信息论基础范文
时间：2023-03-01 18:13:40
信息论基础范文第1篇
关键词：信息论基础；教学方法；教学改革
作者简介：韩贵春（1978-），女，山东阳谷人，内蒙古民族大学数学学院，讲师。（内蒙古 通辽 028000）
基金项目：本文系内蒙古民族大学科学研究基金项目（项目批准号：NMD1226）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0073-02
随着信息时代计算机技术的发展，人们需要对爆炸式的海量信息进行标识、存储、传输和处理。在现代生活中，信息的应用更是让人们进一步认识到它的重要价值。于是世界各国出现了在大学本科阶段开设与信息有关课程的热潮。为顺应时代的潮流，我国教育部于1998年在部分高校中的数学系或信息工程大学的其他院系新增信息与计算科学专业，并把信息论作为信息与计算科学专业的重要专业基础课。之后开办信息与计算科学专业及开设信息论课程的高校迅速增加。据数据统计，到2007年为止，在短短的近十年的时间内我国有370所高校开办信息与计算科学专业及开设信息论课程，显示了信息与计算科学专业及开设信息论课程的重要性。内蒙古民族大学（以下简称“我校”）于2005年在数学系开办信息与计算科学专业并开设信息论课程，起步较晚。根据我校学生的具体情况，将信息论课程的教学分为两部分：专业基础必修“信息论基础”（56学时）和专业基础选修“信息编码”（36学时）。本文通过“信息论基础”教学中存在的问题进行了分析，结合了这方面改革的部分成功做法和笔者在教学过程中积累的经验和体会，对“信息论基础”课程教学改革给出了一些建议。
一、正确认知“信息论基础”课程
“信息论基础”课程是我校数学学院信息与计算科学专业的学科专业基础课，它以近代概率论与数理统计、随机过程为基础，具有理论逻辑性强，概念抽象，对数学基本功要求较高及计算复杂等特点。很多高校，特别是在理科专业中常把它作为一门数学成分较高的理论课程按传统模式进行讲授。教师在讲台单一的进行讲授，学生听，教学目的也就是让学生掌握课程中的基本概念及相关定理结论，能够进行相应的计算。其实不然，“信息论基础”实际上是一门理论联系实际且具有较强工程实践的课程，这就必然要求学生掌握其基础知识的同时，了解它的背景、应用以及发展现状。
二、“信息论基础”课程教学存在的问题
“信息论基础”这门课程内容繁琐、公式较多、理论抽象且对学生的数学功底要求较高，所以该课程无论是对教师的讲授还是学生的学习都有一定的难度。
第一，从数学专业课程设置的特点来说，教学大纲着重于理论的掌握，而常常忽略实践应用部分，学生在学习的过程中死记硬背公式，看不到它的现实应用，慢慢地就失去了学习的兴趣。
第二，从教师来说，任课教师一般为数学专业毕业，通常采用从基本定义出发，讲述原理，接着给出数学模型，对其进行相应要求的计算以及性能做出理论分析，其间伴随着一些定理及其证明和推导的授课方式，其实是当做一门数学课来讲。但对与之相关的通信与信息工程类的专业课程知之甚少，在具体讲授应用时不敢深入举例说明，使学生觉得课程独立，和后续课程没有连续，以至于觉得学习该课程无用，引不起学生的学习兴趣。再者因课程内容多，课时少，教学任务重，教师只能满堂灌输。枯燥的教学内容和单一的教学形式使学生对所学内容感觉晦涩难懂，难以消化理解，不知其所然，更不要说知其所以然，让学生在学习该课程的过程中有一种无形的畏惧感。
第三，从学生来说，本科生的基础水平及学习能力参差不齐。比如我校是一个二本高校，所招收学生无论从学习能力还是从知识水平来说，都和国家重点高校特别是教育部直属以及985高校的学生不在一个起跑线上。其次我校是一所民族高校，少数民族学生的数学基础更差，学生入学时，数学平均成绩不到40分。在我校信息与计算科学专业中，少数民族学生超过三分之一。根据笔者在高校工作近七年来所讲授的几门数学类课程来说，学生普遍反映概率论与数理统计内容繁琐、公式多、概念多、抽象难懂。可以说，概率论与数理统计课程本身就是学生的薄弱环节，学生在该课程的学习中就没有完全理解。以概率论与数理统计为基础的“信息论基础”课程则更加抽象、枯燥，学生接受起来更加困难。且该课程内容繁琐，前后联系紧密，前面的学不会，后面的就更加难懂，形成恶性循环，以致有的学生就自暴自弃，完全放弃了该课程的学习。再者，现在学生缺乏吃苦耐劳、刻苦专研的精神，遇到困难就退缩，给自己开脱。
因此，鉴于上述“信息论基础”课程教学过程中出现的种种问题，采用有效的教学方式，选取合适的教学内容以及培养学生的学习兴趣，提高学生科学专研精神显得尤为重要。
三、“信息论基础”课程的教学探讨
在“信息论基础”教学过程中能否达到既定的学习目的，取决于教师的教与学生的学。为此，笔者根据几年来“信息论基础”课程的教学实践，与现行的新课程改革相结合，就“信息论基础”课程的教学改革提出以下几点建议。
1.拓宽理论知识，发挥学生的主观能动性
兴趣是最好的老师。根据信息论课程的特点，单是一味的理论讲解，繁多的公式、晦涩难懂的推导以及抽象的理论很难引起学生的兴趣，更不要说提高学生的主观能动性了。为此可以在课程学习初始以及学习过程中，请通信与信息工程相关专业的教师及移动通讯的工程师举办讲座，讲授相关理论在现实生活及工农业生产中的应用，将所学的相关理论知识与当前学科前沿技术如卫星通讯、协同通讯技术、3G技术等相结合。另外，教师可以布置多种形式的作业，除了课后习题中基本概念和计算题，以及理论证明题的作业外，还可以布置一些具有开放性特点的作业，让学生自己查阅资料，总结感想。这样，使得学生既可以巩固课程教学的基本内容，也使得学生在自己动手查资料的过程中，逐渐激发学习兴趣，发挥学生主观能动性，以培养学生探究性学习的能力。再者教师要不断提高自己的知识水平及业务能力，扩充自己的知识面，只有教师真正理解了教学内容的前因后果，不仅对课程中的数学概念、定理的证明以及公式的推导都了如指掌，而且对于基本理论的应用及相关的通信与信息工程方面的专业知识有更深一步的了解，才能使课堂内容丰富有趣，让学生对所学内容产生兴趣。
2.抽象概念类比化
“信息论基础”课程中的很多概念是以数学公式形式给出的，所以抽象难懂，这也是很多师生认为它是一门数学课的主要原因之一。教师在讲授的过程中可以举一些具体的类比例子加深概念的理解。比如信道容量C是指最大的信息传输率，即。而信道容量C是确定的，已与输入信源的概率分布无关，是不随输入信源的概率分布变化而变化。它只是信道传输概率的最大信息量。教师可以将信道类比于生活中常见的容器，而容器容量的大小和装入液体的多少没有关系，只与容器本身有关。用液体测量容器容量的大小只是一种测量手段，所以用来求信道容量也只是一种手段。将抽象概念具体类比化之后，可以让学生更好地理解概念。
3.合理使用传统教学与现代教学相结合的方式
为了提高课堂教学的有效性与形象性，充分发挥多媒体教学的优势。根据“信息论基础”课程的特点，合理使用传统教学与现代多媒体教学相结合的方式。传统的教学方式，要求教师一味地将所讲授内容进行板书，讲课的大多数时间花在了讲授内容的板书上，所以课程内容进行慢，且有些图像以及结构图示难以用板书的形式描绘出。而多媒体电子课件不仅可以使教师在课堂上节省版写的时间，而且用软件画出的图像及结构图示清晰、形象。“信息论基础”课程理论较强，前后联系紧密，往往一个知识点需要几个页面才能显示。频繁的翻页很难照顾到每一个学生，因此不可完全采用媒体教学课件教学。可以采用以讲授内容要点为课堂主线，将这条主线做成电子教案，而教师在讲课的过程中，用板书进行细节的描述。传统教学与现代教学这两种教学方式的完美结合，使得课堂教学更有效完成教学目的。
4.改革考核方式
改革传统考试一考终身制的考核方式，采用多样化课程考核制度。为激发学生学习的积极性，笔者在课程期末考核方面做了改进，增强教学课程过程考核，将平时成绩的比重提高到百分之三十，而期末的卷面成绩占百分之七十。平时成绩主要以课堂出勤、课后作业完成的质量和是否积极参与课堂教学为主。鼓励学生积极参与到教学过程的互动中，对于上课认真、积极参加讨论的学生适当加分，教师将学生的各种情况（包括出勤情况、作业情况等）记录在平时成绩手册上，作为期末给出学生平时成绩的依据。
对一般高校来说，专业基础课一般采用闭卷考试的方式进行考核。根据“信息论基础”课程概念多、公式多的特点可以采用半开卷的形式，即学生在考试时可以携带一张统一的A5 大小的纸张进入考场。这样，学生可以节省在考试前复习时死记硬背公式花的时间，更有利于学生系统的复习。据笔者了解，国内一些重点大学在一些课程的考试中早已采取了这种半开卷考试，有着成功的经验。
四、总结
本文根据“信息论基础”课程教学过程中存在的问题进行了教学改革探讨，结合教学实践，就处于主导地位的教师、处于主体地位的学生、类比教学法、教学方式以及考核方式等方面进行论述。教学改革是一件长期工程，应随着时代的进步不断探索与完善。在教学过程中，必须坚持以学生为本，师生互动的课堂气氛，提高学生的主观能动性，才能提高教学效果和质量，培养出新时代的专业型人才。
参考文献：
[1]傅祖芸.信息论-基础理论与应用[M].第三版.北京：电子科技出版社，2011.
