信息論課程教學中的思政探究

關鍵詞：信息論；課程教學；課程思政；思政元素

0 引言

2020年5月，教育部印發《高等學校課程思政建設指導綱要》[1]，要求全面推進高校課程思政建設，發揮好每門課程的育人作用，提高高校人才培養質量。專業課程是課程思政建設的基本載體，要深入梳理專業課的教學內容，結合課程特點、思維方法和價值理念，深入挖掘課程思政元素，有機融入課程教學，達到潤物無聲的育人效果。近些年，高校教師結合實戰經驗，陸續提出從戰略高度構建高校思想政治教育課程體系，課程思政建設的關鍵問題與解決路徑，理工類專業課程如何開展課程思政教育實踐等具體措施[2-6]。

信息論[7]是信息及通信類專業的基礎課程，主要介紹如何運用概率論、隨機過程和數理統計等數學方法來研究信息的變換、存儲和傳輸中的一般規律以及信息編碼的基本理論。該課程的特點是對數學基礎知識的掌握有較高的要求，概念抽象、公式多且計算量大。信息論課程的思政教學探索主要體現在科學思維的啟發、融入專業倫理及落實為人民服務的意識。

1 信息論課程思政建設的前期準備

信息論課程思政建設的前期準備主要從修訂大綱、融合教學資源、探索新的教學方法及轉變考核觀念等四個方面展開。

（1） 修訂教學大綱：以信息與計算科學專業的培養方案為基準點，力爭培養對接新時代信息化需求，培養創新型信息計算科學人才的要求，根據該課程理論與實踐緊密結合的特點，優化教學內容，以基本概念與方法為主，以學生最易接受的方式介紹信息論的基本內容及應用。在新大綱中彰顯思政教育深入課堂，通過課堂教學使學生樹立科學的世界觀、人生觀、價值觀和良好的職業道德和敬業精神。

（2） 融合教學資源：首先從教材的選擇入手，選定北京郵電大學出版社的《信息論基礎教程》[8]為教材，該教材主要講述經典信息論的內容，沒有涉及過多的分支，同時選擇了大量與日常生活密切相關且具有一定趣味性的習題，使84c765fd0cbde6c810a9524f69f8ead6得該教材能夠更好地為教改、人才培養及課程建設服務。其次，進一步完善線上慕課資源，細化每一章節的內容，補充背景及現代通信小故事的穿插，引導大家學習的積極性，培養大家的愛國主義情操，樹立正確的價值觀。最后，還可以借助百度、知乎、B站等熱門網站豐富學習資料，有力補充教學資源。

（3） 探索新的教學方法：教學模式向以學生為中心轉變，以學生學習效果為評價標準，以促進學生發展為目的，教育的歸屬是“學”不是“教”。力求在互動中轉移教師的主導地位，變灌輸為主動探索。融合線上線下，鼓勵學生課前自主觀看線上視頻，帶著問題來課堂，通過慕課堂的小試題檢驗課堂效果。在課程思政需求下，主動學習相關要求及如何將思政融入課堂，從每次課的準備到落實，查閱實例，用小故事帶動大情懷。借助第二課堂進行職業素質培育和課程育人，鼓勵學生走進企業，走進科技館，培養學生熱愛科學、奉獻社會的精神。

（4） 轉變考核觀念：課程的考核，一方面能夠反映學生對知識的掌握情況，另一方面，為后續教學的改進提供了參考依據。然而，學分制的考核往往限定在僅僅一次的閉卷考試。我們要打破“一考定輸贏”的局面，把考核放到平時，主要包括慕課堂答題積分、慕課視頻觀看時長、作業情況、討論課堂表現及期末考試。此外，實驗操作也是非常重要的一個環節，它更能體現學生的動手能力，我們的思政教育在實驗指導過程中，能輕松地融入科學探索精神，給學生試錯的機會，在不斷糾錯的道路上努力前行。

2 思政融入課堂的思路

針對信息論基礎課程服務的專業特色和優勢，深度挖掘提煉專業知識體系中所蘊含的思想價值和精神內涵，科學合理拓展專業課程的廣度、深度和溫度。

（1） 融入思政，樹家國情懷：大數據時代，通信的可靠性和有效性是建設通信強國，要有自己的核心技術，而信息論基礎是實現高效通信的關鍵。具體到課堂中，需要進一步細化每一章節的內容，補充背景及現代通信小故事的穿插，引導大家學習的積極性，培養大家的愛國主義情操，樹立正確的價值觀。除了技術，更重要的是通過真實案例，正確引導，幫助學生樹立正確的人生觀和價值觀，顧小家才能為大家，樹立家國一體的情懷。

（2） 強化課堂思政環節，貫徹黨的教育方針：通過描述信息論的發展及信息論學科創始人香農的貢獻，調動學生的好奇心及求知欲，引導學生崇尚科學，感受科學精神。在每一章節都潤物細無聲地融入思政，如通過信息的可度量性的描述，讓學生認識到量化的意義，強調樹立正確價值觀的重要性。在教學中適時融入思政教育，如通過華為公司為中國通信事業做出的貢獻鼓勵大家注重基礎學習，指出實踐離不開理論支撐，鼓勵大家樹立強國意識、培養大家造福人類的博大情懷。

