《信息论与编码》教学改革的探索
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作者: 任丽棉 王金红
【摘要】针对本学院应用型人才的培养目标以及信息论与编码课程内容的特点，从该课程的教学内容、教学手段以及实验内容等方面探索改革的思路，为培养“勤奋敬业、实践能力强、具有创新精神的高素质应用型人才”奠定基础。
【关键词】信息论与编码；教学改革；应用型人才
1.引言
《信息论与编码》是电子通信类学生的专业基础课程。它以数学的基本方法如概率论、随机过程、数理统计等为基础，研究和分析信息从信源到信宿传输过程中的有效性和可靠性问题[1]。通过本课程的学习，使学生掌握信息传输、存贮、处理与识别系统中关于信息的概念、度量、编码理论与方法，为设计有效、可靠并且安全的信息系统打下理论基础，并为以后从事通信技术支持、软件开发测试准备必要地理论基础。该课程理论严谨、逻辑性强，对培养学生的逻辑思维能力、独立分析能力和解决问题的能力以及理论联系实际的能力，都有很重要的作用。随着近几年新技术的发展与变化，为了适应宽口径科技人才培养的需要，这门课的课时也不断的被压缩，因此迫切需要对原来的教学内容和教学重点进行调整，同时也应对教学手段和实践教学相关内容进行改革和建设。
2.教学内容的改革
针对我校的培养目标，即以教学为中心，为基层一线培养实践能力强，具有创新精神的高素质应用型人才，他们的任务是负责工作现场的技术指导，而不是进行科学研究或新产品的研发。因此作为授课教师，我们应该根据培养目标，合理安排本课程的教学内容。
在教学过程中将教学内容分为基本教学内容、扩展的教学内容和实验教学内容三部分。基本教学内容包括构建支持学生终身学习的知识基础，如信息的统计度量、信源编码、信道容量以及信道编码等内容。信息量部分本身应作为重点来讲解，同时信息量的重点放在离散信源的度量上，而对连续信源的度量则列为选学内容，原因在于当今的信息处理及编码技术大多采用数字处理方法。考虑到后续课程“数字图像处理”中有限失真编码技术，所以本课程的信源编码部分重点放在无失真信源编码上，主要介绍其物理意义和具体的编码技术，如Huffman编码和算术编码，而并不作复杂的理论证明。信道容量部分讲解信道容量的定义、物理意义、达到信道容量的充要条件以及信道的组合，重点放在求解对称和准对称DMC信道的信道容量，对一般离散信道的信道容量求解不作要求。信道编码部分有编码定理和具体的编码技术，重点讲解信道编码定理、离散序列的译码准则、线性分组码和循环码[2]。考虑到后续课程“通信原理”中有卷积码的内容，同时也由于本课程的课时数较少，所以卷积码不列为本课程的教学内容。而对于无记忆信源的有失真编码，同样不列为教学内容，留给感兴趣的学生课下阅读。这样的教学内容安排在一定程度上降低了该课程的难度，提高了学生学习的积极性，并符合应用型人才培养的要求。另外扩展的教学内容要及时、适当地介绍本学科的最新动态和新的发展，使课程教学内容保持基础性的计算机教育与教学研究，同时，要不断提高课程内容的时代性和前沿性。
3.现代化教学手段的应用
在课堂教学中，采用多媒体课件与传统板书相结合的教学手段，并使两者有机的互补。相对于黑板板书而言，多媒体课件有着无法比拟的优势。首先多媒体课件信息承载量很大，可以拓宽学生的视野，激发学生的学习兴趣。其次，多媒体课件有丰富的表现力，课件中可以引入图片、声音，使教学更加形象、直观。对于一些教学提纲、归纳总结、图文图表以及动画演示的内容，宜采用幻灯片。如在介绍信道噪声的时候，可以用PPT动画的方式，将有噪信号与无噪信号的图像分别展示给学生，让他们有更直观的理解和更深刻的记忆。第三，多媒体课件可以省去课上书写的时间，使课上时间相对宽松，可以留给学生更多的思考和师生交流的时间。第四，便于总结和复习，并有利于资源共享。但是多媒体课件仍然有其本身的弊端。本身该课程有很多理论公式推导和基本原理的解释，所以很多内容关联性比较强，多媒体课件每次只能展示其中一部分，所以相互关联的内容就无法同时展现给学生，这样对于逻辑性很强的部分，不易保持学生思维的流畅性和连续性，不易让学生整体把握教学内容，造成思维脱节。而板书恰好可以弥补这一缺陷，可以让学生整体连贯的把握知识点。另外在授课过程中，用多媒体课件容易讲的过快，可能会使学生跟不上教师的思路[3]。因此采用多媒体课件和传统板书相结合的方式是势在必行的。
4.加强实践教学环节
《信息论与编码》是一门理论和实践紧密结合的课程，如果仅仅停留在教师课堂上的理论知识，那么学生学到的只是“死”的知识，不能将理论运用到实践中去，也不能很好的调动学生学习的积极性，很难体现出培养创新思维和动手能力的要求。为此，我们要增加必要的实践环节，编写相关的实验，如信道容量的迭代算法、香农编码、霍夫曼编码、线性分组码等，每个实验制定出具体的算法和实验要求，学生可以选用自己熟悉的编程语言来实现，如C、MATLAB等。通过实验，可以弥补教学内容概念抽象难以理解的不足，同时也培养了学生严谨科学有序的工作作风，提高学生的分析问题、解决问题和实际动手的能力。
在这里，建议学生选择MATLAB语言编程。由于《信息论与编码》课程中，涉及到大量的数学运算，尤其是对数运算以及矩阵的运算，其计算过程非常繁琐，同时在课程中又无法完全略去数学运算。而MATLAB可以帮助解决这个问题，MATLAB具有丰富的库函数，程序设计语法规则简单，在解决工程数学问题和科研教学的辅助方面更加直观、简洁和高效。除了利用MATLAB编程实现之外，也可以利用SIMULINK来动态建模并仿真。SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。MATLAB通信工具箱包含了对通信系统进行仿真所需的信源编码、信道编码以及其他所用的全部库函数和模块，教师和学生在MATLAB环境中调用所用模块，就能迅速而直观的看到运算和编码结果[4]。
5.结束语
为了培养社会需求的应用型人才，结合《信息论与编码》的教学实践，对该课程进行教学改革。教学内容上力求与前期及后续课程完整衔接，内容设置上充分考虑电子通信专业课程设置的系统完整性。本文所谈的是对教学内容、教学手段的应用以及实践教学等方面的思考与尝试，这些只是我们在《信息论和编码》课程教学改革中的初步探索，课程改革实践创新的路还很长，在具体实施教改的过程中还会存在许多实际的问题，因此课程改革的工作将任重而道远。
参考文献
[1]王育民,李晖,梁传甲.信息论与编码理论[M].高等教育出版社,2005,12.
[2]信息论与编码教学大纲[S].唐山:唐山学院信息工程系,2010.
[3]官辉.略论传统板书与现代板书的结合使用[J].基础教育研究,2008(6).
[4]杨春玲,李春晖.《信息论与编码》课程教学改革初探[J].中国科教创新导刊,2011(5).
作者简介：任丽棉（1981—），女，硕士，唐山学院信息工程系讲师，研究方向：数字信号处理与滤波器。
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