《信息理論與編碼》課程教學(xué)探討

伍娟 王仲根 蘇靜明 洪炎 唐超禮 姚善化

關(guān)鍵詞：信息理論與編碼;教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法

一、研究背景

隨著信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，信息安全顯得尤為重要。大到國家發(fā)展需要，小到個人隱私需求，信息安全日益成為一個國家核心競爭力的重要保證。信息理論與編碼是“信息安全”課程群中的核心課程，主要面向電子信息以及通信類專業(yè)的學(xué)生。作為編碼的理論基礎(chǔ)，該門課程論述了編解碼理論與方法在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)、數(shù)字電視技術(shù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。因此，充分了解該課程相關(guān)理論，學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)知識對于信息工程類的學(xué)生來說尤為必要。

二、課程特點與常見問題

（一）課程枯燥

該門課程主要利用概率論、隨機(jī)過程、數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學(xué)方法來定量研究通信過程中如何有效、可靠、安全地進(jìn)行信息的編碼、傳輸、獲取等。課程內(nèi)容抽象、理論深、公式多，導(dǎo)致學(xué)生理解不夠深入、學(xué)習(xí)主動性相對不高。此外，學(xué)生對于前期所學(xué)知識記憶已經(jīng)模糊，任課老師如果只采取“填鴨式”滿堂灌的教學(xué)方式進(jìn)行授課，會引起學(xué)生的反感情緒以及畏難心理，導(dǎo)致學(xué)生無法掌握該課程中相應(yīng)的理論知識以及物理概念，使得教學(xué)效果大打折扣。

（二）缺乏實踐

本課程主要以理論授課為主，需要讓學(xué)生掌握香農(nóng)三大定理即無失真信源編碼、限失真信源編碼以及信道編碼的基本原理、方法和應(yīng)用，了解信息熵、互信息、信道容量以及信息率失真函數(shù)的物理含義。但是在實際教學(xué)過程中，許多高校對于該門課程都是以理論授課為主，缺乏信息處理的實驗操作或仿真模擬等情境教學(xué)。導(dǎo)致學(xué)生對基本概念的理解能力較差，實際動手能力較弱。此外，有些學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中過于關(guān)注數(shù)學(xué)計算過程，不能很好地理解每個公式所代表的物理含義，缺乏靈活應(yīng)變的思維能力。這勢必會影響最終的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

（三）教學(xué)過程設(shè)計不合理

信息理論與編碼作為信息工程類專業(yè)的一門核心課程，需要任課教師充分了解通信原理、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論、信號與系統(tǒng)等方面的知識。還要求教師具備一定的理論分析能力、抽象思維能力和邏輯歸納能力，充分將通信系統(tǒng)的一些概念與本課程緊密結(jié)合。

但從目前的教學(xué)現(xiàn)狀來看，仍然存在教學(xué)安排不合理的情況。信息理論與編碼作為一門理論性較強(qiáng)的課程，在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計過程中結(jié)合多媒體課件的優(yōu)勢，可以有效地在少學(xué)時的情況下輸出更多的信息量。但是如果在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計時只將書本知識進(jìn)行展示，無知識點的凝練與總結(jié)，也不能和其他課程進(jìn)行有效結(jié)合。對于學(xué)生來說，抬頭看黑板與低頭看教材無任何區(qū)別，學(xué)生很難將前后內(nèi)容進(jìn)行融會貫通，這就導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完本節(jié)課程，很快就忘了該知識點的內(nèi)容。學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，教學(xué)效果也不會好。

綜上所述，如何提高該課程的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生充分掌握該課程的基本原理與方法，是該課程需要探索的問題。結(jié)合該課程的特點，筆者對課程的建設(shè)提出如下的改進(jìn)建議。

