中美“信息論”課程教學的比較和啟示

文章編號：1962-5913(2008)13-0120-03

摘要：中美兩國“信息論”課程教學存在很大差異。文章從課程大綱、教學內容、習題、實驗、共同研究、考核機制等方面分析了美國“信息論”課程教學的特色。通過比較，指出了對中國“信息論”課程教學的啟示，主要包括增加實驗教學、改進教學方法、調整教學內容等幾個方面。

關鍵詞：信息論、課程建設、比較、借鑒

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

1引言

“信息論”課程是信息安全專業的基礎與核心課程，“信息論”課程建設的好壞，直接影響到信息安全專業本科生的培養質量，影響到信息安全學科的建設。考慮到美國有著一個大規模、多樣化、富于創新的高等教育體制，而且其開放的教育理念也對我國的高等教育具有借鑒意義，所以本文對中美兩國的“信息論”課程教學進行了分析。中美兩國“信息論”課程教學在課程設置、教學方法、課程實驗及對學生的評價標準等方面均存在很大的差異，美國在“信息論”課程教學中更加注重研究和自學能力的培養，而這正是我國所缺乏的，因此美國的“信息論”課程教學對中國的“信息論”課程教學具有重要的借鑒意義。

2美國的“信息論”課程教學的特色

2.1課程大綱內容豐富

課程大綱是一門課程教學的指導性文獻。通過閱讀課程大綱，學生基本上能夠把握這門課包含的主要內容，并以此決定是否選修“信息論”課程。美國的“信息論”課程大綱包括學時、學分、使用對象、開課單位、先修課程、教材及參考書、教學內容、學時分配、考核方法等內容，這些與國內的課程大綱是相同的。但是除這些內容之外，美國的“信息論”課程大綱通常還包括以下內容：

●課程歷史：該課程曾經在什么時間、面向哪些學生開設過，使用的課程編號是什么。從課程歷史中，學生可以了解課程的演變過程，更清楚地把握授課教師的思路，決定自己是否適合選修“信息論”課程。

●課程份量：所謂課程份量指的是學生每周花費在課程上的時間(例如8個小時)，包括課堂講授時間和課下復習、預習、做作業、做實驗的時間。如果學生每周花費的時間超過了課程份量，那說明學生應該捫心自問是不是被這門課難住了，此時，通過從授課教師那里得到一些提示，或是從同學那兒獲得一些建議，他們也許會進步得更快。學生還應該特別注意避免在計算機上花費太多時間做不必要的Matlab的練習，或是漫無目地上網。

●常見問題解答：回答了學生選課前和上課過程中經常遇到的一些問題。除回答一些專業問題之外，甚至還包括“如果我選這門課，我能得到一份暑期工作么？”這樣的問題。

綜合起來看，課程大綱反映了美國“信息論”課程在教學模式、教學手段、教學內容、教師、教材、實驗設計、習題、考核等方面的有機結合，完善的課程大綱反映了美國“信息論”課程的建設水平很高。

2.2教學內容分專題

國內“信息論”課程按照章節安排教學內容，一般分為緒論、信息的統計度量、信源、信道、信源編碼、信道編碼等內容，重在理論講解。前面的內容是后面內容的基礎，不學前面的內容，后面的內容就不好理解，前后內容是一種“緊耦合”關系。

美國的“信息論”課程按專題安排教學內容，分為位、編碼、壓縮、誤差、概率、通信、能量、溫度等專題，每1-2周(每周2課時，共2-4課時)一個專題教學內容。各個專題圍繞“信息論”，而又在不同領域展開，之間雖然有關系，但關系并不緊密，屬于“松耦合”關系。授課教師的講解只能算“簡介”，只把專題中的基本內容講清楚，“師傅領進門，修行在個人”，更深入的內容以習題為線索，由學生課下完成。這一方面是受到課時的限制，授課教師沒有時間詳細講解課程內容；另一方面，為了培養學生的自學能力，授課教師也沒有必要過多講解。這樣，在中美“信息論”差不多的課時(40課時左右)中，美國“信息論”教學內容的容量要大得多。

