《信息論與編碼》教學改革的探索

唐山學院信息工程系 任麗棉 王金紅

探索與觀察

《信息論與編碼》教學改革的探索

唐山學院信息工程系 任麗棉 王金紅

針對本學院應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標以及信息論與編碼課程內(nèi)容的特點，從該課程的教學內(nèi)容、教學手段以及實驗內(nèi)容等方面探索改革的思路，為培養(yǎng)“勤奮敬業(yè)、實踐能力強、具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應(yīng)用型人才”奠定基礎(chǔ)。

信息論與編碼；教學改革；應(yīng)用型人才

1.引言

《信息論與編碼》是電子通信類學生的專業(yè)基礎(chǔ)課程。它以數(shù)學的基本方法如概率論、隨機過程、數(shù)理統(tǒng)計等為基礎(chǔ)，研究和分析信息從信源到信宿傳輸過程中的有效性和可靠性問題[1]。通過本課程的學習，使學生掌握信息傳輸、存貯、處理與識別系統(tǒng)中關(guān)于信息的概念、度量、編碼理論與方法，為設(shè)計有效、可靠并且安全的信息系統(tǒng)打下理論基礎(chǔ)，并為以后從事通信技術(shù)支持、軟件開發(fā)測試準備必要地理論基礎(chǔ)。該課程理論嚴謹、邏輯性強，對培養(yǎng)學生的邏輯思維能力、獨立分析能力和解決問題的能力以及理論聯(lián)系實際的能力，都有很重要的作用。隨著近幾年新技術(shù)的發(fā)展與變化，為了適應(yīng)寬口徑科技人才培養(yǎng)的需要，這門課的課時也不斷的被壓縮，因此迫切需要對原來的教學內(nèi)容和教學重點進行調(diào)整，同時也應(yīng)對教學手段和實踐教學相關(guān)內(nèi)容進行改革和建設(shè)。

2.教學內(nèi)容的改革

針對我校的培養(yǎng)目標，即以教學為中心，為基層一線培養(yǎng)實踐能力強，具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，他們的任務(wù)是負責工作現(xiàn)場的技術(shù)指導，而不是進行科學研究或新產(chǎn)品的研發(fā)。因此作為授課教師，我們應(yīng)該根據(jù)培養(yǎng)目標，合理安排本課程的教學內(nèi)容。

在教學過程中將教學內(nèi)容分為基本教學內(nèi)容、擴展的教學內(nèi)容和實驗教學內(nèi)容三部分。基本教學內(nèi)容包括構(gòu)建支持學生終身學習的知識基礎(chǔ)，如信息的統(tǒng)計度量、信源編碼、信道容量以及信道編碼等內(nèi)容。信息量部分本身應(yīng)作為重點來講解，同時信息量的重點放在離散信源的度量上，而對連續(xù)信源的度量則列為選學內(nèi)容，原因在于當今的信息處理及編碼技術(shù)大多采用數(shù)字處理方法。考慮到后續(xù)課程“數(shù)字圖像處理”中有限失真編碼技術(shù)，所以本課程的信源編碼部分重點放在無失真信源編碼上，主要介紹其物理意義和具體的編碼技術(shù)，如Huffman編碼和算術(shù)編碼，而并不作復(fù)雜的理論證明。信道容量部分講解信道容量的定義、物理意義、達到信道容量的充要條件以及信道的組合，重點放在求解對稱和準對稱DMC信道的信道容量，對一般離散信道的信道容量求解不作要求。信道編碼部分有編碼定理和具體的編碼技術(shù)，重點講解信道編碼定理、離散序列的譯碼準則、線性分組碼和循環(huán)碼[2]。考慮到后續(xù)課程“通信原理”中有卷積碼的內(nèi)容，同時也由于本課程的課時數(shù)較少，所以卷積碼不列為本課程的教學內(nèi)容。而對于無記憶信源的有失真編碼，同樣不列為教學內(nèi)容，留給感興趣的學生課下閱讀。這樣的教學內(nèi)容安排在一定程度上降低了該課程的難度，提高了學生學習的積極性，并符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。另外擴展的教學內(nèi)容要及時、適當?shù)亟榻B本學科的最新動態(tài)和新的發(fā)展，使課程教學內(nèi)容保持基礎(chǔ)性的計算機教育與教學研究，同時，要不斷提高課程內(nèi)容的時代性和前沿性。

