《信息論與編碼》課程教學探討與思考

摘 要：在《信息論與編碼》課程教學過程中,發現學生在學習和掌握這門課時存在一定的困難。為了提高課程的教學效果,先行分析產生困難存在的原因，針對不同的因素，根據本課程的教學特點,從概念講解，學習態度，學習方法及教學實踐等環節，探討克服本課程教學中的難點、獲得有效的教學效果的方法。其中,有的方法已被實施,還有的方法將在今后的教學中試行。已有的教學實踐結果表明,在教學過程這些改革方法的應用,將有效提高課程教學效果。

關鍵詞：信息論與編碼；教學效果；教學改革

信息理論是現代信息科學的一個重要組成部分，對通信的工程實踐、科學研究有著廣泛而深入的影響。信息論將信息的傳遞作為一種統計現象來考慮，給出了估算通信信道容量的方法。信息傳輸和信息壓縮是信息論研究中的兩大領域。這兩個方面又由信息傳輸定理、信源－信道隔離定理相互聯系。信息論有狹義和廣義之分。香農（Shannon, 1916-2001）被稱為是“信息論之父”。人們通常將香農于1948年10月發表于《貝爾系統技術學報》上的論文“通信的數學理論”作為現代狹義信息論研究的開端，它以編碼理論為中心，主要研究信息系統模型、信息的度量、信息容量、編碼理論及噪聲理論等。隨著通信的網絡化，多用戶信息論得到了飛速發展,并在實際應用中取得重要成果。信息論是通信系統的指導性基礎理論。廣義信息論又稱信息科學，主要研究以計算機處理為中心的信息處理的基本理論，包括評議、文字的處理、圖像識別、學習理論及其各種應用。信息論的研究與很多學科密切相關，例如，數學、物理學、控制論、計算機科學、邏輯學、心理學、語言學、生物學、仿生學、管理科學等。

目前信息論已被應用到更加廣泛的領域，如經濟、生物、物理，并產生了一系列的新型分支，如信息路與股票市場、生物信息論、量子信息論等。隨著這些分支的產生，對信息的需求使得人類進入了信息化社會，信息觀念和信息處理能力已成為21世紀信息人才所必備的基本素質，信息論與編碼理論正是信息技術發展的基本理論。因此，許多高等院校在電子信息工程，通信工程及網絡工程開設《信息論與編碼》為專業的基礎課。在實際教學過程中，教師發覺無論怎樣講解教學效果不明顯，而且學生也不愿意學習。經過調查分析，發現問題出現在以下幾個方面：

1 教學過程中存在的問題

信息論課程對數學理論要求較高，所涉及的數學知識覆蓋了理工科學生所學的大部分數學知識，包括：高等數學、線性代數、離散數學、概率論與數理統計、隨機過程以及數值分析。但是根據本科教學大綱安排，隨機過程和數值分析是不學的。還有，這門課中存在大量繁瑣又枯燥乏味的公式的推導和證明，使得學生望而生畏，從而影響了學生學好這門課的信心。與許多學生討論這門課時，發覺學生認為信息論就是一些公式和推導，沒有體會到該理論在現實生活中的應用價值，學非所用，沒有學習的必要。在教學過程中發現學生過度依賴老師，缺乏獨立的思考。老師講的知識是強迫接受。還有，信息概念比較抽象，學生對其理解不夠，在這種情況下，取得好的教學效果比較難。目前，現在許多學校在實踐教學方面還存在許多問題，有的根本就沒有開設，有的只是將通信原理的實驗箱拿來為學生演示。學生從中沒有學到任何有關課程的內容。還有就是沒有充分考慮學生的心理特點、知識結構和個體差異，實踐任務安排不合理，太難也會打擊學生的信心。

2 提高教學質量的思考及方法

2.1 信息概念要強化，如果學生對信息的概念不了解，對以后的深入學習會造成很大的障礙，因此在課堂上采用多媒體輔助形式和生活中的應用實例將信息概念形象化。例如要想使學生對信息有一定程度的認識，就可以從這樣闡述：客觀世界充滿著信息：天上的星體、地下的礦藏，一切客觀物質無不具有自己的特征信息。人類離不開信息：人的五官在不停地感知、接收信息；人的神經系統在不停地傳遞信息；人的大腦則在不停地處理與決策信息；人與人之間又在不停地交流信息；人活在世上百分之百時間都在自覺與不自覺地與信息打交道。知識、書本是有用信息的積累：人類依靠知識改造自然，適應自然，靠知識促進社會的發展與進步。信息是組成客觀世界并促進社會發展的最基本的三大要素之一。三大要素是：物質、能量與信息。三要素中物質是基礎，是實體。能量是物質運動的形式，E=mc2，物質可轉換成能量，而能量又是改造客觀世界的主要動力。信息：它依附于物質和能量，但又不同于物質和能量。沒有信息就不能更好地利用物質和能量，人類利用信息和知識改造物質，創造新物質，提高能量利用效率，發現新能量形式。信息也是客觀存在的，它是人類認識、改造客觀世界的主要動力，是人類認識客觀世界的更高層次。

