提高信息论与编码课程的教学质量

人类社会的生存和发展离不开对信息的获取、传递、处理、再生、控制和利用。尤其在人类进入高度信息化的21世纪以来，移动、互联网通信，多媒体、计算机和空间技术等信息技术获得了人类难以想象的发展。这些应用领域中，只要是涉及信息的存储、传递和处理就要用到Shannon信息理论，人们对于信息的概念和基本理论已不再感到陌生、抽象和难以理解，并开始意识到学习和掌握信息理论的重要性[1]。

在此形势下，信息论与编码作为信息与计算科学专业的一门重要的专业课，其课程内容主要是运用概率论与数理统计的方法来研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、密码学、数据压缩等问题，从而提高信息系统的可靠性、有效性、保密性和认证性，使得信息系统达到最优化。

一目前教学中存在的问题

从2000年数学学科成立信息与计算科学专业以来，很多高等院校该专业都在开设信息论与编码这门课程，但目前还处于起步阶段，其课程体系结构建设还需要进一步巩固和完善，目前存在的主要问题包括以下三个方面。

1基础知识

信息论与编码课程，其核心内容是Shannon信息论，其基本理论和主要内容是信源与信道编码定理，这些都是近代信息处理的理论基础，具有深刻而又严格的数学描述与证明[2]。其中复杂的定理证明难免会让学生感到枯燥，甚至会对课程的学习产生抵触情绪，增加教学难度。

2授课方式和内容

多数高校的信息论与编码课程均以讲授为主，采用板书或多媒体课件形式授课。由于客观上受到课程内容多，学时少的限制，因而造成部分院校采用填鸭式的教学方法，偏重理论，缺少新例。另外，有些教师的课件完全就是所选教材的电子版，无任何凝练，使学生在课堂上感到抬头看课件和低头看教材没什么大的区别，课堂上师生缺乏互动，学生学习劲头大打折扣，甚至作业也抄袭应付了事。此外，每年的授课内容难以做到与时俱进，缺乏对经典理论的创新应用和相关知识前沿动态方面的了解，使得学生很难将知识点与其在实际生活中的应用相联系，无法保质保量地达到课程的培养目标。

3实践环节

多数高校对于该课程都是重理论轻实践的，很少涉及信息处理的实验内容。所以，多数学生动手能力很差，只会纸上谈兵。其实，信息与编码理论是一门理论与实践并重的学科，教师应多给学生展示并让其尝试相关理论的实践和应用，以此提高学生学习的兴趣，加深对基础理论内容的理解。

二提高教学质量的措施

上述问题严重制约了学生分析问题、解决实际问题的能力，很难达到信息论与编码课程作为信息与计算科学专业主干课程的作用。如何有效解决这些问题、提高教学质量，需要我们信息论与编码课程的教师从教材选定、课堂内容设置、授课方法、实验展示与上机操作等诸多环节去探索和改进。针对以上问题，根据我在信息论与编码课程教学上的实际经验和我实地了解的兄弟院校的相关情况，认为要达到信息论与编码课程的教学目标，应该从以下几个方面进行改进和提高：

1教材悉心选取，文献恰当补充

信息理论是当代国内外大学相关专业重要的基础专业课程。自20世纪80年代以来，国内外使用的教材就有30多种，因此，为信息与计算科学专业的学生选择一本适合本专业特色的国家级规划性教材尤为重要。必须考虑在理论知识的介绍上要深入浅出，概念要清晰，内容要丰富详实，系统性和可读性要强，并要具有实际的应用价值，同时也应考虑学生的自身的学习能力与学校的客观教学环境，因地制宜选择教材。此外，由于该课程的教学仅54学时，部分章节内容须学生课后自学，所以，教材也要易于学生自学。

另外，对于这些高年级的学生，必须培养他们阅读相关的国内外文献的能力。教师为他们介绍一些有价值的经典文献书籍也是必要的。比如，一直以来我都会为我的学生推荐Thomas M.Cover所著的“Elements of Information Theory”原版作为首选的参考书，它是美国很多一流大学的首选教材。它在时间上虽不是最新的，但从内容的覆盖面来讲仍有优势，且迄今仍有一定的先进性。几年来的教学也已印证，它对拓宽学生的视野确实大有益处。

2理论知识详略得当，实际应用与时俱进

信息论与编码涉及很多数学问题，包括概率论与数理统计、随机过程、近世代数等，其概念公式和定理证明很多淹没在繁杂的数学推导中。因此，数学工具的使用和数学推导过程的介绍要恰到好处，取舍得当。既不要过于简化，又不要拘泥于数学细节。比如，对那些巧妙、值得借鉴但又篇幅过长的定理证明过程，给学生大致的思路框架便可。

授课教师应将讲清概念放在第一位，最好采用通俗的文字，联系目前实际通信系统，用较多的例题和图来形象地阐述基本概念、基本理论及实现原理，且能深入浅出，使学生很快得其要领。然后，再让学生用刚学到的知识原理去亲自解决一些实际的小例子，使得师生在思维上进行“接力”，知识上迅速地“传导”。