3.現(xiàn)代化教學手段的應(yīng)用

在課堂教學中，采用多媒體課件與傳統(tǒng)板書相結(jié)合的教學手段，并使兩者有機的互補。相對于黑板板書而言，多媒體課件有著無法比擬的優(yōu)勢。首先多媒體課件信息承載量很大，可以拓寬學生的視野，激發(fā)學生的學習興趣。其次，多媒體課件有豐富的表現(xiàn)力，課件中可以引入圖片、聲音，使教學更加形象、直觀。對于一些教學提綱、歸納總結(jié)、圖文圖表以及動畫演示的內(nèi)容，宜采用幻燈片。如在介紹信道噪聲的時候，可以用PPT動畫的方式，將有噪信號與無噪信號的圖像分別展示給學生，讓他們有更直觀的理解和更深刻的記憶。第三，多媒體課件可以省去課上書寫的時間，使課上時間相對寬松，可以留給學生更多的思考和師生交流的時間。第四，便于總結(jié)和復(fù)習，并有利于資源共享。但是多媒體課件仍然有其本身的弊端。本身該課程有很多理論公式推導和基本原理的解釋，所以很多內(nèi)容關(guān)聯(lián)性比較強，多媒體課件每次只能展示其中一部分，所以相互關(guān)聯(lián)的內(nèi)容就無法同時展現(xiàn)給學生，這樣對于邏輯性很強的部分，不易保持學生思維的流暢性和連續(xù)性，不易讓學生整體把握教學內(nèi)容，造成思維脫節(jié)。而板書恰好可以彌補這一缺陷，可以讓學生整體連貫的把握知識點。另外在授課過程中，用多媒體課件容易講的過快，可能會使學生跟不上教師的思路[3]。因此采用多媒體課件和傳統(tǒng)板書相結(jié)合的方式是勢在必行的。

4.加強實踐教學環(huán)節(jié)

《信息論與編碼》是一門理論和實踐緊密結(jié)合的課程，如果僅僅停留在教師課堂上的理論知識，那么學生學到的只是“死”的知識，不能將理論運用到實踐中去，也不能很好的調(diào)動學生學習的積極性，很難體現(xiàn)出培養(yǎng)創(chuàng)新思維和動手能力的要求。為此，我們要增加必要的實踐環(huán)節(jié)，編寫相關(guān)的實驗，如信道容量的迭代算法、香農(nóng)編碼、霍夫曼編碼、線性分組碼等，每個實驗制定出具體的算法和實驗要求，學生可以選用自己熟悉的編程語言來實現(xiàn)，如C、MATLAB等。通過實驗，可以彌補教學內(nèi)容概念抽象難以理解的不足，同時也培養(yǎng)了學生嚴謹科學有序的工作作風，提高學生的分析問題、解決問題和實際動手的能力。

在這里，建議學生選擇MATLAB語言編程。由于《信息論與編碼》課程中，涉及到大量的數(shù)學運算，尤其是對數(shù)運算以及矩陣的運算，其計算過程非常繁瑣，同時在課程中又無法完全略去數(shù)學運算。而MATLAB可以幫助解決這個問題，MATLAB具有豐富的庫函數(shù)，程序設(shè)計語法規(guī)則簡單，在解決工程數(shù)學問題和科研教學的輔助方面更加直觀、簡潔和高效。除了利用MATLAB編程實現(xiàn)之外，也可以利用SIMULINK來動態(tài)建模并仿真。SIMULINK是MATLAB軟件的擴展，它是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件包，它與MATLAB語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。MATLAB通信工具箱包含了對通信系統(tǒng)進行仿真所需的信源編碼、信道編碼以及其他所用的全部庫函數(shù)和模塊，教師和學生在MATLAB環(huán)境中調(diào)用所用模塊，就能迅速而直觀的看到運算和編碼結(jié)果[4]。

5.結(jié)束語

為了培養(yǎng)社會需求的應(yīng)用型人才，結(jié)合《信息論與編碼》的教學實踐，對該課程進行教學改革。教學內(nèi)容上力求與前期及后續(xù)課程完整銜接，內(nèi)容設(shè)置上充分考慮電子通信專業(yè)課程設(shè)置的系統(tǒng)完整性。本文所談的是對教學內(nèi)容、教學手段的應(yīng)用以及實踐教學等方面的思考與嘗試，這些只是我們在《信息論和編碼》課程教學改革中的初步探索，課程改革實踐創(chuàng)新的路還很長，在具體實施教改的過程中還會存在許多實際的問題，因此課程改革的工作將任重而道遠。

[1]王育民,李暉,梁傳甲.信息論與編碼理論[M].高等教育出版社,2005,12.

[2]信息論與編碼教學大綱[S].唐山:唐山學院信息工程系,2010.

[3]官輝.略論傳統(tǒng)板書與現(xiàn)代板書的結(jié)合使用[J].基礎(chǔ)教育研究,2008(6).

[4]楊春玲,李春暉.《信息論與編碼》課程教學改革初探[J].中國科教創(chuàng)新導刊,2011(5).

任麗棉（1981—），女，碩士，唐山學院信息工程系講師，研究方向：數(shù)字信號處理與濾波器。