能力培养信息论与编码的课程教学

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摘要：“信息论与编码”是电子信息工程专业一门重要的专业课。由于该课程理论性强，内容过于抽象，学生学习难度大，教学效果不理想。为了培养适应社会需求的应用型人才，本文提出根据应用需求和现代通信的发展，优化理论教学内容，提高理论教学有效性，并根据电子信息工程专业学生的能力特点，设计信源编码和信道编码的编译码实验。实验内容与相关专业课内容相结合，解决生活中的实际问题，将理论教学内容与应用实际紧密联系起来，培养了学生知识应用能力，激发了学生的学习兴趣。

关键词：“信息论与编码”；电子信息工程；应用能力；内容优化；实验设计

一、引言

信息论是现代信息科学的一个重要组成部分，对通信系统的科学研究和工程实践都有着广泛而深入的影响。这就要求电子信息类专业的本科生应该具备一定的信息论基本知识。因此，“信息论与编码”是电子信息工程专业一门重要的专业课。由于该课程理论性强，内容过于抽象，并且应用到很多数学知识，有大量的数学推导，学生学习时普遍反映内容枯涩难懂。很多学生更是把大量的精力放到数学运算当中，一个学期下来，只会计算，不理解公式背后的物理意义，不会信息论的方法，更不懂在实践中如何应用信息论的方法。同时，一些高校的教学大纲对该课程仅安排了理论教学学时，未安排实验学时，不利于学生应用能力的培养。为了满足社会对人才的需要，“培养适应社会需求的应用型人才”成为应用型大学人才培养的目标。毕业生的知识、能力、素质结构应具有鲜明的“理论基础扎实、专业知识面广，实践能力强，综合素质高，并有较强的科技运用、推广、转换能力”的特点。这就决定了教学模式必须以“应用、实践”为主旨，以能力培养为核心。

二、根据应用型人才培养目标，优化教学内容

“内容多，课时少”是“信息论与编码”课程教学中最普遍的问题。该课程抽象性和逻辑性都很强，学生理解难度大。在有限的课时内，教学内容不可能面面俱到，否则会严重影响教学效果。因此，在教学中根据应用型人才培养目标合理筛选授课内容非常必要。教学的侧重点应顺应当前科学技术发展需求。数字通信已逐渐成为最基本的现代通信方式，当前的信息处理和编码技术大多已经改进为数字化处理方法，离散信源、离散信道的相关理论已被广泛应用于数字通信系统设计中。离散系统的相关理论也是分析处理连续通信系统的基础。目前通信系统中的模拟模块已经产品化，这就降低了对模拟信号处理的要求。在该课程的教学改革实践中，将教学重点放在现代通信系统中广泛应用的离散信源理论、离散信道容量、信道编码理论和方法等方面，对连续信源理论、连续信道容量等相关内容仅作简要介绍，这样可以节省4—6课时用于对离散信源、信道等内容的深入讲解。信源编码部分的教学重点放在具体的无失真编码技术上。对于无失真和限失真信源编码的定理，重点讲解其物理意义和应用，不作复杂的理论证明。限失真信源编码技术可以放到后续的“数字图像处理”课程中学习。信道编码部分包括信号编码理论和编码技术两部分内容，编码理论可作为了解内容自学或选学，重点讲解具体的编码技术。其中分组码是学习、理解其他编码的基础，在工程上应用广泛，例如BCH编码被广泛应用于CD和DVD的数据记录中，还和卷积编码一起应用于数字电视广播系统中。因此，分组码是信道编码部分的重点内容。加密编码部分重点学习DES和RSA加密算法等基础的编码方法。通过生活中的应用实例，激发学生学习兴趣。例如举例在谍战剧中，地下党员通过广播收到一长串数字，按照事先约定的规则，一长串数字就被解码成了上级的指示，虽然敌人也能够收听到广播，但是不知道怎样解码，无法破译指示。这会让学生觉得加密编码技术既有趣又有用，调动他们主动学习的热情。

三、注重理论与实践结合，增强实验教学环节

实验教学对于学生巩固所学理论知识，培养其分析问题和解决问题的能力，以及动手能力，都有十分重要的作用。“信息论与编码”课程教学若仅停留在理论知识的教授，忽视实验教学，那么学生能够学到的也就仅仅是抽象的理论知识，难以认识到学习该课程的应用价值和实际意义，也就很难对“信息论与编码”的课程内容感兴趣。因此，有必要加强实践教学环节。根据“信息论与编码”的教学重点和难点，结合电子信息工程专业学生编程能力较强的特点，设计信源编码和信道编码的编译码实验课程。在信源编码部分，开设香农编码和哈夫曼编码实验。香农编码技术是信源编码理论最基本的应用，该部分的编码实验对于理解信源编码理论很有帮助。哈夫曼编码在计算机信息技术中经常用于数据的无损耗压缩，实验内容可设定为利用哈夫曼编码对一篇英文文章进行压缩，并与未压缩的表示方法进行比较。学生通过该实验能够明确信源编码在实际中如何应用，通过实际问题的解决，巩固对信源理论的掌握。在信道编码部分，可将信道编码与常见的广播系统联系起来，并结合学生所学专业课“数字电视”相关知识和实验，开设前向纠错编码实验。数字电视系统中常采用两次附加纠错码的前向纠错编码，这种纠错码信息不需要存储和反馈，实时性强。在教学实践中发现，基础较差的同学独立完成实验任务较吃力，每个实验很难在2个课时内完成原理讲解和实践练习，影响了他们学习积极性的提高。因此，对实验课教学内容和形式做了调整：（1）实验课的教学重点为帮助学生建立理论与实践的联系，将理论课上讲授的算法原理与实验内容联系、对应起来。（2）实验任务以团队大作业的形式分配给学生，要求学生以3—5人为一组，用C语言编程实现每个算法，合作完成实验要求的各项任务。（3）教师提供与实验内容相关的参考文献，作为对教材的补充，要求学生自学并应用于实验实践，培养学生自主学习能力和知识应用能力。

四、结论

通过优化教学内容，一方面使该课程能够更好地适应应用型人才培养要求，顺应当前技术发展需求；另一方面，提高了教学的有效性，保证了有足够的课时深入透彻地讲解重点知识。通过实验教学，将教学内容与实际应用联系起来，培养学生的知识应用能力，同时也使学生了解所学理论知识和技术在诸多领域的重要作用和意义，有效激发了学生的学习兴趣。

参考文献：

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作者:何瑾 单位:天津职业技术师范大学电子工程学院