研究生“信息论”课程思政教学探索与实践

郑传涛 王 晴* 刘 洋 宋 芳

(1.吉林大学 电子科学与工程学院,长春 130012)(2.吉林大学 通信工程学院,长春 130012)

“信息论”是吉林大学电子科学与工程学院电路与系统(学术型)、电子信息(专业型)等专业硕士研究生的专业必修课程[1-3]。通过对该课程的学习,学生将掌握信息测度理论、信源/信道的编码理论、实现方法和具体应用。该课程的先修课程主要为“高等数学”“线性代数”“概率论与数理统计”等,后续课程包括“信号与系统”“数字信号处理”“数字图像处理”“通信原理”等。通过多年的建设[3-4],该课程列入了吉林大学首批研究生精品建设课程、吉林省首批研究生精品建设课程。

“信息论”课程的显著特点有[5-7]:①课程公式多、推理过程复杂,需要扎实的数学功底,学生普遍难以理解信息论的物理内涵;②着重研究通信系统的一般模型,涉及的问题复杂抽象、理论性强,学生学习兴趣不高;③课程概念多,定理的证明多,与实际应用关联不上,与前沿科技衔接较少。上述因素在很大程度上影响了学生的学习兴趣、效果。在“信息论”课程中融入思政元素,可以在讲授理论知识的基础上,加深学生对知识在人文、科学、历史、家国、时政等方面多维度、立体化的认知,从而更好地理解信息论的实用价值,激发学习兴趣,开拓认知视野,丰富知识内涵,塑造创新和科学精神,培养团队意识、社会责任感和家国情怀。

研究生阶段是实现大学普适型人才转向专业型人才并最终走向社会的关键阶段,是培养社会主义建设者和接班人的定型期。一方面,需要对研究生进行更深层次专业知识的教育、专业技能的提升,另一方面,需要通过思政教育,对研究生的价值观念和人生取向进行塑造和升华,使其未来能够充分发挥个人才能,实现人生价值和理想。在“信息论”课程教学中,立足于电子科学与技术的基础专业理论和技能方法,深入挖掘科研项目、信息前沿、时政案例等思政元素,不断完善思政教学手段和方法,做到讲授专业知识、培养专业技能、引领价值观念的相互融合与完全统一。

1 课程思政要求

“信息论”课程内容虽然抽象,但其主要内容与人们生活密切相关,涵盖了信息科学与信息技术,有助于人们认识、识别和利用信息,从而达到认识世界和改造世界的目的。信息是当今世界的三大支柱之一,没有信息,一切便没有意义。从这个角度来讲,获取信息(传感技术)、传输信息(通信技术)、处理信息(计算机技术)、利用信息(控制技术)成为信息领域的四大支柱。因此,“信息论”课程思政的内涵,就是如何在抽象的信息理论中融入思政元素,通过二者的有机融合,使研究生从信息论的确立和发展中得到思想上的升华,为其探索信息技术前沿、锐意创新、服务国家经济社会发展提供内在动力。开展“信息论”课程教学改革,做到思政春风化雨,实现知识育人与思政育人相辅相成、相得益彰,培养面向“国家创新驱动发展”新形势的信息技术人才,成为“信息论”课程教师面临的巨大挑战,也是必须解决的问题。

2 课程建设目标

2.1 知识目标

通过对本课程的学习,学生能够掌握信息测度、编码理论、实现原理和典型应用,具体包括:①基础内容——信息的概念、离散信源及其信息测度、连续信源及其信息测度、离散/连续信道及其容量;②香农信息论的基本定理——离散信源的无失真信源编码定理、有噪信道编码定理、限失真信源编码定理;③香农信息论的基本应用——无失真信源编码方法、信道纠错编码;④香农信息论的扩展应用——网络信息论,保密信息论,信息论与光学、生命科学等其他学科的交叉应用。

2.2 能力目标

引导学生建立通信系统的抽象化分析和度量方法体系,提升学生运用信息度量理论分析现代通信系统性能的能力;提升学生运用香农基本定理设计现代通信系统的能力;提升学生在信息技术实践过程中发现问题、解决问题的创新思维和独立科研能力。学生能够适应数字通信、信息处理、信息安全等领域的技术发展要求,为今后从事信息领域的基础研究和工程应用研究打下坚实的理论基础。

