信息論與編碼教學(xué)模式的研究與探索

張秋聞 王 曉

摘要：針對(duì)信息論與編碼課程理論性強(qiáng)、概念抽象、多學(xué)科交叉及數(shù)學(xué)推導(dǎo)煩瑣的特點(diǎn)，提出改進(jìn)方法和可行性方案，以鄭州輕工業(yè)學(xué)院為例，分析傳統(tǒng)的信息論與編碼課程教學(xué)模式存在的問題，闡述信息論與編碼課程的課堂教學(xué)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)、課程考核等教學(xué)環(huán)節(jié)的改革措施，展示教改后的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：信息論與編碼；教學(xué)模式；研究與探索

0 引言

近幾年，隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，信息論與編碼技術(shù)已經(jīng)在多媒體軟件、信道與信源通信、視頻處理等方面得到廣泛應(yīng)用 。為適應(yīng)市場(chǎng)需求，許多高校的相關(guān)專業(yè)陸續(xù)開設(shè)了信息論與編碼課程。信息論與編碼課程有數(shù)學(xué)公式多、理論性強(qiáng)、概念抽象的特點(diǎn)。目前的教學(xué)多側(cè)重理論教學(xué)，課堂教學(xué)枯燥乏味，課程建設(shè)和培養(yǎng)模式相對(duì)陳舊，沒有形成完整的課程體系。

1 信息論與編碼課程教學(xué)現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，社會(huì)對(duì)電子信息、信息工程、通信工程專業(yè)人才的知識(shí)、能力和素質(zhì)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不能滿足信息論與編碼課程的教學(xué)需求。為了讓學(xué)生更深入地掌握信息論與編碼理論和相關(guān)專業(yè)技能，教師必須探索新的理論教學(xué)方法并加強(qiáng)上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的理論素養(yǎng)和動(dòng)手能力。目前的教學(xué)模式主要存在以下幾方面問題。

（1）傳統(tǒng)理論教學(xué)模式不能滿足專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求。信息論與編碼是大多數(shù)信息類專業(yè)的研究生課程，需要較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、分析理論、隨機(jī)信號(hào)、概率統(tǒng)計(jì)等方面知識(shí)輔助學(xué)習(xí)（信息論與編碼涉及的基礎(chǔ)理論較復(fù)雜，許多數(shù)學(xué)公式證明推導(dǎo)十分晦澀難懂），但實(shí)際情況是很多高校在課程教學(xué)中只注重理論知識(shí)的講授，很少與相關(guān)學(xué)科理論相結(jié)合，也缺乏必要的知識(shí)聯(lián)系和銜接，本科階段又沒有開展先修課程的教學(xué)，從而造成了本科生學(xué)習(xí)困難。

（2）上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容陳舊，靈活性差。上機(jī)實(shí)踐項(xiàng)目包含上機(jī)實(shí)踐指導(dǎo)教材和上機(jī)實(shí)踐程序原型的代碼。信息論與編碼方面的理論與應(yīng)用發(fā)展變化比較快，教材更新滯后，內(nèi)容陳舊，而上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容也與技術(shù)發(fā)展的實(shí)際脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生在校學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)總是滯后于社會(huì)發(fā)展的需求。

（3）課程考核片面強(qiáng)調(diào)書面成績(jī)，忽視培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。信息論與編碼課程的教學(xué)目標(biāo)是運(yùn)用信息技術(shù)解決在科研及生產(chǎn)過程中遇到的問題，而傳統(tǒng)的教學(xué)模式多注重課程書面考試成績(jī)，缺乏對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力的考核。

針對(duì)上述問題，借鑒其他課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們通過對(duì)信息論與編碼課程的教學(xué)模式、上機(jī)實(shí)踐、課程考核等的研究改革，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)信息論與編碼知識(shí)的理解，提高其分析與解決問題的實(shí)踐能力。

