信息論與編碼課程教學(xué)改革探討

周宇媚

廣西梧州學(xué)院信息與電子工程學(xué)院

信息論與編碼課程教學(xué)改革探討

周宇媚

廣西梧州學(xué)院信息與電子工程學(xué)院

針對(duì)“信息論與編碼”課程本科教學(xué)中的不足，本文提出了一些改進(jìn)措施，主要涉及教學(xué)方式，教學(xué)內(nèi)容以及實(shí)踐教學(xué)等方面。實(shí)踐表明，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以較深刻地掌握理論知識(shí)以及編碼技術(shù)，教學(xué)改革效果良好。

信息論與編碼；教學(xué)方法；教學(xué)改革

引言

作為電子信息工程、通信工程等專業(yè)的一門重要課程，“信息論與編碼”課程主要介紹以信源與信道編碼定理為主的shannon信息論的核心理論［1］。目前課程教學(xué)中存在的主要問(wèn)題有：1）由于本課程存在的原因是信息存在不確定性，因此不可避免涉及到大量的數(shù)學(xué)知識(shí)，如概率論，隨機(jī)過(guò)程和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等。因此，本課程被大部分學(xué)生認(rèn)定為理論性太強(qiáng)，復(fù)雜，抽象難懂；2）該課程基于本身特點(diǎn)，經(jīng)常沒(méi)有得到及時(shí)的實(shí)際應(yīng)用，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生一些錯(cuò)誤認(rèn)知：該課程到底有沒(méi)有用，是不是搞研究才需要學(xué)，作為本科生的自己可學(xué)可不學(xué)。學(xué)生會(huì)因此失去了學(xué)習(xí)該課程的動(dòng)力。3）大部分院校沒(méi)有重視實(shí)踐教學(xué)，沒(méi)有將理論與實(shí)踐充分結(jié)合。局限了本課程的理論指導(dǎo)實(shí)踐的實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，改進(jìn)措施涉及教學(xué)方式，教學(xué)內(nèi)容以及實(shí)踐教學(xué)等三方面，獲得了良好的教學(xué)效果［2］。

1　信息論教學(xué)實(shí)踐

1.1深化概念理解，弱化公式推導(dǎo)

授課過(guò)程，可以從物理意義的角度出發(fā)，特別在引入新概念，新知識(shí)的時(shí)候，選擇先引導(dǎo)學(xué)生從物理意義理解概念，繼而進(jìn)入公式理解，效果要比以公式推導(dǎo)論證的方式引入效果好很多。深化概念理解，弱化公式推導(dǎo)。

比如，介紹信源熵H（X）時(shí)，從物理意義的角度理解概念。信源熵可以理解為信源的不確定性；可以理解為變量X的隨機(jī)性；還可以表示平均每個(gè)離散消息所提供的信息量［3］。學(xué)生對(duì)概念有一個(gè)認(rèn)識(shí)，再引出公式對(duì)其進(jìn)行推導(dǎo)論證。因?yàn)樵谖锢硪饬x層面，對(duì)信源熵有了一定的理解，學(xué)生對(duì)這個(gè)復(fù)雜公式的理解會(huì)顯得更主動(dòng)，不那么枯燥，難懂。

1.2充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

對(duì)于信息論與編碼這樣的一門內(nèi)容抽象，枯燥的課程，在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣很重要，為學(xué)生學(xué)習(xí)課程提供動(dòng)力。

