能力培養(yǎng)信息論與編碼的課程教學(xué)

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摘要：“信息論與編碼”是電子信息工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課。由于該課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容過(guò)于抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)難度大，教學(xué)效果不理想。為了培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的應(yīng)用型人才，本文提出根據(jù)應(yīng)用需求和現(xiàn)代通信的發(fā)展，優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容，提高理論教學(xué)有效性，并根據(jù)電子信息工程專業(yè)學(xué)生的能力特點(diǎn)，設(shè)計(jì)信源編碼和信道編碼的編譯碼實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與相關(guān)專業(yè)課內(nèi)容相結(jié)合，解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，將理論教學(xué)內(nèi)容與應(yīng)用實(shí)際緊密聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)了學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：“信息論與編碼”；電子信息工程；應(yīng)用能力；內(nèi)容優(yōu)化；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

一、引言

信息論是現(xiàn)代信息科學(xué)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)通信系統(tǒng)的科學(xué)研究和工程實(shí)踐都有著廣泛而深入的影響。這就要求電子信息類專業(yè)的本科生應(yīng)該具備一定的信息論基本知識(shí)。因此，“信息論與編碼”是電子信息工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課。由于該課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容過(guò)于抽象，并且應(yīng)用到很多數(shù)學(xué)知識(shí)，有大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)普遍反映內(nèi)容枯澀難懂。很多學(xué)生更是把大量的精力放到數(shù)學(xué)運(yùn)算當(dāng)中，一個(gè)學(xué)期下來(lái)，只會(huì)計(jì)算，不理解公式背后的物理意義，不會(huì)信息論的方法，更不懂在實(shí)踐中如何應(yīng)用信息論的方法。同時(shí)，一些高校的教學(xué)大綱對(duì)該課程僅安排了理論教學(xué)學(xué)時(shí)，未安排實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，不利于學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。為了滿足社會(huì)對(duì)人才的需要，“培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的應(yīng)用型人才”成為應(yīng)用型大學(xué)人才培養(yǎng)的目標(biāo)。畢業(yè)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有鮮明的“理論基礎(chǔ)扎實(shí)、專業(yè)知識(shí)面廣，實(shí)踐能力強(qiáng)，綜合素質(zhì)高，并有較強(qiáng)的科技運(yùn)用、推廣、轉(zhuǎn)換能力”的特點(diǎn)。這就決定了教學(xué)模式必須以“應(yīng)用、實(shí)踐”為主旨，以能力培養(yǎng)為核心。

二、根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

“內(nèi)容多，課時(shí)少”是“信息論與編碼”課程教學(xué)中最普遍的問(wèn)題。該課程抽象性和邏輯性都很強(qiáng)，學(xué)生理解難度大。在有限的課時(shí)內(nèi)，教學(xué)內(nèi)容不可能面面俱到，否則會(huì)嚴(yán)重影響教學(xué)效果。因此，在教學(xué)中根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)合理篩選授課內(nèi)容非常必要。教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)應(yīng)順應(yīng)當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展需求。數(shù)字通信已逐漸成為最基本的現(xiàn)代通信方式，當(dāng)前的信息處理和編碼技術(shù)大多已經(jīng)改進(jìn)為數(shù)字化處理方法，離散信源、離散信道的相關(guān)理論已被廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。離散系統(tǒng)的相關(guān)理論也是分析處理連續(xù)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)。目前通信系統(tǒng)中的模擬模塊已經(jīng)產(chǎn)品化，這就降低了對(duì)模擬信號(hào)處理的要求。在該課程的教學(xué)改革實(shí)踐中，將教學(xué)重點(diǎn)放在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的離散信源理論、離散信道容量、信道編碼理論和方法等方面，對(duì)連續(xù)信源理論、連續(xù)信道容量等相關(guān)內(nèi)容僅作簡(jiǎn)要介紹，這樣可以節(jié)省4—6課時(shí)用于對(duì)離散信源、信道等內(nèi)容的深入講解。信源編碼部分的教學(xué)重點(diǎn)放在具體的無(wú)失真編碼技術(shù)上。對(duì)于無(wú)失真和限失真信源編碼的定理，重點(diǎn)講解其物理意義和應(yīng)用，不作復(fù)雜的理論證明。限失真信源編碼技術(shù)可以放到后續(xù)的“數(shù)字圖像處理”課程中學(xué)習(xí)。信道編碼部分包括信號(hào)編碼理論和編碼技術(shù)兩部分內(nèi)容，編碼理論可作為了解內(nèi)容自學(xué)或選學(xué)，重點(diǎn)講解具體的編碼技術(shù)。其中分組碼是學(xué)習(xí)、理解其他編碼的基礎(chǔ)，在工程上應(yīng)用廣泛，例如BCH編碼被廣泛應(yīng)用于CD和DVD的數(shù)據(jù)記錄中，還和卷積編碼一起應(yīng)用于數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中。因此，分組碼是信道編碼部分的重點(diǎn)內(nèi)容。加密編碼部分重點(diǎn)學(xué)習(xí)DES和RSA加密算法等基礎(chǔ)的編碼方法。通過(guò)生活中的應(yīng)用實(shí)例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。例如舉例在諜戰(zhàn)劇中，地下黨員通過(guò)廣播收到一長(zhǎng)串?dāng)?shù)字，按照事先約定的規(guī)則，一長(zhǎng)串?dāng)?shù)字就被解碼成了上級(jí)的指示，雖然敵人也能夠收聽到廣播，但是不知道怎樣解碼，無(wú)法破譯指示。這會(huì)讓學(xué)生覺(jué)得加密編碼技術(shù)既有趣又有用，調(diào)動(dòng)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情。