2 具體改革措施

2.1 信息論與編碼課堂教學(xué)改革

對(duì)信息論與編碼課程進(jìn)行教學(xué)改革，課堂教學(xué)改革是不可缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)課堂教學(xué)過分強(qiáng)調(diào)教材的導(dǎo)向作用，缺乏相關(guān)課程之間必要的聯(lián)系和銜接以及課程整體上的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。上課時(shí)間固定，課程內(nèi)容陳舊，實(shí)行“填鴨式”和“滿堂灌”的教學(xué)方式，致使教師的教學(xué)工作量巨大，教學(xué)效果卻達(dá)不到要求。

信息論與編碼是一門多學(xué)科交叉的課程，包含相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的諸多知識(shí)點(diǎn)，如高等數(shù)學(xué)、高等代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、通信原理、現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理等，不僅概念抽象、理論較強(qiáng)，而且對(duì)理論與實(shí)踐結(jié)合的操作要求較高。在改革后的信息論與編碼課程的課堂教學(xué)中，通過借鑒和吸取同類型課程的成功經(jīng)驗(yàn)，提出更為靈活的“以學(xué)生為主體”的教學(xué)方案，形成課堂教學(xué)活動(dòng)的系列性、層次性、時(shí)代性特點(diǎn)，增加相關(guān)的綜合性交叉學(xué)科知識(shí)，使信息論與編碼課程的教學(xué)與當(dāng)前專業(yè)技術(shù)發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)的要求相適應(yīng)。

在信息論與編碼課堂教學(xué)中，教師應(yīng)堅(jiān)持以學(xué)生為主體的理念，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，鼓勵(lì)并引導(dǎo)學(xué)生積極預(yù)習(xí)和自主學(xué)習(xí)，營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。為了提高信息論與編碼課堂教學(xué)內(nèi)容的針對(duì)性，教師可以典型的香農(nóng)信息淪為主線，如圖1所示，將壓縮理論、傳輸理論和保密理論分解成不同的模塊，將信息論與編碼課程教學(xué)內(nèi)容分別融合到相應(yīng)的模塊中，降低學(xué)生的理解難度。

信息論與編碼課堂教學(xué)改革具體措施應(yīng)包括以下幾方面。

（l）以標(biāo)志性問題和案例啟發(fā)學(xué)生參與討論，鼓勵(lì)學(xué)生探索解決問題的方法，從而深入理解香農(nóng)信息論知識(shí)點(diǎn)。教師可通過傳授香農(nóng)信息論方法和思想，幫助學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)方法和研究技巧。

（2）期中和期末舉行課程交流會(huì)，讓學(xué)生講述自己對(duì)本課程的理解，展示學(xué)習(xí)成果和發(fā)現(xiàn)。

（3）課外答疑輔導(dǎo)，要求學(xué)生在遇到困難時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、QQ、微信、E-mail等方式隨時(shí)把問題反饋給教師，教師及時(shí)和學(xué)生溝通交流并給予輔導(dǎo)。

（4）利用多種方式激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。教師可錄制教學(xué)視頻供學(xué)生課外參考，提供網(wǎng)絡(luò)資源和電子資源并推薦相關(guān)自學(xué)資料；在課堂教學(xué)中強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的自主性，鼓勵(lì)學(xué)生思考，以頭腦風(fēng)暴的形式激發(fā)學(xué)生的靈感并鼓勵(lì)學(xué)生寫創(chuàng)新日記。

2.2 信息論與編碼上機(jī)實(shí)驗(yàn)改革

實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證理論知識(shí)的有效手段，信息論與編碼課程教學(xué)中尤其要尊重實(shí)驗(yàn)，以上機(jī)實(shí)驗(yàn)作為信息論與編碼知識(shí)學(xué)習(xí)的源泉、動(dòng)力和最終目的。目前，信息論與編碼課程的上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，學(xué)生沒有選擇的余地，上機(jī)實(shí)驗(yàn)操作基本按照上機(jī)實(shí)踐指導(dǎo)書和上機(jī)實(shí)踐程序“照方抓藥”，沒有創(chuàng)新性。這種上機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絿?yán)重制約了學(xué)生的主動(dòng)性和想象力，不利于學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)與提高。