在課堂教學(xué)中，可以將實(shí)際生活與課程教學(xué)結(jié)合起來(lái)，以學(xué)生所熟知的事物充實(shí)教學(xué)內(nèi)容。比如，引入自信息量概念講解的時(shí)候，可以通過(guò)用大家感興趣的足球比賽做例子。巴西和中國(guó)足球比賽，就我們對(duì)兩個(gè)足球的實(shí)力的了解，我們猜測(cè)“巴西打敗中國(guó)”這個(gè)結(jié)果出現(xiàn)的可能性很大。因此，如果最后的比賽結(jié)果如果是“巴西打敗中國(guó)”，那么，這個(gè)事件（比賽結(jié)果）的出現(xiàn)，人們不會(huì)感到特別意外。但是，如果比賽結(jié)果是“中國(guó)打敗巴西”，那么這個(gè)事件的發(fā)現(xiàn)將會(huì)造成很大的轟動(dòng)，因?yàn)檫@個(gè)事件發(fā)現(xiàn)的可能性是非常小的。也正因?yàn)榘l(fā)生的概率小，所以它的發(fā)生給人們傳遞了很大的信息量，引起人們很大的興趣。反應(yīng)到數(shù)學(xué)上，小概率事件的發(fā)生，提供的信息量大，反之，產(chǎn)生的信息量小。反應(yīng)到數(shù)學(xué)上，當(dāng)事件的發(fā)生概率為1的時(shí)候，所提供的信息量為0。事件是必然發(fā)生的，人們不感興趣。這樣，學(xué)生對(duì)信息量有了自己的認(rèn)識(shí)，那么，再引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)信息量的變化規(guī)律，找到一種函數(shù)實(shí)現(xiàn)信息量的刻畫，也就是引出計(jì)算信息量的公式I（ai）=-log2p（ai）。

因?yàn)閷W(xué)生感興趣的生活實(shí)例融入了教學(xué)過(guò)程，因此在學(xué)習(xí)信息量概念和其計(jì)算公式的整個(gè)過(guò)程，學(xué)生都是主動(dòng)的，感興趣的。理解很深刻，掌握效果也很好。

1.3理論指導(dǎo)實(shí)踐，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

信息論與編碼作為一門理論性較強(qiáng)，涉及較多基礎(chǔ)知識(shí)的課程，教師教學(xué)以及學(xué)生掌握知識(shí)都有很大的困難。因此，課堂教學(xué)應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生將理論運(yùn)用到實(shí)踐中，學(xué)以致用，讓學(xué)生在實(shí)踐中進(jìn)一步加深知識(shí)的理解，與此同時(shí)，借實(shí)踐機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力。

比如，在信源編碼的時(shí)候，讓學(xué)生使用matlab編程分別實(shí)現(xiàn)香農(nóng)編碼，費(fèi)諾編碼以及赫夫曼編碼算法，判斷三種編碼的好壞，并給出具體算法設(shè)計(jì)的依據(jù)。學(xué)生既加深了三種編碼的理解，也掌握了編碼好壞的判斷依據(jù)，更重要的是，實(shí)驗(yàn)?zāi)艹浞职l(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

實(shí)踐證明，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，學(xué)生除了加深了授課內(nèi)容的理解，還提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2　總結(jié)與探索

本文分析了“信息論與編碼”課程的特點(diǎn)以及本科教學(xué)中存在的問(wèn)題，從教學(xué)方式，教學(xué)內(nèi)容以及實(shí)踐教學(xué)方面提出了一些改善教學(xué)的想法。這些想法也僅僅是一些初步的嘗試，還需要在今后的教學(xué)中更進(jìn)一步地研究。希望起到拋磚引玉的作用，共同探討信息論與編碼課程的教學(xué)工作，進(jìn)一步促進(jìn)“優(yōu)化教學(xué)效果，提高培養(yǎng)質(zhì)量”。

［1］郭旭旭.淺談信息論與編碼課程的教改與實(shí)踐［J］.讀寫算-素質(zhì)教育論壇，2014，（19）∶10-11.

［2］杜德權(quán).工程管理專業(yè)工程施工課程教學(xué)改革的探索［J］.高等教育研究（成都），2010，02∶80-81+83.

［3］李建軍.信息論中的概率統(tǒng)計(jì)［J］.長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，04∶33-35

Teaching Reform on Information Theory and Coding Theory

Aims at the disadvantageous factors in teaching the course of Information theory and coding，this paper discusses the basic thoughts of course reform from the teaching contents，methods，instruments and practice.The practice results show that the students can master the necessary theory on the course and the teaching quality is improved.

Theory of Information and Coding；teaching methods；teaching reform

周宇媚，女，研究方向：機(jī)器視覺(jué)。