美國的“信息論”教學內容還有一個特點，就是知識面寬。例如在講到“編碼”這個專題的時候，授課教師不僅講以數學為基礎的編碼(即國內“信息論”中講到的信源編碼和信道編碼)，還會講到生物密碼(DNA密碼)、電話區域編碼、IP地址、ASCII碼等，這對于學生擴展知識面、開闊思路、培養發散思維、提高學習興趣等都大有好處。

2.3習題以實驗為主，量大而綜合

每次課結束，授課教師都要給出2-4道習題，每道習題又包含若干個問題。這些習題不同于國內類似“求一個事件發生的自信息量”這樣的套公式計算的習題，而是綜合設計類的實驗型習題，一般采用Matlab編程環境，由學生在課下完成。

例如在講到“編碼”這個專題的時候，授課教師給出這樣一道習題：某公司需要一個對日常英文文本的高效率編碼，兩個工程師分別設計了一個編碼，公司請你建議他們應該選擇哪一個？對于不好的那一個，你有什么修改建議嗎？如果由于業務需要，公司文件中還出現了一些特殊字符，那么如何擴展你認為好的那一個編碼呢？編程實現其中一個編碼，當給定一段文本之后，程序能夠輸出該文本的編碼。

顯然這樣的習題能夠鍛煉學生多方面的能力：(1)課上時間有限，不可能將做習題用到的知識都講得很細，需要學生查找資料進行自學，培養了學生文獻檢索和自學的能力；(2)有編程題，鍛煉了學生的動手能力；(3)要進行綜合分析和設計，鍛煉了學生的發現問題、分析問題、解決問題的能力。

而且習題以實際應用為背景，能夠讓學生感覺到學到的知識是有用的，激發了學生的學習興趣。

2.4鼓勵共同研究，強調自主學習

美國的“信息論”課程教學鼓勵學生之間的共同研究，并強調自主學習。美國將學生之間的合作分為“弱合作”和“強合作”兩種形式。

作習題時允許弱合作。所謂“弱合作”指的是兩個或兩個以上的學生可以討論問題及其解答方法，但是每個學生必須自主解題并給出自己的答案。學生可以提出和接收建議，但是不允許互相抄襲答案。如果兩個學生就某一習題進行了弱合作，那么必須在作業中標出來，例如“Alice和Bob一起討論了第2題的一般解法”。因為弱合作中涉及兩個或兩個以上學生的討論，所以他們所有人的作業必須能將這種弱合作體現出來，即有一致的地方。學生也允許尋求沒有選擇“信息論”課程的人的幫助，同樣地，這些幫助也必須在作業中標明，提交的答案要經過學生本人獨立思考，并親自寫出。沒有將合作標明是錯誤的行為，將受到授課教師和學校的嚴肅處理。

作習題時不允許強合作。所謂“強合作”是指習題由幾個學生組成的團體完成。例如Alice完成第1題的第1問，Bob完成第1題的第2問，然后兩個人再將答案合起來，這是不允許的。因為習題的目的是促進每個學生的學習，強合作并不能幫助達到這個目的。

這樣做一方面有利于建立良好的學習氛圍，幫助學生提高學習效率，鞏固學到的知識；另一方面，有利于培養學生的學術道德。

2.5考核嚴格而且注重平時成績

美國的“信息論”課程考核不是單憑期末成績，而是采取多方面綜合考核、各方面占有一定比例的做法。考核成績一般包括課堂表現(15%)，習題解答(30%)，期中測試(15%)，期末考試(30%)和授課教師的個人評語(10%)。這種考核機制公正、科學而客觀，既照顧到每個學生不同的情況(例如有的學生善于學習，有的學生善于創新)，又對學生的平時學習產生了明顯的激勵作用，上課必須有備而來，課后必須認真完成習題。而且有的習題沒有唯一的答案，而是要求學生充分發揮想象力“自圓其說”。

授課教師對習題的完成時間有明確而具體的規定，要求×年×月×日×點之前交作業，學生必須在這個時間點之前交上，不接受遲交的作業，如果不能按時交上，這次作業的成績就沒有了。

