野信息理論基礎(chǔ)冶課程的理論與實踐相融合的教學(xué)方法探究

李如瑋+竇慧晶+賈懋珅

作者簡介：李如瑋，四川眉山人，博士，北京工業(yè)大學(xué)電控學(xué)院教師，副教授，從事本科生“信息理論基礎(chǔ)”課程和研究生“信息理論與編碼”課程教學(xué)，研究方向：信號處理。摘要：“信息理論基礎(chǔ)”是通信的數(shù)學(xué)理論，其理論和概念講授起來很枯燥，學(xué)生理解起來有一定困難。為此，本文在分析了理論教學(xué)與實踐教學(xué)的關(guān)系以及“信息理論基礎(chǔ)”課程的特點后，提出了在理論教學(xué)過程中插入實時實踐教學(xué)、成果演示以及課后實踐的教學(xué)方法，幫助學(xué)生理解相關(guān)理論和概念，同時進(jìn)行理論知識的傳授以幫助學(xué)生形成系統(tǒng)性的認(rèn)識。實踐表明，該方法具有良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：理論教學(xué)；實踐教學(xué)；教學(xué)方法

一、理論教學(xué)與實踐教學(xué)的關(guān)系理論教學(xué)和實踐教學(xué)是高等工科教育的最基本的教學(xué)形式，兩者之間的關(guān)系不僅受到教學(xué)活動機理的制約，而且還要受到理論與實踐之間關(guān)系的影響。

理論教學(xué)與實踐教學(xué)之間具有互釋、互融、互動、互補與同步的關(guān)系［1］。所謂互釋，即實踐驗證理論，理論解釋實踐。也就是說，實踐教學(xué)以理論為指導(dǎo)，依據(jù)相關(guān)理論設(shè)計實驗，然后對實驗進(jìn)行驗證、評價，看設(shè)計的實驗是否合理、可行，實踐教學(xué)通過實驗驗證所學(xué)理論知識，使學(xué)生能更深層次地理解掌握所學(xué)理論并學(xué)會應(yīng)用理論?；ト谑侵咐碚摻虒W(xué)中存在實踐教學(xué)因素，實踐教學(xué)中存在理論教學(xué)因素，即在理論教學(xué)過程必然存在對實踐的闡述，必然用到理論聯(lián)系實際的教學(xué)方法，在實踐教學(xué)過程中必然涉及理論背景的闡述，需要學(xué)生依據(jù)相關(guān)理論解決遇到的問題，用所學(xué)的理論知識對實驗結(jié)果進(jìn)行解釋。互動是指實踐教學(xué)和理論教學(xué)是不可分割的，都是為了培養(yǎng)合格人才，在教學(xué)過程中分享共同的資源，必然要求合理分配其權(quán)重和內(nèi)容?；パa是指理論教學(xué)需要實踐教學(xué)強化理論知識，實踐教學(xué)需要理論進(jìn)行指導(dǎo)，然后對理論進(jìn)行補充。同步是指理論教學(xué)與實踐教學(xué)在內(nèi)容、層次和進(jìn)度上要保持同步，修改理論教學(xué)內(nèi)容、層次和進(jìn)度時，實踐教學(xué)內(nèi)容、層次和進(jìn)度必然同時修訂。

理論教學(xué)與實踐教學(xué)之間還具有異質(zhì)性［2］，主要表現(xiàn)為兩者的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)目的不同。理論教學(xué)主要通過課堂教師講授、學(xué)生認(rèn)知理解完成，通常以傳授成熟的理論知識為主，并且在教學(xué)體系中占主導(dǎo)地位，其目的是幫助學(xué)生建立系統(tǒng)性的認(rèn)識。實踐教學(xué)主要通過相關(guān)的實驗、課程設(shè)計等形式完成，通常以獲得感性知識為主，幫助學(xué)生獲得實踐動手能力。

目前有不少高校對于理論教學(xué)和實踐教學(xué)的關(guān)系存在著誤區(qū)：有的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)形同虛設(shè)，只著重于空洞的理論教學(xué)；有的卻過于強調(diào)動手能力，忽視了專業(yè)理論的教學(xué)。依據(jù)理論教學(xué)與實踐教學(xué)的關(guān)系可以知道：只重視理論教學(xué)，培養(yǎng)的學(xué)生大多只會紙上談兵，雖然經(jīng)過長時間的磨煉，最終大部分學(xué)生都能滿足崗位的需要，但是不能滿足用人單位的入職就上崗的要求。而只重視實踐教學(xué)，培養(yǎng)的學(xué)生由于缺乏理論知識，雖然畢業(yè)能直接上崗，但是在職場上卻不會有大的提升。

