“信息論與編碼”課程教學探索與實踐

成凌飛，馮艷偉

(河南理工大學1.電氣工程與自動化學院，2.萬方科技學院，河南焦作 454003)

“信息論與編碼”是電子信息類專業的一門重要的專業課程。在教學過程中，很多學生反映該課程枯燥難學，學習效果不理想。作為一線教師，筆者認為出現這種情況可能有以下三個原因［1］:①該課程的學習中需要用到隨機過程和近世代數等數學知識，一般本科生并未掌握;②該課程包括很多公式推導和定理證明;③該課程介紹的內容與日常生活和實踐聯系不夠密切，學生不容易理解。

筆者針對以上問題，在教學中引入可視化工具思維導圖幫助學生理解，以歸納該課程的概念［2，3］。

1 思維導圖在教學中的應用

1)教師運用思維導圖進行教學

思維導圖教學是注重引導學生在探究學習的過程中主動建構意義，加深體驗。學生在教師的指導下，從自然、社會和生活獲取與學科相關的專題進行研究，并在研究過程中自主地吸收知識、應用知識、解決問題，以培養學生分析問題、解決問題的能力和創造能力為目標［4］。

筆者在課程教學的每一章結束時，都會繪制一張本章的思維導圖。我們借助導圖帶領學生復習，幫助學生清晰地建立各知識點之間的連接，加深理解和記憶。圖1為筆者繪制的關于通信系統中信道的思維導圖。

2)學生運用思維導圖進行復習

圖1 關于信道的思維導圖

圖2 學生繪制的“信息論與編碼”的思維導圖

“信息論與編碼”的內容比較抽象，概念較多。在復習過程中，學生往往局限于各個概念孤立的理解和記憶，很難站在一定的高度從整個課程的結構體系上來貫穿各個知識點，結果花了很多時間去復習卻仍然一頭霧水。為此，筆者要求學生在課程結束后，每人繪制一幅該課程的整體思維導圖。利用思維導圖進行復習，既能復習各個知識點的內容，又能夠理解該知識點在整門課程中的位置。這種學習方法不但可以提升學生的注意力與記憶力，增強思維能力，更能夠啟發學生的聯想力與創造力。

圖2為一位學生手繪的該課程的思維導圖。導圖由通信系統模型、信源熵、信道、率失真函數和信源編碼等五部分組成，每部分以云狀曲線為界線，并使用不同顏色加以區分。導圖中使用了很多形象生動的卡通圖像、色彩豐富的顏色，并且使用各種箭頭表示出概念之間的聯系。顯然，學生在繪制導圖的過程中，把學習變成了一件十分有趣的事情，增加了對課程內容的理解和記憶，收到很好的效果。

2 基于Android技術的編碼程序

為了增強對“信息論與編碼”課程理論知識的理解，筆者以學生的現實生活和社會實踐為基礎挖掘課程資源，增強學生解決實際問題的成就體驗，在教學中增加了編碼實驗環節［5］。要求學生每六人組成一個小組，每組運用各自熟悉的編程語言，實現最基本的三種編碼，即香農編碼、費諾編碼和哈夫曼編碼。其中一組學生基于當前流行的應用于智能手機和平板電腦的Android技術，使用JAVA語言編寫了編碼程序。

程序界面由Android TabActiyity組件實現，輸入框和按鈕分別由Edit Text和Button控件組成。程序界面如圖3所示。點擊“start”開始運行程序。在輸入框中輸入概率數據，數據之間以空格隔開，點擊“確定”完成數據的輸入，如圖3(a)所示。然后，分別點擊界面上方的“Shannon”、“Fano”和“Huffman”，就會顯示香農編碼、費諾編碼和哈夫曼編碼的編碼結果。點擊界面上方的“Compare”，會顯示三種編碼結果的比較，如圖3(b)所示。

圖3 編碼程序界面圖

3 結語

本文介紹了筆者在“信息論與編碼”課程教學中采用的一些教學探索與實踐。通過引入思維導圖，幫助學生掌握正確有效的學習方法，教會學生如何學習和如何思維，提高學生的學習能力與思維能力，有效地改變學生的認知方式，提高了教師的教學效果和學生的學習效果。在教學中增加實驗環節，使學生從枯燥無味的理論學習中解脫出來，體會到理論與實踐相結合的樂趣，增進對知識的掌握與理解。

［1］ 鄧家先.信息論與編碼課程教學改革探討［J］.南京:電氣電子教學學報，2007，29(2):111-114

［2］ 東尼·博贊，巴利·博贊.思維導圖［M］.北京:中信出版社，2009

［3］ 王竹萍等，基于思維導圖的高效電路教學法的研究［J］南京:電氣電子教學學報，2011.33(6):87－89

［4］ 李如瑋，鮑長春，竇慧晶.“信息理論與編碼”課程建設與教學改革［J］.南京:電氣電子教學學報，2009，31(3):9-10

［5］ 姜楠，王健，蔡永泉.信息論與編碼教學實驗系統［J］.上海:實驗室研究與探索，2011，30(3):264-266