對信息概念有了認識后，進一步引入關于怎樣研究信息和描述信息。信息存在于自然界，有也存在于人類社會。哪里有事物，哪里就有事物的運動，同時哪里就產生了信息。在接收者收到信息之前，對它的內容是不知道的，具有不確定性，是可以攜帶、存儲及處理，并能夠度量的。根據這些解釋，舉例子如：有人告訴你許多原來不知道的新內容。這些新內容就是信息，這些信息是由別人傳遞過來的。再舉個例子，有兩個袋子分別裝100個球，甲袋子裝了50個紅球，50個白球；乙袋子裝25個紅球，25個白球，25個籃球，25個黑球，現從兩個袋子隨意抽出一個球，是紅球，則這兩個消息包含的信息量是不同的。這樣學生就對信息有個形象的認識。在為后面講解信息的度量時，打下良好的基礎

2.2 教學角色不同，對待同一事物的看法和觀點就不同。教師從事多年教學，學生又是從未接觸過信息論的知識，對第一次接收的新知識的理解與教師所傳授的目的是否一致呢？也就是學生能否理解課堂上教師所傳授的內容？通過調查研究發現在學生學習過程中，由于學生自身的基礎與教師存有差別，教師所講授的內容與學生接受的內容也有偏差。因此，采用換位思考，讓教師站在學生的角度去理解、學習抽象而晦澀的純理論的知識。這就要采用新的方法去教與學。教師選取幾個相對簡單移動的環節，通過初步的引導，讓學生自學并上講臺講課給其他的同學聽，這樣教師會發現不同的學生所講的則重點就不同，而且學生們還會發現問題與老師和其他的同學討論，這樣加深學習印象，產生良好的學習效果。最重要的是，教師發現學生在學習中的不足和缺點，從而加強補充。

2.3 難理解的知識點采用建模、比喻和舉例的方法進行教學由于信息論是一門理論性很強的課程，數學推導對應理解信息論的內容是十分重要的，因此在本門課程的教學過程中，我們的教師還是以傳統的黑板授課為主，在達到結論性成果后通過適當利用多媒體演示一些編碼技術的實現過程和仿真結果，這樣能夠達到比較好的教學效果。另外，通過多媒體建立的學習情境進行學習，利用生動、直觀的形象有效的激發聯想，便于學生記憶，強化知識學習。計算機輔助《 信息論 》課程教學能夠提高課堂教學效率，改善課堂教學效果。除課堂授課外，拿出一些課時進行討論。布置一些習題由學生自己準備，在討論課上由學生就相關問題介紹自己的解決方法，大家進行討論，激發學生主動學習的意識，提高他們思考問題和解決問題的能力。

2.4 充分利用網絡提供更多的教學資源。建立了課程網站，在網站上提供補充材料，如信息論最新研究的綜述性文章，收集專家的各類報告等等，這些對于學生了解相關的應用，加深理解信息論概念會起到重要作用。我們還在網上建立交流區，加強教師和學生的交流，縮短教師和學生的距離，將課堂延伸到課外。

2.5 由于“信息論與編碼”課程內容需要一定的數學基礎,存在大量的理論證明和推導,因此,對于學生空間想象能力，抽象思維能力和邏輯推理能力等方面要求較高,這也對該課程的教學提出更高的要求。因此,為了在授課過程中激發學生的學習興趣和動力,充分調動學生學習的積極性和主動性,促進學生更好地掌握“信息論與編碼”這門課程,非常有必要進行實踐探討與研究。為了取得較好的教學效果，根據學生的基礎不同，將實踐的難度分成三個等級。對于基礎較薄弱的學生，采用演示性實踐；中等層次的學生采用MATLAB仿真手段；對于高等層次的學生，采用高級語言編程完成通信與編碼的算法。老師不能像以前采用的實踐教學方法，統一要求統一管理。采用這種因材施教教學手段，可以激發各類學生的學習興趣和動力,充分調動學生學習的積極性和主動性。同時。還可以將實踐內容作為開放性實踐，拓展有需求的學生的學習需要。

本文從“信息論與編碼”在教學中所產生的問題入手,分析產生教學的效果差的幾個原因。根據本課程教學內容的特點,分別從概念講解，學習態度，學習方法及教學實踐等環節，探討克服本課程教學中的難點、獲得有效的教學效果的方法。其中,有的方法已被實施,還有的方法將在今后的教學中試行。已有的教學實踐結果表明,在教學過程這些改革方法的應用,將有效提高課程教學效果,激發學生的學習熱情和興趣。

參考文獻

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[3]曹雪虹,等.信息論與編碼[M].北京:清華大學出版社,2004.

作者簡介：杜玉華:1977年生，研究生，2003年畢業于長江大學（原江漢石油學院）地球探測與信息技術專業，現在常州工學院電子信息與電氣工程學院從事教學科研工作,講師,研究信號采集與處理方向。