淺談信息論與編碼課程的理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

摘 要：信息論與編碼課程是通信信息類(lèi)本科的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，針對(duì)該課程的特點(diǎn)和目前教學(xué)中存在的問(wèn)題，本文從理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面對(duì)課程教學(xué)改革進(jìn)行了探索，提出了該課程在教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都需要的改進(jìn)之處。

關(guān)鍵詞：信息論 編碼 理論教學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（a）-0007-01

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，信息日益成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。信息有廣義信息和狹義信息之分?！缎畔⒄撆c編碼》是一門(mén)理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，書(shū)中大多討論的是關(guān)于狹義信息的最基本的理論，內(nèi)容所涉及生活和工業(yè)領(lǐng)域非常廣泛，包括信號(hào)濾波和預(yù)測(cè)、統(tǒng)計(jì)檢測(cè)和估計(jì)、移動(dòng)通信、遺傳學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)，社會(huì)學(xué)等等有關(guān)信息的問(wèn)題。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(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。本人結(jié)合3年的信息論課程的授課經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)目前教學(xué)過(guò)程中的出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出一些理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)改革方法。

1 信息論與編碼課程的特點(diǎn)和存在的問(wèn)題

1.1 所需準(zhǔn)備大量的基礎(chǔ)課程，知識(shí)量大

信息論與編碼課程涉及大量數(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(guò)程以及數(shù)值分析等。這些數(shù)學(xué)知識(shí)本身比較復(fù)雜、抽象，對(duì)于非數(shù)學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)講，由于缺乏系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，因此對(duì)繁雜的數(shù)學(xué)定理及其推理感到抽象和枯燥，比較難以接受，進(jìn)而形成畏難情緒。而數(shù)學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在儲(chǔ)備了大量的數(shù)學(xué)知識(shí)之后，還需要掌握一些通信方面的基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)知識(shí)。這方面的薄弱使得他們?cè)趯W(xué)習(xí)的過(guò)程中往往覺(jué)得穿插生硬，容易失去學(xué)習(xí)興趣。

1.2 概念抽象，證明推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜

信息論與編碼課程中大量的概率論的知識(shí)和隨機(jī)過(guò)程的知識(shí)，比如馬氏鏈的穩(wěn)定的極限熵，香農(nóng)極限的推導(dǎo)過(guò)程，信道定理推導(dǎo)過(guò)程中的大量不等式證明都使得學(xué)生感覺(jué)這門(mén)課程更像純數(shù)學(xué)理論，一直在做邏輯證明。從而使得學(xué)生逐漸因?yàn)椴皇煜さ臄?shù)學(xué)知識(shí)喪失學(xué)習(xí)動(dòng)力，因此在學(xué)習(xí)中適當(dāng)加入實(shí)例和計(jì)算機(jī)模擬算法更能貼近學(xué)生的思維。

1.3 教材所限，不可體現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用

信息論與編碼的教材通常先引入各種定義，比如信息、信源熵、信道容量等等，然后提出性質(zhì)，定理，仍然是“定義，定理，例題，練習(xí)”老套路的數(shù)學(xué)邏輯模式，沒(méi)有合適的引入和應(yīng)用。即使后面的信源編碼，壓縮編碼如此思路明確的算法，也沒(méi)有結(jié)合計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)，使得整個(gè)課堂教授乏味難懂。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(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)適合于信息時(shí)代需要的人才，是我們教師一直需要努力的目標(biāo)。

2 理論教學(xué)的改革方法

根據(jù)信息論與編碼課程的特點(diǎn)，應(yīng)合理選擇課堂教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)當(dāng)代大學(xué)生的特點(diǎn)，要求掌握香農(nóng)理論中的核心內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)可與實(shí)踐結(jié)合的章節(jié)的重要講解，譬如離散信源編碼，離散信道信道容量求解。減少純粹的定理推導(dǎo)證明，并通過(guò)簡(jiǎn)潔的實(shí)例使得學(xué)生深入透徹地理解公式和定理表達(dá)的內(nèi)容。在充分理解課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上，將相關(guān)知識(shí)和當(dāng)前的信息技術(shù)如移動(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等結(jié)合，不僅可以擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，還可以讓學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)的過(guò)程中感受到信息與通信領(lǐng)域最前沿的理論與技術(shù)又能有興趣學(xué)習(xí)相對(duì)乏味的基礎(chǔ)理論知識(shí)。

