野信息理論基礎冶課程的理論與實踐相融合的教學方法探究

李如瑋+竇慧晶+賈懋珅

作者簡介：李如瑋，四川眉山人，博士，北京工業大學電控學院教師，副教授，從事本科生“信息理論基礎”課程和研究生“信息理論與編碼”課程教學，研究方向：信號處理。摘要：“信息理論基礎”是通信的數學理論，其理論和概念講授起來很枯燥，學生理解起來有一定困難。為此，本文在分析了理論教學與實踐教學的關系以及“信息理論基礎”課程的特點后，提出了在理論教學過程中插入實時實踐教學、成果演示以及課后實踐的教學方法，幫助學生理解相關理論和概念，同時進行理論知識的傳授以幫助學生形成系統性的認識。實踐表明，該方法具有良好的教學效果。

關鍵詞：理論教學；實踐教學；教學方法

一、理論教學與實踐教學的關系理論教學和實踐教學是高等工科教育的最基本的教學形式，兩者之間的關系不僅受到教學活動機理的制約，而且還要受到理論與實踐之間關系的影響。

理論教學與實踐教學之間具有互釋、互融、互動、互補與同步的關系［1］。所謂互釋，即實踐驗證理論，理論解釋實踐。也就是說，實踐教學以理論為指導，依據相關理論設計實驗，然后對實驗進行驗證、評價，看設計的實驗是否合理、可行，實踐教學通過實驗驗證所學理論知識，使學生能更深層次地理解掌握所學理論并學會應用理論。互融是指理論教學中存在實踐教學因素，實踐教學中存在理論教學因素，即在理論教學過程必然存在對實踐的闡述，必然用到理論聯系實際的教學方法，在實踐教學過程中必然涉及理論背景的闡述，需要學生依據相關理論解決遇到的問題，用所學的理論知識對實驗結果進行解釋。互動是指實踐教學和理論教學是不可分割的，都是為了培養合格人才，在教學過程中分享共同的資源，必然要求合理分配其權重和內容。互補是指理論教學需要實踐教學強化理論知識，實踐教學需要理論進行指導，然后對理論進行補充。同步是指理論教學與實踐教學在內容、層次和進度上要保持同步，修改理論教學內容、層次和進度時，實踐教學內容、層次和進度必然同時修訂。

理論教學與實踐教學之間還具有異質性［2］，主要表現為兩者的教學模式、教學內容以及教學目的不同。理論教學主要通過課堂教師講授、學生認知理解完成，通常以傳授成熟的理論知識為主，并且在教學體系中占主導地位，其目的是幫助學生建立系統性的認識。實踐教學主要通過相關的實驗、課程設計等形式完成，通常以獲得感性知識為主，幫助學生獲得實踐動手能力。

目前有不少高校對于理論教學和實踐教學的關系存在著誤區：有的實踐教學環節形同虛設，只著重于空洞的理論教學；有的卻過于強調動手能力，忽視了專業理論的教學。依據理論教學與實踐教學的關系可以知道：只重視理論教學，培養的學生大多只會紙上談兵，雖然經過長時間的磨煉，最終大部分學生都能滿足崗位的需要，但是不能滿足用人單位的入職就上崗的要求。而只重視實踐教學，培養的學生由于缺乏理論知識，雖然畢業能直接上崗，但是在職場上卻不會有大的提升。

二、“信息理論基礎”課程的特點信息理論基礎即香農信息論，被稱為通信的數學理論。信息理論來源于實踐并服務于實踐，它是通信發展到一定階段，為了解決通信的有效性、可靠性問題而發展起來的，并推動通信領域蓬勃發展起來，再次展示了理論與實踐的相輔相成的關系。它通過研究信源、信道和信宿的統計特性以及編碼問題，為設計有效而可靠的通信系統提供理論依據。信息理論是一門應用概率論、數理統計、隨機過程等近代數理知識和通信技術相結合來研究信息的提取、傳輸、存儲和處理的科學。在“信息理論基礎”課程的教學中，目前很多高校都著重理論教學，學生在學習的過程中，普遍反映該課程抽象而枯燥，接受起來比較困難。同時“信息理論基礎”課程還具有一個特點，就是每個理論都有應用成果，但是每個成果涉及的知識面都非常廣，如果想設計一個實驗來培養學生的應用能力，那是完全做不到的，因為每一個應用成果都需要花費很長時間。

