信息論課程教學(xué)中的思政探究

關(guān)鍵詞：信息論；課程教學(xué)；課程思政；思政元素

0 引言

2020年5月，教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》[1]，要求全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)，發(fā)揮好每門(mén)課程的育人作用，提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量。專(zhuān)業(yè)課程是課程思政建設(shè)的基本載體，要深入梳理專(zhuān)業(yè)課的教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合課程特點(diǎn)、思維方法和價(jià)值理念，深入挖掘課程思政元素，有機(jī)融入課程教學(xué)，達(dá)到潤(rùn)物無(wú)聲的育人效果。近些年，高校教師結(jié)合實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，陸續(xù)提出從戰(zhàn)略高度構(gòu)建高校思想政治教育課程體系，課程思政建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題與解決路徑，理工類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程如何開(kāi)展課程思政教育實(shí)踐等具體措施[2-6]。

信息論[7]是信息及通信類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，主要介紹如何運(yùn)用概率論、隨機(jī)過(guò)程和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)方法來(lái)研究信息的變換、存儲(chǔ)和傳輸中的一般規(guī)律以及信息編碼的基本理論。該課程的特點(diǎn)是對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握有較高的要求，概念抽象、公式多且計(jì)算量大。信息論課程的思政教學(xué)探索主要體現(xiàn)在科學(xué)思維的啟發(fā)、融入專(zhuān)業(yè)倫理及落實(shí)為人民服務(wù)的意識(shí)。

1 信息論課程思政建設(shè)的前期準(zhǔn)備

信息論課程思政建設(shè)的前期準(zhǔn)備主要從修訂大綱、融合教學(xué)資源、探索新的教學(xué)方法及轉(zhuǎn)變考核觀念等四個(gè)方面展開(kāi)。

（1） 修訂教學(xué)大綱：以信息與計(jì)算科學(xué)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案為基準(zhǔn)點(diǎn)，力爭(zhēng)培養(yǎng)對(duì)接新時(shí)代信息化需求，培養(yǎng)創(chuàng)新型信息計(jì)算科學(xué)人才的要求，根據(jù)該課程理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的特點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以基本概念與方法為主，以學(xué)生最易接受的方式介紹信息論的基本內(nèi)容及應(yīng)用。在新大綱中彰顯思政教育深入課堂，通過(guò)課堂教學(xué)使學(xué)生樹(shù)立科學(xué)的世界觀、人生觀、價(jià)值觀和良好的職業(yè)道德和敬業(yè)精神。

（2） 融合教學(xué)資源：首先從教材的選擇入手，選定北京郵電大學(xué)出版社的《信息論基礎(chǔ)教程》[8]為教材，該教材主要講述經(jīng)典信息論的內(nèi)容，沒(méi)有涉及過(guò)多的分支，同時(shí)選擇了大量與日常生活密切相關(guān)且具有一定趣味性的習(xí)題，使84c765fd0cbde6c810a9524f69f8ead6得該教材能夠更好地為教改、人才培養(yǎng)及課程建設(shè)服務(wù)。其次，進(jìn)一步完善線(xiàn)上慕課資源，細(xì)化每一章節(jié)的內(nèi)容，補(bǔ)充背景及現(xiàn)代通信小故事的穿插，引導(dǎo)大家學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)大家的愛(ài)國(guó)主義情操，樹(shù)立正確的價(jià)值觀。最后，還可以借助百度、知乎、B站等熱門(mén)網(wǎng)站豐富學(xué)習(xí)資料，有力補(bǔ)充教學(xué)資源。

（3） 探索新的教學(xué)方法：教學(xué)模式向以學(xué)生為中心轉(zhuǎn)變，以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)學(xué)生發(fā)展為目的，教育的歸屬是“學(xué)”不是“教”。力求在互動(dòng)中轉(zhuǎn)移教師的主導(dǎo)地位，變灌輸為主動(dòng)探索。融合線(xiàn)上線(xiàn)下，鼓勵(lì)學(xué)生課前自主觀看線(xiàn)上視頻，帶著問(wèn)題來(lái)課堂，通過(guò)慕課堂的小試題檢驗(yàn)課堂效果。在課程思政需求下，主動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)要求及如何將思政融入課堂，從每次課的準(zhǔn)備到落實(shí)，查閱實(shí)例，用小故事帶動(dòng)大情懷。借助第二課堂進(jìn)行職業(yè)素質(zhì)培育和課程育人，鼓勵(lì)學(xué)生走進(jìn)企業(yè)，走進(jìn)科技館，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)、奉獻(xiàn)社會(huì)的精神。

