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1、计算机信息论文：信息论与编码本科教学改革实践摘要:本文在分析信息论与编码课程本科教学过程中存在问题的基础上,从教学对象、教学内容、教学方法和手段、教学实践等方面提出了一些改进措施。教学实践结果表明,通过教改,提高了教学质量,实现了良好的教学效果,学生能够掌握必要的信息理论、编码技术的基础知识,更有利于指导今后的工作和继续学习。 关键词:信息论与编码;本科教学;教学改革 1 课程的重要性 人类社会的生存和发展无时无刻都离不开信息的获取、传递、处理、再生、控制和利用。尤其是在 21 世纪这个高度信息化的时代,信息的重要性更是不言而喻,学习和掌握信息的基本概念和相关理论也变得尤为重要1-2。 在这种
2、形势下,各高校都先后将信息论与编码列为电子信息、通信类本科生和研究生必修的专业基础课。甚至,在一些高校的物理学、光学以及生物学等专业的研究生培养中也增设或选修有关信息论的课程。因此,信息论与编码课程建设的好坏,直接影响到这些相关专业学生的培养质量,同时也将影响相关专业自身的建设。 2 本科教学中存在的问题 尽管信息论与编码课程在电子信息、通信等专业有着及其重要的地位,但是它的课程建设却相对落后,教学效果不理想。纵观信息论与编码课程的教学工作,结合以往的教学实践,发现该课程在本科教学过程中主要存在以下几个方面的问题。 1) 学生未能正视课程的重要性。很多本科生在学习的过程中将信息论与编码课程与其
3、他的专业课程进行横向比较,发现该课有相对的独立性,与其他所学的专业课联系不大;有些学生认为这门课对今后大四毕业找工作未能起到很重要的作用;也有学生认为该课程纯粹是理论研究,是搞科研的人学习的内容,觉得没必要学习这么深奥的理论知识。长此以往,学生头脑中就形成了“信息论”是“无用论”的概念,教学效果也就自然不会理想。 2) 教学内容抽象,重点不突出。信息论是一门应用概率论、随机过程和数理统计等方法来研究信息的存储、传输、处理、控制和利用等一般规律的学科3-4,需要用到大量的数学知识,尤其是运用概率论与随机过程的知识较多,而这些数学类基础知识本身就比较复杂、抽象,再加上有些课程并未在本科教学中开设,
4、因此学生在学习的过程中显得非常抽象、枯燥,接受起来比较困难。 另外,有关信息论与编码课程的教材有不少,但有的过于强调理论和公式推导,适合于研究生教学使用;有的不够系统 ,例题定理编排不醒目,重点不突出; 有的则存在很多错误。这也给学生的学习和复习带来了很大的困难。 3) 教学方法陈旧老套,缺乏实践和互动环节。在信息论与编码课程的本科教学过程中,教师占据课堂的绝大多数时间,以传输理论知识为主要目的,缺乏实践和互动环节,这种教学方式令许多学生无形中建立了依赖性的思维方式,这样就导致了学生对课程内容理解的不够深入,也不利于培养学生发现问题、解决问题的能力,进而影响到学生创新思维能力的发展。 3 本科
5、教学的改进措施 在详细地研究了学生、教材以及教学方法的基础上,针对信息论与编码课程本科教学过程中出现的以上问题,我们在教学对象、教学内容、教学方法和手段,以及教学实践等方面做了一些探索,提出了一些改进措施。 3.1 结合生活实际,激发学生的学习兴趣 兴趣是最好的老师,为学生提供学习的动力。特别是对于信息论这样一门内容抽象而枯燥的课程,更需要在教学过程中培养学生的学习兴趣,使学生能够正确认识这一专业基础课的重要性。 在课堂教学的过程中,可以结合实际生活中的例子,培养学生的兴趣。比如在讲解编码分类的时候,为了让学生更好的理解无损压缩和有损压缩两种编码方式,可以用网络上普及的MP3 音频格式来举例。
6、MP3 是 MPEG-1 压缩标准的中的第 3 层,是一种针对数字音频的相对有损的压缩格式。但对于大多数用户来说,MP3 格式的音频文件回放音质与最初的不压缩音频相比没有明显的下降,而文件的大小得到了压缩,更利于传输和存储。讲到这里,学生已经对课堂的内容产生了兴趣,教师可以继续给出一些问题让学生课后思考,比如,让学生将同一首歌曲保存为 WAV 和 MP3 格式,分别比较一下两种格式在文件大小和回放音质方面有何差别?产生这种差别的原因是什么? 这样,学生在课后通过做实验,查找资料等方式来解决老师课堂中提出的这些问题,不仅激发起学生学习的兴趣,同时也可以培养学生分析问题、解决问题的能力。 3.2