[2]周荫清.信息论-基础[M].第三版.北京：北京航空大学出版社，2006.
[3]谢正光，章国安，蒋青.《信息论基础》教学改革的探讨与实践[J].重庆电力高升专科学校学报，2013，18（3）：15-18.
信息论基础范文第2篇
关键词：信息论基础；信息；教学方法；Matlab
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0161-02
一、引言
我们人类生活在信息的海洋之中，如古代的“烽火告警”。可以说，我们一时一刻都离不开接受信息、传递信息与利用信息。信息论围绕信息这一基本概念展开，是由通信技术与概率论、随机过程和数理统计相结合而逐步发展起来的一门学科。目前，信息论在通信、计算机、自动控制、生物学、语言学、统计学、社会学、物理等众多领域取得广泛的应用。
《信息论基础》是高等院校数学类信息与计算科学专业、通信类专业的核心课程，以香农（Shannon）经典信息论为主要学习对象，内容丰富、理论性强。课程开设的目的在于使学生掌握信息理论的相关概念与计算方法，了解信息论的研究目的与实际应用。通过本课程的学习，培养学生的创新思维，分析并解决相关问题。虽然信息科学涉及到众多学科，实用性比较强，但学生普遍反映不好学，学了也不知道如何用，学习过程比较被动，学习效果也不明显。因此，教师很有必要对《信息论基础》课程的教学方法进行思考、研究与探讨，以期提高教学质量，增强学生学习的主观能动性，掌握相关知识，达到学以致用。
二、教学改革方案
首先，根据《信息论基础》的教学内容，灵活采用多种教学方法。《信息论基础》理论性强，如果完全围绕课本，以板书为主要手段展开教学，会使得课堂氛围比较呆板，很难有效激发学生地学习兴趣。因此，课堂内容应该结合多媒体技术，应用相关计算软件进行教学。例如：绪论是整个课程的引入部分，涉及到信息的概念，信息论的研究对象、研究目的以及发展简史等，内容比较丰富。如果采用多媒体技术，认真制作课件，添加形象有趣的动画，丰富教学内容体现形式，不仅使整个绪论部分的框架脉络分明，而且可以展示目前关于信息论的实际应用，图文描绘出信息论发展史上相关学者的研究工作与意义，从而调动课堂气氛，极大提高学生学习的趣味性，让学生明白“学好了信息论我可以做什么”，学习的目标就比较明确。另外，相关计算软件的应用也有必要，可以借助Matlab、C之类的计算软件语言来计算《信息论基础》中的信息测度等，这样既有助于加强课程之间的融合巩固，也能通过学生自己动手编写语言进行计算，强化理论概念，从而提高教学内容的易理解性。例如：利用Matlab软件，实现熵的计算。简单例子：给出信源X的概率分布为P=[0.1，0.3，0.6]，试计算信源X的信息熵H（X）。编写如下语言：P=[0.1，0.3，0.6]；
for i=1：1：3
P（i）=-P（i）*log2（P（i））；
end；
H=sum（P）
很快得出H（X）=1.2955（比特/符号）。依此类推，可以编程实现联合熵、互信息等信息测度。进一步，在《信息论基础》编码这一块，可以要求学生编程实现霍夫曼（Huffman）码，培养学生的动手能力，使学生加深对编码的理解，更易于相关知识的掌握。
其次，《信息论基础》中涉及到的概念比较多，仅信源的信息测度就涉及到自信息I（x）、熵H（X）、联合熵H（X，Y）、条件熵H（X|Y）、相对熵D（p||q）、互信息I（X；Y）等，部分信息测度之间也具有相互关系，如熵的强可加性（熵的链法则）表明联合熵等于单个信源的熵与条件熵之和。因此，在课堂教学时，既要把单个知识点讲解清楚，又要系统地介绍知识点之间的关联。例如：解题时，涉及到熵、联合熵、条件熵都要计算的时候，利用强可加性，只要计算出其中的任意两个值即可，既节省计算时间，又保证计算正确性。另外，可以结合图表法进行讲解，如涉及到互信息I（X；Y）时，利用集合的表示方法，给出互信息与熵、联合熵、条件熵之间的关系：I（X；Y）=H（X）+H（Y）-H（X，Y）；
I（X；Y）=H（X）-H（X|Y）；
I（X；Y）=H（Y）-H（Y|X）。
因此，在涉及互信息具体计算的时候，可以提供四种解法：按互信息的定义求，按上面三个等式求。课堂教学时，给出一个具体例子，举一反三，加深学生对于互信息的掌握，进一步清楚熵与互信息之间的关系。同时，除了具体计算时可以用多种方法，在证明熵的性质时同样有不同的途径。比如证明条件熵H（X|Y）小于等于单个信源的熵H（X），以及联合熵H（X，Y）小于等于两个信源熵之和H（X）+H（Y）时，除了从定义出发，利用凸函数的性质以外，还可以利用互信息的非负性得到。因此，课堂教学时不仅要把各个知识点讲透，还要善于系统整合，具体例子讲解时尽可能做到举一反三，帮助学生建立比较清晰的知识网络。
再次，针对学生专业的特点和学习规律，努力做到因材施教。《信息论基础》课程一般设置在本科阶段第六学期（即三年级下学期）。虽然学生培养了一定的学习自主性和分析解决问题的能力，但不可否认学生对于课程的重视程度和学习热情存在明显下降。造成这一现象的客观原因是：这一时期大部分同学开始把精力倾注于考研、考证、考公等方面，为毕业后择业做准备；而主观原因则是：三年级学生学习热情不高，对所学课程往往抱着只要考试能过就行的心理，学习积极性大打折扣，在这样的情况下，要求学生课外做到充分的预习与复习比较困难。事实上，由于《信息论基础》课程理论性比较强，如果不付出相应的努力，学生学习理解起来相当不容易，久而久之，学生会发现课程越学越难，越难越不想学。为了避免陷入这样的恶性循环，提高学习的主动性，增强学生学习的趣味性就显得尤为重要。教师可以尝试从以下三个方面着手：（1）精心设计教学切入点。一个好的切入点能减少突兀感，自然引导学生的思路从过往的教学内容向新的知识点过渡，增加教学内容的连贯性，并帮助学生梳理所学的内容，增强条理性和关联性，帮助学生更容易的学习理解新的内容。（2）加强互动，调节课堂氛围。教学过程具有双向性，如果只是一味地讲解，忽略与学生之间的互动，那么教学就变质为灌输，教学质量很难提高。良好的课堂氛围有助于改善教学效果，教师要善于创设情境，积极鼓励学生互动参与，通过设置一些教学相关问题，引导学生积极思考，主动参与解决问题。（3）教师应加强与学生的沟通，就教学方式等征求学生的建议意见，并适时适当加以改进，创建适合学生的教学模式。强化实践环节，提高学生学习的兴趣。由于《信息论基础》理论性较强，因此有必要增设适当的实践内容，{整学习节奏，既培养学生的实际应用能力，又能避免学习过程过于枯燥，影响教学效果。例如：在学习“互信息”时，指导学生利用互信息建立复杂网络模型。众所周知，复杂网络无处不在，如Internet、WWW、基因调控网络等，因此建立网络模型具有实际意义。另一方面，互信息越大表明关系越强，那么可以根据互信息的大小来确定网络节点之间是否存在连接，连接的权重也可以根据互信息衡量，从而构造出网络模型，由此提高学习的趣味性与课程的实用性。
最后，丰富课程的考核形式。通常，《信息论基础》的考核方式以闭卷书面测试为主，这样做的好处在于能够比较全面完整地测试学生对于重要知识点的掌握程度，缺点在于容易陷入应试教学的桎梏，死记硬背相关知识点不利于灵活掌握。因此，有必要采取多样化的考核方式，打破以一场考试定优劣的僵化形式，合理引入“课程实践”、“创新报告”等考核环节，形成较为科学的综合考核体系。变“教师”为“导师”，根据理论教学内容分类拟定相关研究课题，由学生自主选择，查阅资料，分析并解决问题，以答辩、书面报告等形式提交研究成果，以此培养学生解决实际问题的能力，更好、更全面地反映学生对所学知识的掌握程度。
三、结语
《信息论基础》是一门重要的专业核心课程，理论性较强。除了丰富和完善教师自身的知识结构和能力水平外，本文分析了教学过程中常见的问题，从教学方法、考核形式等方面入手，探讨提升教学效果的方式途径。笔者经过数年的教学实践，教学质量明显提升，教学效果令人满意。
参考文献：
[1]韩贵春.关于“信息论基础”课程的教学探讨[J].课程教材改革，2014，（6）：73-74.
