信息论与编码课程教学改革的探讨与实践

（鲁东大学信息与电气工程学院，山东 烟台 264000）

○、引言

信息论与编码课程是绝大部分高校通信、电子信息类本科专业的专业必修课程，是应用近代概率统计方法研究信息的基本性质及度量方法，研究信息传输、处理等一般规律的学科。该课程涉及大量的数学知识，理论性强，内容抽象，推导计算众多，而且应用领域极广、技术更新极快，这使其成为公认的“最难学”的本科课程之一。本课程教学团队针对实际教学中存在的问题并结合实践经验，从信息论与编码课程的教学内容、教学方法和教学手段、师资队伍建设、考试命题和考核方式几个方面进行了改革尝试，目的在于改善课程教学质量，提高教师教学水平，以满足培养高素质应用型本科人才的要求，更好地提高学生的竞争能力。

一、教学内容的改革

教学内容是整个课程教学的核心，其直接影响到人才培养的质量。教学内容安排要合理、科学，能满足社会需求。目前，部分高校开设的信息论与编码课程只有理论教学学时，而无实验学时，且学时量较少。而实际上，这是一门理论与实际工程应用并重的课程。我们可以根据专业和社会需求适时调整教学内容。以鲁东大学信息论与编码课程为例，该课程是鲁东大学电子信息工程、信息工程和通信工程的专业必修课，理论学时48。教学内容涉及的知识点多，但理论学时相对较少且无实验学时。在进行教学内容建设过程中我们采取如下相应的措施。

1.教学内容主线必须清晰化。困扰学生学习的问题之一就是知识点多且散，这会导致学生把握不住学习的重点，且易忽略章节之间的关联。在教学中，课程内容的讲述应围绕香农信息论，即狭义信息论的“三大基本概念”、“三大编码定理”和典型编码方法展开，这便于学生从整体上把握本课程的内容和学习的重点。理论教学内容框架如下图所示。

2.教学内容要侧重离散部分，适当减少模拟部分内容的讲述。目前，信息处理和编码技术大多是数字化处理方法，因而在讲解信源信道时，离散信源信道部分内容需重点讲述，而连续信源信道因其形式跟离散信源信道类似，只需简单讲述他们之间的关联即可直接给出相应结论。

3.教学内容的重点应该是基本概念、基本理论和基本方法，应用型本科学习应做到“概念明确清晰，理论推导能懂，典型方法会用”。教学中对基本概念一定要重点讲、讲清楚，而对于烦琐的公式推导计算，只需让学生能看懂推导过程，若遇到类似问题知道用什么方式处理解决即达到目的。对于信源信道编码方法，因其种类繁多，教学内容安排就必须有侧重点，选择的依据是既要典型有代表性，又要考虑实际应用情况。比如在信源编码典型方法中，相比香农和费诺编码，赫夫曼编码应重点讲述。

4.分专业开设，内容要侧重性强，避免课程内容重复教学。按专业设置教学班，授课教师可根据专业需求有侧重点地调整教学内容。由于课程课时较少，应考虑先修课程和后续课程的内容与本课程的关联后，再对教学内容做适当取舍。以信息工程专业为例，在讲述信源编码时，其先修课程“通信原理”中关于标量量化编码的内容如13折线A律，以及其后续课程“数字图像处理”中涉及的变换编码内容如小波变换，在信息论与编码课程中均不需详细讲述。

5.教学内容应适当引入信息与通信领域的新技术和新理论，以满足实际需求。因为信息技术发展速度快、应用也非常广，所以我们对信息论与编码课程的讲解不能仅仅按照现有的课本内容来进行，也要关注新出现的技术和理论，在教学内容上尽量做到能与时俱进。

二、教学方法和教学手段的改革

信息论与编码课程理论性强且抽象，涉及众多数学基础课程，如高等数学、线性代数、概率论、随机过程等，因而课程学习中面临大量的公式、推导和计算，这些都会使学生产生畏学、厌学的情绪，达不到好的教学效果。如何在教学中激发学生的学习兴趣，如何培养学生发现问题、正确分析和解决问题的能力是教学中亟待解决的问题。在课程教学中我们可以从以下几个方面着手。