（4） 轉(zhuǎn)變考核觀念：課程的考核，一方面能夠反映學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，另一方面，為后續(xù)教學(xué)的改進(jìn)提供了參考依據(jù)。然而，學(xué)分制的考核往往限定在僅僅一次的閉卷考試。我們要打破“一考定輸贏”的局面，把考核放到平時(shí)，主要包括慕課堂答題積分、慕課視頻觀看時(shí)長(zhǎng)、作業(yè)情況、討論課堂表現(xiàn)及期末考試。此外，實(shí)驗(yàn)操作也是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它更能體現(xiàn)學(xué)生的動(dòng)手能力，我們的思政教育在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過(guò)程中，能輕松地融入科學(xué)探索精神，給學(xué)生試錯(cuò)的機(jī)會(huì)，在不斷糾錯(cuò)的道路上努力前行。

2 思政融入課堂的思路

針對(duì)信息論基礎(chǔ)課程服務(wù)的專(zhuān)業(yè)特色和優(yōu)勢(shì)，深度挖掘提煉專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系中所蘊(yùn)含的思想價(jià)值和精神內(nèi)涵，科學(xué)合理拓展專(zhuān)業(yè)課程的廣度、深度和溫度。

（1） 融入思政，樹(shù)家國(guó)情懷：大數(shù)據(jù)時(shí)代，通信的可靠性和有效性是建設(shè)通信強(qiáng)國(guó)，要有自己的核心技術(shù)，而信息論基礎(chǔ)是實(shí)現(xiàn)高效通信的關(guān)鍵。具體到課堂中，需要進(jìn)一步細(xì)化每一章節(jié)的內(nèi)容，補(bǔ)充背景及現(xiàn)代通信小故事的穿插，引導(dǎo)大家學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)大家的愛(ài)國(guó)主義情操，樹(shù)立正確的價(jià)值觀。除了技術(shù)，更重要的是通過(guò)真實(shí)案例，正確引導(dǎo)，幫助學(xué)生樹(shù)立正確的人生觀和價(jià)值觀，顧小家才能為大家，樹(shù)立家國(guó)一體的情懷。

（2） 強(qiáng)化課堂思政環(huán)節(jié)，貫徹黨的教育方針：通過(guò)描述信息論的發(fā)展及信息論學(xué)科創(chuàng)始人香農(nóng)的貢獻(xiàn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心及求知欲，引導(dǎo)學(xué)生崇尚科學(xué)，感受科學(xué)精神。在每一章節(jié)都潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲地融入思政，如通過(guò)信息的可度量性的描述，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到量化的意義，強(qiáng)調(diào)樹(shù)立正確價(jià)值觀的重要性。在教學(xué)中適時(shí)融入思政教育，如通過(guò)華為公司為中國(guó)通信事業(yè)做出的貢獻(xiàn)鼓勵(lì)大家注重基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，指出實(shí)踐離不開(kāi)理論支撐，鼓勵(lì)大家樹(shù)立強(qiáng)國(guó)意識(shí)、培養(yǎng)大家造福人類(lèi)的博大情懷。

（3） 思政教學(xué)常態(tài)化，引導(dǎo)學(xué)生愛(ài)己愛(ài)家有擔(dān)當(dāng)：結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信的需求，加強(qiáng)課堂思政教育。幫助學(xué)生了解通信技術(shù)的發(fā)展歷史與變革，了解我國(guó)在5G、6G方面的需求及已取得的成果，以及與世界先進(jìn)國(guó)家的差距。鼓勵(lì)學(xué)生樹(shù)立追求科學(xué)真理、熱愛(ài)祖國(guó)、為提升通信效率努力奮斗的家國(guó)情懷。通過(guò)學(xué)科的發(fā)展認(rèn)識(shí)事物的發(fā)展規(guī)律，樹(shù)立科學(xué)發(fā)展觀，在經(jīng)驗(yàn)中找突破，在普遍中找差異，尋找通信理論的新方法，不斷增強(qiáng)學(xué)生在造福人類(lèi)方面的社會(huì)責(zé)任感和個(gè)人擔(dān)當(dāng)。