[2]陈燕燕.《信息论与编码技术》课程中平均互信息的教学探讨[J].教育教学论坛，2014，（28）：91-93.
信息论基础范文第3篇
关键词 信息论基础 交互式网络平台 Matlab
中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2016.03.025
Abstract According to the problem of teaching model in fundamentals of "information theory"， with the help of the model network and multimedia technology， the interactive network aided teaching platform system is build and used for this course. It shows that the teaching platform help the students to better understand the course in practices.
Key words Information Theory； interactive network aided teaching platform； Matlab
0 概述
“信息论基础”是高等院校信息类专业的非常重要的一门专业课。传统的信息论教学模式是以教师为中心呈现教学内容，注重于学习内容和学习方法的指导，解决教学中的重难点等。学生被动或机械地学习，学生的积极性没有充分调动起来。通过先进的网络通信技术，教学辅助网络平台可以将多媒体课件、课程试卷以及相关的参考资料集合在一起，为学生提供丰富的教学资源，促进教学的良性发展。
针对“信息论基础”这门课程理论性强的特点，建立高效的交互式网络辅助教学平台网站，交互式网络教学平台可以构建教师与学生的沟通桥梁，利用网络多媒体技术扩展课堂教学的范围，可以有效地减轻教师负担，同时为学生提供多维度的课程辅导。因此，充分利用校园网络资源，提高教学效率和质量，搭建和应用为“信息论基础”课程建设服务的网络化交互式辅助教学平台具有非常重要的现实意义。
1 交互式网络教学辅助平台的搭建和开发
交互式网络辅助教学平台网站利用网络的多种优势为课堂教学服务，提高了教学效率和质量。从技术实现层面上来看，目前有两种主流方式的网络教学平台，一种是商用网络教学平台，另一种是按各自应用需求研发出的网络教学平台。其中商用平台价格不菲，且存在接口不开放，很难进行二次扩展以适用后续教学要求；而自行开发的教学平台系统紧随本地教学需求，适用性强，且易于与其他教学系统互联互通，同时其开发成本低。
考虑到成本因素，同时综合与目前还存在诸多的其他的辅助教学平台的互连互通问题，而商业教学平台普遍缺乏二次开发接口，很难做后续升级开发。因此根据“信息论基础”的教学内容的特点，本项目平台采用自主开发模式，利用基于开源MVC框架结构-Struts的体系结构，该结构能够适应现代网络辅助教学特别是学生相对分散、客户机配置不统一、网络传输带宽受限的情况，成为目前网络辅助教学系统的首选。
本系统中对用户采用不同的权限控制，通过设置不同的用户权限，保证了信息的安全性，本系统中主要包括教师和学生两者权限。按照教学管理原则，将系统用户登录进行一定的分组管理，给每个用户授予不同的操作权限，保证数据的安全。该教学辅助平台采用模块化设计方法，用户对每个功能模块都有自己的访问权限，只有对某个功能模块具有访问权限的用户才能访问该模块。
另外系统具有良好的扩展性，平台后期还可以按照需求增加软件功能模块，极大地考虑了系统平台的兼容性。
2 “信息论基础”教学辅助平台功能以及扩展
根据信息论理论性较强的特点，以及课堂教学的安排，本系统在功能设置上包括以下几个方面：
2.1 课堂教学内容的强化
在本系统中，我们会将多媒体课件以及参考资料等电子资料在平台中展示，便于学生在线查看和下载，以帮助学生复习巩固所学知识。
由于“信息论基础”课程理论性较强，涉及较多的公式推导，我们充分发挥现代多媒体教学的优点，强化多媒体课件制作，大量应用多媒体动画，力求让学生更清晰了解教学内容。比如讲解霍夫曼编码的时候，我们制作了码树生成过程的动画，丰富多媒体的形象化表示方式，便于学生理解和接受。
为了开拓学生的知识视野，系统中也收集了国内外著名院校的信息论方面的开发课程资料，比如Thomas M.Cover 编著的Elements of Information Theory课程材料，通过这些原版的英文课程资料，让学生了解最新最权威的教学内容，也为部分准备出国留学深造的学生提前打好基础；同时系统平台也包含了相关课程的资料，比如现代通信的新技术等课程，由于“信息论基础”课程的理论较强的特点，借助目前学生能够接触到的通信新技术，将信息论的原理和实际的通信系统相结合的了解，这样便于学生将信息论中学到的基础理论与当今实际通信的发展相结合，更好地激发学生学习的积极性。
2.2 提供实践教学资源和软件运行环境
由于“信息论基础”课程的理论性较强，涉及的公式推导较多，我们借助较为成熟的计算机仿真工具可以帮助学生更好地理解。而由于学时有限，并没有开设相关的实践实验环节。因此，可以利用开发网络平台可以开展实验教学环节，有效地帮助学生理解相关信息论概念，同时通过仿真工具的使用，使学生的实践动手能力也得到了提高。
信息论基础范文第4篇
关键词：信息论基础 教学实践 教学改革
中图分类号：G633.67 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（b）-0200-01
1 《信息论基础》课程教学的现状
（1）虽然目前《信息论基础》课程都有配套的实验教学内容，但是大部分实验内容还都是在实验箱上进行的。一方面，实验室由于规模的限制，实验设备的台数不多，而招生规模却在不断扩大，学生的实验课时相对有限，所以大部分学生不能得到充分的实践练习和锻炼；另一方面，实验箱平台所支持的实验内容大都是演示性质的，并且实验项目基本固定学生只能得到对实际通信设备结构、原理的浅显认识，而对通信系统背后的真正工作原理，以及各设备之间的相互关联是片面和模糊的。
（2）近年来由于我国向信息化社会的转变，居于前沿的通信技术的发展日新月异，且其理论研究的发展大大超前于实际的市场需求。在这种大环境下，新的通信技术必然会被不断的引入大学信息论基础课程的教学中来，使课程教学的负担逐步加重。
上述两方面的问题直接影响了《信息论基础》课程的教学效果，教学环境的变化和教学内容的更新扩展都需要我们对教学思想和教学方法做出相应地变化，这在客观上要求我们教育工作者去冷静地思考，探索新的教学思路和方法。
2 软件仿真实验
目前，国内绕《信息论基础》教学的现状，对《信息论基础》的教学改革进行了多方面探索[1-2]，其中针对教学手段，提出了基于2种仿真软件SystemView和Matlab来辅助教学[3-4]。软件仿真技术正日益融入许多经典的专业基础课教学中，软件仿真实验内容灵活、设计性强，与基本理论相互补充，与硬件实验相互弥补。
但对于信息论基础课程来说，Matlab和SystemView都有不足之处。Matlab功能强大，集数值分析、矩阵运算、信号处理、图像显示等多种功能于一体，提供了一个高性能的科学计算环境，通用于多个领域，虽然有专用的通信函数库和工具箱，但本科生在使用这些函数搭建通信系统的过程中，经常碰到困难。一方面是因为Matlab的帮助文档是英文的，本科生对于英文的理解还存在很大困难。另一方面是因为学生在把理论知识转化为计算机语言时存在困难，这主要是关于这样的实践在教学过程中很少受到重视。
而SystemView是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真，能满足从信号处理、滤波设计到复杂的通信系统仿真等要求。虽然其操作简单，只需要拖动鼠标和输入一些模块参数，无需编写复杂的程序语言，就可看到仿真结果。但对于本科生来说，这样的仿真结果只是让他们看到信号参数的改变对实验现象的影响，却不知道仿真背后的原理和各个模块之间的联系，不能达到教学的真正目的。
