中美“信息論”課程教學(xué)的比較和啟示

文章編號(hào)：1962-5913(2008)13-0120-03

摘要：中美兩國“信息論”課程教學(xué)存在很大差異。文章從課程大綱、教學(xué)內(nèi)容、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)、共同研究、考核機(jī)制等方面分析了美國“信息論”課程教學(xué)的特色。通過比較，指出了對(duì)中國“信息論”課程教學(xué)的啟示，主要包括增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)、改進(jìn)教學(xué)方法、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容等幾個(gè)方面。

關(guān)鍵詞：信息論、課程建設(shè)、比較、借鑒

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1引言

“信息論”課程是信息安全專業(yè)的基礎(chǔ)與核心課程，“信息論”課程建設(shè)的好壞，直接影響到信息安全專業(yè)本科生的培養(yǎng)質(zhì)量，影響到信息安全學(xué)科的建設(shè)?？紤]到美國有著一個(gè)大規(guī)模、多樣化、富于創(chuàng)新的高等教育體制，而且其開放的教育理念也對(duì)我國的高等教育具有借鑒意義，所以本文對(duì)中美兩國的“信息論”課程教學(xué)進(jìn)行了分析。中美兩國“信息論”課程教學(xué)在課程設(shè)置、教學(xué)方法、課程實(shí)驗(yàn)及對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等方面均存在很大的差異，美國在“信息論”課程教學(xué)中更加注重研究和自學(xué)能力的培養(yǎng)，而這正是我國所缺乏的，因此美國的“信息論”課程教學(xué)對(duì)中國的“信息論”課程教學(xué)具有重要的借鑒意義。

2美國的“信息論”課程教學(xué)的特色

2.1課程大綱內(nèi)容豐富

課程大綱是一門課程教學(xué)的指導(dǎo)性文獻(xiàn)。通過閱讀課程大綱，學(xué)生基本上能夠把握這門課包含的主要內(nèi)容，并以此決定是否選修“信息論”課程。美國的“信息論”課程大綱包括學(xué)時(shí)、學(xué)分、使用對(duì)象、開課單位、先修課程、教材及參考書、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配、考核方法等內(nèi)容，這些與國內(nèi)的課程大綱是相同的。但是除這些內(nèi)容之外，美國的“信息論”課程大綱通常還包括以下內(nèi)容：

●課程歷史：該課程曾經(jīng)在什么時(shí)間、面向哪些學(xué)生開設(shè)過，使用的課程編號(hào)是什么。從課程歷史中，學(xué)生可以了解課程的演變過程，更清楚地把握授課教師的思路，決定自己是否適合選修“信息論”課程。

●課程份量：所謂課程份量指的是學(xué)生每周花費(fèi)在課程上的時(shí)間(例如8個(gè)小時(shí))，包括課堂講授時(shí)間和課下復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí)、做作業(yè)、做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。如果學(xué)生每周花費(fèi)的時(shí)間超過了課程份量，那說明學(xué)生應(yīng)該捫心自問是不是被這門課難住了，此時(shí)，通過從授課教師那里得到一些提示，或是從同學(xué)那兒獲得一些建議，他們也許會(huì)進(jìn)步得更快。學(xué)生還應(yīng)該特別注意避免在計(jì)算機(jī)上花費(fèi)太多時(shí)間做不必要的Matlab的練習(xí)，或是漫無目地上網(wǎng)。

●常見問題解答：回答了學(xué)生選課前和上課過程中經(jīng)常遇到的一些問題。除回答一些專業(yè)問題之外，甚至還包括“如果我選這門課，我能得到一份暑期工作么？”這樣的問題。

綜合起來看，課程大綱反映了美國“信息論”課程在教學(xué)模式、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、教師、教材、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、習(xí)題、考核等方面的有機(jī)結(jié)合，完善的課程大綱反映了美國“信息論”課程的建設(shè)水平很高。