1.讲好第一堂课。授课伊始即让学生明确课程研究的对象、研究的主要内容以及各章节的地位、作用和关联性；其次，通过具体例子来展现本课程知识在现实生活中的广泛应用情况，这既可以有效激发学生对本课程的学习兴趣，也能让学生明确学习信息论与编码课程的必要性和重要性。

2.授课过程中要主线清晰、框架分明。本课程围绕香农信息论“三大基本概念”、“三大编码定理”和典型编码方法展开，并贯穿于整个通信系统模型，在授课过程中要注意把握好整体与局部的关系，避免让学生“只见树木不见森林”。

3.简化推导和证明，用问题和实例来启发和引导理论讲解。比如在讲述信息率失真理论时，对为什么现实生活中并不真的需要无失真信息传输的问题，我们可以通过现实打电话、放映电影的例子来回答；也可以将最常见的事情抽象为信息论里面的相关知识，比如下棋，通过一方在棋盘中随机放置棋子，另一方来猜测棋子所在位置，以此来对应自信息量或条件自信息量的概念。

5.注意相关概念的区分，防止学生产生概念上的混淆。信息论与编码课程中有很多相近的概念，看似一样，但意义却不相同，比如信源熵和平均自信息量。因为信源熵是自信息量的数学期望，这就易给学生造成一种错觉，即这两个概念是一回事，实际上它们虽然数值相等，但是含义却不同。信源熵表征信源平均不确定度，信源一定，不管它是否输出消息这个熵值都是存在的；而平均自信息量是只有当信源输出消息并被接收后才有意义。

6.发挥学生在教学中的主体作用。在教学中必须重视学习技能的传授，最好能使学生亲身参与知识的探索，这能让学生获得深刻的学习体验和感悟。比如让学生以兴趣小组的形式，自主学习了解最新的信源信道编码方法并走上讲台进行讲解和分析，教师则针对学生的讲述内容进行指导、修正和评价。

7.理论教学要与科研实践相结合，重视学生的实践精神和创新能力的训练，更好地激发学生的学习兴趣。因此，我们可以针对专业特点设计基于MATLAB的信息论与编码课程实验，并按章节教学内容适时发布。比如对信息工程专业，在信源熵内容讲完后让学生尝试用熵的理论来实现图像分割；信源编码内容讲完后让学生用赫夫曼编码做图像压缩。有实验课时的专业可以在实验课中实施，没有实验课时的专业可以在课后作业中实施。也可以以课程设计或小论文的形式进行，从提出问题、检索文献资料、拟定提纲到最后成文，各个环节给予学生适当的指导。

8.授课内容不应局限于所使用的教材。因为教材的编写出版通常需要较长的周期，它跟不上新理论、新技术的更新速度。可以在课堂教学过程中注意引导学生养成查阅文献资料、关注学科最新发展动态的习惯，以提高学生信息检索和自主学习的能力。

9.注重基础知识的巩固和拓展。根据各章具体内容设计课后习题，将习题分为基本题和拓宽题，这样既满足了学生巩固基础知识的需要，又兼顾了个人能力的提高。其次，可以对作业中体现的问题进行归纳，对普遍性问题集中讲解，而个别性问题可以单独辅导。另外，每周可留出适当的时间跟学生进行面对面的交流讨论。

10.教学资源上网，开启课下教学模式。建设课程网站，学生可以在网站上查看课程简介，如课程团队教师情况等，可以下载各种教学文件，如授课课件、微课视频等，也可以推荐学生本课程相关的自学资料，如电子书籍等。教师可以通过互动栏目答疑或与学生交流讨论，并将问题做定期整理、总结和反馈，以此满足学生课下自主学习的需要，起到有效的辅助教学作用。

三、师资队伍的建设改革

百年大计，教育为本；教育大计，教师为本。教学内容、教学方法和手段的实施者是教师，师资队伍的质量将直接影响到教学质量，这是教学改革能否成功实施的基本保证。信息论与编码课程的特点决定了该课程的教师队伍应该是高素质、专业化、创新型的教师队伍。教师队伍建设改革主要从几个方面开展。