3 基于C语言的软件仿真
针对这些仿真软件对于信息论基础教学存在的局限，本项目利用C语言可视化编程的强大功能，开发一套更适用于信息论基础教学的仿真软件。我们从功能上把该仿真软件分为三部分：信息论基础各章节基本知识辅助理解；搭建实际无线通信系统；最新科研成果展示。
在“信息论基础各章节基本知识”模块中主要包括离散信源的信息熵、平均互信息及平均条件互信息、信道容量及其一般计算方法、连续信源熵、等长信源编码、变长信源编码、错误概率和译码规则、有噪信道编码、信息率失真函数及其性质、霍夫曼编码、费诺编码、游程编码、差错控制、线性分组码、卷积码、联合信源信道编码等知识点。“搭建实际无线通信系统”模块将搭建多个无线通信系统，如COFDM系统仿真、卫星通信系统、数字基带通信系统、移动通信系统等。在软件设计中把原理框图和仿真框图一起在界面上给出来，对应的程序代码是开放的，这样不仅把通信系统的整体概念完整的展示出来，而且把信息论基础课程的各重要知识点联结起来；“最新科研成果展示”模块将教研室中教师们的科研成果展示出来，目前主要包括网络编码研究、无线传感器网络研究、GPS和北斗卫星导航定位技术研究、视频编码研究、光纤通信研究等方向。
4 将软件仿真应用于教与学中
这是很重要的实践环节，考验该仿真软件是否真正起到辅助作用。该仿真软件计划在三个方面辅助教与学。第一方面，教师在课堂授课过程中现场使用该仿真软件。教学内容中常常涉及信号的处理过程，传统的方法是通过画框图和数学公式将其表达出来，但若在课堂上使用该仿真软件，可动态仿真信号的处理过程，产生各种生动直观的信号波形和频谱图，不仅能够帮助学生理解信号处理的全过程，也能帮助他们理解相应数学公式的推导。第二方面，教师在备课过程中使用该仿真软件。教师在备课的时候经常遇到要验证教材中一些公式和图形，以及一些习题中的画图，这时教师可以灵活使用该仿真软件中相关的一些模块来帮助完成。第三方面，学生在课后使用该仿真软件。该软件的仿真框图和代码是开放的，学生可以在课后深入学习。老师也可以通过安排一些课程设计题目，让学生在模仿该软件的基础上，加入一些子模块，形成新的通信系统。
5 结语
本文创造性的研究开发基于C语言的辅助教学软件，在我校通信工程专业本科生《信息论基础》课程教学中取得了较好的教学效果。搭建的实际无线通信仿真系统，能够虚拟现实通信系统，帮助学生建立系统的概念，对通信系统有完整系统的认识；通过观察输出通信系统中各子模块的仿真结果，配合上老师的仔细讲解，帮助学生理解各个子模块之间的联系，从而达到不只看见“森林”，也看见“树木”，有效培养了学生的分析问题和解决问题能力，也提高了学生的学习积极性。
参考文献
[1] 张小峰，逢珊，邹海林.信息论与编码的教学改革探讨[J].计算机教育，2011（13）：11-14.
[2] 谢利民，郑百伟.现代教学基础理论[M].上海：上海教育出版社，2003.
[3] 曹雪虹.信息论与编码[M].北京：清华大学出版社，2003.
信息论基础范文第5篇
关键词：信息论 代数密码与编码 课程体系
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-2117（2014）20-00-01
数学学科下设立信息与计算科学专业，希望学生在学好数学基础课的前提下，进一步掌握信息学科的基础知识和先进理念，进而成为理论和应用两方面协同发展的新时代人才。在大三开设的信息专业基础课《信息论基础》和《代数编码与密码》，两门课程均具有理论性和应用性强的特点，且关系十分密切，表现为：①两门课程都是涉及数学和信息两大领域，体现了数学方法在信息科学领域的应用，目的是培养信息科学技术和产业领域受过良好训练的数学人才；②信息论基础课程主要介绍信息论的基本理论、基本方法等，是编码和密码的理论基石，而后者是信息论的主要应用；③由于信息领域的发展十分迅速，故课程知识更新速度快，特别是在信息处理技术方面；④这两门课程有部分内容相互重叠，课时量少，有限时间使学生学到更多知识和技能。
因此，如何将这两门课程进行有机整合，充分考虑它们的课程特点和联系，对教学内容进行改革，建立和完善信息论基础及应用的教学体系，无论是对该专业的课程体系建设，还是对该专业学生专业素质的培养，以及高素质创新人才的培养都是十分必要和有意义的。
1 课程体系建设与改革
通过制作课程的教学课件、配套的学习指导和实验，创新的提出专题讨论环节，开展实验活动，建设网络教学平台、设置专题讲座和专题讨论等，我们探索和改革了“信息论基础及应用”课程体系建设。
（1）将两门课程有机地合并成一个教学体系――信息论基础及应用，分两部分完成全部教学。《信息论基础及应用（上）――信息论基础》，主要完成信息论基础理论方面的讲授，《信息论基础及应用（下）――编码与密码》，主要介绍代数编码和密码的基础理论和方法。
（2）建设网络教学平台。在精品课程《信息论》的平台下，基于建设的需要，师生共建网络教学平台，增强师生互动交流。
（3）开设专题讲座。在学好数学基础课和信息专业课的前提下，围绕信息技术中与信息论关系密切的新技术、新理论，开设信息知识相关的专题讲座，让学生了解相关领域的最新动向，进而激发学习兴趣，促进学生对应用背景的理解。
（4）增设实验课程，切实提高学生实践能力。实验以C语言（包括C++）和MATLAB为主要编程工具，编写实现信息论基础及应用教学中涉及的相关内容。实验分为基础实验和高级实验两部分，高级实验部分以培养学生的综合素质为目的，例如，设计实现无失真数据压缩和有失真数据压缩的应用程序，卷积码的实现等。
（5）设计适当课时的专题讨论。设计适当课时的专题小组讨论（内容和形式可以具有灵活性），旨在促进学生更了解相关领域的最新动向，深入整合所学课程，并为毕业设计、继续深造或者就业提供指导。
2 教学改革成果特色和创新点
在该教学改革的探索中，我们重视现代教育方法、技术手段的应用，强化教学过程，增强师生交流。以素质教育为教育目标，积极进行教学改革。在河南大学“信息科学本科教学团队”和“信息与计算科学特色专业”的支撑下，主要进行了教学思想和内容，课程体系设置，教学方法和手段等方面的探讨和革新。改革成果具体如下特色：
2.1 教学思想和内容方面的成果特色――创新意识和科学研究相结合
采用启发式、讨论式、互动式的教学方法，重点培养学生的创新意识。采用板书和多媒体相结合的教学手段，兼顾逻辑和直观，且信息量大。指导高年级学生参与科学研究工作，激发了学生的学习兴趣，也为其自主创业提供了良好的条件。
2.2 教学课程体系设置方面的成果特色――理论和应用相结合
为了适应高校人才培养目标，将信息论基础理论部分和基于该理论的代数编码与密码进行整合。在打好学生数学基础的前提下，把信息科学方向最新的研究成果和高新技术融入教学过程中，充实其应用背景。
2.3 教学形式方面的成果特色――传统授课和网络平台相结合
围绕信息技术中与信息论相关的学术和科技动向，设计专题讨论、实验、小组学习等。并基于精品课程建设的需要，师生共建网络教学平台，增强师生互动交流。
3 结语
以上这些知识我们在教学过程和课程改革中的初步探索和实践。通过在我校范围内的试用，主要应用于本校数学与信息科学学院信息与计算科学专业，取得了比较理想的效果。依托数学学科的优势，加强信息科学方面和相应实践动手能力的培养，便于学生学以致用，有效地拓宽和提高了考研和就业面。改研究成果可供其他设置信息与计算科学专业的高校、教师借鉴，并有利于信息与计算科学专业规范的进一步完善。
（河南大学数学与信息科学学院，河南开封 475001）
参考文献：
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信息论基础范文第6篇
在电子专业硕士研究生教学中，信息论课程是必修基础理论课程，但由于其与数学联系密切、理论性强、内容抽象，导致学生缺乏学习兴趣和效率低下。为促进学生更好地掌握课程内容，笔者从课程的教学内容、教学方法与考核方式三方面进行一系列教学探索，提出“三个强化、三个联系、三个引入”的改革措施。实践结果表明，这些措施有效地改善了课程教学效果，提高了学生的学习积极性、知识掌握程度和应用知识解决实际问题的能力。