三、改革實踐

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

信息理論與編碼是一門結(jié)合通信技術(shù)、隨機(jī)過程等多個技術(shù)領(lǐng)域的課程，具有內(nèi)容多、公式多、原理多、知識點多等特點。如何在有限的授課時間內(nèi)，向?qū)W生清晰準(zhǔn)確地傳授所有的知識點，是任課老師在教學(xué)過程中所必須重視的問題。因此，教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重和取舍，教學(xué)重點的突出以及學(xué)科最新的前沿動態(tài)，都需要任課老師進(jìn)行充分的設(shè)計與準(zhǔn)備，才能有效豐富實際教學(xué)過程。

由于目前信息的存儲、傳輸、處理等技術(shù)通常采用數(shù)字處理方法，模擬信號的需求已大大降低。因此作為通信的基本理論，在安排信息理論與編碼課程時可以根據(jù)當(dāng)今形式的發(fā)展需要選取教學(xué)側(cè)重點。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計時，以離散信源和離散信道為主，研究離散信源熵、信道容量以及編碼規(guī)則。適當(dāng)?shù)販p少連續(xù)信源、連續(xù)信道等相關(guān)內(nèi)容，或者選擇讓學(xué)生進(jìn)行課后自學(xué)。

認(rèn)真?zhèn)浜蒙险n的多媒體課件，不照本宣科，對知識點進(jìn)行凝練，通過例題和圖像來形象地闡述基本原理、基本概念。與其他學(xué)科相融合，通過學(xué)科之間的共通性進(jìn)一步說明學(xué)習(xí)本門課程的重要性。比方說課程開篇在介紹信息、信號與消息的概念與區(qū)別時，可以結(jié)合點對點通信系統(tǒng)模型進(jìn)行闡述。消息是指信息的載體，具有不同的形式，如語言、文字、圖片、數(shù)據(jù)等，能夠被人的器官所感知的稱之為消息。而在通信系統(tǒng)中，信號是指適合信道傳輸?shù)奈锢砹?信號是消息的運載工具，可以測量、顯示和描述，如電壓、聲壓等。因此，他們之間的關(guān)系是：信號攜帶消息，消息包含信息。那么對通信系統(tǒng)來說，信源是產(chǎn)生消息的部分，而消息需要通過一定的變換轉(zhuǎn)換成信號才能夠在信道中進(jìn)行傳輸。因此信號在信道傳輸過程中傳遞的是消息，通過消息的傳遞，我們才能夠在接收端獲得信息。通過將理論概念和通信系統(tǒng)模型充分聯(lián)系起來，加深學(xué)生的理解。也讓學(xué)生充分了解學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)性，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

（二）改進(jìn)教學(xué)方法

該課程涉及大量的理論證明和公式推導(dǎo)。所以在課時有限的情況下，合理安排和設(shè)計教學(xué)過程，有效且生動地向?qū)W生系統(tǒng)介紹信息理論與編碼的基本原理和方法是提升教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

1.教學(xué)環(huán)節(jié)優(yōu)化

板書教學(xué)具有邏輯性強(qiáng)、利于教師掌控和調(diào)節(jié)教學(xué)節(jié)奏等優(yōu)點，但是這種授課方式表現(xiàn)形式單一，板書時間較長，展示的信息量較小。而多媒體教學(xué)具表現(xiàn)能力強(qiáng)，輸出信息量多的優(yōu)點，可以有效節(jié)約板書時間，生動形象地向?qū)W生展示教學(xué)內(nèi)容。

因此，在課程教學(xué)過程中可以優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，采用多媒體教學(xué)與板書教學(xué)相結(jié)合的形式進(jìn)行授課。涉及理論性強(qiáng)、難度大的基礎(chǔ)知識，采用板書輔以多媒體課件的方式進(jìn)行教學(xué)，以便于學(xué)生跟上老師的思維，更好的理解理論過程;涉及物理量定義的介紹、各種的編碼方法分類以及通信實現(xiàn)過程等采用以多媒體課件展示為主的方式進(jìn)行授課。利用案例、視頻等多種形式，刺激學(xué)生的感官，使得教學(xué)內(nèi)容變得更加生動有趣。通過這種取長補短的教學(xué)方式可以有效提高教學(xué)效率，優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生更加投入學(xué)習(xí)，教學(xué)效果也會更好。