《信息論基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐

鄭嘉利

摘要：本文針對目前信息論基礎(chǔ)課程教學(xué)所面臨的困境，對《信息論基礎(chǔ)》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面分別進(jìn)行探索與實(shí)踐，從而使得學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)掌握基本課程內(nèi)容的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程的互動(dòng)性、教學(xué)方式的啟發(fā)性、教學(xué)方法的多樣性和教學(xué)手段的現(xiàn)代化，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的能力。

關(guān)鍵詞：信息論基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)踐教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（c）-0184-01

由于“信息論基礎(chǔ)”這門課程是應(yīng)用近代數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法研究信息的度量、編碼和通信的科學(xué)，是概率論與通信技術(shù)相結(jié)合的理論學(xué)科，具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性、理論性和實(shí)踐性[1]。該課程的概念抽象且數(shù)學(xué)公式較多，前后相互交錯(cuò)，知識(shí)體系繁雜，對學(xué)生的數(shù)學(xué)基本功要求高，加之課時(shí)緊、授課時(shí)間短，對于教與學(xué)都有一定的難度。教師授課過程通常從基本定義出發(fā)，講述原理，給出相應(yīng)的數(shù)學(xué)描述或數(shù)學(xué)模型，對性能做出理論分析，伴隨一些重要的定理、證明、推導(dǎo)等等[2]。這些教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)形式?jīng)Q定了該課程的突出特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、抽象難懂、內(nèi)容廣泛、課時(shí)短。

1目前信息論基礎(chǔ)課程教學(xué)面臨的現(xiàn)實(shí)問題

該課程理論性強(qiáng)，數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)多，比較抽象，側(cè)重于對實(shí)際通信系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的研究，而有關(guān)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容，一般只給出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的思路或框圖，很少介紹具體實(shí)現(xiàn)，與實(shí)際的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)距離大，從而增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度[3]。大部分學(xué)生在學(xué)完本課程之后，并不能對信息論基礎(chǔ)講授內(nèi)容做到深刻的理解，基本上是知其然，但是不知其所以然。這使得學(xué)生在將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐時(shí)產(chǎn)生較大困難，如在畢業(yè)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新型實(shí)踐中，學(xué)生經(jīng)常不知如何下手，一片茫然。雖然有相關(guān)的輔導(dǎo)資料可以查閱，但本科生的學(xué)習(xí)任務(wù)繁重，自學(xué)能力還較差，不能單靠學(xué)生努力來改變現(xiàn)狀。

2篩選和提煉教學(xué)內(nèi)容

我們需要合理篩選和提煉信息論基礎(chǔ)各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容。目前采用的教材——《信息論——基礎(chǔ)理論與應(yīng)用》，其各章節(jié)內(nèi)容主要囊括離散信源及其信息測度、離散信道及其信道容量、波形信源和波形信道、無失真信源編碼定理、有噪信道編碼定理、保真度準(zhǔn)則下的信源編碼、無失真的信源編碼、信道的糾錯(cuò)編碼、網(wǎng)絡(luò)信息論、保密系統(tǒng)的基本信息理論等，部分內(nèi)容與《現(xiàn)代通信原理》、《信號(hào)與系統(tǒng)》、《隨機(jī)信號(hào)分析》、《擴(kuò)頻通信》等課程的部分內(nèi)容重復(fù)。若完全照著教材講授會(huì)浪費(fèi)課時(shí)而學(xué)生又沒學(xué)到新知識(shí)，但又不能完全撇掉這些重復(fù)內(nèi)容不講，因很多學(xué)生已經(jīng)忘記前期課程相關(guān)的基本概念，若不稍加復(fù)習(xí)會(huì)影響他們接收新的知識(shí)。而后期課程重復(fù)的內(nèi)容，若不在課堂中有效串講，學(xué)生會(huì)誤以為這個(gè)內(nèi)容不重要，并對整個(gè)通信系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)不完整。因此，合理有效地篩選和提煉教學(xué)內(nèi)容，是提高教學(xué)有效性的第一步。