关键词：
信息论；研究生教学；教学改革
《信息论》是本校电子科学与工程学院电路与系统专业硕士研究生（学术型）的专业必修理论课程，也是一般高等院校通信与信息工程、计算机科学与技术、电子科学与技术等一级学科下相关专业的本科生、研究生的主修专业课程[1-5]。通过对本课程的学习，使学生掌握有关信息论的基本理论以及编码的理论、实现原理和具体应用。虽然人们在本科生的《信息论》教学改革方面做了一定的工作[6-9]，但其改革内容不符合电路与系统学科特点，更不符合研究生教学需要。笔者结合本学院学生基础、学校政策及本人近年来的教学实践，在学校研究生教学改革项目支持下，开展了本门课程的教学改革与实践。
一、课程特点
1.需要坚实的数学基础。该课程存在大量的公式推导与证明，与概率论、随机过程、近世代数等数学知识密切相关。若无扎实的数学基础，学生无法看懂推导过程，更无法从根本上理解信息论的数学意义及物理含义。
2.学生学习兴趣不高。由于电子专业硕士研究生的数学基础仅限于本科生学过的概率论与随机过程，对近世代数的了解几乎为零。学生面对繁杂、抽象的理论问题时，无法宏观地理解和把握，致使学生无法提高学习兴趣。
3.课程联系实际困难。课程抽象概念多、定理证明多，与实际应用有一定距离，且与其他课程联系较少。多数学生在学习过程中觉得内容枯燥、难度大，而且与将来就业方向联系较少。鉴于以上问题，为了激发学生学习的积极性和主动性，促进学生更好地掌握本门课程，笔者从课程的教学内容、教学方法与考核方式三方面入手，提出了教学改革的相应措施。
二、教学内容改革———三个强化
1.强化离散信息论的基础作用。信息论的主要内容是信源概念、信息度量方式及三个香农基本定理，相应的内容又分别面向连续信源与离散信源。二者的区别在于，连续信源/信道及相应的定理一般需要结合随机过程知识来学习，而离散信源/信道及相应的定理是建立在概率论、线性代数的基础上。从推导过程和公式形式来看，二者具有内在的统一性。这可从连续信源信息熵的推导过程看出：将连续信源进行离散化，变为离散信源后再利用离散信源信息熵的求解公式并求解极限得到。因此笔者重点强化了对离散信源、离散信道及其容量、无失真信源编码定理、无失真的信源编码的内容。这对学生进一步掌握连续信源、信道及相关问题奠定了基础。
2.强化信息论的现实物理意义。笔者从课程本源出发，让学生理解公式或定理蕴含的深刻物理含义，使理论结果可视化，概念直观化。例如，在讲解离散信源的极值性定理时，可提炼出如下物理含义：第一层含义是，当信源各取值的概率相等时，人们对信源取何值的不确定性最大，由于各信源服从等概率分布，信源的平均不确定性即为各事件的不确定性，因此信息熵也越大；第二层含义是，对于具有不同数量事件的两个信源，若二者同时满足等概率分布，则预测数量较多事件的信源的难度较大，因此该信源的信息熵也较大。
3.强化教学案例的实用性。在本次教学改革中，共自创或搜集教学案例11例，每个教学案例都与教材内容有关，将晦涩难懂的理论内容变为鲜活的例子，让学生去感受和体会案例中蕴含的问题，从而为更好地理解教学内容奠定基础。以引入的六个视频教学案例为例，该案例以美国国家航天局发射的新火星探测器为背景，讲解了信息如何传播、如何加密等问题。通过这部分教学案例的学习，学生深刻地认识到了信息论的价值与实践意义。
三、教学方法改革———三个联系
1.联系计算机仿真。笔者鼓励学生应用MATLAB中SIMULINK工具设计具体的通信系统模型，如基于开关键控或正交频分复用的射频通信系统。让学生看到实验现象的同时，更加深刻地体会信息的传递过程，了解信源、信宿、信道的构成，学习信源编码、信道编码、加密、信道译码、信源译码等信息处理过程，加强学生对信道容量、信息传输速率、误码率等概念的把握。笔者督促学生将上述问题作为课程设计的作业，使其结合信息论所学的知识，提炼出相关问题、建立模型，加以认真分析解决；再将提炼问题和解决问题的过程以及结论进行汇总，撰写成研究报告。这既巩固了学生的基础知识，又锻炼了学生运用计算机进行建模和仿真的能力。
2.联系工程实际。由于研究生日常的工作大多在实验室从事工程项目的研究或开发工作，若能将这些工作与信息论知识联系到一起，无论对信息论的学习还是科研都将起到促进作用。笔者首先开展了调查研究工作，统计了各个学生从事科研项目的情况，然后让学生结合课程知识，从信息获取、处理、传输、存储的角度去解释。例如，在讲述信息不增性原理时，笔者结合温度传感器的设计问题：将大气环境温度看成连续信源，将传感器系统看作信道，将显示终端看作信宿。因此，设计该系统的关键问题———如何设计传感器才能最大化地得到信息而不丢失信息？学生带着这个问题去思考，就可以真正地体会传感器中信息传递过程。
3.联系科学前沿。为鼓励学生大胆创新，笔者尝试将科学前沿技术引入信息论课程，例如，室内、外可见光通信技术。笔者结合自己近年来从事可见光通信研究的经历，向学生讲授了可见光通信系统的设计、研制、实验测试等一系列过程；然后结合信息论课程所学的知识，将其与研制的可见光通信系统联系在一起。笔者也鼓励学生探索与信息论相关的科学前沿问题，开展课堂讨论与课下交流。让学生查询保密学、光学信息论等方面的文献，详细阅读并做总结。然后，切实提出自己的想法，再予以验证，从而将学生所学知识真正地和科学前沿结合在一起。
四、考核方式改革———三个引入
该课程原来采取任课教师命题、纸质考试方式。其弊端在于，教师命题规律和出题形式规定，学生只要做一遍往年考试题目，就可得到较高的分数。虽然这种考核形式能在一定程度上反映出学生的知识水平，但却无法体现其学术水平和实践能力。为此，笔者在考核方式上做了三个引入的变化。
1.引入随堂能力测验。随堂能力测验是考查学生运用所学信息论知识分析解决实际问题的能力。由于采取随堂考试形式，因此，对学生课堂学习效率和前期积累提出了较高的要求。例如，在学习香农公式时，笔者考查了学生运用香农公式计算射频通信所需带宽的问题；在学习无失真的信源编码时，笔者考查了应用霍夫曼编码对离散信源进行编码的能力。该测验在总成绩中占10%的比例，从而激励学生很好地利用课堂来学习知识。
2.引入学术论文加分。提升学术水平是研究生教学的任务之一。笔者针对信息论教学中每章的重点问题，均设置开放性的论题供学生选择，让其查阅文献、资料，进行认真的设计、理论推导、计算机仿真、现场实验，并将其总结成文，然后以学术论文的形式提交。笔者根据学生在文中阐述的观点、论证的严密性、结论的正确性与普遍性等方面予以考核。学术论文在总成绩中占20%的比例，是本次教学改革的重点。
3.引入上机考试。往年的信息论期末考试中，题目是由任课老师自行拟定。由于种种原因，考试题目重复率高、知识点考查单一，这给学生突击考试并取得好成绩提供了可能。为此，笔者将期末教师出题测试改为上机随机抽题考试。笔者建立了试题库，题型包括：客观题（选择、判断）、主观题（概念、简答、计算、综合）。在本校计算机学院协助下，建成了信息论上机考试系统，学生登陆系统后，按照教师设定的题目数量和难度，随机抽取试题。上机考试的在总成绩中占据70%的比例，也是这次教学改革的重点。该考核方式经试运行后，效果良好。
五、结语
笔者根据电路与系统专业信息论课程的特点以及目前教学中存在的问题，从教学内容、教学方法及考核方式三个方面提出了相应的改革措施。通过本次的教学实践证明，采取的这些措施有效地改善了课程教学效果，提高了学生的学习积极性、知识掌握程度和应用知识解决实际问题的能力。
参考文献：
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信息论基础范文第7篇
关键词：信息论与编码 通信原理 课程 内容
一、课程的地位及相互关系
