(duì)通信系統(tǒng)有完整系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)；通過觀察輸出通信系統(tǒng)中各子模塊的仿真結(jié)果，配合上老師的仔細(xì)講解，幫助學(xué)生理解各個(gè)子模塊之間的聯(lián)系，從而達(dá)到不只看見“森林”，也看見“樹木”，有效培養(yǎng)了學(xué)生的分析問題和解決問題能力，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

參考文獻(xiàn)

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