单位文秘网 2021-07-19 08:19:24 点击: 次
摘 要:《信息论与编码》课程具有理论性强、概念抽象以及计算复杂等特点。本文简述了在本科开设该课程存在的主要问题,并针对这些问题在教学内容和教学方法等方面进行了改革与探索。实践表明,通过改革取得了良好的教学效果。
关键词:信息论编码教学方法教学改革
中图分类号:G424文献标识码:A文章编号:1673-9795(2011)05(a)-0173-01
《信息论与编码》是信息类专业重要的专业基础课程,其研究内容广泛应用于通信工程、信息工程、计算机科学、广播电视工程、信息安全等许多专业,对这些专业的理论研究和工程应用均起到了重要的指导作用。它不仅在方法论的层面上解决了通信的有效性、可靠性和安全性问题,而且在认识论层面上帮助人们认识事物的本质。但由于它的抽象性和理论性,使本科生在学习这门课程的过程中,常常感到概念比较抽象,对其中的分析方法和基本理论不能很好地理解和掌握。
作为一门年轻的学科,信息论还具有如下特点。
(1)信息论部分的理论性很强。信息论部分具有浓厚的数学气息,前期除了需要有专业通信知识外,还需要深厚的概率论、随机过程和数理统计基础。这些基础在论述香农的三大定理时都是必不可少的。
(2)编码部分的实用性很强。目前非常流行的压缩编码就属于信源编码的范畴,它被广泛应用在视频、语音和图像压缩等方面。
(3)课程的基础性很强,符合复合型人才培养的“厚基础、宽口径、大专业”的要求。在信息爆炸的21世纪,信息已经渗透到社会的各个方面。不仅仅是站在信息前沿的通信和计算机科学,其它如自动控制、医学、经济学、管理学、量子信息和光学信息等领域信息论也大显身手。
根据信息论的课程特点,本文对《信息论与编码》课程在本科教学过程中出现的主要问题进行了分析,并结合教学实践给出了相应的教学改革方法。
1 主要问题与分析
1.1 数学基础薄弱问题
作者在多年的教学中发现,由于信息论涉及众多学科,需要广泛的数学基础,许多学生虽然认识到信息论的重要性,但在繁杂的数学公式面前只好望而却步。我们都知道,信息论是由美国科学家香农在1948年发表的“通信的数学理论”的长篇论文中发展而来的,这篇论文以概率论为工具,深刻阐述了通信工程的一系列基本理论问题,给出了计算信源信息量和信道容量的方法和一般公式,得到了一组表征信息传递重要关系的编码定理。它使用数学语言对工程问题进行描述,它的定理和结论以严格的数学证明作为依据,并对其赋予实际的工程物理意义,以此来指导工程实践。因此,信息论也被认为是数学的一个分支。因而,要想学好它,需要广泛的数学基础。
1.2 课程理论抽象性问题
信息论课程包含了很多抽象的概念和理论,涉及到大量的数学推导过程,所以在学习信息论这部分内容的时候,学生反映这些理论太抽象,好像是架空于实际之外,总是似懂非懂的感觉,好像有点道理,但又不能用这些理论来解决问题,这也成为工科类本科生理解和掌握该课程有一定难度的最主要原因。
1.3 先修基础知识不足问题
本科学生缺少一些先修的基础知识。《信息论与编码》课程要求学生掌握的先修基础知识较多,包括高等数学、概率论和随机过程、线性代数、数字信号处理、通信原理等。部分学生对这些先修课程掌握得不够好,就会直接影响信息论课程的学习。另外,部分先修课程在本科阶段讲授的内容并不足以用来理解信息论中的一些内容,例如对典型序列知识点的理解等。
2 改进教学方法提高教学质量
为了让学生在学习《信息论与编码》这门课程的时候,既不会感到枯燥,又有学习的欲望,作者在多年的教学中积累了一些教学方法。
2.1 在教学过程中应注意课程的重点和难点
一门课程学习得好坏关键是看学生能否掌握课程的重点和难点。在《信息论与编码》课程的学习中,很多同学不能很好地把握该门课程的重难点,往往花了很多的时间去学,却连最基本的也没有掌握。所以在教学的过程中,教师就要有意识地强调该课程的重点内容,而且遇到难点的内容时就应该反复强调,并力求讲清讲透。对于本科生来说,重点应该是香农的三大定理及其应用,难点是三大定理的理解。在教学过程中可以采用“定理—应用—定理”的模式,也就是说先告诉学生这些定理,然后介绍相应的编码方法,再从中归结到定理上来。所以在教学的过程中,对重点和难点内容的掌握讲究一个逐步求精的过程。
2.2 制作与教学内容相应的演示程序,把抽象的理论用动态的图形表现出来
根据对信息论的重点难点分析,我们制作了一些互动演示程序,如信道4容量的迭代算法、信息率失真函数的迭代算法、霍夫曼编码、唯一可译码判决准则、(7,4)Hamming码编解码、维特比译码等。生动形象的教学形式使学生易于理解教学内容,进而提高了教学效率。
2.3 采用类比法让课程的内容更加通俗易懂
理论的教学是一个枯燥乏味的过程,怎样让该过程变得使学生更容易接受,这对学生能否学好课程至关重要。作者在教学中采用类比法进行教学,效果不错。例如,在各种熵值的物理含义的教学过程中可以用河流的例子,一个通信系统相当于一条河流,信源熵就是源头的水,在整个河流中有分出去的支流,这就相当于损失熵;还有汇进来的支流,这就相当于噪声熵,是加进来的;真正从源头流下来在信道中传输的内容就是信道中流经的信息量—交互熵。在讲到定长编码和变长编码这两个概念的时候,可以类比成学号和QQ号,学生一下子就能明白。在讲到信息不增原理的时候,可以用沙里淘金的例子让学生明白数据处理的目的。
2.4 及时解决学生在学习过程中存在的问题
除了安排定期的答疑和课间答疑外,每次作业中出现的问题要及时反映在习题课的讲解中。对先修课程中出现的相同内容的不同表达方式一定要解释清楚,使学生不会混淆概念,反而更好地理解和掌握多门课程。例如,香农公式中出现的噪声功率谱密度,在通信原理课程中有单边带功率谱密度和双边带功率谱密度的区分,这里就要向学生解释清楚。
2.5 广泛联系,积极培养学习兴趣
兴趣是最好的老师,特别是对于信息论这样一门抽象、枯燥的课程来说尤为重要。开拓学生视野,适时地将国内外的重大科技事件和授课内容联系起来,既可以拓展学生的学术视野,又可以提高学习兴趣。例如,目前国内外正在研发使用的第四代移动通信系统,其中许多新技术的诞生和应用都可以和信息论课程中的内容联系起来,使学生产生浓厚的兴趣。
3 结语
本文讨论了《信息论与编码》课程教学面临的问题,并对教学方法和教学实践进行了一些探讨。笔者相信只要所有的教师都重视正确地引导学生,采用丰富多彩的教学手段和形式多样的教学方法,开设紧密联系教材内容与现实生活相关的实验,坚持以学生为本,师生共同营造和谐的课堂氛围,《信息论与编码》这门课程一定能取得良好的教学效果。
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