信息與編碼教學(xué)改革探索

李麗麗

摘要：信息與編碼是以多門數(shù)學(xué)核心課為基礎(chǔ)的課程，文章結(jié)合本課程教與學(xué)的現(xiàn)狀，分析了課程的課程性質(zhì)，并提出了教學(xué)過程中存在的學(xué)生學(xué)習(xí)及教師教學(xué)過程中的問題。最后，分別從課程性質(zhì)、學(xué)生、教師三個(gè)方面，對(duì)如何提高教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效果以及在教學(xué)過程中如何提高學(xué)習(xí)興趣和積極性采取了相應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞：信息與編碼；教學(xué)改革；教學(xué)效果

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）12-0126-02

Research and Innovate on Teaching of Information and Coding

LI Li-li

（Heze University Department of Mathematics， Heze 274015， China）

Abstract： Information and coding is a basic curriculum which based on multi mathematics core courses.Combine with the situation of teaching and learning analyze the nature of the curriculum，and put towards the existing problem of studentslearning and teachersteaching in the process of teaching.At last，take corresponding measures on how to improve the quality of teaching，the teaching effect and how to improve learning interest and enthusiasm in the process of teaching what about on three aspects of nature of curriculum，students and teachers.

Key words：Information and coding；Innovate on teaching；teaching effect

信息與編碼是以數(shù)學(xué)專業(yè)課為基礎(chǔ)，具有較強(qiáng)理論性的一門核心專業(yè)課。信息與編碼所需的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)較多，包括概率論、隨機(jī)過程、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和近世代數(shù)等多門數(shù)學(xué)核心課程的知識(shí)[1]。我校數(shù)學(xué)系設(shè)有數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)、信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)，其中信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)開設(shè)信息與編碼這門課程，在本課程的教學(xué)過程中產(chǎn)生了一些課程認(rèn)識(shí)、教學(xué)方法、學(xué)生學(xué)習(xí)方法的想法，同時(shí)也意識(shí)到了教學(xué)過程中的一些問題。

1 存在的問題

信息與編碼課程綜合了數(shù)學(xué)、通信、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)等多門學(xué)科知識(shí)，由于課程的復(fù)雜，必然會(huì)在教學(xué)過程中產(chǎn)生多種多樣的問題。

1）學(xué)生學(xué)習(xí)該課程時(shí)積極性不高。興趣是最好的老師，只有讓學(xué)生對(duì)課程產(chǎn)生興趣才能體積他們的積極性，但是由于信息與編碼課程的特點(diǎn)，使得學(xué)生產(chǎn)生了厭學(xué)的情緒。結(jié)合課下和學(xué)生的溝通，了解到學(xué)生對(duì)這門課程沒有積極性的原因是：不了解課程的基本思想；不明白為什么要學(xué)習(xí)這門課；不清楚學(xué)習(xí)了這門課以后有什么用處。

2）學(xué)生學(xué)習(xí)水平參差不齊，接受能力各不相同。高考的擴(kuò)招制作使得基礎(chǔ)相差很大的學(xué)生都在一個(gè)專業(yè)一個(gè)班級(jí)學(xué)習(xí)。這就導(dǎo)致了對(duì)于新課程的接受能力完全不同的現(xiàn)象，有些學(xué)生一點(diǎn)就通，而且很快能夠入門，學(xué)習(xí)的積極性也特別高，有些學(xué)生的學(xué)習(xí)就很吃力。由于對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度不同，當(dāng)新的課程需要用以前學(xué)習(xí)過的知識(shí)去解決時(shí)，那些應(yīng)該被掌握的知識(shí)點(diǎn)卻沒有被自己掌握，這就會(huì)造成學(xué)生的恐懼心理[3]。想學(xué)好一門課程，但是以前該掌握卻沒有掌握住的內(nèi)容太多，使得學(xué)生喪失了學(xué)習(xí)興趣，也喪失了課下自學(xué)的能力。