（3） 思政教學常態化，引導學生愛己愛家有擔當：結合當前網絡通信的需求，加強課堂思政教育。幫助學生了解通信技術的發展歷史與變革，了解我國在5G、6G方面的需求及已取得的成果，以及與世界先進國家的差距。鼓勵學生樹立追求科學真理、熱愛祖國、為提升通信效率努力奮斗的家國情懷。通過學科的發展認識事物的發展規律，樹立科學發展觀，在經驗中找突破，在普遍中找差異，尋找通信理論的新方法，不斷增強學生在造福人類方面的社會責任感和個人擔當。

注重教育和引導學生弘揚勞動精神，將“讀萬卷書”與“行萬里路”相結合，扎根中國大地了解國情民情，在實踐中增長智慧才干，在艱苦奮斗中錘煉意志品質。進一步細化每一章節的內容，補充背景及現代通信小故事的穿插，引導大家學習的積極性，培養大家的愛國主義情操，樹立正確的價值觀。信息論課程思政的融入點及目標具體見表1。

3 思政課堂的教學示例

3.1 團隊合作小課堂

信息熵對大家來說是個新的概念，它具有抽象性，主要用來衡量信息的不確定性。通過對信息熵概念的講解及對其性質的分析，希望學生對團隊合作有新的認識。

課堂思政案例：第二章第二節《平均自信息》。

首先，由事件發生概率的大小說明事件的發生能提供信息量，也就是自信息。為表征整個信源的不確定性，信息論創始人香農借鑒物理學中熱熵的概念，將平均自信息稱為信息熵，并給出了計算熵的表達式，解決了信息的度量問題。概念給出后，帶領學生一起探討信息熵的性質。拋出問題“什么時候信息熵能夠取得最大值呢？”，利用Jensen不等式，可以得到當離散信源中各消息等概率出現時熵最大。這一結論將引起學生思索，在我們日常生活中，經常會團隊協作共同完成一些任務，那怎樣才能發揮團隊的最強優勢呢？借鑒最大熵原理，讓大家意識到，強強聯手的團隊才不會有短板。

在信息時代，我們每天都會面臨大量的信息，如何辨識和利用這些信息是一個棘手問題。信息熵的概念可以幫助學生理解創新的本質，創新就是要從大量的信息中提取新的模式，以便更好地適應信息社會的沖擊及對自己思維能力的提升。一切事物的發生都具有不確定性，通過努力，可以消除部分不確定性，壯大自我加入團隊，才能實現合作共贏。總之，信息熵的重要性不可被忽視，它無處不在，時刻影響著我們的決定，簡單說就是向左走還是向右走的問題，通過排除無效信息，充分利用有用信息，縮短與人生目標的距離。

3.2 探索精神小課堂

信源編碼是在不失真或允許一定失真的條件下，用盡可能少的碼符號來傳遞信源消息，提高信息傳輸的效率。信源編碼分為無失真編碼和限失真編碼，在此部分講解中，可通過深入挖掘學科內涵，培養學生的探索及創新精神。

課堂思政案例：第五章第四節《變長碼的編碼方法》。

首先拋出問題：如何找到最佳編碼？

香農第一定理指出了信源編碼的理論極限，同時給出香農編碼方法，即變長編碼方法。為了提高編碼效率，費諾利用二分思想提出變長的編碼方法，不需要對信源符號概率進行排序，大大簡化了操作步驟。然而，這兩種編碼都不是最優的。費諾在信息論課堂上給學生布置了這個當時尚未解決的問題，作業的題目是“Given a collection of letters， numbers， or othersymbols， find the most efficient method to represent themusing a binary code”。霍夫曼是費諾的學生，他勇于挑戰，能夠突破傳統思維模式，從新的角度思考這個難題，通過對概率分布分析并構建出最佳的變長編碼方法，即霍夫曼編碼。這就是尋找最佳碼的故事，我們看到了科學家霍夫曼學生時代的探索創新歷程，它至今仍被使用在眾多通信系統中。這個小故事，表面上是青出于藍而勝于藍，實質則更多地蘊含不懼權威、打破常規、迎難而上的科研精神。

3.3 家國情懷小課堂

信源是信息的發源地，比如我們的語言——漢語是世界上信息密度最高的語言，是全世界最有魅力的語言，能夠激發學生的愛國熱情及民族自豪感。

課堂思政案例：第六章第二節《有噪信道編碼定理》。

有噪信道編碼定理也被稱為是香農第二定理，它說明錯誤概率趨于零碼的存在性，但未給出構造方法，使得它成為信息論的一個難題，而教材中沒有再做進一步的討論。早在2008年，土耳其的Erdal Ari?kan教授提出了華為Polar碼，這是一種新型的信道編碼技術，可以達到信道容量的極限，且編碼復雜度低，利用信道極化現象實現高效編碼，達到香農極限。

華為已將Polar碼作為5G標準控制信道編碼候選方案，并成功納入3GPP標準，是無線通信技術的重要基石。當我們在5G網絡世界暢游時，華為引領世界的技術無疑會激發大家科技報國的擔當和家國情懷。

4 結束語

針對信息論課程的特點，開展堂堂有思政，節節有情懷的教學活動，達到有總結、有凝練、有效果。不僅借助該課程進行了課堂思政的實踐，并為信息與計算專業的相關理論課程思政的融入提供參考。基于以往教學經驗以及多年通信領域編碼的研究經歷，以宏觀至微觀的視角，以學術工業界發展前沿為穿引線，串聯起專業理論知識與實際應用之間的聯系，對學生進行與專業知識結合的立德樹人教育，培養新一代具有家國情懷的新型專業人才。總之，我們通過對信息論課程的思政探究，力求為其他專業課的課程思政建設提供理論參考。