2.2教學(xué)內(nèi)容分專題

國內(nèi)“信息論”課程按照章節(jié)安排教學(xué)內(nèi)容，一般分為緒論、信息的統(tǒng)計(jì)度量、信源、信道、信源編碼、信道編碼等內(nèi)容，重在理論講解。前面的內(nèi)容是后面內(nèi)容的基礎(chǔ)，不學(xué)前面的內(nèi)容，后面的內(nèi)容就不好理解，前后內(nèi)容是一種“緊耦合”關(guān)系。

美國的“信息論”課程按專題安排教學(xué)內(nèi)容，分為位、編碼、壓縮、誤差、概率、通信、能量、溫度等專題，每1-2周(每周2課時(shí)，共2-4課時(shí))一個(gè)專題教學(xué)內(nèi)容。各個(gè)專題圍繞“信息論”，而又在不同領(lǐng)域展開，之間雖然有關(guān)系，但關(guān)系并不緊密，屬于“松耦合”關(guān)系。授課教師的講解只能算“簡介”，只把專題中的基本內(nèi)容講清楚，“師傅領(lǐng)進(jìn)門，修行在個(gè)人”，更深入的內(nèi)容以習(xí)題為線索，由學(xué)生課下完成。這一方面是受到課時(shí)的限制，授課教師沒有時(shí)間詳細(xì)講解課程內(nèi)容；另一方面，為了培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，授課教師也沒有必要過多講解。這樣，在中美“信息論”差不多的課時(shí)(40課時(shí)左右)中，美國“信息論”教學(xué)內(nèi)容的容量要大得多。

美國的“信息論”教學(xué)內(nèi)容還有一個(gè)特點(diǎn)，就是知識(shí)面寬。例如在講到“編碼”這個(gè)專題的時(shí)候，授課教師不僅講以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的編碼(即國內(nèi)“信息論”中講到的信源編碼和信道編碼)，還會(huì)講到生物密碼(DNA密碼)、電話區(qū)域編碼、IP地址、ASCII碼等，這對(duì)于學(xué)生擴(kuò)展知識(shí)面、開闊思路、培養(yǎng)發(fā)散思維、提高學(xué)習(xí)興趣等都大有好處。

2.3習(xí)題以實(shí)驗(yàn)為主，量大而綜合

每次課結(jié)束，授課教師都要給出2-4道習(xí)題，每道習(xí)題又包含若干個(gè)問題。這些習(xí)題不同于國內(nèi)類似“求一個(gè)事件發(fā)生的自信息量”這樣的套公式計(jì)算的習(xí)題，而是綜合設(shè)計(jì)類的實(shí)驗(yàn)型習(xí)題，一般采用Matlab編程環(huán)境，由學(xué)生在課下完成。

例如在講到“編碼”這個(gè)專題的時(shí)候，授課教師給出這樣一道習(xí)題：某公司需要一個(gè)對(duì)日常英文文本的高效率編碼，兩個(gè)工程師分別設(shè)計(jì)了一個(gè)編碼，公司請(qǐng)你建議他們應(yīng)該選擇哪一個(gè)？對(duì)于不好的那一個(gè)，你有什么修改建議嗎？如果由于業(yè)務(wù)需要，公司文件中還出現(xiàn)了一些特殊字符，那么如何擴(kuò)展你認(rèn)為好的那一個(gè)編碼呢？編程實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)編碼，當(dāng)給定一段文本之后，程序能夠輸出該文本的編碼。

顯然這樣的習(xí)題能夠鍛煉學(xué)生多方面的能力：(1)課上時(shí)間有限，不可能將做習(xí)題用到的知識(shí)都講得很細(xì)，需要學(xué)生查找資料進(jìn)行自學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生文獻(xiàn)檢索和自學(xué)的能力；(2)有編程題，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力；(3)要進(jìn)行綜合分析和設(shè)計(jì)，鍛煉了學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

而且習(xí)題以實(shí)際應(yīng)用為背景，能夠讓學(xué)生感覺到學(xué)到的知識(shí)是有用的，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.4鼓勵(lì)共同研究，強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)

美國的“信息論”課程教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生之間的共同研究，并強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)。美國將學(xué)生之間的合作分為“弱合作”和“強(qiáng)合作”兩種形式。

