《信息論與編碼》教學(xué)改革的探索

唐山學(xué)院信息工程系 任麗棉 王金紅

探索與觀察

《信息論與編碼》教學(xué)改革的探索

唐山學(xué)院信息工程系 任麗棉 王金紅

針對本學(xué)院應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)以及信息論與編碼課程內(nèi)容的特點(diǎn)，從該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等方面探索改革的思路，為培養(yǎng)“勤奮敬業(yè)、實(shí)踐能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應(yīng)用型人才”奠定基礎(chǔ)。

信息論與編碼；教學(xué)改革；應(yīng)用型人才

1.引言

《信息論與編碼》是電子通信類學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程。它以數(shù)學(xué)的基本方法如概率論、隨機(jī)過程、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等為基礎(chǔ)，研究和分析信息從信源到信宿傳輸過程中的有效性和可靠性問題[1]。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握信息傳輸、存貯、處理與識別系統(tǒng)中關(guān)于信息的概念、度量、編碼理論與方法，為設(shè)計(jì)有效、可靠并且安全的信息系統(tǒng)打下理論基礎(chǔ)，并為以后從事通信技術(shù)支持、軟件開發(fā)測試準(zhǔn)備必要地理論基礎(chǔ)。該課程理論嚴(yán)謹(jǐn)、邏輯性強(qiáng)，對培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、獨(dú)立分析能力和解決問題的能力以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力，都有很重要的作用。隨著近幾年新技術(shù)的發(fā)展與變化，為了適應(yīng)寬口徑科技人才培養(yǎng)的需要，這門課的課時(shí)也不斷的被壓縮，因此迫切需要對原來的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)也應(yīng)對教學(xué)手段和實(shí)踐教學(xué)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行改革和建設(shè)。

2.教學(xué)內(nèi)容的改革

針對我校的培養(yǎng)目標(biāo)，即以教學(xué)為中心，為基層一線培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)，具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，他們的任務(wù)是負(fù)責(zé)工作現(xiàn)場的技術(shù)指導(dǎo)，而不是進(jìn)行科學(xué)研究或新產(chǎn)品的研發(fā)。因此作為授課教師，我們應(yīng)該根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，合理安排本課程的教學(xué)內(nèi)容。

在教學(xué)過程中將教學(xué)內(nèi)容分為基本教學(xué)內(nèi)容、擴(kuò)展的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容三部分。基本教學(xué)內(nèi)容包括構(gòu)建支持學(xué)生終身學(xué)習(xí)的知識基礎(chǔ)，如信息的統(tǒng)計(jì)度量、信源編碼、信道容量以及信道編碼等內(nèi)容。信息量部分本身應(yīng)作為重點(diǎn)來講解，同時(shí)信息量的重點(diǎn)放在離散信源的度量上，而對連續(xù)信源的度量則列為選學(xué)內(nèi)容，原因在于當(dāng)今的信息處理及編碼技術(shù)大多采用數(shù)字處理方法?？紤]到后續(xù)課程“數(shù)字圖像處理”中有限失真編碼技術(shù)，所以本課程的信源編碼部分重點(diǎn)放在無失真信源編碼上，主要介紹其物理意義和具體的編碼技術(shù)，如Huffman編碼和算術(shù)編碼，而并不作復(fù)雜的理論證明。信道容量部分講解信道容量的定義、物理意義、達(dá)到信道容量的充要條件以及信道的組合，重點(diǎn)放在求解對稱和準(zhǔn)對稱DMC信道的信道容量，對一般離散信道的信道容量求解不作要求。信道編碼部分有編碼定理和具體的編碼技術(shù)，重點(diǎn)講解信道編碼定理、離散序列的譯碼準(zhǔn)則、線性分組碼和循環(huán)碼[2]?？紤]到后續(xù)課程“通信原理”中有卷積碼的內(nèi)容，同時(shí)也由于本課程的課時(shí)數(shù)較少，所以卷積碼不列為本課程的教學(xué)內(nèi)容。而對于無記憶信源的有失真編碼，同樣不列為教學(xué)內(nèi)容，留給感興趣的學(xué)生課下閱讀。這樣的教學(xué)內(nèi)容安排在一定程度上降低了該課程的難度，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。另外擴(kuò)展的教學(xué)內(nèi)容要及時(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)性的計(jì)算機(jī)教育與教學(xué)研究，同時(shí)，要不斷提高課程內(nèi)容的時(shí)代性和前沿性。