三、注重理論與實(shí)踐結(jié)合，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于學(xué)生鞏固所學(xué)理論知識(shí)，培養(yǎng)其分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以及動(dòng)手能力，都有十分重要的作用?！靶畔⒄撆c編碼”課程教學(xué)若僅停留在理論知識(shí)的教授，忽視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，那么學(xué)生能夠?qū)W到的也就僅僅是抽象的理論知識(shí)，難以認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)該課程的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)際意義，也就很難對(duì)“信息論與編碼”的課程內(nèi)容感興趣。因此，有必要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。根據(jù)“信息論與編碼”的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合電子信息工程專業(yè)學(xué)生編程能力較強(qiáng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)信源編碼和信道編碼的編譯碼實(shí)驗(yàn)課程。在信源編碼部分，開設(shè)香農(nóng)編碼和哈夫曼編碼實(shí)驗(yàn)。香農(nóng)編碼技術(shù)是信源編碼理論最基本的應(yīng)用，該部分的編碼實(shí)驗(yàn)對(duì)于理解信源編碼理論很有幫助。哈夫曼編碼在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)中經(jīng)常用于數(shù)據(jù)的無(wú)損耗壓縮，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可設(shè)定為利用哈夫曼編碼對(duì)一篇英文文章進(jìn)行壓縮，并與未壓縮的表示方法進(jìn)行比較。學(xué)生通過(guò)該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛎鞔_信源編碼在實(shí)際中如何應(yīng)用，通過(guò)實(shí)際問(wèn)題的解決，鞏固對(duì)信源理論的掌握。在信道編碼部分，可將信道編碼與常見的廣播系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，并結(jié)合學(xué)生所學(xué)專業(yè)課“數(shù)字電視”相關(guān)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)，開設(shè)前向糾錯(cuò)編碼實(shí)驗(yàn)。數(shù)字電視系統(tǒng)中常采用兩次附加糾錯(cuò)碼的前向糾錯(cuò)編碼，這種糾錯(cuò)碼信息不需要存儲(chǔ)和反饋，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)較差的同學(xué)獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)較吃力，每個(gè)實(shí)驗(yàn)很難在2個(gè)課時(shí)內(nèi)完成原理講解和實(shí)踐練習(xí)，影響了他們學(xué)習(xí)積極性的提高。因此，對(duì)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容和形式做了調(diào)整：（1）實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)重點(diǎn)為幫助學(xué)生建立理論與實(shí)踐的聯(lián)系，將理論課上講授的算法原理與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容聯(lián)系、對(duì)應(yīng)起來(lái)。（2）實(shí)驗(yàn)任務(wù)以團(tuán)隊(duì)大作業(yè)的形式分配給學(xué)生，要求學(xué)生以3—5人為一組，用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)每個(gè)算法，合作完成實(shí)驗(yàn)要求的各項(xiàng)任務(wù)。（3）教師提供與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的參考文獻(xiàn)，作為對(duì)教材的補(bǔ)充，要求學(xué)生自學(xué)并應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和知識(shí)應(yīng)用能力。

四、結(jié)論

通過(guò)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，一方面使該課程能夠更好地適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求，順應(yīng)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展需求；另一方面，提高了教學(xué)的有效性，保證了有足夠的課時(shí)深入透徹地講解重點(diǎn)知識(shí)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力，同時(shí)也使學(xué)生了解所學(xué)理論知識(shí)和技術(shù)在諸多領(lǐng)域的重要作用和意義，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

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作者:何瑾 單位:天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)電子工程學(xué)院