作習(xí)題時(shí)允許弱合作。所謂“弱合作”指的是兩個(gè)或兩個(gè)以上的學(xué)生可以討論問題及其解答方法，但是每個(gè)學(xué)生必須自主解題并給出自己的答案。學(xué)生可以提出和接收建議，但是不允許互相抄襲答案。如果兩個(gè)學(xué)生就某一習(xí)題進(jìn)行了弱合作，那么必須在作業(yè)中標(biāo)出來，例如“Alice和Bob一起討論了第2題的一般解法”。因?yàn)槿鹾献髦猩婕皟蓚€(gè)或兩個(gè)以上學(xué)生的討論，所以他們所有人的作業(yè)必須能將這種弱合作體現(xiàn)出來，即有一致的地方。學(xué)生也允許尋求沒有選擇“信息論”課程的人的幫助，同樣地，這些幫助也必須在作業(yè)中標(biāo)明，提交的答案要經(jīng)過學(xué)生本人獨(dú)立思考，并親自寫出。沒有將合作標(biāo)明是錯(cuò)誤的行為，將受到授課教師和學(xué)校的嚴(yán)肅處理。

作習(xí)題時(shí)不允許強(qiáng)合作。所謂“強(qiáng)合作”是指習(xí)題由幾個(gè)學(xué)生組成的團(tuán)體完成。例如Alice完成第1題的第1問，Bob完成第1題的第2問，然后兩個(gè)人再將答案合起來，這是不允許的。因?yàn)榱?xí)題的目的是促進(jìn)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)，強(qiáng)合作并不能幫助達(dá)到這個(gè)目的。

這樣做一方面有利于建立良好的學(xué)習(xí)氛圍，幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率，鞏固學(xué)到的知識(shí)；另一方面，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)道德。

2.5考核嚴(yán)格而且注重平時(shí)成績

美國的“信息論”課程考核不是單憑期末成績，而是采取多方面綜合考核、各方面占有一定比例的做法?？己顺煽円话惆ㄕn堂表現(xiàn)(15%)，習(xí)題解答(30%)，期中測試(15%)，期末考試(30%)和授課教師的個(gè)人評(píng)語(10%)。這種考核機(jī)制公正、科學(xué)而客觀，既照顧到每個(gè)學(xué)生不同的情況(例如有的學(xué)生善于學(xué)習(xí)，有的學(xué)生善于創(chuàng)新)，又對(duì)學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)產(chǎn)生了明顯的激勵(lì)作用，上課必須有備而來，課后必須認(rèn)真完成習(xí)題。而且有的習(xí)題沒有唯一的答案，而是要求學(xué)生充分發(fā)揮想象力“自圓其說”。

授課教師對(duì)習(xí)題的完成時(shí)間有明確而具體的規(guī)定，要求×年×月×日×點(diǎn)之前交作業(yè)，學(xué)生必須在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)之前交上，不接受遲交的作業(yè)，如果不能按時(shí)交上，這次作業(yè)的成績就沒有了。

3啟示

中美兩國“信息論”課程教學(xué)存在很大的差異，美國的“信息論”課程教學(xué)對(duì)中國的“信息論”課程教學(xué)具有重要的借鑒意義。

3.1增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在國內(nèi)，“信息論”基本上是被當(dāng)作一門純理論課來講，學(xué)生普遍反映課程內(nèi)容不好理解，也不知道信息論到底在哪些領(lǐng)域發(fā)揮作用、如何發(fā)揮作用。因此，有必要通過實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容，通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生明白信息論在工程領(lǐng)域到底是怎么發(fā)揮作用的，同時(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和分析問題、解決問題的能力。

我們認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下原則：

●難度適中，學(xué)生付出一定的努力能夠?qū)崿F(xiàn)。太簡單，實(shí)驗(yàn)的作用不大；太難，打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

●以工程實(shí)踐為背景，和學(xué)生專業(yè)掛鉤。這樣才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，真切感受到學(xué)習(xí)“信息論”的意義所在，并幫助學(xué)生更好的理解課程內(nèi)容。