2.3 情感目标

以信息科学技术前沿为依托,强化学生的工程化设计思想、学术创新意识和科学精神;以信息科学家为楷模,培养学生的大国工匠精神、锐意创新精神和高尚职业操守;以国家时政和中国梦为引领,激发学生科技报国的社会责任感、爱国热情和奉献精神。

3 课程思政育人实践

针对“信息论”课程建设目标,建设院校两级的思政教育(如黄大年、高鼎三纪念馆)与专业教学资源,融合并推进课堂内外、校园内外、网络上下、古今中外的教育资源,有效发挥研究生专业课的育人功能,推进课程思政教学改革与实践。课程知识点、创建的思政案例与思政目标如表1所示。

表1 课程知识点、思政案例与思政目标

3.1 设计思想

首先,坚持立德树人,把培育和践行社会主义核心价值观融入教书育人全过程,将校-院-课题组所属的学科、学术、文化资源转化为育人资源,实现知识传授、价值引领和能力培养的融合统一。

其次,加强党员个人修养,强化政治意识和站位,争做“有理想信念、有道德情操、有扎实学识、有仁爱之心”的四有教师,真正“守好一段渠、种好责任田”,为党育人,为国育才。

再次,结合研究生阶段的思想政治理论课程,讲好中国故事、中国梦和民族魂,激励学生自觉把个人的理想愿望融入国家和民族的事业中,做新时代社会主义建设的开拓者和急先锋。

最后,与研究生善交朋友、广交朋友、深交朋友,以身边楷模和个人阅历启迪、引导和感化学生,开展春风化雨、润物无声的思政教育,使其在潜移默化中确立正确的价值观取向。

3.2 思政方法

首先,根据“电子科学与技术”的学科发展特征,开展“个性化”的思政教育,确立思想政治教育的新模式、新方法。

其次,强化大局意识,在岗位上实现教书育人,在实现大学“科学研究、人才培养、服务社会、文化传承与创新”功能中突出全程、全方位育人。

再次,准确把握“信息论”课程特点,厘清课程思政与科学内涵的脉络关系,充分发挥该专业课的育人价值,加快课程思政的转化进程,将思想政治教育贯穿课程教学全过程。

最后,开展课堂、实践、网络等形式的育人模式改革与创新,建立校企联合的新平台与新方式,开展项目实践、成果应用示范等活动,以科学的知识晓人,高尚的品德育人,魅力的人格服人,引领学生健康成长、成才。

3.3 思政要素

1) 依托科研项目,培养科学兴趣

根据申报以及承担的国家级、省部级高水平科研项目,挖掘与“信息论”课程相关的科学前沿问题,凝练科研素材,将其引入课堂,引导学生了解信息科技前沿发展趋势。例如,依托申报的国家重点研发计划项目——空间相干激光通信光电子芯片,从华为公司的4G、5G、6G通信技术讲起,介绍通信系统的构成、编解码技术、通信指标,引出信息论的主要研究对象和目的。再如,依托承担的国家自然科学基金项目——聚合物电光开关阵列的S+C+L超宽波段光谱平坦化与失效模式研究,从光学信息处理器件——光开关和调制器讲起,阐述信源编码与信道编码的作用以及二者之间的区别。通过凝练科研要素,引起学生对信息系统构成和处理的好奇心,激发科研兴趣,培养科学精神。

2) 纳入信息前沿,激发爱国热忱

信息科学技术是一个不断发展和日新月异的领域。通信技术从形式上,经历了从“烽火告警”、“信鸽传书”到“星际激光通信”、“量子通信”的革命性变革。通过观看谍战电影小视频,使学生了解了近代中国的保密编码技术,弘扬仁人志士的家国情怀与牺牲精神。近年来,我国信息技术逐渐进入跨越式发展时期,从落后于欧美国家到如今的迎头赶上,我国科技工作者付出了艰辛的努力和汗水。我国5G/6G通信技术、量子通信技术水平已处于世界前列,地月、星间等千公里级长距离空间通信技术也名列前茅,这些成绩让国人引以为傲,让学生为国家的繁荣富强而自豪。通过分享科学小故事“汉字如何走入计算机”,坚定学生的历史与文化自信心。我国在前沿信息技术领域的进步和发展,可以激发学生强烈的爱国热忱与民族自豪感,鼓舞他们步入社会后开拓进取,继往开来,将所学知识和才能服务祖国,成为国家栋梁。

