“信息論”教學研究

李威

摘要：文章研究了電子信息類本科生“信息論”課程教學的改革。“信息論”是高等學校電子信息類的專業課程，與“通信原理”、“數字信號處理”等其他專業類課程構成一個有機的整體，對學生對整體專業學習框架的理解和邏輯能力的訓練起到至關重要的作用。結合教育部提出建立系統化的人才培養體系和各高校的教學現狀，作者從教學內容、教學方法、教學手段和教學實踐等方面提出了一些建議，以期對“信息論”課程教學起到一定建設性的作用。

關鍵詞：“信息論”;系統化教學;教學內容;教學實踐

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）50-0139-02

我國電子信息類產業的銷售收入在逐年增長，行業的從業人員數量也在不斷增加，電子信息類產業在國民經濟中的支撐作用日漸顯著。尤其近年來國際上對我國發起的貿易戰，讓國家對相關專業人才的培養更加重視了。隨著移動互聯網、云計算、大數據和石墨烯等新興產業的興起，電子信息類產業的發展也呈現出新的特點，電子信息類產業的人才培養面臨著新的挑戰[1]。“信息論”定位于高等學院電子信息類的專業課程，適用于電子信息類的電子信息工程、電子科學與技術、通信工程、微電子科學與工程、光電信息科學與工程、信息工程機器等專業。近年來，國內很多高校對電子信息類專業課程體系進行了大力改革，從系統集成的角度來看，“信息論”與“通信原理”、“數字信號處理”、“信號與系統”等課程更合理地構成課程體系。相對于通信類和計算機類其他的專業課程，“信息論”從數學的角度來處理通信、存儲、安全等方面的問題，讓學生對整體的知識框架有更深的認識，找出各個課程之間的聯系，訓練他們的邏輯思維，并鍛煉他們將實際問題轉化成數學語言的能力。然而在實際教學過程中會發現“信息論”的課程教學很容易出現兩極分化的現象，要么過于偏向理論教學，復雜而枯燥的數學推導讓學生望而卻步;要么過于偏向于實踐，許多公式在沒有給學生講清楚的情況下直接拿來用，學生對定理的來源和公式的推導一無所知。而且“信息論”課程與“通信原理”有部分內容出現了明顯的重疊，這不僅浪費資源，而且對學生的邏輯思維和嚴謹的科學態度培養沒有任何幫助。因此，我們必須結合相關專業人才培養的需求以及課程的特點和整理的課程體系指定合理的教學內容和教學方法，激發學生學習興趣和探索精神，掌握扎實的理論知識，培養實踐能力，形成符合高素質技能型人才培養的教學模式。

一、“信息論”課程教學現狀

“信息論”是電子信息類學生的專業基礎課，是研究信息的度量問題和關注信息如何能有效地、可靠地、安全地從信源傳輸到信宿的一門課程。學習該課程的目的是讓我們從本質上理解大數據時代所遇到的各種信息，提取出有用的信息并會操控信息，理解信息壓縮的極限，信息傳輸的極限以及安全通信的界限。“信息論”的內容本身具有很強的理論性，掌握該課程將會對學生的邏輯性思維訓練和后續課程的學習均有幫助。但是大多數院校在“信息論”的教學過程中對學生的要求就不是很高，很多定理公式并沒有給學生深入講解，例如信道容量和信息率失真函數的極值求解，定長編碼和變長編碼的理論支撐，編碼與香農熵之間的關系，以及推導這些定理公式所用到的高等數學工具（例如拉格朗日乘子法）等。在“信息論”的基礎理論教學方面，學生的反映普遍不太積極，面對復雜的定理公式推導學生和教師缺少互動。教學內容的過分理論化導致學生的實踐訓練缺失。教學內容的過分面面俱到，反而沒有突出知識重點，讓學生在學習的時候沒辦法做到有的放矢。學生在學習的過程中由于過分關注考試的分數，導致學習態度扭曲，在知識能力和考試分數之間舍本逐末。傳統的教學考核方式讓學生在面對新知識的時候確實有足夠的探索精神，但這已經不能滿足新時代對電子信息類人才培養的需求，必須對其進行改革。