“信息论与编码”课程对数学理论要求较高，最初该课程仅被设置为研究生相关专业的必修课。随着信息技术的发展，编码技术已经得到广泛应用，这就要求电子信息类等专业的本科生应该具备一定的信息论基本理论及信源、信道编码理论和技术等方面的基本知识，为从事信息科学的研究和应用打下一个坚实的基础，因此，许多高校在本科教学中开设了“信息论与编码”课程。它是一门运用概率论与数理统计的方法研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、数据压缩等问题的应用数学学科，同时也是一门专业基础课程。
“通信原理”课程为通信与信息系统的专业基础课。该课程以现代通信系统为背景，系统、深入地介绍现代通信技术的基本原理，内容涵盖信号与随机信号分析、各种模拟调制和数字调制原理、多路复用原理、同步原理和通信网及交换技术等方面。通过本课程的学习，要求学生熟练掌握各种通信方法的基本原理、时/频谱分析及各种通信系统的性能衡量计算，为学生在后续的学习和科研实践中使用和研究通信领域的理论和方法打下基础。
河北农业大学信息学院的电子信息科学与技术专业的“信息论与编码”和“通信原理”两门课程分别开设在本科生的二年级下学期和三年级上学期，把这两门课前后衔接起来安排的主要原因是考虑到这两门课程之间的内在联系。
二、“信息论与编码”课程融合了许多“通信原理”的内容
首先，我们列出2007年电子工业出版社出版的由陈运编写的“信息论与编码”［2］的各章内容。该书为普通高等教育“十一五”部级规划教材，具体内容如下：第1章、概论；第2章、信源熵；第3章、信道容量；第4章、信息率失真函数；第5章、信源编码（5.2连续信源编码）；第6章、信道编码（6.2线性分组码；6.3循环码；6.4卷积码）；第7章、密码体制的安全性测度。
为了比较，下面再列出2001年国防工业出版社出版的由樊昌信主编的“通信原理”［1］各章的内容，该教材是全国高等学校通信和信息工程教学指导委员会编审、推荐出版的一本部级重点教材，曾获电子工业部优秀教材特等奖、国家教委优秀教材奖。具体内容如下：第1章、绪论（1.4信息及其度量）；第2章、随机信号分析；第3章、信道（3.10信道容量的概念）；第4章、模拟调制系统；第5章、数字基带传输系统；第6章、正弦载波数字调制系统；第7章、模拟信号的数字传输；第8章、数字信号的最佳接受；第9章、差错控制编码；第10章、正交编码与伪随机序列；第11章、同步原理；第12章、通信网。
三、“信息论与编码”和“通信原理”讲授课时的分配
从上面的对比中，可以看到“信息论与编码”和“通信原理”两门课程的内容有很多重叠的部分。从直观上来说，虽然在课程安排的顺序上考虑到了两门课程内容的内在联系，但是由于学生对“信息论与编码”掌握得不扎实，另外是因为两个学期间间隔一个暑假，学生会忘记“信息论与编码”中的很多内容，从而给“通信原理”的学习带来困难，所以，在讲述“通信原理”前，对前期课程进行复习是必要的。比如熵的计算，“信息论与编码”课程中整个第2章的内容都是在讲信源熵，重点阐述离散无记忆信源的信息量、熵等概念及计算方法和熵之间的相互关系，再由离散无记忆信源推广到有记忆信源，最后引入到连续信源理论，从而减小对随机过程等知识的依赖。在“通信原理”课程中，只是在第1章第4小节中介绍了离散信源熵这部分内容，讲授时作简单重复性介绍即可，只需半个学时。对于信道容量这部分内容，“信息论与编码”课程放在第3章讲解，侧重讲离散信道的信道容量，分别从单符号和多符号两方面描述离散信道的信道容量。“通信原理”课程在第3章的最后一小节中涉及了信道容量的概念，分别讨论了离散信道和连续信道的信道容量，由于在前期课程“信息论与编码”已经提到了离散信道的信道容量，所以重点讲解连续信道的信道容量，也就是著名的香农公式，需用1个学时。“信息论与编码”课程中第5章讲解的是信源编码的内容，5.2小节是连续信源编码，主要讨论的是脉冲编码调制，即PCM。“通信原理”课程是在第7章的第5小节涉及了PCM，所以只做简单回顾即可。“信息论与编码”中第6章信道编码与“通信原理”第9章差错控制编码内容基本一致，因为分组码和卷积码是两种基本而又重要的码，不仅在工程上具有广泛用途，也是学习理解其他编码技术的基础。因此对该课的复习不能只是机械地重复一下学过的概念和理论，还要做相当的练习，这也需要花费一定的时间。按以往的做法，一般采用6学时左右的时间来复习。由于两者在很多概念上是类似的，所以，并行地处理可以做到在概念和观点上两者互相分享，而又能更好地把注意力放在它们之间的相似点和不同点上。这样做提高了学生的学习兴趣，受到了学生的好评。
四、实验环节
实验教学环节中，同样要根据“信息论与编码”和“通信原理”这两个课程相互融合的特点，对实验的内容进行统一的合理安排。我院对“信息论与编码”这门课没有安排实验，“通信原理”安排的是16学时的实验。其中实验5（抽样定理与PAM通信系统实验）和实验6（PCM脉冲编译码实验）涉及两门课程的重叠部分，所以在实验过程中可以把两个实验安排在一起重点讲解，原来的实验是属于验证性实验，由于经过前期课程的学习使学生有了理论的基础，我们可以把实验改为设计性实验，内容为PAM实验教学系统与抽样定理的小课题设计，这样既加深了学生对于理论知识的理解和运用，又培养了学生分析问题和解决问题的能力。
五、结语
本文讨论了信息类本科生开设“信息论与编码”和“通信原理”课程的必要性，分析了本科生学习该两门课程面临的问题，并探讨了两门课程教学内容整合的安排。通过对“信息论与编码”和“通信原理”两门课程内容讲授的整合，一方面使学习者了解到两门课程的内在联系和关系，另一方面也为具有存在相似性质的课程讲授提供了有益的探索思路。
参考文献：
［1］樊昌信，张甫翊，徐炳祥等.通信原理（第五版）［M］.北京：国防工业出社，2001.
信息论基础范文第8篇
1（略）
2教学内容的改革
2.1基础知识的纵向关联信息论本身是一门源于数学的学科，其中所含的定理和结论以严格的数学作为依据，利用数学的语言来描述和解决工程化的问题，比如说信息的度量可以作为研究非线性的工具，涉及了大量的推导和证明。因此在信息论的学习之前，必定涉及大量的先修知识：高等数学、概率论和随机过程、线性代数、数字信号处理、通信原理等[2]。部分学生对这些先修课程掌握的不够好就会影响信息论课程的学习。另外，部分先修课程在本科阶段讲授的内容还不足以用来理解信息论中的一些内容，例如对多变量的联合典型序列的理解。调查显示，上述先修知识要求是学生在学习中觉得困难的首要原因。这要求教师在先修课程的相关内容上进行基础知识和方法的引入，例如在信道容量的计算中，可先阐述高等数学中拉格朗日乘子法求条件极值以及数值计算中，采用交替极小化的思想进行的迭代算法，由理论算法自然过渡到工程应用中去，不仅简单明了，而且能帮助学生对多门课程进行更好的融合理解。此外，在讲授未接触过的知识之前，可以考虑从实际应用的例子出发，引导学生对原理的思考。比如在数据的压缩传输中，以音频数据为例，由多种压缩方式所得的不同格式的效果和数据量大小引入对数据的压缩传输的理论介绍，使学生自然接受新知识并激发探索的兴趣。
2.2应用内容的横向拓展从1949年仙农的《通信的数学理论》一文发表至今，信息论作为一门独立的学科一直在不断地发展[3]，理论基础上的应用更是层出不穷，除了经典理论的讲授之外，信息论的教学应适当引入横向知识的介绍。例如在通信编码的安全问题讨论中，可引入密码学的方面的研究介绍，其中的许多度量性指标，如加密运算中的完全性、剩余度等指标与信息量密切相关。现今密码学已经成为信息安全的研究主体，对信息专业的学生而言有较大的研究与应用空间。在统计理论中，从线性问题向非线性问题转化的过程中，交互信息与传统的相互关系数的作用可进行对比讨论，此外，信息论方法在人工智能方向多种算法中有重要作用，特别对信息统计，数据挖掘等领域的发展有重要意义。又例如，人们发现仙农熵、柯尔莫各洛夫复杂度与豪斯道夫维数都是某种事物复杂性的度量，由于仙农熵、柯尔莫各洛夫与豪斯道夫位数的等价性在理论上已经得到证明，从而使信息论、计算机科学与分形理论都找到了它们的汇合点。它们在一定条件下可以相互等价转化。由这三种度量分别产生了信息论、计算机程序复杂度与分形理论，在本质上有共同之处。它们结合后所产生的新兴学科方向具有跨学科的特点，如算法信息论就是信息论与计算复杂性理论融合的新学科[4]。就信息论的发展而言，信息论是一门“大学科”，涵盖范围广，涉及的专业领域多、内容多样，无论是就业还是继续深造，对本科生而言都有很重要的意义，通过信息论的几个典型应用技术方向的介绍，让学生根据不同的信息技术方向并结合自己的兴趣，作进一步的努力，获取更深更广的知识。