3）課程的理論性強(qiáng)，抽象度高。信息與編碼教材中，含有大量的復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式、定義定理及其證明，沒有從工程應(yīng)用角度出發(fā)，也沒有以實(shí)際應(yīng)用為背景進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。教材嚴(yán)謹(jǐn)?shù)请y于理解，打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)心理。

2 相應(yīng)改進(jìn)措施

2.1 認(rèn)識(shí)學(xué)科發(fā)展及其應(yīng)用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

學(xué)習(xí)任何一門課程或者說學(xué)習(xí)任何一門學(xué)科，了解其起源、發(fā)展與應(yīng)用是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、引導(dǎo)學(xué)生入門的必要環(huán)節(jié)。尤其是對(duì)于普遍認(rèn)為枯燥、乏味、抽象的理工類的課程來說更是必不可少的環(huán)節(jié)。

C. E. Shannon（香農(nóng)），美國的數(shù)學(xué)家、工程學(xué)家，作為信息的創(chuàng)始人、奠基人以及電子計(jì)算機(jī)理論的奠基人 [2]，在1941年至1944年期間采用概率論的方法對(duì)通信系統(tǒng)和密碼學(xué)進(jìn)行了深入的研究，提出通信系統(tǒng)的核心是怎樣在噪聲影響下有效、可靠的傳遞信息，并提出可以通過編碼實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。1948年香農(nóng)在其發(fā)表的論文《A Mathematical Theory of Communication 》（通信的數(shù)學(xué)理論）一文中提出的，并且第一次出現(xiàn)了信息量的概念，提出了運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法研究通信系統(tǒng)的觀點(diǎn)。在文中香農(nóng)支出通信的基本問題就是在一點(diǎn)重新準(zhǔn)確地或近似地再現(xiàn)另一點(diǎn)所選擇的信息。此后，如柯爾洛夫、A. Feinstein、J.Wolfowitz等有名的數(shù)學(xué)家將香農(nóng)提出的基于數(shù)學(xué)理論的信息與編碼的觀點(diǎn)，作了進(jìn)一步的論證和推廣，使其具有更堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

信息論經(jīng)過不斷的發(fā)展，最終可以直接應(yīng)用在電子學(xué)領(lǐng)域中比如通信、計(jì)算機(jī)以及自動(dòng)控制等領(lǐng)域，使計(jì)算機(jī)、手機(jī)等通信手段的出現(xiàn)得到了空前的提前。另外，目前的生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、生理學(xué)、語言學(xué)、社會(huì)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域也逐漸融入了信息論的知識(shí)。語音信號(hào)壓縮、圖像信號(hào)壓縮、計(jì)算機(jī)文件壓縮、模擬話路中數(shù)據(jù)傳輸速率的提高、降低信息傳輸所需的功率、計(jì)算機(jī)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸可靠性的保證、計(jì)算機(jī)中的容錯(cuò)問題、圖像信號(hào)的復(fù)原與重建、模式分類問題與樹分類器的設(shè)計(jì)等等都運(yùn)用了信息與編碼的知識(shí)。

了解了信息與編碼的起源、發(fā)展與應(yīng)用，教師在教的過程中才能準(zhǔn)確把握本門課程的課程思想，學(xué)生在學(xué)的過程才能產(chǎn)生濃厚的興趣，能夠做到有的放矢的學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)興趣。只有準(zhǔn)確把握了課程的課程思想，才能使學(xué)生容易理解課程內(nèi)容、輕松接受所學(xué)的理論知識(shí)最后使理論得到一定的應(yīng)用；只有準(zhǔn)確把握了課程的課程思想，才能使學(xué)習(xí)知道自己學(xué)的是什么、要用到哪些知識(shí)去解決學(xué)習(xí)中的問題，這樣不至于在學(xué)習(xí)的過程中產(chǎn)生懈怠的思想，也不至于使得學(xué)生不知道課下該參考哪些學(xué)習(xí)資料。

