《信息論與編碼》教學改革的探索

唐山學院信息工程系 任麗棉 王金紅

探索與觀察

《信息論與編碼》教學改革的探索

唐山學院信息工程系 任麗棉 王金紅

針對本學院應用型人才的培養目標以及信息論與編碼課程內容的特點，從該課程的教學內容、教學手段以及實驗內容等方面探索改革的思路，為培養“勤奮敬業、實踐能力強、具有創新精神的高素質應用型人才”奠定基礎。

信息論與編碼；教學改革；應用型人才

1.引言

《信息論與編碼》是電子通信類學生的專業基礎課程。它以數學的基本方法如概率論、隨機過程、數理統計等為基礎，研究和分析信息從信源到信宿傳輸過程中的有效性和可靠性問題[1]。通過本課程的學習，使學生掌握信息傳輸、存貯、處理與識別系統中關于信息的概念、度量、編碼理論與方法，為設計有效、可靠并且安全的信息系統打下理論基礎，并為以后從事通信技術支持、軟件開發測試準備必要地理論基礎。該課程理論嚴謹、邏輯性強，對培養學生的邏輯思維能力、獨立分析能力和解決問題的能力以及理論聯系實際的能力，都有很重要的作用。隨著近幾年新技術的發展與變化，為了適應寬口徑科技人才培養的需要，這門課的課時也不斷的被壓縮，因此迫切需要對原來的教學內容和教學重點進行調整，同時也應對教學手段和實踐教學相關內容進行改革和建設。

2.教學內容的改革

針對我校的培養目標，即以教學為中心，為基層一線培養實踐能力強，具有創新精神的高素質應用型人才，他們的任務是負責工作現場的技術指導，而不是進行科學研究或新產品的研發。因此作為授課教師，我們應該根據培養目標，合理安排本課程的教學內容。

在教學過程中將教學內容分為基本教學內容、擴展的教學內容和實驗教學內容三部分。基本教學內容包括構建支持學生終身學習的知識基礎，如信息的統計度量、信源編碼、信道容量以及信道編碼等內容。信息量部分本身應作為重點來講解，同時信息量的重點放在離散信源的度量上，而對連續信源的度量則列為選學內容，原因在于當今的信息處理及編碼技術大多采用數字處理方法。考慮到后續課程“數字圖像處理”中有限失真編碼技術，所以本課程的信源編碼部分重點放在無失真信源編碼上，主要介紹其物理意義和具體的編碼技術，如Huffman編碼和算術編碼，而并不作復雜的理論證明。信道容量部分講解信道容量的定義、物理意義、達到信道容量的充要條件以及信道的組合，重點放在求解對稱和準對稱DMC信道的信道容量，對一般離散信道的信道容量求解不作要求。信道編碼部分有編碼定理和具體的編碼技術，重點講解信道編碼定理、離散序列的譯碼準則、線性分組碼和循環碼[2]。考慮到后續課程“通信原理”中有卷積碼的內容，同時也由于本課程的課時數較少，所以卷積碼不列為本課程的教學內容。而對于無記憶信源的有失真編碼，同樣不列為教學內容，留給感興趣的學生課下閱讀。這樣的教學內容安排在一定程度上降低了該課程的難度，提高了學生學習的積極性，并符合應用型人才培養的要求。另外擴展的教學內容要及時、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計算機教育與教學研究，同時，要不斷提高課程內容的時代性和前沿性。