除了相應(yīng)的豐富教學(xué)內(nèi)容，還可以采取多種教學(xué)手段，將多媒體和黑板相結(jié)合，盡量減少黑板帶來(lái)的大量證明推導(dǎo)的板書(shū)時(shí)間，展現(xiàn)多媒體授課的生動(dòng)形象，還可以增加課程內(nèi)容的信息量。但也要努力克服多媒體長(zhǎng)時(shí)間的視覺(jué)疲勞而有重點(diǎn)的停頓和強(qiáng)調(diào)，吸引學(xué)生課堂的注意力。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的引入

信息論與編碼的本身學(xué)科特點(diǎn)決定了它是一門(mén)來(lái)源實(shí)踐并指導(dǎo)實(shí)踐的課程，因此有必要設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)課。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以大大提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能使學(xué)生更好地掌握理論知識(shí)，使理論結(jié)果可視化，更重要的是能激發(fā)學(xué)生的興趣，進(jìn)而促進(jìn)理論教學(xué)。設(shè)計(jì)適合不同層次學(xué)生的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，即針對(duì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，給出由易到難階梯式的任務(wù)要求，鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生一級(jí)級(jí)攻克。但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必須精選和優(yōu)化，適合不同專(zhuān)業(yè)的需要。首先有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，主要是信源熵的計(jì)算等；其次是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，對(duì)給定的離散信源進(jìn)行Huffman編碼、費(fèi)諾編碼等，這些適合信息與計(jì)算科學(xué)專(zhuān)業(yè)、生物信息專(zhuān)業(yè)的學(xué)生進(jìn)行。最后是綜合性的實(shí)驗(yàn)，搭建一個(gè)包括信源、信源編譯碼器、信道、信道編譯碼器等各模塊在內(nèi)的仿真通信系統(tǒng)。此實(shí)驗(yàn)適合通信工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生進(jìn)行。

近些年為了大學(xué)生數(shù)學(xué)建模比賽的需要，大學(xué)都開(kāi)設(shè)了數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，主要選取了MATLAB軟件作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。相對(duì)于傳統(tǒng)的C語(yǔ)言，MATLAB語(yǔ)言簡(jiǎn)單易懂，其特有的工具箱可以對(duì)編程進(jìn)行輔助。另外MATLAB可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)建模與仿真，因此MATLAB軟件在信息論與編碼的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)樾畔⒄撆c編碼課程中用到大量的矩陣計(jì)算，比如信道容量的計(jì)算、線性分組碼等，因此選擇MATLAB軟件作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)非常適合課程自身特點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文總結(jié)了信息論與編碼課程的特點(diǎn)以及目前教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，針對(duì)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面討論了一些課程教學(xué)改革的見(jiàn)解，提出了該課程在教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都需要的改進(jìn)之處，對(duì)該課程教學(xué)的模式進(jìn)行了一定創(chuàng)新。對(duì)于該課程的教學(xué)探索還要在今后的教學(xué)過(guò)程中不斷摸索中前進(jìn)，爭(zhēng)取達(dá)到良好的教學(xué)效果，培養(yǎng)出適合信息新時(shí)代的優(yōu)秀人才。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹雪虹，張宗橙.信息論與編碼[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[2] 傅祖蕓，趙建中.信息論與編碼[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[3] 劉鶯，胡劍偉.信息論基礎(chǔ)課程教學(xué)班優(yōu)化改革的探討[J].科技信息，2011（35）.

[4] 向良軍，劉東華，雷菁.信息論與編碼系列課程教學(xué)研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)2012（4）.

[5] 高博，錢(qián)志鴻，楊曉萍.信息論與編碼理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].中國(guó)電力教育，2012（4）.