2.2 教學(xué)方法的改進(jìn)

不同的教學(xué)方法會(huì)產(chǎn)生不一樣的教學(xué)質(zhì)量和不同的課堂效果，甚至?xí)绊憣W(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)能力。常用的教學(xué)方法主要有四種：講授法、課堂討論法、問題教學(xué)法、練習(xí)法、讀書指導(dǎo)法。傳統(tǒng)的被大多數(shù)老師公認(rèn)的教學(xué)方法是教授法即灌輸式的教學(xué)方法。在教學(xué)過程中我不止一次的產(chǎn)生過疑惑，我已經(jīng)講的很清楚、很明白了，例題也分析的很透徹了，可是學(xué)生還是很茫然的看著我，作業(yè)題依然不會(huì)做。經(jīng)過不斷的思考、學(xué)習(xí)以及與學(xué)生的交流終于意識(shí)到了問題的所在：自己所采用的教學(xué)方法不適合現(xiàn)有的課程目標(biāo)和學(xué)生水平?，F(xiàn)有的課程目標(biāo)，重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的能力。大學(xué)四年的時(shí)光，不僅僅要學(xué)到課堂、書本的知識(shí)，更重要的是能力的提升，包括學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力的提升。另外學(xué)生的水平也是影響教、學(xué)效果的重要因素，由于高校的擴(kuò)招，使得學(xué)生的水平參差不齊，學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度也是各自不同，

鑒于課程目標(biāo)的要求和學(xué)生水平參差不齊的現(xiàn)狀，傳統(tǒng)的常用的灌輸式的教學(xué)方法已經(jīng)不適合現(xiàn)代課堂了。因此，在后期的教學(xué)過程中我采用了多種教學(xué)方法相結(jié)合的方式進(jìn)行課堂教學(xué)。首先仍然需要以講授法為基礎(chǔ)，采用了多媒體與黑板相結(jié)合的教學(xué)手段。

1）以問題為主線將講授法與討論式教學(xué)相結(jié)合。

在信息與編碼這門課的教學(xué)過程，教師的教和學(xué)生的學(xué)都存在著問題。首先，教師多采用傳統(tǒng)的講授法教學(xué)方法，即灌輸式的方法，而學(xué)生則是被動(dòng)的聽。其次，不少學(xué)生反映信息與編碼這門課比其他的數(shù)學(xué)專業(yè)課還要難、還要抽象。針對(duì)這種情況，教師首先要做的改變教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)師生互動(dòng)和交流，使學(xué)生有興趣去學(xué)習(xí)、研究這些抽象的復(fù)雜的知識(shí)。

以問題為主線的教學(xué)就需要在課堂之前提出相應(yīng)的問題，怎樣提出合理的、可用的問題呢？只有提出了問題，再加以討論才能使學(xué)生對(duì)定義、定理的掌握、應(yīng)用更加簡單、明了[3]。首先我們發(fā)現(xiàn)，信息與編碼這門課程是以香農(nóng)的三大定理即無失真信源編碼定理、信道編碼定理、有失真信源編碼定理來作為這門課程的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)之上研究信息的定量表示（信源熵）、信息的編碼和傳輸。其次，信息與編碼這門課程大量的運(yùn)用了概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、近世代數(shù)等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。在設(shè)計(jì)問題的時(shí)候，可以以定義、定理、定理的性質(zhì)和證明為前提，提出相應(yīng)的問題。比如，書中互信息的定義為后驗(yàn)概率與先驗(yàn)概率比值的對(duì)數(shù)，其公式如下：

我們能不能在實(shí)際問題中解析這個(gè)公式？此時(shí)，在通信系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生展開了對(duì)此公式的理解，結(jié)合實(shí)際問題加深了學(xué)生對(duì)定義的理解，同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，并且有利于學(xué)生對(duì)后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

