《信息理論與編碼》課程教學探討

伍娟 王仲根 蘇靜明 洪炎 唐超禮 姚善化

關鍵詞：信息理論與編碼;教學內容;教學方法

一、研究背景

隨著信息技術蓬勃發展，信息安全顯得尤為重要。大到國家發展需要，小到個人隱私需求，信息安全日益成為一個國家核心競爭力的重要保證。信息理論與編碼是“信息安全”課程群中的核心課程，主要面向電子信息以及通信類專業的學生。作為編碼的理論基礎，該門課程論述了編解碼理論與方法在網絡技術、無線通信技術、數字電視技術等領域的廣泛應用。因此，充分了解該課程相關理論，學習和掌握相關知識對于信息工程類的學生來說尤為必要。

二、課程特點與常見問題

（一）課程枯燥

該門課程主要利用概率論、隨機過程、數理統計等數學方法來定量研究通信過程中如何有效、可靠、安全地進行信息的編碼、傳輸、獲取等。課程內容抽象、理論深、公式多，導致學生理解不夠深入、學習主動性相對不高。此外，學生對于前期所學知識記憶已經模糊，任課老師如果只采取“填鴨式”滿堂灌的教學方式進行授課，會引起學生的反感情緒以及畏難心理，導致學生無法掌握該課程中相應的理論知識以及物理概念，使得教學效果大打折扣。

（二）缺乏實踐

本課程主要以理論授課為主，需要讓學生掌握香農三大定理即無失真信源編碼、限失真信源編碼以及信道編碼的基本原理、方法和應用，了解信息熵、互信息、信道容量以及信息率失真函數的物理含義。但是在實際教學過程中，許多高校對于該門課程都是以理論授課為主，缺乏信息處理的實驗操作或仿真模擬等情境教學。導致學生對基本概念的理解能力較差，實際動手能力較弱。此外，有些學生在學習過程中過于關注數學計算過程，不能很好地理解每個公式所代表的物理含義，缺乏靈活應變的思維能力。這勢必會影響最終的教學質量和教學效果。

（三）教學過程設計不合理

信息理論與編碼作為信息工程類專業的一門核心課程，需要任課教師充分了解通信原理、數學基礎理論、信號與系統等方面的知識。還要求教師具備一定的理論分析能力、抽象思維能力和邏輯歸納能力，充分將通信系統的一些概念與本課程緊密結合。

但從目前的教學現狀來看，仍然存在教學安排不合理的情況。信息理論與編碼作為一門理論性較強的課程，在教學內容設計過程中結合多媒體課件的優勢，可以有效地在少學時的情況下輸出更多的信息量。但是如果在教學內容設計時只將書本知識進行展示，無知識點的凝練與總結，也不能和其他課程進行有效結合。對于學生來說，抬頭看黑板與低頭看教材無任何區別，學生很難將前后內容進行融會貫通，這就導致學生學完本節課程，很快就忘了該知識點的內容。學生的學習興趣不高，教學效果也不會好。

綜上所述，如何提高該課程的教學效果和教學質量，讓學生充分掌握該課程的基本原理與方法，是該課程需要探索的問題。結合該課程的特點，筆者對課程的建設提出如下的改進建議。

三、改革實踐

（一）優化教學內容

信息理論與編碼是一門結合通信技術、隨機過程等多個技術領域的課程，具有內容多、公式多、原理多、知識點多等特點。如何在有限的授課時間內，向學生清晰準確地傳授所有的知識點，是任課老師在教學過程中所必須重視的問題。因此，教學內容的側重和取舍，教學重點的突出以及學科最新的前沿動態，都需要任課老師進行充分的設計與準備，才能有效豐富實際教學過程。

由于目前信息的存儲、傳輸、處理等技術通常采用數字處理方法，模擬信號的需求已大大降低。因此作為通信的基本理論，在安排信息理論與編碼課程時可以根據當今形式的發展需要選取教學側重點。在教學內容設計時，以離散信源和離散信道為主，研究離散信源熵、信道容量以及編碼規則。適當地減少連續信源、連續信道等相關內容，或者選擇讓學生進行課后自學。

認真備好上課的多媒體課件，不照本宣科，對知識點進行凝練，通過例題和圖像來形象地闡述基本原理、基本概念。與其他學科相融合，通過學科之間的共通性進一步說明學習本門課程的重要性。比方說課程開篇在介紹信息、信號與消息的概念與區別時，可以結合點對點通信系統模型進行闡述。消息是指信息的載體，具有不同的形式，如語言、文字、圖片、數據等，能夠被人的器官所感知的稱之為消息。而在通信系統中，信號是指適合信道傳輸的物理量;信號是消息的運載工具，可以測量、顯示和描述，如電壓、聲壓等。因此，他們之間的關系是：信號攜帶消息，消息包含信息。那么對通信系統來說，信源是產生消息的部分，而消息需要通過一定的變換轉換成信號才能夠在信道中進行傳輸。因此信號在信道傳輸過程中傳遞的是消息，通過消息的傳遞，我們才能夠在接收端獲得信息。通過將理論概念和通信系統模型充分聯系起來，加深學生的理解。也讓學生充分了解學科之間的關聯性，調動學生的學習積極性。

（二）改進教學方法

該課程涉及大量的理論證明和公式推導。所以在課時有限的情況下，合理安排和設計教學過程，有效且生動地向學生系統介紹信息理論與編碼的基本原理和方法是提升教學質量的關鍵所在。

1.教學環節優化

板書教學具有邏輯性強、利于教師掌控和調節教學節奏等優點，但是這種授課方式表現形式單一，板書時間較長，展示的信息量較小。而多媒體教學具表現能力強，輸出信息量多的優點，可以有效節約板書時間，生動形象地向學生展示教學內容。

因此，在課程教學過程中可以優化教學內容，采用多媒體教學與板書教學相結合的形式進行授課。涉及理論性強、難度大的基礎知識，采用板書輔以多媒體課件的方式進行教學，以便于學生跟上老師的思維，更好的理解理論過程;涉及物理量定義的介紹、各種的編碼方法分類以及通信實現過程等采用以多媒體課件展示為主的方式進行授課。利用案例、視頻等多種形式，刺激學生的感官，使得教學內容變得更加生動有趣。通過這種取長補短的教學方式可以有效提高教學效率，優化教學環節，使學生更加投入學習，教學效果也會更好。