信息论与编码课程教学改革探索

王俊平，陈庆东，纪延俊

(滨州学院　光电工程系，滨州　256603)



信息论与编码课程教学改革探索

王俊平，陈庆东，纪延俊

(滨州学院光电工程系，滨州256603)

摘要通过分析信息论课程教学现状，找出课程教学中存在的问题，从调整课堂教学内容，引入PBL教学模式，搭建仿真实验教学平台，开展全程式考核等方面进行教学改革探索。实践表明，教改改善了课程的教学质量，提高了学生培养质量，促进了学生的应用能力和创新能力的培养。

关键词信息论与编码；教学改革；PBL

信息论与编码理论是研究信息传输和信息处理的基础理论。信息论对实际通信系统的设计已产生了深刻的影响[1]。自20世纪80年代后，我国大学本科阶段逐渐开设信息论与编码课程，特别是通信、电子及信息类专业。实践表明该课程作为信息类的基础理论课程，可以进一步完善学生的知识结构，为后续专业课程的学习奠定基础，开阔学生的视野，增强学生解决实际问题的能力。

1信息论与编码课程存在的问题

为了更好地了解课程的教学现状，编制了信息论教学现状调查问卷，从教学方法、教学模式、学生的学习兴趣、学习态度、听课情况和信息论实验课堂情况等方面进行调查，采用发放调查问卷和访谈相结合的方法，对电子信息专业及通信工程专业的学生进行了调查，发现信息论与编码课堂教学存在以下几个方面的问题。

1.1内容抽象，脱离实践，理论多，应用少

信息论与编码是一门理论性比较强的学科[1]，是应用概率论、数理统计、数值分析和随机过程等数学方法来研究通信系统传输的有效性和可靠性的理论。课程涵盖了大量的应用数学知识，其中有些数学概念复杂、抽象，甚至在研究生阶段才涉及，从而使工科学生感到学习过程枯燥，理论太多，难度很大。

信息论与编码课程理论性比较强，教师在讲授过程中如果仅简单地推导公式，不能与具体工程应用实际联系起来，学生上课容易无精打采，失去兴趣，长此以往会导致学生厌学的情绪出现。此外，如果在教学中以教师为主的理论讲解占据课堂的绝大多数时间，非常容易造成理论和实际应用缺乏联系的困境。如果在授课的过程中把枯燥的理论公式与实际的工程应用联系起来会起到事半功倍的作用。如在讲授信息量的有关问题时与实际事件的新闻价值联系在一起；讲授编码知识与实际移动通信的3G、4G技术联系起来。使学生融入到问题之中，有机会参与教学，掌握学习的主动性。

1.2教学实验手段单一

实验是信息论与编码课程教学的重要环节，目前在高校中，信息论实验内容多为通过一些编程软件来验证课程所授的一些基础理论，验证所学定理和编码结论，如Huffman编码、Shannon编码、唯一可译码判决准则、信道容量的迭代算法等一些编程实验，这种方法偏重于计算机编程，偏离了实际的工程应用，无法激发学生的学习兴趣，更不利于学生对这门学科的理解。

1.3考核方法单一

在理论课程教学中规范的考核评价体系对于准确衡量教学效果至关重要。信息论与编码课程普遍采用的是传统考核方法，即学生在规定的时间里进行闭卷测试，用卷面考分的高低来衡量学习效果的好坏。这种考核方式容易造成学生盲目地追求高分，而轻视学习过程和应用能力的锻炼。

1.4教材选择困难

信息论这门课程的开设最初是在通信专业学生的研究生阶段，对于现在本科生来说已出版的各种《信息论与编码》教材的课程体系和内容相差不大，但是这些教材都有一个共性，太抽象、太严谨，无法与本科学生专业背景相结合，缺少与理论知识相结合的工程案例。

2信息论与编码课程教内容和方法改革探索

本文针对课程教学过程存在的问题并结合授课实践经验，在对滨州学院现有的课程培养方案进行充分分析的基础上，从调整教学大纲、PBL课堂教学模式、搭建仿真实验教学平台、全程式考核方式4方面对该课程进行了改革尝试，对学生的知识应用与水平创新能力进行了重点培养。

2.1调整教学内容，深入浅出，深化概念理解，少推导

实验数据使用软件IBM SPSS Statistics 21.0进行统计分析，采用软件Origin 7.5及Design-Expert 8.0进行制图和数据分析。质构测定重复6次，其他实验重复3次。

工科本科生面对繁多的定理、公式证明会不知所措。我们尝试在教学过程中对课程内容做适度调整：将大部分精力用于讲授基本概念和含义，适当简化甚至省略那些繁琐枯燥的数学定理证明过程，可以推荐学有余力的学生阅读相关参考材料。

在信息论与编码教学中，主要内容可用一句话概括为：“一个概念，三个定理”。就是信息熵的概念和3个编码定理：信息的度量、无失真信源编码、信道容量和信息的可靠传输、信息率失真理论。在这些理论中，信息的度量是基本概念，是其他章节的基础，把重点放在物理意义的讲授方面，让学生从具体的物理现象来理解抽象概念[2]。比如在讲授“信息量和熵”这两个概念时，以“掷骰子”的案例代替理论推导和证明。

对于信源与信道章节，在教学过程中进行有选择的讲解，将重点放到离散信源和离散信道部分，同时弱化教学内容中关于连续信源与连续信道部分的讲解，将连续信源与连续信道部分看成是离散的特殊形式，这样就可以避免学生由于缺乏信号处理、随机过程等基础知识而难以理解连续部分的理论。