為此，在“信息理論基礎”課程的理論教學環節中，筆者采用了基于理論與實踐相融合的教學方法，以期達到高等工科院校人才培養的目的。

三、基于理論與實踐相融合的“信息理論基礎”課程的教學方法針對“信息理論基礎”課程，筆者具體的做法是在理論教學過程中引入了實時實踐教學，努力在理論教學的課

堂上用實踐教學幫助學生理解信息論的理論知識和抽象的概念，幫助學生建立起信息理論獨特的思維，同時用實踐教學檢驗理論教學的效果。對設計實踐教學環節有困難的理論，通過演示實踐成果，幫助學生建立起感性認識，把理論和實踐有機融合起來，達到了良好的課堂教學效果。對設計實踐環節容易的理論，通過課后實踐，幫助學生獲得實際動手能力，并幫助學生鞏固理論知識。

所謂實時實踐教學，即在理論教學過程中，根據需要實時插入有效的實踐教學以及豐富的實踐成果，在理論教學的課堂上達到理論與實踐的融合。

針對“信息理論基礎”課程特點，筆者分三種情況在理論教學過程中加入實驗環節。第一種是理論教學之前加入小實驗，目的是幫助學生從實踐中獲得理論，從實踐中引出理論，讓學生更深層次理解理論的來龍去脈，更容易理解理論。比如在講為什么自信息量要用先驗概率的倒數的對數值來衡量的時候，通常會安排一個拋硬幣的實時實驗，引導學生思考在沒有做實驗前，對硬幣出現正面具有不確定性，然后硬幣落下后，硬幣正好出現正面，那么此時對硬幣出現正面的不確定性完全消失了，而與此同時實驗者獲得了信息，這個信息的大小是多少呢？在此基礎上，又引導學生思考：獲得信息的同時，不確定性從有到無，那么可不可以就用不確定性消失的大小來表示信息的大小呢？此時學生恍然大悟，從而通過這個實驗幫助學生把對信息的度量轉化成了對不確定性的度量。然后引導學生建立自信息量是先驗概率的一個函數，在此基礎上，通過該函數需要滿足四個公理性條件，推導出自信息量的公式。通過小實驗，學生可以理解信息量的度量，并用不同于傳統科學的思路考慮問題。第二種是理論教學后加入小實驗，目的是幫助學生更深層次地理解所學理論。第三種是在理論教學的過程中穿插實踐環節，通過類比幫助學生理解理論知識。比如在講互信息時，利用集合的概念幫助學生理解其概念，同時也利用集合的概念幫助學生理解熵、條件熵、聯合熵以及平均互信息的關系。

在理論教學過程中，針對有些不適合設計實驗的理論，筆者通過演示實踐成果以及引入學生實際生活中應用到的知識幫助學生完成感性認識。結合“信息理論基礎”課程的特點，對于不適合進行實時實踐的，則專門安排課后的實踐教學環節，比如如何實現能糾正一個錯誤的八位線性分組碼的設計，要求學生課后實現。

總之，筆者通過幾年的教學實踐，發現基于理論與實踐相融合的“信息理論基礎”課程的教學方法的確能夠提高課堂教學效果，也活躍了課堂氛圍。筆者相信，對于偏理論的課程的教學，該方法一定是適合的。

參考文獻：

甄阜銘． 理論教學與實踐教學的同構關系．現代教育科學（高教研究），2011（5）：79—80．

趙暉，王和強． 實踐教學與理論教學的異質性辨析．教育探索， 2013（9）：4—5．

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