3.現(xiàn)代化教學(xué)手段的應(yīng)用

在課堂教學(xué)中，采用多媒體課件與傳統(tǒng)板書相結(jié)合的教學(xué)手段，并使兩者有機(jī)的互補(bǔ)。相對于黑板板書而言，多媒體課件有著無法比擬的優(yōu)勢。首先多媒體課件信息承載量很大，可以拓寬學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其次，多媒體課件有豐富的表現(xiàn)力，課件中可以引入圖片、聲音，使教學(xué)更加形象、直觀。對于一些教學(xué)提綱、歸納總結(jié)、圖文圖表以及動(dòng)畫演示的內(nèi)容，宜采用幻燈片。如在介紹信道噪聲的時(shí)候，可以用PPT動(dòng)畫的方式，將有噪信號與無噪信號的圖像分別展示給學(xué)生，讓他們有更直觀的理解和更深刻的記憶。第三，多媒體課件可以省去課上書寫的時(shí)間，使課上時(shí)間相對寬松，可以留給學(xué)生更多的思考和師生交流的時(shí)間。第四，便于總結(jié)和復(fù)習(xí)，并有利于資源共享。但是多媒體課件仍然有其本身的弊端。本身該課程有很多理論公式推導(dǎo)和基本原理的解釋，所以很多內(nèi)容關(guān)聯(lián)性比較強(qiáng)，多媒體課件每次只能展示其中一部分，所以相互關(guān)聯(lián)的內(nèi)容就無法同時(shí)展現(xiàn)給學(xué)生，這樣對于邏輯性很強(qiáng)的部分，不易保持學(xué)生思維的流暢性和連續(xù)性，不易讓學(xué)生整體把握教學(xué)內(nèi)容，造成思維脫節(jié)。而板書恰好可以彌補(bǔ)這一缺陷，可以讓學(xué)生整體連貫的把握知識點(diǎn)。另外在授課過程中，用多媒體課件容易講的過快，可能會(huì)使學(xué)生跟不上教師的思路[3]。因此采用多媒體課件和傳統(tǒng)板書相結(jié)合的方式是勢在必行的。

4.加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

《信息論與編碼》是一門理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，如果僅僅停留在教師課堂上的理論知識，那么學(xué)生學(xué)到的只是“死”的知識，不能將理論運(yùn)用到實(shí)踐中去，也不能很好的調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，很難體現(xiàn)出培養(yǎng)創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力的要求。為此，我們要增加必要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，編寫相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，如信道容量的迭代算法、香農(nóng)編碼、霍夫曼編碼、線性分組碼等，每個(gè)實(shí)驗(yàn)制定出具體的算法和實(shí)驗(yàn)要求，學(xué)生可以選用自己熟悉的編程語言來實(shí)現(xiàn)，如C、MATLAB等。通過實(shí)驗(yàn)，可以彌補(bǔ)教學(xué)內(nèi)容概念抽象難以理解的不足，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)有序的工作作風(fēng)，提高學(xué)生的分析問題、解決問題和實(shí)際動(dòng)手的能力。

在這里，建議學(xué)生選擇MATLAB語言編程。由于《信息論與編碼》課程中，涉及到大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，尤其是對數(shù)運(yùn)算以及矩陣的運(yùn)算，其計(jì)算過程非常繁瑣，同時(shí)在課程中又無法完全略去數(shù)學(xué)運(yùn)算。而MATLAB可以幫助解決這個(gè)問題，MATLAB具有豐富的庫函數(shù)，程序設(shè)計(jì)語法規(guī)則簡單，在解決工程數(shù)學(xué)問題和科研教學(xué)的輔助方面更加直觀、簡潔和高效。除了利用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)之外，也可以利用SIMULINK來動(dòng)態(tài)建模并仿真。SIMULINK是MATLAB軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，它與MATLAB語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。MATLAB通信工具箱包含了對通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真所需的信源編碼、信道編碼以及其他所用的全部庫函數(shù)和模塊，教師和學(xué)生在MATLAB環(huán)境中調(diào)用所用模塊，就能迅速而直觀的看到運(yùn)算和編碼結(jié)果[4]。

5.結(jié)束語

為了培養(yǎng)社會(huì)需求的應(yīng)用型人才，結(jié)合《信息論與編碼》的教學(xué)實(shí)踐，對該課程進(jìn)行教學(xué)改革。教學(xué)內(nèi)容上力求與前期及后續(xù)課程完整銜接，內(nèi)容設(shè)置上充分考慮電子通信專業(yè)課程設(shè)置的系統(tǒng)完整性。本文所談的是對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段的應(yīng)用以及實(shí)踐教學(xué)等方面的思考與嘗試，這些只是我們在《信息論和編碼》課程教學(xué)改革中的初步探索，課程改革實(shí)踐創(chuàng)新的路還很長，在具體實(shí)施教改的過程中還會(huì)存在許多實(shí)際的問題，因此課程改革的工作將任重而道遠(yuǎn)。

[1]王育民,李暉,梁傳甲.信息論與編碼理論[M].高等教育出版社,2005,12.

[2]信息論與編碼教學(xué)大綱[S].唐山:唐山學(xué)院信息工程系,2010.

[3]官輝.略論傳統(tǒng)板書與現(xiàn)代板書的結(jié)合使用[J].基礎(chǔ)教育研究,2008(6).

[4]楊春玲,李春暉.《信息論與編碼》課程教學(xué)改革初探[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2011(5).

任麗棉（1981—），女，碩士，唐山學(xué)院信息工程系講師，研究方向：數(shù)字信號處理與濾波器。