在教学内容上还需要做到与时俱进，信息论编码理论和技术是在不断发展进步的，在讲述课本基本内容基础之上，可以适量引入移动通信系统的一些知识，如分组码、Turob码、FDMA、TDMA、CDMA、GSM、MIMO和4G等一些移动前沿知识。在讲授这些新技术时，不从理论上过多分析，重点讲述新技术的用途和影响。通过在实验中仿真无线通信系统，多方面介绍信道编码技术，使学生对这些技术感兴趣，有更好的认知和理解[3]。

2.2实现PBL教学模式改革。

PBL(problembasedlearning)教学法是1969年由美国神经病学教授Barrows在加拿大的麦克玛斯特大学医学院首创的一种新的教学模式[4]。PBL教学法树立以学生为中心、教师为引导、学生自主学习的教学理念，注重培养学生发现问题、解决问题的能力。

目前，PBL的教学方法已在国内一些高等院校逐渐推广应用，主要应用于理论教学。

PBL教学法贯彻以“学生为主体，以问题为中心”的原则，在教师的整体把握和指导下强调学生的主动参与。通过“向学生提出问题—学生小组探究问题，解决问题—教师进行总结评价”3个步骤结合工程实践、计算机模拟、案例、调研报告等形式，将课程所要讲述的重点内容转化为若干个实际问题。课堂上向学生提出问题，学生以小组的形式对问题进行讨论，查阅资料，阐述自己的观点，然后以小组为单位拿出解决问题的方案，最终老师结合课程的教学内容对所提出问题作解答并引申，讲解此类问题涉及的教学内容。通过该方法将信息论与编码中晦涩难懂的理论知识转化为具有工程背景的实际问题，让学生在简单轻松的实例中去寻求问题的答案。

如针对伪随机序列，可以先向学生提出一个实际问题——当军事演习过程中利用移动通信系统进

行通信，如何来防止军事信息泄密？当学生给出解决方案时，引导学生将“数字通信系统的加密”这种解决方案和伪随机序列的应用相对应起来，由此引出伪随机序列提高通信系统安全性的理论说明。在讲授率失真函数时，可以先从神舟八号的视频传输系统说起，让学生课下查找视频压缩的相关资料。此外，教师还可以针对工程实际，提一些相对较为复杂的问题，让学生通过课下查找资料寻求答案，比如Turbo编译码在3G/4G中的应用，一组高效的LDPC码空间通信方案设计与实现。

2.3构建仿真教学平台。

仿真教学是信息论与编码课程教学的重要环节，搭建仿真教学平台服务于PBL教学模式。针对一些工程实践的实际问题，学生可以通过Matlab和SystemView等仿真实验平台，做出仿真，找出问题的解决方案，教师从而进行延伸教学，提高学生的学习兴趣，巩固所学的理论知识及知识点[5]。另外，采用诸如VisualC和Delphi等开发工具，实现设计性实验。

2.4全程式考核

为了更好地推动和实施PBL教学模式，提高平时考核所占比重，为鼓励学生积极参与课堂教学，对学生提出问题和回答问题等情况分别予以加分，教师将其量化记录在平时成绩中。考试试题中不能只要求学生熟练使用公式进行机械计算，还应该注重考核学生对基本概念、原理和方法的掌握情况，考查学生综合分析问题的能力。控制考试成绩在学生的期末综合成绩中所占比重，余下分值由平时成绩和实验成绩构成。

3结束语

通过改革教学大纲和教学内容，将PBL教学模式引进信息论与编码课程教学中，将内容枯燥、理论多、应用少，学生难以理解，学习积极性差的课程内容转化为若干个具体的实际问题，开展PBL教学模式设计，提高学生的学习兴趣，转被动为主动，激发学生的自我学习意识，提高了教学效果。同时通过搭建仿真实验平台，开展全程式考核，对信息论与编码课程进行改革，对培养学生的应用能力和创新能力，改善课程的教学质量，提高学生培养质量具有很大的意义。

参 考 文 献

[1]陈前斌，蒋青，于秀兰；信息论基础[M]北京：高等教育出版社，2007：1-2

[2]田宝玉，杨洁，贺志强，等；信息论基础[M]北京：人民邮电出版社，2008：6-7

[3]王育民，李辉，梁传甲；信息论与编码理论[M]北京：高等教育出版社，2004：1-8

[4]张华；PBL教学法在高职院校教学中的应用研究[D].河北：河北师范大学，2008： 4-5

[5]王春生，姚云生.信息论教学实践研究[J]大学数学，23(2)：21-24.

Exploration on the Course Teaching Reform of Information Theory and Coding

WANG Junping，CHEN Qingdong，JI Yanjun

(DepartmentofOptoelectronics，BinzhouUniversity，Binzhou256603，China)

AbstractThrough the analysis of the current teaching situation of information theory，we find out the existing problems in the course teaching.We carry out the teaching reoform from the following aspeets;adjwst classroom teachiy conterrts,in troduce teaching mode of problem based learning(PBL),establish teaching pletform of simulation experiment,and entive-process evalution.The practice shows that teaching refrms improve the teaching quality and students’ cultivestion qualitoy,and promotes the cultivation of applied and innovative abilities.

Key wordsinformation theory and coding; teaching reform; PBL

收稿日期:2014-06-29；修改日期: 2014-08-19

基金项目：滨州学院教学研究项目(BYJYWZ201338)；山东省教育科学规划“十二五”重点项目(2013GZ001)；“光学”涪州学院校级精品课程(BZXYJRKC2011)；山东省本科高校教学改革项目(2015M027)；滨州学院教研项目(BYJYYB201427)。

作者简介：王俊平(1980-)，女，硕士，讲师，主要从事信息论和移动通信等方面的教学及研究工作。

中图分类号G642.0

文献标志码A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.02.034