二、“信息理論基礎(chǔ)”課程的特點信息理論基礎(chǔ)即香農(nóng)信息論，被稱為通信的數(shù)學(xué)理論。信息理論來源于實踐并服務(wù)于實踐，它是通信發(fā)展到一定階段，為了解決通信的有效性、可靠性問題而發(fā)展起來的，并推動通信領(lǐng)域蓬勃發(fā)展起來，再次展示了理論與實踐的相輔相成的關(guān)系。它通過研究信源、信道和信宿的統(tǒng)計特性以及編碼問題，為設(shè)計有效而可靠的通信系統(tǒng)提供理論依據(jù)。信息理論是一門應(yīng)用概率論、數(shù)理統(tǒng)計、隨機過程等近代數(shù)理知識和通信技術(shù)相結(jié)合來研究信息的提取、傳輸、存儲和處理的科學(xué)。在“信息理論基礎(chǔ)”課程的教學(xué)中，目前很多高校都著重理論教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，普遍反映該課程抽象而枯燥，接受起來比較困難。同時“信息理論基礎(chǔ)”課程還具有一個特點，就是每個理論都有應(yīng)用成果，但是每個成果涉及的知識面都非常廣，如果想設(shè)計一個實驗來培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，那是完全做不到的，因為每一個應(yīng)用成果都需要花費很長時間。

為此，在“信息理論基礎(chǔ)”課程的理論教學(xué)環(huán)節(jié)中，筆者采用了基于理論與實踐相融合的教學(xué)方法，以期達(dá)到高等工科院校人才培養(yǎng)的目的。

三、基于理論與實踐相融合的“信息理論基礎(chǔ)”課程的教學(xué)方法針對“信息理論基礎(chǔ)”課程，筆者具體的做法是在理論教學(xué)過程中引入了實時實踐教學(xué)，努力在理論教學(xué)的課

堂上用實踐教學(xué)幫助學(xué)生理解信息論的理論知識和抽象的概念，幫助學(xué)生建立起信息理論獨特的思維，同時用實踐教學(xué)檢驗理論教學(xué)的效果。對設(shè)計實踐教學(xué)環(huán)節(jié)有困難的理論，通過演示實踐成果，幫助學(xué)生建立起感性認(rèn)識，把理論和實踐有機融合起來，達(dá)到了良好的課堂教學(xué)效果。對設(shè)計實踐環(huán)節(jié)容易的理論，通過課后實踐，幫助學(xué)生獲得實際動手能力，并幫助學(xué)生鞏固理論知識。

所謂實時實踐教學(xué)，即在理論教學(xué)過程中，根據(jù)需要實時插入有效的實踐教學(xué)以及豐富的實踐成果，在理論教學(xué)的課堂上達(dá)到理論與實踐的融合。

針對“信息理論基礎(chǔ)”課程特點，筆者分三種情況在理論教學(xué)過程中加入實驗環(huán)節(jié)。第一種是理論教學(xué)之前加入小實驗，目的是幫助學(xué)生從實踐中獲得理論，從實踐中引出理論，讓學(xué)生更深層次理解理論的來龍去脈，更容易理解理論。比如在講為什么自信息量要用先驗概率的倒數(shù)的對數(shù)值來衡量的時候，通常會安排一個拋硬幣的實時實驗，引導(dǎo)學(xué)生思考在沒有做實驗前，對硬幣出現(xiàn)正面具有不確定性，然后硬幣落下后，硬幣正好出現(xiàn)正面，那么此時對硬幣出現(xiàn)正面的不確定性完全消失了，而與此同時實驗者獲得了信息，這個信息的大小是多少呢？在此基礎(chǔ)上，又引導(dǎo)學(xué)生思考：獲得信息的同時，不確定性從有到無，那么可不可以就用不確定性消失的大小來表示信息的大小呢？此時學(xué)生恍然大悟，從而通過這個實驗幫助學(xué)生把對信息的度量轉(zhuǎn)化成了對不確定性的度量。然后引導(dǎo)學(xué)生建立自信息量是先驗概率的一個函數(shù)，在此基礎(chǔ)上，通過該函數(shù)需要滿足四個公理性條件，推導(dǎo)出自信息量的公式。通過小實驗，學(xué)生可以理解信息量的度量，并用不同于傳統(tǒng)科學(xué)的思路考慮問題。第二種是理論教學(xué)后加入小實驗，目的是幫助學(xué)生更深層次地理解所學(xué)理論。第三種是在理論教學(xué)的過程中穿插實踐環(huán)節(jié)，通過類比幫助學(xué)生理解理論知識。比如在講互信息時，利用集合的概念幫助學(xué)生理解其概念，同時也利用集合的概念幫助學(xué)生理解熵、條件熵、聯(lián)合熵以及平均互信息的關(guān)系。

在理論教學(xué)過程中，針對有些不適合設(shè)計實驗的理論，筆者通過演示實踐成果以及引入學(xué)生實際生活中應(yīng)用到的知識幫助學(xué)生完成感性認(rèn)識。結(jié)合“信息理論基礎(chǔ)”課程的特點，對于不適合進(jìn)行實時實踐的，則專門安排課后的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，比如如何實現(xiàn)能糾正一個錯誤的八位線性分組碼的設(shè)計，要求學(xué)生課后實現(xiàn)。

總之，筆者通過幾年的教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)基于理論與實踐相融合的“信息理論基礎(chǔ)”課程的教學(xué)方法的確能夠提高課堂教學(xué)效果，也活躍了課堂氛圍。筆者相信，對于偏理論的課程的教學(xué)，該方法一定是適合的。

參考文獻(xiàn)：

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