信息論課程教學改革探索與研究

王正

摘要：信息論是高校電子信息與計算機科學等專業的一門重要的專業必修課。針對該課程在當前教學中存在的不足，本文從教學內容設計和教學方法實踐兩方面提出了一些改進的方法。實踐結果表明，這些方法激發了學生的學習熱情與興趣，提高了學生聯系信息論的理論內容和實際應用的自主思考能力，取得了良好的教學改革效果。

關鍵詞：信息論;教學內容涉及;教學方法實踐;教學改革

中圖分類號：G642? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）17-0172-02

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1引言

《信息論》是電子信息與計算機科學等專業的一門重要的專業必修課，廣泛開設于各大高校的相關專業，對理論研究和工程應用有重要的指導與推動作用。該課程是一門基于《概率論》《數理統計》等基礎課程，研究信息、信息熵、數據壓縮、數據傳輸、通信系統等問題的應用數學學科。隨著現代信息技術、通信技術以及計算機技術的飛速發展，《信息論》中的一些基本理論，如無失真和有限失真信源編碼定理、信道糾錯編碼定理等，在無線通信與計算機存儲與信息處理、圖形與影像等工程實踐中都得到了廣泛的應用，有力地推動了社會的發展。

2與時俱進，優化教學內容

《信息論》是電子信息與計算機專業的經典課程，在歲月的流逝中綻放著不朽的光輝。在1948年的開山力作中，克勞德.香農創造性地提出了通過概率來對信息進行衡量，從而揭開了信息領域騰飛的序幕。然而，在引入概率來衡量信息的同時，香農刻意忽視了對于信息“語義”層面的考量，而香農對此的解釋是“通信過程中的語義問題不屬于工程問題”，這也導致基于香農信息論構建的現代通信系統局限在數據層面而包含語義的信息。換句話說，香農對于如何對接收到的數據進行認知并提取語義信息并不關心。事實上，在香農建立信息論的科學體系僅僅一年之后，香農的合作者沃倫.維納就正式地指出了語音信息與香農信息融合的可能性，并進一步將現代通信系統歸結于三個層次的問題，即技術問題、語義問題和效果問題，而香農信息論僅僅停留在技術問題層面。

近年來，隨著人工智能時代的蓬勃發展，對于信息認知的強烈需求已經遠遠超過了通信領域的范疇。事實上，越來越多的科學研究表明香農信息論并不能很好地契合當前信息領域發展的需要，而對于冷冰冰的數據背后所蘊含的語義信息的探索已經變成了當下與未來多個行業的研究重點。針對這個問題，一系列的研究已經開展。2015年，H. Haken在其著作中深入探討了香農信息與語義信息的交互問題。中國科學技術大學的朱近康教授則探索性地提出了無線知識量這一區別于傳統信息量的概念。2018年，南京航空航天大學的吳啟暉教授創造性地提出了認知信息論這一理論體系，其核心思想是在信息度量的基礎上加入了認知的考量，將信息的傳遞劃分為了正確認知下的信息傳遞與錯誤認知下的信息傳遞。在此基礎上，香農信息論則可以視為認知信息論框架下不考慮認知結果的一種特殊形式，另一方面，認知信息也可以被認為是香農信息向語義信息發展的自然過渡。

在當前的教學內容中，《信息論》一直遵循著由香農所建立的經典框架體系，并沒有過多地涉及這些年來信息論領域的發展進程與前沿探索，這也在一定程度上導致課程缺乏比較與參照，局限在自身概率論的體系之中，學生理解起來難度很大，而在有限的課時中，教師很也難將純粹的理論概念透徹清晰地完全表達，造成課程枯燥，學生學習起來普遍吃力，并形成一定的畏學情緒，學習積極性普遍不高。因此，十分有必要在《信息論》的原有課程基礎上引入一定的信息理論當前發展的介紹與分析，并基于這個發展過程形成一個完整的課程脈絡，加入比較，思考，分析等課程環節，從而增強課堂互動，激發學生的創新精神和創新意識，提升學生學習的主動性。

3理論聯系實踐，改進教學方法

《信息論》課程如果僅僅停留在理論知識的講授，忽視其他教學方法的結合，那么學生也只能學到抽象的理論知識，難以認識到理論背后的實際應用價值和意義，自然也就很難產生學習興趣。因此，有必要加強實踐教學環節，根據課程的教學重點和難點，基于電子信息和計算機等專業學生具有編程能力的特點，結合認知信息論的發展方向，設計一系列編程驗證教學環節。比如在信源編碼部分，可以讓引入哈夫曼編碼實踐環節，并讓學生上臺講解設計與實現方案，并闡述理論依據。再比如針對香農信息與認知信息的區別，可以設計編程環節讓學生自己畫出兩者之間的互信息曲線，并在此基礎上加深理解。同時課堂教學要充分遵守以學生為主體，以教師為主導的原則，避免教學過程中存在的“注入式”“填鴨式”“滿堂灌”的教學方法。教師要針對課堂環節設計好課堂問題，引導學生參與討論，獨立探索問題的答案，而不是直接把答案或者公式給出。通過良好的設計與引導，不僅能夠加深學生對概念的理解和掌握，還能讓學生學會在專業課中靈活地利用所學的知識去解決問題。在這個過程中的課堂反饋也可以反過來促進教師改進教學方法，從而形式一個正向的循環迭代過程，推動課堂教學效果的提升。

4引入宏觀發展性的思維教學方法

工科專業學生理論基礎較為堅實，但宏觀思考問題能力較弱，對于事物的發展往往缺乏清晰的認識卻專注于細節方面的探究，往往導致“一葉障目不見泰山”。因此，應當首先明確并普及信息論課程的意義所在，通過當前通信網絡存在的一系列問題展開分析，并逐層遞進，從而最終引導學生宏觀上了解信息論在當前信息產業發展中的定位與作用，培養學生的宏觀思維能力，起到舉一反三的效果。另一方面，信息論學科的發展也是一個動態的過程，其課程中的各個知識點不是零散的孤立存在，而是在信息論數十年發展的過程中逐漸創新并凝練出來的，因此，在教學中要突出各個章節知識點的聯系，深入挖掘其背后的發展方向演變與發展歷程，從而真正避免學生“只見樹木，不見森林”的學習誤區。

5結束語

本文從優化教學內容和改進教學方法兩個方面來進行《信息論》課程教學改革的探索與研究。通過優化教學內容，不僅能夠使課程更好地滿足應用型人才的培養需求，還能夠有效地提升教學效果，激發學生興趣與自主學習能力。通過改進教學方法，能夠幫助學生有效地將理論與實踐聯系起來，從而提高學生的知識提煉與應用能力。《信息論》課程的教學改革是一項長期的系統工程，需要不斷探索和實踐，這樣才能不斷向更好的教學方向演進。

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【通聯編輯：梁書】