我們經(jīng)過前期探討研究，計(jì)劃從三方面來解決問題。

（1）先將信息論基礎(chǔ)中重要又抽象難懂的知識(shí)點(diǎn)提煉出來。

（2）然后依據(jù)軟件語言的特點(diǎn)，通過圖形、曲線、文字、動(dòng)畫等方式來將知識(shí)點(diǎn)展示出來。

（3）最后把各個(gè)相關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)串起來，進(jìn)行系統(tǒng)演示，讓學(xué)生建立起系統(tǒng)的概念。

目前很多教材給出的例子并不盡人意，對于抽象難懂的知識(shí)點(diǎn)，選取有代表性的例子來幫助說明解釋，對于成功講解該課程非常重要。我們通過大量查閱相關(guān)的國內(nèi)外經(jīng)典教材，針對不同難度的知識(shí)點(diǎn)選取經(jīng)典的例子。這樣對于教師和學(xué)生來說都很有益處，能大大增進(jìn)課程教學(xué)效果。

3教學(xué)實(shí)際應(yīng)用

在對該課程的講授過程中我們發(fā)現(xiàn)，教學(xué)內(nèi)容往往不能與現(xiàn)有的通信技術(shù)同步，教材中的很多知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際應(yīng)用較為脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難免會(huì)產(chǎn)生疑問。因此，如果能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不斷地理論聯(lián)系實(shí)際，了解到所學(xué)習(xí)的信息論的有關(guān)知識(shí)是與周圍身邊事物密切相關(guān)的，所學(xué)到的知識(shí)能運(yùn)用到今后的工作中，將會(huì)大大激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的興趣和動(dòng)力[4]。在教學(xué)實(shí)踐改革中，我們通過以下四種方法，取得了較為理想的教學(xué)效果。

（1）利用Matlab強(qiáng)大的可視化功能，把信息論基礎(chǔ)中抽象的理論公式以直觀的圖形展示，幫助學(xué)生加強(qiáng)對基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握和理解。

（2）搭建實(shí)際無線通信系統(tǒng)，如移動(dòng)通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)傳輸語音、數(shù)據(jù)和圖像，具體包括數(shù)字基帶仿真、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、局域網(wǎng)接入、電話網(wǎng)接入、語音傳輸、數(shù)據(jù)傳輸、圖像傳輸、無線多點(diǎn)組網(wǎng)、通信性能評(píng)價(jià)和GSM/GPRS接入等技術(shù)，以幫助學(xué)生建立實(shí)際通信系統(tǒng)概念。

（3）將我們教研室的教師們最新的科研成果集成于軟件中，并用于教學(xué)，讓學(xué)生能及時(shí)了解通信的新技術(shù)。

（4）設(shè)計(jì)一些難度不同的課程設(shè)計(jì)題目，讓學(xué)生在這套軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，使用Matlab語言進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)和開發(fā)，在這過程中學(xué)生需要完成查閱文獻(xiàn)，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案，計(jì)算仿真參數(shù)，直至搭建系統(tǒng)仿真平臺(tái)，測試運(yùn)行結(jié)果，改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等具體工作，這對提高學(xué)生的綜合素質(zhì)是一種有力的鍛煉。

4結(jié)語

本文分析了《信息論基礎(chǔ)》課程教學(xué)面臨的現(xiàn)實(shí)問題，通過篩選和提煉教學(xué)內(nèi)容以及大力加強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用在教學(xué)中的滲透，在我校通信工程專業(yè)本科生《信息論基礎(chǔ)》課程教學(xué)中取得了較好的教學(xué)效果。不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，開闊學(xué)生的思路和視野，而且大大豐富課堂的教學(xué)內(nèi)容，減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李迎春，等.《信息論與編碼》教學(xué)改革探討[J].科技信息，2010（20）：18-20.

[2] 曹雪虹.信息論與編碼[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[3] 吳偉陵.信息處理與編碼[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[4] 謝利民，等.現(xiàn)代教學(xué)基礎(chǔ)理論[M].上海：上海教育出版社，2003.