“信息论”教学研究
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摘要：文章研究了电子信息类本科生“信息论”课程教学的改革。“信息论”是高等学校电子信息类的专业课程，与“通信原理”、“数字信号处理”等其他专业类课程构成一个有机的整体，对学生对整体专业学习框架的理解和逻辑能力的训练起到至关重要的作用。结合教育部提出建立系统化的人才培养体系和各高校的教学现状，作者从教学内容、教学方法、教学手段和教学实践等方面提出了一些建议，以期对“信息论”课程教学起到一定建设性的作用。
关键词：“信息论”;系统化教学;教学内容;教学实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）50-0139-02
我国电子信息类产业的销售收入在逐年增长，行业的从业人员数量也在不断增加，电子信息类产业在国民经济中的支撑作用日渐显著。尤其近年来国际上对我国发起的贸易战，让国家对相关专业人才的培养更加重视了。随着移动互联网、云计算、大数据和石墨烯等新兴产业的兴起，电子信息类产业的发展也呈现出新的特点，电子信息类产业的人才培养面临着新的挑战[1]。“信息论”定位于高等学院电子信息类的专业课程，适用于电子信息类的电子信息工程、电子科学与技术、通信工程、微电子科学与工程、光电信息科学与工程、信息工程机器等专业。近年来，国内很多高校对电子信息类专业课程体系进行了大力改革，从系统集成的角度来看，“信息论”与“通信原理”、“数字信号处理”、“信号与系统”等课程更合理地构成课程体系。相对于通信类和计算机类其他的专业课程，“信息论”从数学的角度来处理通信、存储、安全等方面的问题，让学生对整体的知识框架有更深的认识，找出各个课程之间的联系，训练他们的逻辑思维，并锻炼他们将实际问题转化成数学语言的能力。然而在实际教学过程中会发现“信息论”的课程教学很容易出现两极分化的现象，要么过于偏向理论教学，复杂而枯燥的数学推导让学生望而却步;要么过于偏向于实践，许多公式在没有给学生讲清楚的情况下直接拿来用，学生对定理的来源和公式的推导一无所知。而且“信息论”课程与“通信原理”有部分内容出现了明显的重叠，这不仅浪费资源，而且对学生的逻辑思维和严谨的科学态度培养没有任何帮助。因此，我们必须结合相关专业人才培养的需求以及课程的特点和整理的课程体系指定合理的教学内容和教学方法，激发学生学习兴趣和探索精神，掌握扎实的理论知识，培养实践能力，形成符合高素质技能型人才培养的教学模式。
一、“信息论”课程教学现状
“信息论”是电子信息类学生的专业基础课，是研究信息的度量问题和关注信息如何能有效地、可靠地、安全地从信源传输到信宿的一门课程。学习该课程的目的是让我们从本质上理解大数据时代所遇到的各种信息，提取出有用的信息并会操控信息，理解信息压缩的极限，信息传输的极限以及安全通信的界限。“信息论”的内容本身具有很强的理论性，掌握该课程将会对学生的逻辑性思维训练和后续课程的学习均有帮助。但是大多数院校在“信息论”的教学过程中对学生的要求就不是很高，很多定理公式并没有给学生深入讲解，例如信道容量和信息率失真函数的极值求解，定长编码和变长编码的理论支撑，编码与香农熵之间的关系，以及推導这些定理公式所用到的高等数学工具（例如拉格朗日乘子法）等。在“信息论”的基础理论教学方面，学生的反映普遍不太积极，面对复杂的定理公式推导学生和教师缺少互动。教学内容的过分理论化导致学生的实践训练缺失。教学内容的过分面面俱到，反而没有突出知识重点，让学生在学习的时候没办法做到有的放矢。学生在学习的过程中由于过分关注考试的分数，导致学习态度扭曲，在知识能力和考试分数之间舍本逐末。传统的教学考核方式让学生在面对新知识的时候确实有足够的探索精神，但这已经不能满足新时代对电子信息类人才培养的需求，必须对其进行改革。
二、“信息论”课程教学研究