3) 效法名家大师,弘扬工匠精神

从“信息论”的萌芽到最终确立,经历了数百年的时间。这期间,与信息产生、处理、传输密切相关的诸多科学家前仆后继,开展了大量的科学实验,也经历了不断的失败和尝试,他们勇于探索、不畏艰辛,历经磨难,确立了信息论的基础理论框架和体系。代表人物包括香农、维纳、汉明等耳熟能详的人物。他们的人生经历和学术成果激励着一代代信息人努力向前、追求真理。如今的社会,充斥着种种诱惑,人们在探索未知的道路上应该不忘初心,砥砺前行,胜不骄,败不馁,不达目的,决不罢休。如同伟大的科学家-香农创立信息论、汉明发明纠错码一样,信息技术的发展需要电子、通信、计算机、数学等多学科融合发展。通过深入浅出讲述日常编码、星际通信噪声、宇宙信息获取等技术,弘扬科学探索、求真务实精神,激励学生志存高远,成为当代大国工匠,促进我国技术发展。

4) 切入时政案例,宣扬当代特征

信息技术涵盖领域广,应用领域不断拓展,从民用逐步拓展至航空航天和军事领域,成为当前各国竞相发展的关键技术。自1970年发射“东方红一号”第一颗人造卫星以来,经过几代航天人的艰苦努力和辛勤付出,我国在载人航天、月球探测领域才取得了巨大成功。从1956年中国生产第一辆“解放牌CA10型”汽车开始,通过几代汽车人的探索,在汽车电子技术、通信网络技术、激光雷达技术方面取得显著进步,如今已发展成为汽车工业大国。通过引入信息科技领域典型时政案例,让学生从听觉、视觉角度感受火星探测器、空间站、无人驾驶、智能驾驶带来的震撼,这既能体现新时代社会主义建设的当代特征,也能激发学生对祖国的热爱之情,从而增强学生的民族自尊心、自信心和自豪感。然而,需要注意到,这些成绩的背后,我国科技发展仍然受制于人。集成电路芯片技术、电子设计自动化(EDA)软件技术、大飞机制造技术、电磁隐身技术等诸多“卡脖子”技术,应让学生警醒。作为吉大电子人,要时刻清晰把握当代特征,时刻关心我国信息科学技术的未来,树立正确的价值观,刻苦努力,奋发图强,不断创新和突破,才能在未来彻底摆脱困境,使中华民族屹立于世界民族之林。

5) 身教言传并举,鼓励守正创新

在“信息论”教学中,始终从研究领域和服务国家需求的思想出发,结合教师自身经历和心得体会,通过身教言传,向学生传递正能量,鼓励学生坚守初心,守正创新,方得始终。例如,通过向学生分享自己在三年攻读博士学位期间如何发表10篇SCI论文的经历,使学生明白如何培养独立从事科研工作的能力;通过向学生讲述自己如何带领团队克服重重困难在8个月时间内攻坚克难,研制出红外激光气体传感器的经历,使学生体会如何解决科学技术难题以及成功开展团队合作。此外,通过向学生们展示科研成果的视频、照片,激发学生们攻坚克难,锐意进取的信心和决心。

4 结语

培养知识技能突出、道德情操高尚的研究生是研究生“信息论”课程教学的核心和终极目标。理论知识教学和课程思政教育同等重要。思政教育既要与新时代建设有中国特色的社会主义国情相结合,又要体现祖国历史、文化和人文特色,树立爱国之志,坚定民族之魂。围绕信息技术科学发展前沿与当代中国信息技术应用典型案例,结合个人科学研究领域与当代特征,建立了课程思政案例库,开展了思政教育教学探索与实践,取得了较好的思政育人效果。我们将继续挖掘“信息论”课程思政内涵,创新思政教学手段,贯彻执行“立德树人”宗旨,努力培养德才兼备的信息领域专业技术人才。