淺談信息論與編碼課程的理論與實驗教學改革

摘 要：信息論與編碼課程是通信信息類本科的專業基礎課，針對該課程的特點和目前教學中存在的問題，本文從理論教學和實驗教學兩個方面對課程教學改革進行了探索，提出了該課程在教學和實驗環節都需要的改進之處。

關鍵詞：信息論 編碼 理論教學 實驗教學 教學改革

中圖分類號：G64 文獻標識碼：Ａ 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0007-01

進入21世紀以來，信息日益成為大家關注的焦點。信息有廣義信息和狹義信息之分。《信息論與編碼》是一門理論和實踐緊密結合的課程，書中大多討論的是關于狹義信息的最基本的理論，內容所涉及生活和工業領域非常廣泛，包括信號濾波和預測、統計檢測和估計、移動通信、遺傳學、神經生理學，社會學等等有關信息的問題。信息論與編碼是電子信息工程、通信工程和信息與計算科學等專業的一門重要專業基礎課。本人結合3年的信息論課程的授課經驗，針對目前教學過程中的出現的問題進行了分析，提出一些理論與實驗相結合的教學改革方法。

1 信息論與編碼課程的特點和存在的問題

1.1 所需準備大量的基礎課程，知識量大

信息論與編碼課程涉及大量數學知識，主要包括高等數學、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等。這些數學知識本身比較復雜、抽象，對于非數學專業的學生來講，由于缺乏系統的學習，因此對繁雜的數學定理及其推理感到抽象和枯燥，比較難以接受，進而形成畏難情緒。而數學專業的學生在儲備了大量的數學知識之后，還需要掌握一些通信方面的基礎專業知識。這方面的薄弱使得他們在學習的過程中往往覺得穿插生硬，容易失去學習興趣。

1.2 概念抽象，證明推導過程復雜

信息論與編碼課程中大量的概率論的知識和隨機過程的知識，比如馬氏鏈的穩定的極限熵，香農極限的推導過程，信道定理推導過程中的大量不等式證明都使得學生感覺這門課程更像純數學理論，一直在做邏輯證明。從而使得學生逐漸因為不熟悉的數學知識喪失學習動力，因此在學習中適當加入實例和計算機模擬算法更能貼近學生的思維。

1.3 教材所限，不可體現實際應用

信息論與編碼的教材通常先引入各種定義，比如信息、信源熵、信道容量等等，然后提出性質，定理，仍然是“定義，定理，例題，練習”老套路的數學邏輯模式，沒有合適的引入和應用。即使后面的信源編碼，壓縮編碼如此思路明確的算法，也沒有結合計算機進行數值試驗，使得整個課堂教授乏味難懂。如何優化信息論與編碼的教學，提高教學質量與效果，增進學生分析問題和解決實際問題的能力，培養適合于信息時代需要的人才，是我們教師一直需要努力的目標。

2 理論教學的改革方法

根據信息論與編碼課程的特點，應合理選擇課堂教學內容，針對當代大學生的特點，要求掌握香農理論中的核心內容，強調可與實踐結合的章節的重要講解，譬如離散信源編碼，離散信道信道容量求解。減少純粹的定理推導證明，并通過簡潔的實例使得學生深入透徹地理解公式和定理表達的內容。在充分理解課程內容的基礎上，將相關知識和當前的信息技術如移動通信技術、互聯網技術等結合，不僅可以擴大學生的知識面，還可以讓學生在課堂學習的過程中感受到信息與通信領域最前沿的理論與技術又能有興趣學習相對乏味的基礎理論知識。

除了相應的豐富教學內容，還可以采取多種教學手段，將多媒體和黑板相結合，盡量減少黑板帶來的大量證明推導的板書時間，展現多媒體授課的生動形象，還可以增加課程內容的信息量。但也要努力克服多媒體長時間的視覺疲勞而有重點的停頓和強調，吸引學生課堂的注意力。

3 實驗教學的引入

信息論與編碼的本身學科特點決定了它是一門來源實踐并指導實踐的課程，因此有必要設計一些實驗課。通過實驗可以大大提升學生的學習動力，提高學生的動手實踐能力。

實驗教學不僅能使學生更好地掌握理論知識，使理論結果可視化，更重要的是能激發學生的興趣，進而促進理論教學。設計適合不同層次學生的實驗項目，即針對一個實驗，給出由易到難階梯式的任務要求，鼓勵引導學生一級級攻克。但實驗內容必須精選和優化，適合不同專業的需要。首先有驗證性實驗，主要是信源熵的計算等；其次是設計性實驗，對給定的離散信源進行Huffman編碼、費諾編碼等，這些適合信息與計算科學專業、生物信息專業的學生進行。最后是綜合性的實驗，搭建一個包括信源、信源編譯碼器、信道、信道編譯碼器等各模塊在內的仿真通信系統。此實驗適合通信工程專業的學生進行。

近些年為了大學生數學建模比賽的需要，大學都開設了數學實驗課程，主要選取了MATLAB軟件作為實驗平臺。相對于傳統的C語言，MATLAB語言簡單易懂，其特有的工具箱可以對編程進行輔助。另外MATLAB可以實現動態建模與仿真，因此MATLAB軟件在信息論與編碼的實驗教學中得到了廣泛的應用。因為信息論與編碼課程中用到大量的矩陣計算，比如信道容量的計算、線性分組碼等，因此選擇MATLAB軟件作為實驗平臺非常適合課程自身特點。

4 結語

本文總結了信息論與編碼課程的特點以及目前教學中存在的一些問題，針對理論教學和實驗教學兩個方面討論了一些課程教學改革的見解，提出了該課程在教學和實驗環節都需要的改進之處，對該課程教學的模式進行了一定創新。對于該課程的教學探索還要在今后的教學過程中不斷摸索中前進，爭取達到良好的教學效果，培養出適合信息新時代的優秀人才。

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