3教学组织形式的改革
在对教学组织形式的研究中，笔者比较国内外“信息论”课程教学在课程设置、教学方法、课程实验及对学生的评价标准等方面的区别，总结发现目前国内外名校在该门课程上更趋向于应用性、开放性与差异性的教学模式。参照麻省理工学院信息论开放课程[EB/OL]，发现他们的理论课的时间不到总课时的1/3，其余时间用于课堂讨论，小组课题研究，实验开发与设计，他们的考核成绩一般包括课堂表现(15%)，习题解答(30%)，期中测试(15%)，期末考试(30%)和授课教师的个人评语(10%)[5]。同时结合哈佛大学“圆桌课堂”的教学方式，将课程分成多个专题，在围绕专题进行理论基础阐述的基础上，让学生围绕专题从各个领域来举例、讨论，这样的教学在原有理论的基础上拓展了很大范围，具有较强的开放性，学生学习也有了更多的自主性。此外，还加强了对课程的实验要求，在对已有算法的验证性实验基础上，引导学生进行综合性、仿真性实验的设计。比如对无失真和限失真信源编码、二进制信道和高斯信道容量的计算进行实验验证，甚至在压缩编码和信息安全方面自行设计一些实验，在学会使用Matlab、SystemView等仿真软件的基础上，应用VisualC、C++等程序语言进行开发性试验，以提高学生独立思维和动手能力。
4小结
信息论基础范文第9篇
【基金项目】中国石油大学（华东）2010年校级重点教学改革项目：通信工程专业课程软硬件一体化教学模式研究与实践（基金编号JY-A201007）。
【关键词】信息论 培养方案 教学内容 教学方法
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）03-0241-02
在2010年教育部制定的《高等学校电子信息科学与工程类本科指导性专业规范（试行）》中，《信息论》课程被规定为通信工程专业基础知识体系之一[1]。该课程是通信工程专业的一门核心专业基础课程，目前几乎所有高校的通信工程专业本科都开设了该课程。
信息论主要目的是提高通信系统的可靠性、有效性和安全性，以达到系统的最优化。本课程的教学任务是使学生获得有关信息的基本知识及信道传输信息的基本理论，为学生今后可能从事广义的信息系统设计提供一定的理论基础及方向性指导[2]。
该课程理论性强、涉及众多学科、概念抽象、需要广泛的数学基础，是一门“难教”、“难学”、“难考”的课程。目前，教学中普遍存在一些问题，如：课堂教学以讲授基本概念和理论为主，忽略了理论在相关通信技术中的广泛应用，使得学生对课程的重要性认识不足；长期采用“填鸭式”教学模式，学生易形成依赖性的思维方式，缺乏学习兴趣与动力；缺乏实践、互动环节，造成理论与实际脱节等等[3]。
为了解决上述问题，达到教学规范的培养目标，适应行业对人才的需求，配合我校“通信专业课程软硬件一体化教学模式研究与实践”的教学改革项目的进行，我们课程教研组进行了以培养具有扎实理论基础和创新精神人才为目的的教学体系改革。在培养方案、教学方法、教学内容等方面进行了探索和实践，并取得了初步成效。
1.培养方案的调整
作为通信工程专业重要的专业基础课，在国内重点院校的本科培养计划中，一般是将该课程安排在大二下学期或者大三上学期。这样安排的好处是，该门课程所要用到的数学类课程如线性代数、概率论与数理统计、随机过程等刚结束，学生对数学知识较熟悉，对信息论中复杂的公式和繁琐的数学证明，掌握起来相对容易；教师授课时对数学知识的回顾较少，提高了教学效率。但这样的安排也使学生在学习信息论课程时，还未接触通信原理、无线通信、移动通信、光纤通信等专业基础课和专业课，对具体的通信系统的组成、功能的原理和应用一无所知，学生普遍反映在信息论课程学习过程中感到概念抽象，“看不见、摸不着、理解不了”，因此对课程中的分析方法和基本理论不能很好的理解和应用，这严重影响了学生的学习热情和教学效果。
对此，我们在培养计划的制定上进行了创新性的改革，从2007级起将信息论课程安排在大四上学期开设，从2013级起计划将其安排在大三下学期开设。经过三年的教学实践，通过对通信工程专业270名本科生进行“信息论”教学调查，结果表明：有一半以上的学生表明学习其他专业基础课和专业课，对理解如信源熵、信道容量、编码速率等这些抽象概念和香农三大定理的本质和意义有很大帮助；有200名左右的学生认为学习信息论这门课有助于认识通信的本质，对专业基础课和专业课的学习有巨大的理论指导意义；几乎所有的学生都认为这门课很重要。显然，问卷结果表明，我们对培养计划的调整是适应该课程的特点，符合人的认识规律的，有助于提高学生的学习兴趣和教学效果。
2.教学内容改革
信息论是一门理论性和应用性很强的学科，其研究内容已广泛的应用于多媒体技术、网络技术、无线电通信技术、信息安全等领域。通信工程专业信息论课程的理论框架侧重于经典的香农信息论，主要讲授通信系统的一般模型、信息的度量、信源编码、信道容量、信道编码等内容。
由于信息论课程涉及的内容多、纵向内容深、外延广、应用性强，40学时的理论课教学无法全面讲解信息论经典知识内容，必须本着重基础、重实践、顺应行业发展和市场需求的指导思想，合理整合和规划教学内容[4]。
2.1教学内容密切联系实际
在将信息的基本概念和度量计算方法传授给学生的同时，还必须努力培养学生对专业的兴趣，拓宽专业知识视野。因此，在教学内容的选择上一定要将基本理论与实际应用紧密联系。
在当今高度信息化时代，只要涉及到信息的存储、传输和处理就要用到香农的三大定理，涉及到信源压缩与信道编码技术。在授课中内容中可简单介绍常用的压缩格式和算法如：MP3音频格式、CIF视频格式、LZW压缩算法等。MP3是MPEG-1压缩标准中的第3层，是一种针对数字音频的有损压缩格式，按照这部分标准做成的硬件就称为“MP3”，MP3格式的音频文件回放音质与最初的不压缩音频相比没有明显的下降，而文件被压缩，利于传输和存储。可计算一下CIF视频格式的码率352*288像素/帧*8bit/像素*3*25帧/秒=60825600b/s。这样学生充分认识到在实际应用中信源压缩对于信息的存储和传输的重要性，理解了这是提高通信有效性的前提。
2.2与其他课程广泛联系、有机融合
信息论课程的外延很广，因此，教学内容中要突出和强调本课程与其他专业课（如卫星通信、多媒体技术、互联网技术等）联系与融合，这样，课程与课程之间不再是离散的信息孤岛，而是有框架组织和脉络调理的信息树[5]。
例如，在讲授限失真信源编码内容的，要注意强调在通信原理中讲授的脉冲编码调制的内容。同时，也可以用卫星通信中卫星视频转发器为例，过去电视转发器中一路模拟电视信号一般占用一个转发器带宽。采用数字压缩技术后，在一个转发器带宽内可传送多套数字电视节目（4～10套）。这是因为一路普通的数字电视信号，采用码率为3/4卷积码和RS码级联编码、升余弦平方根滤波和QPSK调制后，占用带宽约为5.1MHZ，约占1个转发器带宽（如转发器带宽为36MHZ）的1/7，这样极大地节省了转发器带宽资源[6]。
通过这种特意的引导，学生不知不觉中把不同课程的知识融会贯通，理解了信息论作为通信的基本理论对其他通信技术的理论指导意义和应用价值，学生的反馈信息表明这极大地提高了学生的学习热情；教师也反映这有助于端正学生的学习态度，优化教学效果。
3.教学方法探索
埃德加・富尔在被誉为当代教育思想发展中的一个里程碑的《学会生存》一书中指出：教育既有培养创造精神的力量，也有压抑创造精神的力量，这说明了教学方法改革的重要性。
3.1教师引导、学生参与有机结合
必须改变传统信息论教学方法中，教师“讲”，学生“听”，学生被动跟着教师走的局面。结合信息论课程的特点，对于基本概念和理论的学习，可以以教师引导为主，但必须认识到学生才是教育的主体，教育的目的是为了让学生学会如何思考。