1.优化教学内容，紧扣本科生培养目标。“信息论”是一门偏向于理论性质的课程，因此课程的教学应当以概念出发，用数学语言进行展开，让学生在掌握基本概念的同时会用数学语言来描述实际遇到的问题。因此课程的重点包含基本概念的理解，还包括课本中对定理的来源，定理推导的逻辑过程的理解。让学生明白所学到的任何知识均有明确的理论依据。另外还要求学生掌握信息论科学中常用到的数学工具，例如凸函数、凹函数在求极值方面的应用，拉格朗日乘子法在求多变量系统的最优解中的应用。例如在讲到“信道”这一章中求和信道的信道容量问题。教师在课堂上应该先对这个问题进行基本的剖析，从信道容量的基本公式出发，为该问题的正确求解指明一条路。然后让学生在课堂上相互讨论，利用所教的数学工具求出信道容量。和信道的信道容量求解相对于常见的对称信道、准对称信道，在难度上增加了一个等级，没有那么容易直观地看到最终结果。学生在解题过程中遇到困难的时候，可以调动他们思考的积极性。在最终解决该问题后学生对方法的掌握肯定会更牢靠，而且增加了他们在遇到难题以及新知识时候的信心和勇气。当然并不是所有的问题均要通过这种方法，让学生在思考问题的时候张弛有度，既不会觉得新知识没有挑战性，又不会觉得太困难而失去积极性。
2.改进教学方法，加深学生对知识的理解程度。大多数高校目前主流的教学方式是板书和多媒体教学。板书教学的过程一般是以教师为主导地位，学生跟着教师的思路，好处是教师可以按照自己的课堂节奏来带动学生。这种方法适合有感染力以及个人魅力的任课教师，但是大多数教师不具备这样的能力。而且学生一旦跟不上教师的节奏，接下来便会对所有的知识跟不上。而多媒体授课的特点是直观，教师可以有更多的时间去讲解课本上的知识，并根据实际情况进行知识的延伸。对于“信息论”这样理论性很强的课程，如果全靠多媒体幻灯片来呈现知识，那么很多同学便不会对知识有很强的感同身受，学习的热情和对知识的理解程度也会大打折扣。因此我们应该结合这两种教学方式的优点以及学生的自身素质，寻找更适合该课程的教学方法。任课教师应当根据教学大纲将课程的知识点按照重要性和难度进行划分，对于简单的概念可以直接用幻灯片来呈现，最后能将这些知识点用一个逻辑框架联系起来，让学生从宏观的角度去理解知识的构架。对于一些具有挑战性的问题，可以选取一部分在课堂上由任课教师带领学生一起去推导，让学生感受知识创造的过程。留一部分作为学生的课后作业，让他们带着课堂上所学到的方法在课后进一步巩固。
3.重视实践教学，培养学生解决实际问题的能力。任何与实际脱离的教学都不能算是成功的教学，人才的培养离不开个人实践能力的培养。“信息论”虽然是一门理论性课程，但是该课程也是为实际应用提供帮助，例如特殊问题的理论最优解，信源的无失真编码和限失真编码的Matlab程序实现，信道编码包括线性分组码、循环码、和卷积码的Matlab程序实例等。毕竟学生学习每门课程的时间有限，不可能让学生掌握所有问题的处理方法。因此可以将这些具有代表性问题的解决方法教给学生，从而让学生更好地适应未来的学习和工作。对于“信息论”的实践教学环节，要选好实践教学内容，制定出切实可行的课程大纲，设计好实验环节，让实践内容更加贴近高等院校学生的知识背景和生产实际。在实践的过程中要保持与学生的沟通交流，在遇到困难的时候适当地给予指导，并鼓励学生通过自己的努力去查找相关文献和解决方法。让学生按照固定人数自由组队，团队内可以自由分配任务进行合理分工，从而促进学生的讨论。让学生自行对问题进行切割，将一个大的问题分割成许多有机组成的小份，并描述出这些问题之间的逻辑关系。在每解决一个问题之后，以团队为单位对这些问题进行总结，整理出解决问题的方法以及解决问题的心得。通过这种传递式的实践教学手段，可以充分地锻炼学生的动手能力，培养学生的实际创新能力。
三、结语
高等学校教育强调重点培养学生的建立系统的知识结构和实践创新能力，“信息论”是电子信息类专业课程中同时包含很强的理论性和实践性内容的基础课程，对学生后续的科研学习以及以后的职业发展起着很大的作用。新的人才培养模式，对“信息论”教学的改革提出了严峻的挑战，这需要教师不仅要具备本学科领域的知识，还要不断学习新的教学技能和教学方法，提高自身业务水平，满足当今社会对全能型的电子信息类人才的需要。
参考文献：
[1]赵生妹.信息论基础与应用[M].北京：清华大学出版社，2015.
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