注重教育和引導(dǎo)學(xué)生弘揚(yáng)勞動(dòng)精神，將“讀萬(wàn)卷書(shū)”與“行萬(wàn)里路”相結(jié)合，扎根中國(guó)大地了解國(guó)情民情，在實(shí)踐中增長(zhǎng)智慧才干，在艱苦奮斗中錘煉意志品質(zhì)。進(jìn)一步細(xì)化每一章節(jié)的內(nèi)容，補(bǔ)充背景及現(xiàn)代通信小故事的穿插，引導(dǎo)大家學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)大家的愛(ài)國(guó)主義情操，樹(shù)立正確的價(jià)值觀。信息論課程思政的融入點(diǎn)及目標(biāo)具體見(jiàn)表1。

3 思政課堂的教學(xué)示例

3.1 團(tuán)隊(duì)合作小課堂

信息熵對(duì)大家來(lái)說(shuō)是個(gè)新的概念，它具有抽象性，主要用來(lái)衡量信息的不確定性。通過(guò)對(duì)信息熵概念的講解及對(duì)其性質(zhì)的分析，希望學(xué)生對(duì)團(tuán)隊(duì)合作有新的認(rèn)識(shí)。

課堂思政案例：第二章第二節(jié)《平均自信息》。

首先，由事件發(fā)生概率的大小說(shuō)明事件的發(fā)生能提供信息量，也就是自信息。為表征整個(gè)信源的不確定性，信息論創(chuàng)始人香農(nóng)借鑒物理學(xué)中熱熵的概念，將平均自信息稱(chēng)為信息熵，并給出了計(jì)算熵的表達(dá)式，解決了信息的度量問(wèn)題。概念給出后，帶領(lǐng)學(xué)生一起探討信息熵的性質(zhì)。拋出問(wèn)題“什么時(shí)候信息熵能夠取得最大值呢？”，利用Jensen不等式，可以得到當(dāng)離散信源中各消息等概率出現(xiàn)時(shí)熵最大。這一結(jié)論將引起學(xué)生思索，在我們?nèi)粘Ｉ钪校?jīng)常會(huì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作共同完成一些任務(wù)，那怎樣才能發(fā)揮團(tuán)隊(duì)的最強(qiáng)優(yōu)勢(shì)呢？借鑒最大熵原理，讓大家意識(shí)到，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手的團(tuán)隊(duì)才不會(huì)有短板。

在信息時(shí)代，我們每天都會(huì)面臨大量的信息，如何辨識(shí)和利用這些信息是一個(gè)棘手問(wèn)題。信息熵的概念可以幫助學(xué)生理解創(chuàng)新的本質(zhì)，創(chuàng)新就是要從大量的信息中提取新的模式，以便更好地適應(yīng)信息社會(huì)的沖擊及對(duì)自己思維能力的提升。一切事物的發(fā)生都具有不確定性，通過(guò)努力，可以消除部分不確定性，壯大自我加入團(tuán)隊(duì)，才能實(shí)現(xiàn)合作共贏。總之，信息熵的重要性不可被忽視，它無(wú)處不在，時(shí)刻影響著我們的決定，簡(jiǎn)單說(shuō)就是向左走還是向右走的問(wèn)題，通過(guò)排除無(wú)效信息，充分利用有用信息，縮短與人生目標(biāo)的距離。

3.2 探索精神小課堂

信源編碼是在不失真或允許一定失真的條件下，用盡可能少的碼符號(hào)來(lái)傳遞信源消息，提高信息傳輸?shù)男省Ｐ旁淳幋a分為無(wú)失真編碼和限失真編碼，在此部分講解中，可通過(guò)深入挖掘?qū)W科內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生的探索及創(chuàng)新精神。

