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独立学院“信息论基础”课程的教学改革探索

来源:用户上传      作者:崔冉 吴静然 刘建华

  [摘 要] 信息论是现代信息通信领域的基础理论,是研究信息传输和信息处理的一般规律的科学。“信息论基础”是信息、通信及电子类专业的必修课程,随着通信行业的不断发展,企业对相关专业的人才需求不断增长。信息论是信息相关专业的专业基础课程,理论性强,对数学基础要求高。笔者结合信息论课程的特点,根据独立学院对学生的培养目标,从课程的授课内容、教材和教学设计三个方面探讨教学改革的思路,并将课程思政融入课堂教学。
  [关键词] 信息论;信息专业;独立学院;教学改革
  [作者简介] 崔 冉(1985—),女,内蒙古包头人,工学硕士,中国矿业大学徐海学院讲师,主要从事行为识别和信号处理研究;
  吴静然(1989—),女,河北保定人,工学硕士,中国矿业大学徐海学院讲师,主要从事机器学习和故障诊断研究;
  刘建华(1983—),女,山西太原人,工学硕士,中国矿业大学徐海学院讲师,主要从事电力系统研究。
  [中图分类号] G642    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324(2020)30-0192-02    [收稿日期] 2020-01-06
   一、课程背景
  信息论是现代信息通信领域的基础理论,是研究信息传输和信息处理一般规律的科学。信息论是运用概率论与数理统计的方法研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、密码学、数据压缩等问题的应用数学学科[1]。“信息论基础”是信息、通信及电子类专业的必修课程,具有对数学基础要求较高,知识点较多、公式推导内容多的特点。现有的教学方式以教师讲课为主,传统填鸭式教学依然是课堂的主要方式,学生的主体性未能得到体现。尽管使用了多媒体教学,但未能真正采用启发式的教学手段,不利于培养学生的主动性和积极性。另外,教学评价标准单一,过分注重考试成绩而忽视了对学生学习过程的综合考量,对学生思想政治素养的培养也不够。
  二、调整教学计划,优化课程结构
  学习“信息论基础”课程需要一定的数学基础的支撑,需要先修的课程包括高等数学、概率论与数理统计及信号与系统等。该课程从信源和信宿两个角度研究信息的度量、编码、译码及信道容量。课程内容连贯性强、逻辑严密,且环环相扣。这就要求学生对知识点理解透彻,能够灵活地将前后相关的知识点融会贯通。因此,“信息论基础”课程的教学不宜过早开展,需要在相关数学及通信类课程修完之后进行。由于第七学期的考研和就业压力较大,可适当地将一些专业基础课前移,在第五学期开展“信息论基础”课程的教学活动。
  三、教材及授课重点的调整
  独立学院的人才培养目标是应用型人才,注重实践和创新能力的培养。在教材的选择上不能照搬照抄重点大学选用的教材,应以简单化和实例化为目标,课时适宜,言简意赅,兼顾专业需求和部分学生的考研需要[2]。北京邮电大学出版社出版的、由李梅、李亦农和王玉皞编著的《信息论基础教程》,章节分布合理,结构清晰,重要知识点具有实例与之结合,便于学生对知识的理解,习题对重要知识点均有覆盖。教材的内容安排较为巧妙,既兼顾了重点,又避免了知识乏味。例如,教材中先介绍了无失真信源编码,而后介绍了信道编码,再介绍了限失真信源编码。信源编码和信道编码的穿插介绍,能够不断地激发学生的学习热情,延长对课程的学习兴趣。
  授课重点需要根据培养计划进行调整,重知识应用,轻公式推导,尽量用简单易懂的实例引出重要的结论。另外,对教学内容做出合理的取舍,因材施教。例如,对离散信息部分精讲,对连续信息部分简单讲解。
  四、教学设计的创新
  (一)注重实例化教学,提升学生的学习兴趣
  针对独立学院学生注意力集中的时间比较短、专业基础相对薄弱的特点,课程教学需要更加注重学生的接受程度,提升学生的学习兴趣。下面举例说明在教学过程中采用的实例化教学,例如在“信息论基础”课程的内容中,有一个非常重要的概念:信息的度量——信息熵。信息熵越大,意味着包含的平均信息量越大,信息的传递效率越高,可压缩的冗余度越小。根据教材中提及的中文和英文信息熵的計算实例,计算出中文文字的信息熵比英文单词的信息熵大,也就是说,中文文字传递信息的效率比英文高,冗余度小。而对于通信系统来说,在信息的传输过程中,是不是信息熵越大越好呢?对于信源编码来说,信源编码的目标就是使信源减少冗余,更加有效、经济地传输,显然是信源符号的信息熵越大越好。而编码后的信息通过信道传输有可能会受到干扰,信息熵越大便意味着前后码符号之间的关联性越小,抗干扰能力差。所以,信道编码需要通过在信源编码中增加冗余,如校验码等,来提高抗干扰能力以及纠错能力,应对信道中的噪音和衰减。
  (二)设计混合教学模式,激发学生的学习主动性
  为更好地培养独立学院学生的动手实践能力,现阶段理论课时均进行了一定的缩减。独立学院建校时间短,教学资源有限,多采用大班教学,教学效果的提升需要充分调动学生的学习主动性。对于“信息论基础”这类理论性较强、知识难度偏大的课程来说,这无疑是一个急需解决的难题[3]。