作为一门理论与应用并重的学科，既要保证理论的完整性和系统性，又要突出理论研究面向应用的性质。所以，教师要实时地储备大量面向应用的实例、与时俱进的创新思想和学科的最新前沿动态，来丰富你的课堂，吸引学生的注意力，和学生产生思维上的互动，切勿啃老本，否则新鲜知识总会黔驴技穷。比如，2008年我在讲授信道数学模型及其分类这节时，又恰逢几天前（2008年4月25日23时35分）我国首颗数据中继卫星“天链一号01星”在西昌卫星发射中心成功发射，于是就在课堂上和学生共同分享了新华网上的这则崭新的图文消息，没想到引起了学生对卫星发射和信道知识的大讨论，课堂气氛尤为活跃。又如我在哈工大课程考察期间，老师用当时最新的报道———“乔布斯的成与败”来作为信息技术概论的开篇，吸引了全班所有学生仔细聆听。这些都让我体会到学生的兴趣所在和对知识的渴望。

3课堂习题启发讲解，课后作业异人异题

课堂上，要启发学生积极思考问题。现在的学生多数都是喜欢挑战自我。所以，要不时地抛出一些实际应用的小问题，使学生能带着问题学，启发性地引导他们自己去解决，使其产生学习的兴趣，激发出他们学习的情感，引导学生自主地学习。比如，在讲解线性码的一个关于标准生成矩阵和校验矩阵的定理时，按常规方法是先给出定理内容，也就是给出了结论，让学生去被动验证便可。但我认为学生应该有能力推导出定理的结论，于是在我的启发下，学生自己构造出了定理的结论，也感受到成功带给他们的那份喜悦和自信。有时也可以鼓励学生自己去设计类似的一些小问题，在同学间讨论解决，取得了良好的课堂效果。

课后的作业，作为知识的进一步巩固也不容忽视。对于学生必须要熟练的掌握具有普遍性的问题，可以作为共同作业。但对于那些个性化的可以激发他们创造性思维的问题，可异人异题，也可避免抄袭现象的发生。比如，哈工大信息与计算科学专业的老师在给学生布置信息论作业时，就采用异人异题的方法，且作业不拘泥于一本教材，他悉心挑选了很多有趣且具有挑战性的习题。这一点，很值得借鉴和学习。

4实验精心设计，上机积极配合

信息论与编码是理论与应用都很强的一门学科，上机实验是其重要组成部分。教师应该精心挑选几个典型的实验（如有、无失真的数据压缩，各种图像变换等）在课堂上为学生讲解和展示，使学生尽快学习并了解信息处理的典型方法，同时，让学生了解将Shannon理论研究成果转换为IT技术与产品的过程。

对于学生上机实验的内容要合理地设计和安排，要围绕信息理论的核心内容进行，要有验证性、综合性和设计性的特点，使学生通过实验加深对信息理论核心内容的理解，提高解决实际问题的能力，并能熟练掌握至少一种常用的数学软件。实验设计的作业一定要保证异人异题，最好要求学生将自身的特征提取后融入设计，达到防伪且独立编程的效果。

5注重学科特点，培养着眼未来

信息论与编码在通信理论、统计学、计算机科学、概率论以及投资理论等领域都有广泛应用。作为信息与计算科学专业的一门高年级专业基础课，可以根据学科和学生自身的特点，在课程即将结束时，引导学生按照自己的兴趣，将所学的知识应用到密码学、数据传输、数据压缩、检测理论或估计理论中，尝试解决一些相关的实际问题。学生在毕业设计或毕业论文选题、收集资料时就不会感到茫然和不知所措。与其被动地接受指导教师所列题目，不如学生提早选择一个更适合自己的论文内容，做起来也会得心应手、游刃有余。同时，也培养了学生学习的独立性和自主性，为日后的顺利就业或者继续深造打下良好的基础，对打造更多服务于社会的复合型人才大有益处。

总之，“信息论与编码”是针对目前信息的存储、传递和处理的各种需求而设置的课程，通过对信息与计算科学专业开设的“信息论与编码”课程现状的分析，结合教学实践，总结了一套提高该课程教学效果的方案。经过几年来的课堂教学和实践操作，已经取得了初步成效。“信息论与编码”是一门具有理论性、系统性、强实践性的学科，其教学改进和完善是一个不断探索和积累的过程，但只要抓住信息与计算科学专业教学资源的特点，因材施教，同心协力，必将培养出理论知识过硬，动手操作能力强，应用灵活的专业复合型人才。

参考文献

[1]傅祖芸.信息论—基础理论与应用（第三版）[M].北京：电子工业出版社， 2011.

[2]沈世镒.信息论-基础与应用[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3]傅祖芸.信息论—基础理论与应用（第二版）（M）.北京：电子工业出版社， 2008.

[4]ThomasM.Cover.ElementsofInformationTheory2ndEdition[M].Wiley-Interscience， 2006.