7、精选教学内容,适度弱化理论教学 目前有关信息论与编码课程的教材非常多,考虑到各种教材的侧重点和编排顺序不同,选用一本较为合适的教材比较困难。一旦选定一本教材以后,并不意味着一定要按照教材上所安排的顺序来讲解,而是应该结合学生的接受能力和认知规律,把知识点按链条一环紧扣一环的方式组织起来,有条理、有道理地讲清楚。 在信息论与编码本科教学中,主要阐述的内容就是香农信息论。整个教学内容围绕香农的三大定理展开,即无失真变长信源编码定理、有噪信道编码定理和保失真度准则下的有失真信源编码定理5-6。主要介绍信息的度量、信源与信源熵、信道与信道容量、信源编码和信道编码技术及相应的编码方法。在具体的教学过程中
8、,还要根据实际情况对教学内容有所侧重,并作出适当的取舍。 在讲解信源与信道时,考虑到当今的信息处理及编码技术大多采用数字处理方法,并且诸如调制解调器之类的模拟模块的产品化也使得对模拟信号处理的要求大大降低,因此,教学中将侧重点放在离散信源与离散信道部分,适当减少了连续信源与连续信道相关内容的讲解,同时这也很好地避免了本科学生因不具备随机过程、信号检测等基础知识而对连续部分的理论不能理解的弊端。在讲解信源编码时,将编码原理与编码技术相对应的介绍,避免内容的错乱,在介绍编码技术时,适度的引入图像编码技术来强化学生的感性认识。在讲解信道编码时,重点讨论最大概率译码的基本思想,即最大后验概率译码和最大
9、似然译码,并着重介绍两种信道编码技术分组码和卷积码。最后,根据课程的进度情况简单的介绍一下有关密码学的相关知识,以扩大学生的知识面。 由于课程中涉及的理论非常复杂,许多定理、公式的证明对于本科生来说十分生涩难懂,因此在具体的教学过程中,对相关定理的证明作了适当的取舍,只讲授基本知识,对于那些繁琐枯燥的数学证明给予省略。同时,为了使学生能够更加深入透彻的理解教材的内容,适当的引入一些生活中的实例。 3.3 改进教学方法,优化教学手段,改善教学效果 在教学过程中,用启发式、引导式教学来替代传统的填鸭式教学。在课堂上恰当的提问,适时的给出一些悬念让学生课后思考,不但可以使学生巩固知识,及时反馈教学信
10、息,而且还能激励学生积极参与到教学过程中来,启迪学生思维。 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,并使两者有机地互补。在授课过程中,通过问题的提出和讲解,把主要标题、公式书写在黑板上,使教与学同步进行,让学生产生更深刻的印象7。尤其对那些重点、难点,更要通过板书进行必要的讲解 ,这样既容易引起学生的重视,又起到了提纲挈领的作用。而对于抽象的难以直接用语言来表达的概念和理论可以利用形象的、易于接受的课件形式呈现给学生。同时,根据学生的接受情况及时对课件的内容进行优化调整,提高教学效果。 3.4 理论联系实际,加强教学实践 信息论是一门理论和实践紧密结合的课程,如果仅仅停留于教师
11、课堂上的理论知识,那么学生学到的就是“死”的知识,不能将理论运用到实践中去,也不能很好地调动学生对课程学习的兴趣,很难体现培养创新思维和动手能力的要求。为此,可以从学生的实践经验出发,在充分考虑学生理解、动手等能力和专业特点的基础上,设计若干个简单的、对理解课程内容有利的、学生付出一定的努力能够实现的实验。例如,可以让学生利用 MATLAB 编程实现某个编码算法;判断两种编码方式的好坏,并给出具体算法设计的依据等等。通过实验,不仅能够充分发挥学生的主观能动性,使学生加深对授课内容的理解,还能提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。 4 结语 本文分析了当前信息论与编码课程本科教学中存在的问
12、题和不足,并从教学对象、教学内容、教学方法和手段、教学实践等方面提出了一些改进的措施。这些改进的措施也仅仅是一种初步的尝试,对于今后的教学工作还有很多方面需要更加深入细致地研究。在此仅希望能起到抛砖引玉的作用,共同探讨信息论与编码课程的本科教学工作,最终达到“优化教学效果、提高培养质量”的目的。 参考文献: 1 傅祖芸 . 信息论: 基础理论与应用M. 2 版. 北京:电子工业出版社,2007. 2 曹雪虹 ,张宗橙. 信息论与编码M. 北京: 清华大学出版社,2004. 3 曲炜,朱诗兵. 信息论基础及应用M. 北京: 清华大学出版社,2005. 4 周荫清 . 信息理论基础M. 北京: 航空航天大学出版社,2006. 5 信息论与编码课程教学大纲S. 镇江: 江苏科技大学电子信息学院 ,2008. 6 姜楠. “信息论”课程本科教学探索与实践J. 计算机教育 ,2007(24):52-54. 7 刘钊. 板书教学与多媒体教学结合研究J. 教育技术导刊 ,2007(3):19-21.