1.加强师德师风的建设，这是高校教师队伍建设的永恒主题。教师对学生的影响不仅在于知识的传授还在于品德的培养，高素质的教师队伍是提高人才培养质量的根本保证。教师只有具备较高的思想政治素质、职业理想和职业道德水平，才能真心热爱教育，从而优质实施教育。

2.教师要从根本上转变教育教学理念，课程改革的核心思想应该是“一切为了学生更好的发展”，最终的目的是为了能够培养出更符合社会发展需要的人才。教师只有明确和认同了进行课程改革的重要性、必要性和迫切性，才能更积极自觉地投入到课程改革建设中去，从而达到更好的教育教学效果。

3.教师要树立终身学习的观念，注重自身知识结构的完善。信息论与编码课程涉及大量数学知识，且应用领域广泛，技术更新快，这就要求教师不仅要有扎实的专业知识，还要熟识相关学科、交叉学科的知识，并且能够根据实际情况适时完成知识的更新。

4.与相关企业合作开展师资培训，培养“双师型”教师。信息论与编码课程与实际紧密相连，“纸上谈兵”根本满足不了课程教学需求，只有当教师具备一定的企业实践经验，能真正做到理论与实践的有效结合，才能确保课程改革的成功实施。可以通过校企互动来培养和提高教师的工程实践能力，然后在教学环节中具体展现实施出来。这样既可以有效地提升教师的教学水平，也有利于教师从实践中进一步凝练研究课题，实现教研的良性循环。

5.加强本课程教师间的交流学习。定期组织教学团队内听课、评课活动，从细节层面切实提高教学水平。同样，也可以组织教学团队成员参加兄弟院校同类课程的教学观摩、教学研讨等交流学习活动，吸取经验，取长补短。

6.进一步优化课程教学团队的师资结构。可以通过多种渠道和方式吸引人才加入教学团队，使团队形成较合理的老中青梯队，且高学历者能够占较大的比例。再有就是教学团队中要有学科带头人和学术骨干，教学团队的学缘结构也要力求合理。

四、考试命题、考核方式的改革

课程教学改革的成功与否要有一定的检验标准，何种方式的考核能更真实的反映学生掌握知识的情况是我们需要进一步探讨的问题。以鲁东大学信息论与编码课程为例，本课程的考核由平时成绩和期末考试成绩构成，两者分别占总成绩的40%和60%，其中平时成绩包括出勤、课堂表现和作业完成情况，期末考试采用闭卷笔试，集体命题的方式。由于鲁东大学信息论与编码课程并没有设置实验学时，所以学校没有将实验成绩加入到课程考核成绩比例分配中，而信息论与编码课程的特点决定了实践能力的重要性。因而在此基础上我们尝试对考核方式和考试命题做出适当调整，目的是进一步凸显学生学习情况过程评价和实践能力评价。

1.在平时成绩评定中，我们量化、细化了课堂表现的考评，把学生的课堂表现比如课堂回答问题的情况等换算成具体的加分项，以此调动学生课堂学习的积极性和主动性。

2.加大课后作业在平时成绩中的考评比重。设计作业由基础任务和实验任务两部分组成，基础任务主要精选自课后习题，而实验任务则实时根据章节教学内容和专业特点发布，这需要学生根据教师设计的题目去查资料，学习并编程实现。这两部分的内容都将在习题课中进行有针对性的讲解和指导。

3.期末考试的命题要涵盖教学大纲的主要知识点。并将试题分为三类题型：一是基础题，以考查学生对基本概念、方法的掌握情况；二是综合题，以考查学生综合分析问题和解决问题的能力；三是实践题，以考查学生的应用能力。

五、结束语

本文从教学内容、教学方法和手段、师资队伍建设、命题和考核方式四个方面对信息论与编码课程教学改革进行了探讨。实践表明，信息论与编码课程教学改革应以提高学生能力为重点，知识源自课堂却不应拘于课堂。只有让学生觉得学习信息论与编码能“学以致用”，才能真正提升学生学习的积极性和主动性，从而达到更好的教学效果。