参与式教学法是能够有效贯彻理论与实践相结合教学原则，体现学生主体性的教学方法，它能够引导学生以信息论基本理论为基础，围绕实际问题应用所学理论展开对学习讨论。在参与式教学实践中，应当注意在选取问题时尽量选用较新的、应用广泛的技术；积极参与的学生可获得平时成绩的额外加分，并计入最后总评成绩。
例如，在循环码的教学中，我们让学生在课下查阅CD唱片中差错控制机制，理解RS码的作用，推荐一到两名学生在课程上详细讲解一下其工作原理，然后教师进行点评和补充。在信道编码内容结束后，教师先简单介绍一下密码编码内容，可让学生先查阅DES和RSA两种算法的资料，在课堂上就其安全性进行分组讨论。最后，师生共同总结出这两种算法不是“绝对安全”，当量子计算机出现时，两种加密算法都能在有效的时间内被破解，必须使用量子加密算法来保证密码编码的绝对安全性。
实践结果表明，这样的授课方法不仅活跃了课堂气氛，发挥了学生的自主学习精神；更重要的是培养了学生获取知识的能力和探索精神，掌握了科学的方法和思维方式，培养了科学素养。
3.2把握课程特点，精心组织教学
信息论是从数学的角度研究通信中的信息存储、传输、处理的一门科学，所有理论都是在一定的数学模型上实现，因此概念抽象、数学推导复杂。传统的教学方法是，先给出数学模型，然后推导定理和推论，最后用一两个例子验证结论。但长期的教学实践表明，这种教学方法完全不符合人的认知习惯，使学生难以理解，失去信心。
为此，首先给出具体例子，由例子得出一般模型，然后在模型基础上推导出定理和推论[7]，最后用例子验证结论，即从“具体”到“抽象”再到“具体”，这符合人的认知习惯。例如，在讲解信源熵的概念时，我们先给出一个常用的摸球的例子，一个布袋内放100个球，80个红球，20个白球，随机摸一个球，猜测其颜色，求平均摸一次球所能获得信息量。x1，x2分别表示事件：摸出的球是红球和摸出的球是白球；p（x1），p（x2）分别表示，摸一次球，红球和白球出现的概率；随机摸取n次后（每次摸出一个球后放回袋中），总共获得的信息量为：np（x1）I（x1）+np（x2）I（x2），其中I（x1），I（x2）为摸一次球，结果分别是红球和白球所获得的信息量；这个可以得到平均随机摸一次球所获得的信息量为：H（X）=[np（x1）I（x1）+np（x2）I（x2）]=p（xi）I（xi）。由此，可以顺理成章的引出熵的定义式；并且从该例中可以看出，信息熵是从平均意义上来表征信源的总体特性的一个量，它表征信源的平均不确定性[8]。
通过这样的精心组织教学，通俗易懂、水到渠成地让学生理解了抽象概念的物理意义，并且印象深刻，受到学生的广泛好评。
4.结语
本文针对信息论课程的特点和目前教学中普遍存在的问题，在培养方案、教学内容、教学方法等方面做了积极的探索，提出了可行的方案，并进行了教学实践。
通过在中国石油大学（华东）计算机与通信工程学院的通信工程专业2007-2009级1、2、3班共270人进行的教学实践，从反馈结果来看，这三届学生的信息论课程理论考试成绩比上3届学生的平均分分别提高了4.52分、3.96分、6.78分；有200人左右认为教学内容安排合理、信息丰富、与实际应用联系紧密；有220人左右认为该课程教学效果好，对该课程很感兴趣；有80人左右认为该课程的学习对今后从事相关的研究工作是有帮助的。
这说明信息论课程教学改革和实践取得了初步的成效，其中的一些方法和思路对其他课程的教学改革具有一定借鉴价值，值得推广。当然，这次信息论课程教学改革的探索和实践才刚刚开始，今后还要在教学模式、实验教学、考核方式等方面进行深入的探索，以取得更好的教学效果，培养出适合信息时代需求的专业型人才。
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作者简介：
李莉，女，讲师，研究方向为计算机网络与通信技术、低压电力线载波通信技术。
信息论基础范文第10篇
关键词：教学模式；信息论与编码；教学方法
一、课程的重要性
信息论与编码是信息、通信、电子工程类专业与计算机科学与技术专业的一门重要的专业课，是广大信息类专业的本科生和科技人员需要掌握的基础知识。该课程对通信建设、网络安全建设和信息安全建设都具有重要的指导意义。
二、面临的情况
1. 学生的学习情况
很多学生认为这门课的学习与社会实践脱节，对今后要从事的工作不起作用。还有些学生认为，该课程内容为纯粹的理论研究，搞科学研究的人才需要学习此课程。因此，学生头脑中就形成了信息论就是“无用论”和“研究论”的概念。
2. 信息论与编码课程的特点和存在的问题
（1）涉及大量基础课程。信息论与编码课程涉及大量的数学知识和通信理论知识。数学知识本身概念抽象、理论性强，对于非数学专业的学生来说，他们对复杂的数学证明和逻辑推理感到抽象和枯燥，难以接受，易形成畏难情绪。而数学专业的学生由于没有掌握一些通信等方面的基础专业知识，因此他们觉得知识结合生硬，容易失去学习兴趣。
（2）教材的编写不能体现实际应用。信息论与编码的教材通常先引入各种定义，然后提出性质、定理，回到“定义、定理、例题、练习”的数学逻辑模式，没有合适的引入和应用，也没有结合计算机进行的数值试验。这样，课堂就发展成数学课堂的教学模式，使整个课堂陷入乏味难懂的局面。
总体来讲，庞大复杂的数学理论枯燥乏味，课堂上的纯理论教学使学生脱离实践，没有体现出知识的应用价值。这些问题导致学生对信息论与编码的学习丧失动力和兴趣。本文提出一些建议：激发兴趣，明确主线，巩固数学基础，实施“2+1”教学模式。
三、改革措施
1. 利用生活实例，注重激发学生的学习兴趣
教师在教授本课程时要强调课程的重要性。理性上，人类社会的存在、发展无时无刻都与信息息息相关。感性上，通过具体实例让学生体会信息论的重要性。比如，在讲编码理论时，教师可以结合一些影视资料里的莫尔斯电码来讲解，让学生有感性的认识。这样的讲解能激发学生的好奇心，提高学生的学习兴趣。
2. 理论教学改革措施
（1）明确信息论与编码课程的知识体系。信息论与编码的结构体系明确了，学生在头脑中就弄清了大致的知识脉络。第一，把握了知识的全局性，知道了该课程所学的内容；第二，把握了知识的层次性，了解了该课程的知识结构及知识的内在联系；第三，明确了该课程的应用范围、学习目的及学习的必要性。
（2）学好数学相关理论。信息论与编码课程涉及大量的数学知识，从而加大了该课程的学习难度。因此，学生有必要先学习一些相关的数学理论知识。教师讲解该课程时应分配一定的学时，让学生系统地巩固这些数学知识。虽然一般大学都开设了以上公共的数学课程，但教师在讲解该课程时，有必要有针对性地加深学生对这些数学知识的印象。一方面可以巩固学生的数学基础知识；另一方面也便于该课程的教学，使课程掌握程度牢固一些。
（3）理清通信理论知识和数学知识的关系，授课时侧重点明确。鉴于信息论与编码课程的特点，教师应适当调整信息论知识与编码知识的教学课时比例。鉴于实际情况，教师应向编码理论知识教学倾斜。笔者建议学时分配比例为1：2，即信息论所用学时与编码所用学时为1：2，做到信息论知识讲精炼，编码知识讲深入、透彻。另外，为了达到一定的效果，适当地穿插期中考试，以阶段性地检查学生的学习效果，达到警示学生的目的。同时，教师也可以反思前一阶段的教学经验，作为后一阶段教学的借鉴。
3. 注重实验教学
信息论与编码的学科特点决定了它是一门来源实践并指导实践的课程，因此有必要设计一些实验课。实验具有直观性和验证性的特点，通过实验，学生从抽象中回到具体，一方面能增强学生的学习动力，另一方面也能提高学生的动手实践能力。教师要设计由易到难阶梯式的实验项目，引导、鼓励学生一级级攻克。但实验内容必须精选和优化，首先有验证性实验，其次是设计性实验，最后是综合性实验。
四、结语
本文总结了信息论与编码课程的教学经验，提出激发兴趣，明确主线，巩固数学基础，实施“2+1”教学模式的见解。经过实践，这些教学方法起到了提高教学效果的作用。
参考文献：
[1]曹雪虹，张宗橙.信息论与编码（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2009.
[2]向良军，刘东华，雷菁.信息论与编码系列课程教学研究[J].电气电子教学，2012（6）.