“信息論與編碼”實驗教學探討

摘 要 文章分析了在高等院校信息與計算科學專業開設“信息論與編碼”實驗課程的必要性，以及該課程實驗教學的教學現狀，結合筆者的教學心得，提出了該課程在實驗教學方面應注意的事項和一些見解與方法。

關鍵詞 信息論與編碼 實驗教學 課程特點

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Discussion on Experimental Teaching of "Information and Coding Theory"

YAN Shanjun

（Xuzhou Institute of technology， Xuzhou， Jiangsu 221008）

Abstract This paper analyzes the necessity of setting up the "information and coding theory" experiment course in the major of information and computation science in college， as well as the present teaching situation of this curriculum. Unifies teaching experience， the author puts forward some matters which should be paid attention to in the course of experimental teaching and some ideas and methods

Key words information and coding theory； teaching situation； course characteristics

0 引言

20世紀40年代末，美國著名的工程師Shannon先后在《貝爾系統技術》學報上發表了影響深遠的論著《通信的數學原理》和《噪聲下的通信》，揭示了信息在傳輸中的基本規律，標志著信息科學成為一門單獨的學科而成立了，因此Shannon被稱為是“信息論之父”。通常所講的俠義的信息論主要是指以他的三大編碼定律（無失真信源編碼定理、信道編碼定理、限失真信源編碼定理）為基礎的信息論，它是一門應用數理統計方法來研究信息處理和信息傳遞的科學，研究存在于通訊和控制系統中普遍存在著的信息傳遞的共同規律，以及如何提高各信息傳輸系統的有效性和可靠性的一門通訊理論課程。

在當前信息化的時代，人們的日常生活幾乎時刻都與信息有關，信息對我們來講越來越重要，因而對信息論的學習和認識便越來越受到人們的重視。目前，信息論與編碼課程已被越來越多的高校指定為信息類專業的專業必修課程，國內近年來在數學學科下，開設了“信息與計算科學”專業，該專業的開辦順應了當代信息科技對數學日益增長的需要，同時也為數學專業的學生更好地了解、應用和發展信息科學提供了良好的條件，信息論與編碼課程自然成為了信息與計算科學專業的專業必修課程。而對于其中的實驗課程，它是學生更好地認識和感知信息的重要橋梁，因而學生對這一塊的學習也顯得尤為重要。

1 信息論與編碼實驗教學的現狀

信息論與編碼課程中學生普遍反映的問題是，概念抽象、理論性較強、應有的預備知識較多等，這些特點為該課程在本科生階段的教學帶來了較大的難度，僅僅從理論上跟學生講述信息論的一些概念和定理，學生往往很難能夠深入地理解和掌握。為此，在教學中讓學生通過做一些必要的實驗來更好地理解和掌握相關的內容便顯得尤為必要，同時實驗課的進行也能激發學生對理論知識的學習興趣，便于學生更好地把握信息論與編碼課程，從而達到更好的深化課堂教學的效果。

近些年來，為了適應開展大學生數學建模等競賽的需要，不少的高校都開設了數學實驗課程，尤其是在信息與計算科學專業，還專門開設了數學建模的課程，其中主要選取MATLAB、MATHEMATIC 等數學軟件作為實驗平臺。與傳統的利用C語言編程實現相比較，要簡單了許多，為信息論與編碼實驗課程的開設與實現創造了良好的基礎條件。目前針對信息論與編碼課程開設的實驗類型主要有驗證性實驗（如：Shannon編碼、Huffman編碼等）和綜合性實驗（如：設計一個線性碼的編碼器等）兩類，前者一般只要具有較好的編程能力和對實驗內容有一定的理解，一般都能通過在計算機上編程實現而強化對實驗內容的掌握和認識。而對于后一類實驗而言，就需要學生具有一定的分析和解決實際問題的能力了，對學生的實驗能力要求較高一些。目前的實驗教學是以組為單位展開，每組3～5個人，從以往的教學效果上看，學生通過實驗編程，基本都能達到掌握所學知識，鍛煉動手能力的效果，但由于學生的個人能力、學習的態度等因素的不同，導致有些學生做起來吃力，而有些學生又感覺過于簡單，為此，設計出一些適合不同層次學生的實驗內容，已成為當前信息論與編碼課程實驗教學的必然要求。