●最好采用Matlab編程。因?yàn)橄窬仃囅喑?、DCT變換等這些復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，雖然能夠用C等編程語言實(shí)現(xiàn)，但是實(shí)現(xiàn)起來過于復(fù)雜，而在Matlab中，很多復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算用一個(gè)函數(shù)就能實(shí)現(xiàn)，便于學(xué)生將主要精力集中在對(duì)“信息論”的理解，避免了在細(xì)枝末節(jié)上耗費(fèi)大量時(shí)間。而且Matlab作為一個(gè)出色的仿真環(huán)境，也是學(xué)生今后深造和工作的好幫手。

●實(shí)驗(yàn)并不一定就是編程，撰寫研究報(bào)告等也是可選的方式。

3.2改進(jìn)教學(xué)方法

教學(xué)模式和教學(xué)手段的使用直接關(guān)系到課堂教學(xué)效果，因此，加強(qiáng)教學(xué)模式和教學(xué)手段的改革一直是學(xué)校教學(xué)工作中強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)。提倡進(jìn)行以學(xué)生為本的創(chuàng)造性教學(xué)；鼓勵(lì)教師在教學(xué)過程中，使用現(xiàn)代化的教學(xué)手段和方法，來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)的能力。

傳統(tǒng)教育的教學(xué)方式是以教師為中心，而學(xué)生則是接受灌輸?shù)谋粍?dòng)群體。為了讓學(xué)生更好地理解“信息論”課程內(nèi)容，教師要從主講者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)者、指導(dǎo)者；學(xué)生要從接受灌輸?shù)谋粍?dòng)地位轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)會(huì)參與教學(xué)、掌握知識(shí)的主動(dòng)地位，把“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”。在信息論課程的教學(xué)過程中，可以采用討論式教學(xué)、參與式教學(xué)、研究式教學(xué)等教學(xué)方式。

授課教師不僅要把信息論的基礎(chǔ)知識(shí)和最前沿的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)帶到課堂，更重要的是，他們要把如何進(jìn)行創(chuàng)新性思考和怎樣尋求解決問題答案的方法帶給學(xué)生。

3.3調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

除前面提到的實(shí)驗(yàn)教學(xué)之外，在教學(xué)過程中將教學(xué)內(nèi)容分為基本教學(xué)內(nèi)容和擴(kuò)展的教學(xué)內(nèi)容。這是因?yàn)閷W(xué)生的基礎(chǔ)有差別，對(duì)未來也有著不同的設(shè)想。有的學(xué)生想繼續(xù)深造，希望課程的理論性強(qiáng)一些；有的學(xué)生想走向社會(huì)，希望課程的實(shí)用性強(qiáng)一些。而且課堂不僅是一個(gè)傳授知識(shí)的地方，更是一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的地方。

基本教學(xué)內(nèi)容包括構(gòu)建支持學(xué)生終身學(xué)習(xí)的知識(shí)基礎(chǔ)，包括信息的統(tǒng)計(jì)度量、信源、信道、信源編碼、信道編碼等內(nèi)容?；窘虒W(xué)內(nèi)容其實(shí)就是目前“信息論”課程的教學(xué)內(nèi)容。

擴(kuò)展的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)及時(shí)、適當(dāng)?shù)亟榻B本學(xué)科的最新動(dòng)態(tài)和新的發(fā)展，使課程教學(xué)內(nèi)容保持基礎(chǔ)性的同時(shí)，不斷提高課程內(nèi)容的時(shí)代性和前沿性。通過擴(kuò)展的教學(xué)內(nèi)容，還要提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。比如有些內(nèi)容可以讓學(xué)生自己查找資料自己解決，授課教師不必任何內(nèi)容都手把手地教，授課教師應(yīng)當(dāng)檢查學(xué)生的自學(xué)效果，并給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。

4小結(jié)

我們要認(rèn)識(shí)到自身的不足之處，大膽吸收國外“信息論”課程建設(shè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)然，國外的經(jīng)驗(yàn)也有不適合國情的地方，比如美國的教學(xué)內(nèi)容不符合中國學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和認(rèn)知習(xí)慣。我們要本著“拿來主義”的原則，取其精華，去其糟粕，為我所用。

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