能力培養信息論與編碼的課程教學

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摘要：“信息論與編碼”是電子信息工程專業一門重要的專業課。由于該課程理論性強，內容過于抽象，學生學習難度大，教學效果不理想。為了培養適應社會需求的應用型人才，本文提出根據應用需求和現代通信的發展，優化理論教學內容，提高理論教學有效性，并根據電子信息工程專業學生的能力特點，設計信源編碼和信道編碼的編譯碼實驗。實驗內容與相關專業課內容相結合，解決生活中的實際問題，將理論教學內容與應用實際緊密聯系起來，培養了學生知識應用能力，激發了學生的學習興趣。

關鍵詞：“信息論與編碼”；電子信息工程；應用能力；內容優化；實驗設計

一、引言

信息論是現代信息科學的一個重要組成部分，對通信系統的科學研究和工程實踐都有著廣泛而深入的影響。這就要求電子信息類專業的本科生應該具備一定的信息論基本知識。因此，“信息論與編碼”是電子信息工程專業一門重要的專業課。由于該課程理論性強，內容過于抽象，并且應用到很多數學知識，有大量的數學推導，學生學習時普遍反映內容枯澀難懂。很多學生更是把大量的精力放到數學運算當中，一個學期下來，只會計算，不理解公式背后的物理意義，不會信息論的方法，更不懂在實踐中如何應用信息論的方法。同時，一些高校的教學大綱對該課程僅安排了理論教學學時，未安排實驗學時，不利于學生應用能力的培養。為了滿足社會對人才的需要，“培養適應社會需求的應用型人才”成為應用型大學人才培養的目標。畢業生的知識、能力、素質結構應具有鮮明的“理論基礎扎實、專業知識面廣，實踐能力強，綜合素質高，并有較強的科技運用、推廣、轉換能力”的特點。這就決定了教學模式必須以“應用、實踐”為主旨，以能力培養為核心。

二、根據應用型人才培養目標，優化教學內容

“內容多，課時少”是“信息論與編碼”課程教學中最普遍的問題。該課程抽象性和邏輯性都很強，學生理解難度大。在有限的課時內，教學內容不可能面面俱到，否則會嚴重影響教學效果。因此，在教學中根據應用型人才培養目標合理篩選授課內容非常必要。教學的側重點應順應當前科學技術發展需求。數字通信已逐漸成為最基本的現代通信方式，當前的信息處理和編碼技術大多已經改進為數字化處理方法，離散信源、離散信道的相關理論已被廣泛應用于數字通信系統設計中。離散系統的相關理論也是分析處理連續通信系統的基礎。目前通信系統中的模擬模塊已經產品化，這就降低了對模擬信號處理的要求。在該課程的教學改革實踐中，將教學重點放在現代通信系統中廣泛應用的離散信源理論、離散信道容量、信道編碼理論和方法等方面，對連續信源理論、連續信道容量等相關內容僅作簡要介紹，這樣可以節省4—6課時用于對離散信源、信道等內容的深入講解。信源編碼部分的教學重點放在具體的無失真編碼技術上。對于無失真和限失真信源編碼的定理，重點講解其物理意義和應用，不作復雜的理論證明。限失真信源編碼技術可以放到后續的“數字圖像處理”課程中學習。信道編碼部分包括信號編碼理論和編碼技術兩部分內容，編碼理論可作為了解內容自學或選學，重點講解具體的編碼技術。其中分組碼是學習、理解其他編碼的基礎，在工程上應用廣泛，例如BCH編碼被廣泛應用于CD和DVD的數據記錄中，還和卷積編碼一起應用于數字電視廣播系統中。因此，分組碼是信道編碼部分的重點內容。加密編碼部分重點學習DES和RSA加密算法等基礎的編碼方法。通過生活中的應用實例，激發學生學習興趣。例如舉例在諜戰劇中，地下黨員通過廣播收到一長串數字，按照事先約定的規則，一長串數字就被解碼成了上級的指示，雖然敵人也能夠收聽到廣播，但是不知道怎樣解碼，無法破譯指示。這會讓學生覺得加密編碼技術既有趣又有用，調動他們主動學習的熱情。

三、注重理論與實踐結合，增強實驗教學環節

實驗教學對于學生鞏固所學理論知識，培養其分析問題和解決問題的能力，以及動手能力，都有十分重要的作用?！靶畔⒄撆c編碼”課程教學若僅停留在理論知識的教授，忽視實驗教學，那么學生能夠學到的也就僅僅是抽象的理論知識，難以認識到學習該課程的應用價值和實際意義，也就很難對“信息論與編碼”的課程內容感興趣。因此，有必要加強實踐教學環節。根據“信息論與編碼”的教學重點和難點，結合電子信息工程專業學生編程能力較強的特點，設計信源編碼和信道編碼的編譯碼實驗課程。在信源編碼部分，開設香農編碼和哈夫曼編碼實驗。香農編碼技術是信源編碼理論最基本的應用，該部分的編碼實驗對于理解信源編碼理論很有幫助。哈夫曼編碼在計算機信息技術中經常用于數據的無損耗壓縮，實驗內容可設定為利用哈夫曼編碼對一篇英文文章進行壓縮，并與未壓縮的表示方法進行比較。學生通過該實驗能夠明確信源編碼在實際中如何應用，通過實際問題的解決，鞏固對信源理論的掌握。在信道編碼部分，可將信道編碼與常見的廣播系統聯系起來，并結合學生所學專業課“數字電視”相關知識和實驗，開設前向糾錯編碼實驗。數字電視系統中常采用兩次附加糾錯碼的前向糾錯編碼，這種糾錯碼信息不需要存儲和反饋，實時性強。在教學實踐中發現，基礎較差的同學獨立完成實驗任務較吃力，每個實驗很難在2個課時內完成原理講解和實踐練習，影響了他們學習積極性的提高。因此，對實驗課教學內容和形式做了調整：（1）實驗課的教學重點為幫助學生建立理論與實踐的聯系，將理論課上講授的算法原理與實驗內容聯系、對應起來。（2）實驗任務以團隊大作業的形式分配給學生，要求學生以3—5人為一組，用C語言編程實現每個算法，合作完成實驗要求的各項任務。（3）教師提供與實驗內容相關的參考文獻，作為對教材的補充，要求學生自學并應用于實驗實踐，培養學生自主學習能力和知識應用能力。

四、結論

通過優化教學內容，一方面使該課程能夠更好地適應應用型人才培養要求，順應當前技術發展需求；另一方面，提高了教學的有效性，保證了有足夠的課時深入透徹地講解重點知識。通過實驗教學，將教學內容與實際應用聯系起來，培養學生的知識應用能力，同時也使學生了解所學理論知識和技術在諸多領域的重要作用和意義，有效激發了學生的學習興趣。

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作者:何瑾 單位:天津職業技術師范大學電子工程學院