2 信息論與編碼實驗教學過程中應注意的事項

2.1 實驗前做好充分的準備工作

這里的準備工作既包括教師的備課，還包含學生在實驗前的準備工作。對于學生而言，只有在做實驗前明確自己所做的實驗內容，并對實驗過程有一個初步的計劃，這樣才能在有限的實驗課時內，把實驗做好！反之，若實驗課之前沒有任何準本，而直接去做實驗，短短的兩個課時往往是手忙腳亂地趕過來，不要說思路不夠成熟，甚至有個別同學連實驗內容和實驗目標都搞不清楚。如果自己對數學軟件掌握的再不夠熟練的話，實驗課的效果就可想而知了。所以，實驗前做好充分的準備工作對于上好一次實驗課非常重要，不僅對于教師，而且對于學生更為重要。而所要做的準備工作主要有：理解實驗的內容，明確實驗目標，規劃好實驗方法和實驗步驟。例如：在香農編碼實驗中，首先要求同學理解香農編碼方法的思想和過程，然后對于給定的信源，明確香農編碼的目標，就是給出香農碼來，同時給出香農碼的編碼效率來，然后對于如何利用什么編程語言編程，以及分幾步進行編程來實現等，都要有一個充分的準備。另外，對所用的編程語言要有一定的掌握，對于編程語言掌握得不太好的同學，要求最好帶上相應的參考書，以備隨時查閱。

2.2 不同的學生給予不同的實驗要求

在每屆的學生中，總有實驗能力強的同學，能很快將程序編出并實現，也有實驗能力差的同學，僅僅是用編程語言實現就是一個大難題，針對這種情況，對全班同學都做同樣的實驗要求顯然是不合適的。為此，對能力不同的學生給出不同的實驗要求，即分層次實驗教學，將會很好地調動學生做實驗的積極性，比如：對于實驗能力很差，編程都成問題的同學，直接讓其編程是不現實的，這時就給他一個現成的程序，只不過其中在關鍵點都故意設置了一些語法等錯誤信息，讓其一邊理解實驗內容，一邊拿著參考書去調試程序，程序調好的，其對實驗的理解也基本上就很透徹了，這樣既理解和感觸實驗內容，又鍛煉和提高了自己的編程實驗能力。而對于編程能力較高的同學，給他們提出更高一些的要求，比如：在霍夫曼編碼實驗中，若有同學很快將實驗內容編程完成后，便鼓勵其設計一個可視化的實現界面，使得對于不同的信源，只要將信源信息輸入，便能很快出編碼結果，而且還能將編好碼的相關性能都同時給出來。這樣不僅使得同學對該實驗能有更深入的理解和掌握，還能夠提高這些同學的優越感和成就感，有利于激發同學對實驗課的興趣。

2.3 實驗考試需嚴肅認真

對于實驗的結果，大家都可以從別人那里輕易地復制到，如果考核不嚴肅，將很容易導致同學之間的抄襲事件發生，以至于對實驗課敷衍了事。所以對實驗考試一定要嚴格把關，有時間的話，最好能讓每個學生分別講解一下自己對實驗內容的理解和對實驗編程實現的思路。這樣能促使學生沉下心來，腳踏實地地完成實驗任務。

3 結語

近幾年來，本校在信息與計算科學專業堅持開設了信息論與編碼實驗課程，通過近幾年的上課情況看，學生的基礎參差不齊，導致實驗能力出現較大差異。因此在上課的過程中，不管是教師還是學生都要做好充分的實驗準備，在實驗過程中，對實驗能力不同的同學給予分層次的實驗要求，而在考試時要嚴肅認真，達到既深入理解實驗內容，又提高實驗興趣的目的。

基金項目：徐州工程學院實驗教學示范中心專項建設經費資助項目、科研資助項目（XKY2011203）

參考文獻

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