  传统的教学模式是课堂上以教师授课为主,课下要求学生自行巩固知识,这就要求学生自身具有较好的主动性和自我约束能力。独立学院的学生习惯于在监督引导下完成学习任务,对于理论推导难且重要的知识点在结合课堂讲课的基础上,适时引入翻转课堂,通过提升课外学习时间的比重,将学习的决定权交给学生。例如在信源编码中,有一种非常重要的不定长编码——霍夫曼编码。霍夫曼编码完全依据字符出现概率来构造不同前缀的平均长度最短的码字,称之为最佳编码。该编码方法原理简单,方法多样,较容易理解,有利于学生理解编码效率的概念。因此,对于霍夫曼编码不同方法带来的编码效果让学生进行分组讨论,由学生通过查阅资料、观看网络视频讲座、阅读电子书等方式在课前自主学习,并在课堂上进行展示,课后根据课堂讨论的结果录制微课视频教程,形成传统+翻转+微课的混合教学模式。目标是让学生自主地规划学习内容、学习步骤和学习方法,通过实践和讨论对知识获得更深层次的理解。   (三)課程教学融入思想政治元素,提升学生的政治素养
  在对理工科的传统认知中,理工科的学习内容就是冷冰冰的机器和枯燥深奥的方程式。而事实上,理工科学生的培养不仅需要重逻辑知识,也需要重视人文思想。课程思政不是假大空的表扬,也不是一味地说教,而是需要做到情景契合,与课程融合,巧妙地将知识点引入当前的新闻和时事之中,引导学生的感悟和发自内心的认同。例如,当讲到通信系统的构成时,可以为学生介绍当前通信技术的发展。其中,5G技术是目前通信技术发展的前沿,与之前的四代移动网络相比,5G网络的理论传输速度每秒钟能够达到几十GB,是4G移动网络的几百倍。当前,世界各国均竞相开展5G网络技术的开发,我国华为在2016年11月17日举行的一场3GPP RAN1 87次会议的5G短码讨论方案中,凭借59家代表的支持,以极化码(Polar Code)战胜了高通主推的LDPC及法国的Turbo2.0方案,拿下5G时代的话语权。通过这一实例告诉学生,中国在信息技术行业取得了很大进步,从追赶者变成了领先者,引导学生认识到祖国改革开放以来的飞速进步,并对学好专业课程产生更大的动力。
  参考文献
  [1]岳岫峪,张振荣,覃团发.“信息论基础”课程教学方法的改革与实践[J].广西大学学报(自然科学版),2007(s1):235-237.
  [2]马艳娥,秦冬梅,宋金沙,等.独立学院《信息论基础》课程的教学改革与研究[J].中国新通信,2018(9),206-207.
  [3]刘成志.地方本科院校《信息论与编码》课程教学改革的探索与实践[J].教育教学论坛,2015(1):128-129.
  The Teaching Reform of Information Theory Foundation Course in Independent Colleges
  CUI Ran,WU Jing-ran,LIU Jian-hua
  (Xuhai College,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221008,China)
   Abstract:Information theory is the basic theory in the field of modern information communication,and it is a science that studies the general laws of information transmission and information processing.With the continuous development of the communication industry,the demand for talents in related majors is increasing.Information theory is the basic theory in the field of communication and the basic course for information related majors.Based on the characteristics of information theory and the training objectives of independent colleges,the author discusses the ideas of teaching reform from three aspects:teaching content,teaching materials and teaching design.
   Key words:information theory;information major;independent college;teaching reform
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