針對(duì)此問題，為達(dá)到信息論與編碼課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)要求，教師必須改革傳統(tǒng)的上機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)制。改革后的方案提出更為靈活的“開放式上機(jī)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)方案。“開放式上機(jī)實(shí)驗(yàn)”不只是簡(jiǎn)單地隨時(shí)開放實(shí)驗(yàn)機(jī)房，而是根據(jù)信息論與編碼課程培養(yǎng)學(xué)生編程與創(chuàng)新能力的目標(biāo)要求，精心構(gòu)建上機(jī)實(shí)驗(yàn)課程體系，優(yōu)選與當(dāng)前技術(shù)發(fā)展緊密結(jié)合的上機(jī)內(nèi)容，實(shí)施以學(xué)生自主上機(jī)實(shí)驗(yàn)和獨(dú)立操作為主（不提供上機(jī)內(nèi)容源代碼）、教師指導(dǎo)為輔的上機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

教師可充分發(fā)揮機(jī)房設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建多層次的上機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑O(shè)置基本上機(jī)實(shí)驗(yàn)、綜合性上機(jī)實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性上機(jī)實(shí)驗(yàn)和自主創(chuàng)新性上機(jī)實(shí)驗(yàn)4個(gè)依次遞增的上機(jī)難度層次，面向?qū)W生全面開放；形式上做到上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開放和上機(jī)實(shí)驗(yàn)對(duì)象開放兩種模式；另外，構(gòu)建層次分明、選擇性強(qiáng)和靈活性大的上機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以滿足不同基礎(chǔ)層次學(xué)生的上機(jī)實(shí)驗(yàn)需要。

實(shí)行開放式上機(jī)實(shí)驗(yàn)，充分利用實(shí)驗(yàn)室機(jī)房設(shè)備資源，調(diào)動(dòng)學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)的主觀能動(dòng)性，鼓勵(lì)并引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)上機(jī)和自主創(chuàng)新實(shí)踐，對(duì)提高學(xué)生編程能力、激發(fā)探索創(chuàng)新意識(shí)具有重要意義。學(xué)生可以選擇性地進(jìn)行研究與編程實(shí)踐，提交相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告或程序代碼、作品等。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果將計(jì)入平時(shí)成績(jī)。

實(shí)踐證明，這種“開放式上機(jī)實(shí)驗(yàn)”方案不僅能活躍上機(jī)實(shí)驗(yàn)氣氛，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)的積極性，還能使教師清楚地掌握學(xué)生學(xué)習(xí)信息論與編碼理論的進(jìn)度情況，根據(jù)不同基礎(chǔ)的學(xué)生的能力水平，分層次培養(yǎng)學(xué)生的綜合動(dòng)手實(shí)踐能力，使學(xué)生的上機(jī)實(shí)驗(yàn)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

2.3 信息論與編碼課程考核改革

考試和考核不是課程教學(xué)的最終目的，而是督促學(xué)生進(jìn)行理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作、檢查學(xué)習(xí)效果的手段。傳統(tǒng)以書面考試為主的考核模式不利于現(xiàn)代大學(xué)生個(gè)性化能力的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提高。對(duì)于更新快速的信息論與編碼知識(shí)，教師應(yīng)該采用靈活多樣化的考核方法。

改革后的考核強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用，避免死記硬背，堅(jiān)決不在考前劃重點(diǎn)，注重考查學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)情況和知識(shí)積累。課程考核包括理論和實(shí)驗(yàn)兩部分內(nèi)容：理論知識(shí)考核包括出勤率、課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)和期末試卷考試4方面，要求學(xué)生按時(shí)上課，若無故曠課超過1/3則取消考試資格；上機(jī)實(shí)驗(yàn)考核是對(duì)學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合能力的檢驗(yàn)，主要考核學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和專業(yè)技能水平，包括平時(shí)上機(jī)表現(xiàn)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果兩部分。在上機(jī)實(shí)驗(yàn)中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考，積極探索，提高學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

3 結(jié)語(yǔ)

在研究與探索信息論與編碼課程教學(xué)模式改革的過程中，教師要強(qiáng)調(diào)“學(xué)生為主體”“開放式上機(jī)實(shí)驗(yàn)”“靈活多樣化考核”的教學(xué)方法，凋動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，通過教學(xué)改革提高學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。實(shí)踐表明，筆者提出的教學(xué)改革方法能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，顯著提高課程的教學(xué)效果。