2）以多媒體為輔助工具結(jié)合黑板的教學(xué)手段展開討論式教學(xué)。

傳統(tǒng)的教學(xué)手段是以黑板加粉筆的形態(tài)，這種教學(xué)手段簡單、直接的利用黑板和粉筆進(jìn)行授課。但是，隨著科技信息的進(jìn)步以及信息量的增加，再利用傳統(tǒng)的教學(xué)手段已經(jīng)無法有效的利用現(xiàn)代科技產(chǎn)品，也無法生動(dòng)的展示以各種形態(tài)存在的信息。

利用多媒體教學(xué)，豐富知識(shí)內(nèi)容、擴(kuò)展知識(shí)容量。將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容以不同的形式呈現(xiàn)給學(xué)生?？梢詫D片、視頻、音頻等信息放在PowerPoint里面，采用更加生動(dòng)的方式將知識(shí)點(diǎn)展現(xiàn)給學(xué)生[4]。另外，多媒體教學(xué)能夠提高教學(xué)效率、減少板書時(shí)間。但是，并不是所有的知識(shí)都適合放在多媒體課件中講解，好的教學(xué)效果需要將多媒體與黑板結(jié)合起來。

將課程中需要的基礎(chǔ)知識(shí)、易于理解的知識(shí)、需要回顧的知識(shí)點(diǎn)以及一些提示信息以多媒體課件的信息展示，能夠豐富課堂內(nèi)容，提高教學(xué)效率。而課程中一些復(fù)雜、抽象的知識(shí)點(diǎn)，需要在利用黑板進(jìn)行板書，在板書的過程中逐步將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解、講解、舉例。這樣會(huì)使教學(xué)效率有很大的提高。

3）豐富教師專業(yè)知識(shí)，提高業(yè)務(wù)能力，力使抽象的內(nèi)容具體化。課本內(nèi)容太過抽象會(huì)使學(xué)生難以理解，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。需要將教材中抽象的內(nèi)容具體化，可以使用MATLAB教學(xué)軟件使理論知識(shí)的可視化[5]，使學(xué)生易于理解?；谛畔⑴c編碼是多門學(xué)科的綜合學(xué)科，要求教師需要豐富自身的知識(shí)內(nèi)容，教師要做到擁有多于教材內(nèi)容、高于教材內(nèi)容的知識(shí)，才能做到游刃有余的駕馭教材中的內(nèi)容，才能使學(xué)生更好地接受知識(shí)、理解知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)?？梢允褂肅、C++等編程語言實(shí)現(xiàn)信源編碼，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法是保證學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力的途徑，因此在教學(xué)的過程中通過實(shí)驗(yàn)課程力求提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與運(yùn)用能力。

另外要注重與學(xué)生的溝通，及時(shí)了解學(xué)生難以理解的知識(shí)點(diǎn)及難以接受的授課方式，隨時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度及教學(xué)方法。

3 小結(jié)

文章結(jié)合信息與編碼的課程性質(zhì)，從學(xué)生水平、教學(xué)方法、課程性質(zhì)三個(gè)方面，結(jié)合實(shí)際教學(xué)中遇到的一些問題，提出了一些提高教學(xué)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的一些措施。任何學(xué)科的教學(xué)效果都需要在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，這是一個(gè)持續(xù)不斷的過程。在以后的教學(xué)工作中還需要對(duì)本課程的教學(xué)探討繼續(xù)深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹雪虹.信息論與編碼[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001.

[2]沈希忠.信息與編碼教學(xué)改革[J].電化教育研究，2012（11）：186-187.

[3]李偉.實(shí)施以問題作驅(qū)動(dòng)、師生互動(dòng)式的課堂教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生用已知解決未知的能力[J].大學(xué)數(shù)學(xué)，2010，26（1）：22-27.

[4]張正言，田雨波，張冰.信息論與編碼本科教學(xué)改革實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2010（20）：62-64.

[5]張正言，田雨波，張冰.MATLAB在信息論與編碼實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2010，13（3）：109-112.