能力培養(yǎng)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(yè)一門重要的專業(yè)課。由于該課程理論性強，內(nèi)容過于抽象，學生學習難度大，教學效果不理想。為了培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的應(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)化理論教學內(nèi)容，提高理論教學有效性，并根據(jù)電子信息工程專業(yè)學生的能力特點，設(shè)計信源編碼和信道編碼的編譯碼實驗。實驗內(nèi)容與相關(guān)專業(yè)課內(nèi)容相結(jié)合，解決生活中的實際問題，將理論教學內(nèi)容與應(yīng)用實際緊密聯(lián)系起來，培養(yǎng)了學生知識應(yīng)用能力，激發(fā)了學生的學習興趣。
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；實驗設(shè)計
一、引言
信息論是現(xiàn)代信息科學的一個重要組成部分，對通信系統(tǒng)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(yè)的本科生應(yīng)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(yè)一門重要的專業(yè)課。由于該課程理論性強，內(nèi)容過于抽象，并且應(yīng)用到很多數(shù)學知識，有大量的數(shù)學推導，學生學習時普遍反映內(nèi)容枯澀難懂。很多學生更是把大量的精力放到數(shù)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(yīng)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(yīng)用能力的培養(yǎng)。為了滿足社會對人才的需要，“培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的應(yīng)用型人才”成為應(yīng)用型大學人才培養(yǎng)的目標。畢業(yè)生的知識、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有鮮明的“理論基礎(chǔ)扎實、專業(yè)知識面廣，實踐能力強，綜合素質(zhì)高，并有較強的科技運用、推廣、轉(zhuǎn)換能力”的特點。這就決定了教學模式必須以“應(yīng)用、實踐”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，優(yōu)化教學內(nèi)容
“內(nèi)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(nèi)，教學內(nèi)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(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標合理篩選授課內(nèi)容非常必要。教學的側(cè)重點應(yīng)順應(yīng)當前科學技術(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，當前的信息處理和編碼技術(shù)大多已經(jīng)改進為數(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(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，對連續(xù)信源理論、連續(xù)信道容量等相關(guān)內(nèi)容僅作簡要介紹，這樣可以節(jié)省4—6課時用于對離散信源、信道等內(nèi)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(shù)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(yīng)用，不作復雜的理論證明。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”課程中學習。信道編碼部分包括信號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)容自學或選學，重點講解具體的編碼技術(shù)。其中分組碼是學習、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內(nèi)容。加密編碼部分重點學習DES和RSA加密算法等基礎(chǔ)的編碼方法。通過生活中的應(yīng)用實例，激發(fā)學生學習興趣。例如舉例在諜戰(zhàn)劇中，地下黨員通過廣播收到一長串數(shù)字，按照事先約定的規(guī)則，一長串數(shù)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(shù)既有趣又有用，調(diào)動他們主動學習的熱情。
三、注重理論與實踐結(jié)合，增強實驗教學環(huán)節(jié)
實驗教學對于學生鞏固所學理論知識，培養(yǎng)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?qū)W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(yīng)用價值和實際意義，也就很難對“信息論與編碼”的課程內(nèi)容感興趣。因此，有必要加強實踐教學環(huán)節(jié)。根據(jù)“信息論與編碼”的教學重點和難點，結(jié)合電子信息工程專業(yè)學生編程能力較強的特點，設(shè)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(shè)香農(nóng)編碼和哈夫曼編碼實驗。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(shù)中經(jīng)常用于數(shù)據(jù)的無損耗壓縮，實驗內(nèi)容可設(shè)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(yīng)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(tǒng)聯(lián)系起來，并結(jié)合學生所學專業(yè)課“數(shù)字電視”相關(guān)知識和實驗，開設(shè)前向糾錯編碼實驗。數(shù)字電視系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)較差的同學獨立完成實驗任務(wù)較吃力，每個實驗很難在2個課時內(nèi)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(nèi)容和形式做了調(diào)整：（1）實驗課的教學重點為幫助學生建立理論與實踐的聯(lián)系，將理論課上講授的算法原理與實驗內(nèi)容聯(lián)系、對應(yīng)起來。（2）實驗任務(wù)以團隊大作業(yè)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(xiàn)每個算法，合作完成實驗要求的各項任務(wù)。（3）教師提供與實驗內(nèi)容相關(guān)的參考文獻，作為對教材的補充，要求學生自學并應(yīng)用于實驗實踐，培養(yǎng)學生自主學習能力和知識應(yīng)用能力。
四、結(jié)論
通過優(yōu)化教學內(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)當前技術(shù)發(fā)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(nèi)容與實際應(yīng)用聯(lián)系起來，培養(yǎng)學生的知識應(yīng)用能力，同時也使學生了解所學理論知識和技術(shù)在諸多領(lǐng)域的重要作用和意義，有效激發(fā)了學生的學習興趣。
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作者:何瑾 單位:天津職業(yè)技術(shù)師范大學電子工程學院