二、“信息論”課程教學研究

1.優化教學內容，緊扣本科生培養目標。“信息論”是一門偏向于理論性質的課程，因此課程的教學應當以概念出發，用數學語言進行展開，讓學生在掌握基本概念的同時會用數學語言來描述實際遇到的問題。因此課程的重點包含基本概念的理解，還包括課本中對定理的來源，定理推導的邏輯過程的理解。讓學生明白所學到的任何知識均有明確的理論依據。另外還要求學生掌握信息論科學中常用到的數學工具，例如凸函數、凹函數在求極值方面的應用，拉格朗日乘子法在求多變量系統的最優解中的應用。例如在講到“信道”這一章中求和信道的信道容量問題。教師在課堂上應該先對這個問題進行基本的剖析，從信道容量的基本公式出發，為該問題的正確求解指明一條路。然后讓學生在課堂上相互討論，利用所教的數學工具求出信道容量。和信道的信道容量求解相對于常見的對稱信道、準對稱信道，在難度上增加了一個等級，沒有那么容易直觀地看到最終結果。學生在解題過程中遇到困難的時候，可以調動他們思考的積極性。在最終解決該問題后學生對方法的掌握肯定會更牢靠，而且增加了他們在遇到難題以及新知識時候的信心和勇氣。當然并不是所有的問題均要通過這種方法，讓學生在思考問題的時候張弛有度，既不會覺得新知識沒有挑戰性，又不會覺得太困難而失去積極性。

2.改進教學方法，加深學生對知識的理解程度。大多數高校目前主流的教學方式是板書和多媒體教學。板書教學的過程一般是以教師為主導地位，學生跟著教師的思路，好處是教師可以按照自己的課堂節奏來帶動學生。這種方法適合有感染力以及個人魅力的任課教師，但是大多數教師不具備這樣的能力。而且學生一旦跟不上教師的節奏，接下來便會對所有的知識跟不上。而多媒體授課的特點是直觀，教師可以有更多的時間去講解課本上的知識，并根據實際情況進行知識的延伸。對于“信息論”這樣理論性很強的課程，如果全靠多媒體幻燈片來呈現知識，那么很多同學便不會對知識有很強的感同身受，學習的熱情和對知識的理解程度也會大打折扣。因此我們應該結合這兩種教學方式的優點以及學生的自身素質，尋找更適合該課程的教學方法。任課教師應當根據教學大綱將課程的知識點按照重要性和難度進行劃分，對于簡單的概念可以直接用幻燈片來呈現，最后能將這些知識點用一個邏輯框架聯系起來，讓學生從宏觀的角度去理解知識的構架。對于一些具有挑戰性的問題，可以選取一部分在課堂上由任課教師帶領學生一起去推導，讓學生感受知識創造的過程。留一部分作為學生的課后作業，讓他們帶著課堂上所學到的方法在課后進一步鞏固。

3.重視實踐教學，培養學生解決實際問題的能力。任何與實際脫離的教學都不能算是成功的教學，人才的培養離不開個人實踐能力的培養。“信息論”雖然是一門理論性課程，但是該課程也是為實際應用提供幫助，例如特殊問題的理論最優解，信源的無失真編碼和限失真編碼的Matlab程序實現，信道編碼包括線性分組碼、循環碼、和卷積碼的Matlab程序實例等。畢竟學生學習每門課程的時間有限，不可能讓學生掌握所有問題的處理方法。因此可以將這些具有代表性問題的解決方法教給學生，從而讓學生更好地適應未來的學習和工作。對于“信息論”的實踐教學環節，要選好實踐教學內容，制定出切實可行的課程大綱，設計好實驗環節，讓實踐內容更加貼近高等院校學生的知識背景和生產實際。在實踐的過程中要保持與學生的溝通交流，在遇到困難的時候適當地給予指導，并鼓勵學生通過自己的努力去查找相關文獻和解決方法。讓學生按照固定人數自由組隊，團隊內可以自由分配任務進行合理分工，從而促進學生的討論。讓學生自行對問題進行切割，將一個大的問題分割成許多有機組成的小份，并描述出這些問題之間的邏輯關系。在每解決一個問題之后，以團隊為單位對這些問題進行總結，整理出解決問題的方法以及解決問題的心得。通過這種傳遞式的實踐教學手段，可以充分地鍛煉學生的動手能力，培養學生的實際創新能力。

三、結語

高等學校教育強調重點培養學生的建立系統的知識結構和實踐創新能力，“信息論”是電子信息類專業課程中同時包含很強的理論性和實踐性內容的基礎課程，對學生后續的科研學習以及以后的職業發展起著很大的作用。新的人才培養模式，對“信息論”教學的改革提出了嚴峻的挑戰，這需要教師不僅要具備本學科領域的知識，還要不斷學習新的教學技能和教學方法，提高自身業務水平，滿足當今社會對全能型的電子信息類人才的需要。

參考文獻：

[1]趙生妹.信息論基礎與應用[M].北京：清華大學出版社，2015.