3.現代化教學手段的應用

在課堂教學中，采用多媒體課件與傳統板書相結合的教學手段，并使兩者有機的互補。相對于黑板板書而言，多媒體課件有著無法比擬的優勢。首先多媒體課件信息承載量很大，可以拓寬學生的視野，激發學生的學習興趣。其次，多媒體課件有豐富的表現力，課件中可以引入圖片、聲音，使教學更加形象、直觀。對于一些教學提綱、歸納總結、圖文圖表以及動畫演示的內容，宜采用幻燈片。如在介紹信道噪聲的時候，可以用PPT動畫的方式，將有噪信號與無噪信號的圖像分別展示給學生，讓他們有更直觀的理解和更深刻的記憶。第三，多媒體課件可以省去課上書寫的時間，使課上時間相對寬松，可以留給學生更多的思考和師生交流的時間。第四，便于總結和復習，并有利于資源共享。但是多媒體課件仍然有其本身的弊端。本身該課程有很多理論公式推導和基本原理的解釋，所以很多內容關聯性比較強，多媒體課件每次只能展示其中一部分，所以相互關聯的內容就無法同時展現給學生，這樣對于邏輯性很強的部分，不易保持學生思維的流暢性和連續性，不易讓學生整體把握教學內容，造成思維脫節。而板書恰好可以彌補這一缺陷，可以讓學生整體連貫的把握知識點。另外在授課過程中，用多媒體課件容易講的過快，可能會使學生跟不上教師的思路[3]。因此采用多媒體課件和傳統板書相結合的方式是勢在必行的。

4.加強實踐教學環節

《信息論與編碼》是一門理論和實踐緊密結合的課程，如果僅僅停留在教師課堂上的理論知識，那么學生學到的只是“死”的知識，不能將理論運用到實踐中去，也不能很好的調動學生學習的積極性，很難體現出培養創新思維和動手能力的要求。為此，我們要增加必要的實踐環節，編寫相關的實驗，如信道容量的迭代算法、香農編碼、霍夫曼編碼、線性分組碼等，每個實驗制定出具體的算法和實驗要求，學生可以選用自己熟悉的編程語言來實現，如C、MATLAB等。通過實驗，可以彌補教學內容概念抽象難以理解的不足，同時也培養了學生嚴謹科學有序的工作作風，提高學生的分析問題、解決問題和實際動手的能力。

在這里，建議學生選擇MATLAB語言編程。由于《信息論與編碼》課程中，涉及到大量的數學運算，尤其是對數運算以及矩陣的運算，其計算過程非常繁瑣，同時在課程中又無法完全略去數學運算。而MATLAB可以幫助解決這個問題，MATLAB具有豐富的庫函數，程序設計語法規則簡單，在解決工程數學問題和科研教學的輔助方面更加直觀、簡潔和高效。除了利用MATLAB編程實現之外，也可以利用SIMULINK來動態建模并仿真。SIMULINK是MATLAB軟件的擴展，它是實現動態系統建模和仿真的一個軟件包，它與MATLAB語言的主要區別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統模型的構建，而非語言的編程上。MATLAB通信工具箱包含了對通信系統進行仿真所需的信源編碼、信道編碼以及其他所用的全部庫函數和模塊，教師和學生在MATLAB環境中調用所用模塊，就能迅速而直觀的看到運算和編碼結果[4]。

5.結束語

為了培養社會需求的應用型人才，結合《信息論與編碼》的教學實踐，對該課程進行教學改革。教學內容上力求與前期及后續課程完整銜接，內容設置上充分考慮電子通信專業課程設置的系統完整性。本文所談的是對教學內容、教學手段的應用以及實踐教學等方面的思考與嘗試，這些只是我們在《信息論和編碼》課程教學改革中的初步探索，課程改革實踐創新的路還很長，在具體實施教改的過程中還會存在許多實際的問題，因此課程改革的工作將任重而道遠。

[1]王育民,李暉,梁傳甲.信息論與編碼理論[M].高等教育出版社,2005,12.

[2]信息論與編碼教學大綱[S].唐山:唐山學院信息工程系,2010.

[3]官輝.略論傳統板書與現代板書的結合使用[J].基礎教育研究,2008(6).

[4]楊春玲,李春暉.《信息論與編碼》課程教學改革初探[J].中國科教創新導刊,2011(5).

任麗棉（1981—），女，碩士，唐山學院信息工程系講師，研究方向：數字信號處理與濾波器。