課堂思政案例：第五章第四節(jié)《變長(zhǎng)碼的編碼方法》。

首先拋出問(wèn)題：如何找到最佳編碼？

香農(nóng)第一定理指出了信源編碼的理論極限，同時(shí)給出香農(nóng)編碼方法，即變長(zhǎng)編碼方法。為了提高編碼效率，費(fèi)諾利用二分思想提出變長(zhǎng)的編碼方法，不需要對(duì)信源符號(hào)概率進(jìn)行排序，大大簡(jiǎn)化了操作步驟。然而，這兩種編碼都不是最優(yōu)的。費(fèi)諾在信息論課堂上給學(xué)生布置了這個(gè)當(dāng)時(shí)尚未解決的問(wèn)題，作業(yè)的題目是“Given a collection of letters， numbers， or othersymbols， find the most efficient method to represent themusing a binary code”。霍夫曼是費(fèi)諾的學(xué)生，他勇于挑戰(zhàn)，能夠突破傳統(tǒng)思維模式，從新的角度思考這個(gè)難題，通過(guò)對(duì)概率分布分析并構(gòu)建出最佳的變長(zhǎng)編碼方法，即霍夫曼編碼。這就是尋找最佳碼的故事，我們看到了科學(xué)家霍夫曼學(xué)生時(shí)代的探索創(chuàng)新歷程，它至今仍被使用在眾多通信系統(tǒng)中。這個(gè)小故事，表面上是青出于藍(lán)而勝于藍(lán)，實(shí)質(zhì)則更多地蘊(yùn)含不懼權(quán)威、打破常規(guī)、迎難而上的科研精神。

3.3 家國(guó)情懷小課堂

信源是信息的發(fā)源地，比如我們的語(yǔ)言——漢語(yǔ)是世界上信息密度最高的語(yǔ)言，是全世界最有魅力的語(yǔ)言，能夠激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情及民族自豪感。

課堂思政案例：第六章第二節(jié)《有噪信道編碼定理》。

有噪信道編碼定理也被稱(chēng)為是香農(nóng)第二定理，它說(shuō)明錯(cuò)誤概率趨于零碼的存在性，但未給出構(gòu)造方法，使得它成為信息論的一個(gè)難題，而教材中沒(méi)有再做進(jìn)一步的討論。早在2008年，土耳其的Erdal Ari?kan教授提出了華為Polar碼，這是一種新型的信道編碼技術(shù)，可以達(dá)到信道容量的極限，且編碼復(fù)雜度低，利用信道極化現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)高效編碼，達(dá)到香農(nóng)極限。

華為已將Polar碼作為5G標(biāo)準(zhǔn)控制信道編碼候選方案，并成功納入3GPP標(biāo)準(zhǔn)，是無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的重要基石。當(dāng)我們?cè)?G網(wǎng)絡(luò)世界暢游時(shí)，華為引領(lǐng)世界的技術(shù)無(wú)疑會(huì)激發(fā)大家科技報(bào)國(guó)的擔(dān)當(dāng)和家國(guó)情懷。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)信息論課程的特點(diǎn)，開(kāi)展堂堂有思政，節(jié)節(jié)有情懷的教學(xué)活動(dòng)，達(dá)到有總結(jié)、有凝練、有效果。不僅借助該課程進(jìn)行了課堂思政的實(shí)踐，并為信息與計(jì)算專(zhuān)業(yè)的相關(guān)理論課程思政的融入提供參考。基于以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及多年通信領(lǐng)域編碼的研究經(jīng)歷，以宏觀至微觀的視角，以學(xué)術(shù)工業(yè)界發(fā)展前沿為穿引線(xiàn)，串聯(lián)起專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系，對(duì)學(xué)生進(jìn)行與專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)合的立德樹(shù)人教育，培養(yǎng)新一代具有家國(guó)情懷的新型專(zhuān)業(yè)人才。總之，我們通過(guò)對(duì)信息論課程的思政探究，力求為其他專(zhuān)業(yè)課的課程思政建設(shè)提供理論參考。