野信息理论基础冶课程的理论与实践相融合的教学方法探究

李如玮+窦慧晶+贾懋珅

作者简介：李如玮，四川眉山人，博士，北京工业大学电控学院教师，副教授，从事本科生“信息理论基础”课程和研究生“信息理论与编码”课程教学，研究方向：信号处理。摘要：“信息理论基础”是通信的数学理论，其理论和概念讲授起来很枯燥，学生理解起来有一定困难。为此，本文在分析了理论教学与实践教学的关系以及“信息理论基础”课程的特点后，提出了在理论教学过程中插入实时实践教学、成果演示以及课后实践的教学方法，帮助学生理解相关理论和概念，同时进行理论知识的传授以帮助学生形成系统性的认识。实践表明，该方法具有良好的教学效果。

关键词：理论教学；实践教学；教学方法

一、理论教学与实践教学的关系理论教学和实践教学是高等工科教育的最基本的教学形式，两者之间的关系不仅受到教学活动机理的制约，而且还要受到理论与实践之间关系的影响。

理论教学与实践教学之间具有互释、互融、互动、互补与同步的关系［1］。所谓互释，即实践验证理论，理论解释实践。也就是说，实践教学以理论为指导，依据相关理论设计实验，然后对实验进行验证、评价，看设计的实验是否合理、可行，实践教学通过实验验证所学理论知识，使学生能更深层次地理解掌握所学理论并学会应用理论。互融是指理论教学中存在实践教学因素，实践教学中存在理论教学因素，即在理论教学过程必然存在对实践的阐述，必然用到理论联系实际的教学方法，在实践教学过程中必然涉及理论背景的阐述，需要学生依据相关理论解决遇到的问题，用所学的理论知识对实验结果进行解释。互动是指实践教学和理论教学是不可分割的，都是为了培养合格人才，在教学过程中分享共同的资源，必然要求合理分配其权重和内容。互补是指理论教学需要实践教学强化理论知识，实践教学需要理论进行指导，然后对理论进行补充。同步是指理论教学与实践教学在内容、层次和进度上要保持同步，修改理论教学内容、层次和进度时，实践教学内容、层次和进度必然同时修订。

理论教学与实践教学之间还具有异质性［2］，主要表现为两者的教学模式、教学内容以及教学目的不同。理论教学主要通过课堂教师讲授、学生认知理解完成，通常以传授成熟的理论知识为主，并且在教学体系中占主导地位，其目的是帮助学生建立系统性的认识。实践教学主要通过相关的实验、课程设计等形式完成，通常以获得感性知识为主，帮助学生获得实践动手能力。

目前有不少高校对于理论教学和实践教学的关系存在着误区：有的实践教学环节形同虚设，只着重于空洞的理论教学；有的却过于强调动手能力，忽视了专业理论的教学。依据理论教学与实践教学的关系可以知道：只重视理论教学，培养的学生大多只会纸上谈兵，虽然经过长时间的磨炼，最终大部分学生都能满足岗位的需要，但是不能满足用人单位的入职就上岗的要求。而只重视实践教学，培养的学生由于缺乏理论知识，虽然毕业能直接上岗，但是在职场上却不会有大的提升。

二、“信息理论基础”课程的特点信息理论基础即香农信息论，被称为通信的数学理论。信息理论来源于实践并服务于实践，它是通信发展到一定阶段，为了解决通信的有效性、可靠性问题而发展起来的，并推动通信领域蓬勃发展起来，再次展示了理论与实践的相辅相成的关系。它通过研究信源、信道和信宿的统计特性以及编码问题，为设计有效而可靠的通信系统提供理论依据。信息理论是一门应用概率论、数理统计、随机过程等近代数理知识和通信技术相结合来研究信息的提取、传输、存储和处理的科学。在“信息理论基础”课程的教学中，目前很多高校都着重理论教学，学生在学习的过程中，普遍反映该课程抽象而枯燥，接受起来比较困难。同时“信息理论基础”课程还具有一个特点，就是每个理论都有应用成果，但是每个成果涉及的知识面都非常广，如果想设计一个实验来培养学生的应用能力，那是完全做不到的，因为每一个应用成果都需要花费很长时间。

为此，在“信息理论基础”课程的理论教学环节中，笔者采用了基于理论与实践相融合的教学方法，以期达到高等工科院校人才培养的目的。

三、基于理论与实践相融合的“信息理论基础”课程的教学方法针对“信息理论基础”课程，笔者具体的做法是在理论教学过程中引入了实时实践教学，努力在理论教学的课

堂上用实践教学帮助学生理解信息论的理论知识和抽象的概念，帮助学生建立起信息理论独特的思维，同时用实践教学检验理论教学的效果。对设计实践教学环节有困难的理论，通过演示实践成果，帮助学生建立起感性认识，把理论和实践有机融合起来，达到了良好的课堂教学效果。对设计实践环节容易的理论，通过课后实践，帮助学生获得实际动手能力，并帮助学生巩固理论知识。

所谓实时实践教学，即在理论教学过程中，根据需要实时插入有效的实践教学以及丰富的实践成果，在理论教学的课堂上达到理论与实践的融合。

针对“信息理论基础”课程特点，笔者分三种情况在理论教学过程中加入实验环节。第一种是理论教学之前加入小实验，目的是帮助学生从实践中获得理论，从实践中引出理论，让学生更深层次理解理论的来龙去脉，更容易理解理论。比如在讲为什么自信息量要用先验概率的倒数的对数值来衡量的时候，通常会安排一个抛硬币的实时实验，引导学生思考在没有做实验前，对硬币出现正面具有不确定性，然后硬币落下后，硬币正好出现正面，那么此时对硬币出现正面的不确定性完全消失了，而与此同时实验者获得了信息，这个信息的大小是多少呢？在此基础上，又引导学生思考：获得信息的同时，不确定性从有到无，那么可不可以就用不确定性消失的大小来表示信息的大小呢？此时学生恍然大悟，从而通过这个实验帮助学生把对信息的度量转化成了对不确定性的度量。然后引导学生建立自信息量是先验概率的一个函数，在此基础上，通过该函数需要满足四个公理性条件，推导出自信息量的公式。通过小实验，学生可以理解信息量的度量，并用不同于传统科学的思路考虑问题。第二种是理论教学后加入小实验，目的是帮助学生更深层次地理解所学理论。第三种是在理论教学的过程中穿插实践环节，通过类比帮助学生理解理论知识。比如在讲互信息时，利用集合的概念帮助学生理解其概念，同时也利用集合的概念帮助学生理解熵、条件熵、联合熵以及平均互信息的关系。

在理论教学过程中，针对有些不适合设计实验的理论，笔者通过演示实践成果以及引入学生实际生活中应用到的知识帮助学生完成感性认识。结合“信息理论基础”课程的特点，对于不适合进行实时实践的，则专门安排课后的实践教学环节，比如如何实现能纠正一个错误的八位线性分组码的设计，要求学生课后实现。

总之，笔者通过几年的教学实践，发现基于理论与实践相融合的“信息理论基础”课程的教学方法的确能够提高课堂教学效果，也活跃了课堂氛围。笔者相信，对于偏理论的课程的教学，该方法一定是适合的。

参考文献：

甄阜铭． 理论教学与实践教学的同构关系．现代教育科学（高教研究），2011（5）：79—80．

赵晖，王和强． 实践教学与理论教学的异质性辨析．教育探索， 2013（9）：4—5．

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