3啟示

中美兩國“信息論”課程教學存在很大的差異，美國的“信息論”課程教學對中國的“信息論”課程教學具有重要的借鑒意義。

3.1增加實驗教學

在國內，“信息論”基本上是被當作一門純理論課來講，學生普遍反映課程內容不好理解，也不知道信息論到底在哪些領域發揮作用、如何發揮作用。因此，有必要通過實驗幫助學生理解課程內容，通過實驗讓學生明白信息論在工程領域到底是怎么發揮作用的，同時提高學生的動手動腦能力，培養創新意識和分析問題、解決問題的能力。

我們認為，實驗的設計應該遵循以下原則：

●難度適中，學生付出一定的努力能夠實現。太簡單，實驗的作用不大；太難，打擊學生的學習積極性。

●以工程實踐為背景，和學生專業掛鉤。這樣才能激發學生的學習興趣，真切感受到學習“信息論”的意義所在，并幫助學生更好的理解課程內容。

●最好采用Matlab編程。因為像矩陣相乘、DCT變換等這些復雜的數學運算，雖然能夠用C等編程語言實現，但是實現起來過于復雜，而在Matlab中，很多復雜數學運算用一個函數就能實現，便于學生將主要精力集中在對“信息論”的理解，避免了在細枝末節上耗費大量時間。而且Matlab作為一個出色的仿真環境，也是學生今后深造和工作的好幫手。

●實驗并不一定就是編程，撰寫研究報告等也是可選的方式。

3.2改進教學方法

教學模式和教學手段的使用直接關系到課堂教學效果，因此，加強教學模式和教學手段的改革一直是學校教學工作中強調的重點。提倡進行以學生為本的創造性教學；鼓勵教師在教學過程中，使用現代化的教學手段和方法，來激發學生學習的興趣，培養學生獨立思考、自主學習的能力。

傳統教育的教學方式是以教師為中心，而學生則是接受灌輸的被動群體。為了讓學生更好地理解“信息論”課程內容，教師要從主講者轉變為學生學習活動的設計者、指導者；學生要從接受灌輸的被動地位轉變為有機會參與教學、掌握知識的主動地位，把“要我學”轉變為“我要學”。在信息論課程的教學過程中，可以采用討論式教學、參與式教學、研究式教學等教學方式。

授課教師不僅要把信息論的基礎知識和最前沿的學術動態帶到課堂，更重要的是，他們要把如何進行創新性思考和怎樣尋求解決問題答案的方法帶給學生。

3.3調整教學內容

除前面提到的實驗教學之外，在教學過程中將教學內容分為基本教學內容和擴展的教學內容。這是因為學生的基礎有差別，對未來也有著不同的設想。有的學生想繼續深造，希望課程的理論性強一些；有的學生想走向社會，希望課程的實用性強一些。而且課堂不僅是一個傳授知識的地方，更是一個培養學生學習能力的地方。

基本教學內容包括構建支持學生終身學習的知識基礎，包括信息的統計度量、信源、信道、信源編碼、信道編碼等內容。基本教學內容其實就是目前“信息論”課程的教學內容。

擴展的教學內容應及時、適當地介紹本學科的最新動態和新的發展，使課程教學內容保持基礎性的同時，不斷提高課程內容的時代性和前沿性。通過擴展的教學內容，還要提高學生的學習能力。比如有些內容可以讓學生自己查找資料自己解決，授課教師不必任何內容都手把手地教，授課教師應當檢查學生的自學效果，并給予適當的指導。

4小結

我們要認識到自身的不足之處，大膽吸收國外“信息論”課程建設的先進經驗。當然，國外的經驗也有不適合國情的地方，比如美國的教學內容不符合中國學生的知識基礎和認知習慣。我們要本著“拿來主義”的原則，取其精華，去其糟粕，為我所用。

參考文獻

[1] 姜楠. “信息論”課程本科教學探索與實踐[J]. 計算機教育， 2007，(12):52-54

[2] 麻省理工學院信息論開放課程[EB/OL]. http://www.core.org.cn.

[3] 李寧. 從中美高等教育的比較引發的思考[J]. 高等教育研究， 2006，22(3):11-12.

[4] 張麗娟. 美國研究生教學的借鑒與思考[J]. 中國高等教育， 2007，(20):60-62.

[5] 開放式課程計劃[EB/OL]. http://www.myoops.org.