曹靜

摘要：本文敘述了信息論這門課程的重要地位及目前的教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，并給出了教學(xué)改革的一些方法，對信息與計(jì)算科學(xué)人才的培養(yǎng)有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)；信息論；教學(xué)改進(jìn)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0056-02

一、課程的地位

1998年教育部頒布的新的高等學(xué)校專業(yè)目錄中，將信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)列為一個(gè)新的數(shù)學(xué)類專業(yè)。該專業(yè)是以信息處理和科學(xué)與工程計(jì)算為背景的，由信息科學(xué)、計(jì)算科學(xué)、運(yùn)籌與控制科學(xué)等交叉滲透而形成的一個(gè)新的理科專業(yè)。信息科學(xué)是研究信息的產(chǎn)生、獲取、度量、變換、傳輸、處理、識別及其應(yīng)用的一門學(xué)科。信息科學(xué)由信息論、控制論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、仿生學(xué)、系統(tǒng)工程與人工智能等學(xué)科互相滲透、互相結(jié)合而形成的。通過前面的介紹，《信息論》課程是信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)非常重要的專業(yè)課。因此，該課程建設(shè)的好壞，直接影響到學(xué)生對信息科學(xué)的掌握程度，并且對信息與計(jì)算科學(xué)這個(gè)專業(yè)的培養(yǎng)質(zhì)量也有一定的影響。

二、課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.教材的問題。信息論是人們在長期通信實(shí)踐活動中，由通信技術(shù)與概率論、隨機(jī)過程、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等學(xué)科相結(jié)合而逐步發(fā)展起來的一門新興交叉學(xué)科。目前，信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的信息論教材主要有兩個(gè)方面的問題：①由于它源于通信，一直以來，都是在通信專業(yè)開設(shè)的一門課程，所以，目前的教材里涉及的通信專業(yè)知識較多，學(xué)生又沒學(xué)過，就理解不了。②信息論中所用的數(shù)學(xué)知識比較多，特別是概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)，隨機(jī)過程。大部分教材所用的數(shù)學(xué)符號及其表示方法太抽象，對于一般院校的本科生，學(xué)起來比較難。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的問題。通過幾年來信息論課程的教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在的主要問題是：大部分學(xué)生認(rèn)為該門課程難學(xué)和不重要。信息論與編碼課程本身是高校中信息與通信工程學(xué)科一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，他們在開設(shè)這門課之前，要開設(shè)許多相關(guān)的課程，如信號與系統(tǒng)、數(shù)字電路基礎(chǔ)、數(shù)字信號處理和通信原理等課程，所以，通信專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)該門課程的過程中，應(yīng)該比較好接受和理解。而信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的學(xué)生，根本沒有學(xué)習(xí)過上述這些相關(guān)課程，并且現(xiàn)在的大多數(shù)教材涉及的通信專業(yè)的知識又較多，所以，學(xué)生就理解不了，自然就沒有學(xué)習(xí)的興趣，感到很難學(xué)。此外，學(xué)生也感覺到這門課程顯然沒有以前學(xué)過的那些專業(yè)基礎(chǔ)課重要，如數(shù)學(xué)分析、高等代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)值分析等課程。并且，考研也沒有幾個(gè)院?？夹畔⒄?，所以，大部分學(xué)生都認(rèn)為它不重要，不予以重視，也不會花很多精力學(xué)習(xí)該門課程。

三、教學(xué)改進(jìn)

1.引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識信息論。學(xué)生覺得通信工程專業(yè)開設(shè)信息論課程理所應(yīng)當(dāng)，我們信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)為什么也開設(shè)此門課程？我每次在上第一節(jié)課的時(shí)候，就首先講解這個(gè)問題，讓學(xué)生認(rèn)為信息論也是非常重要的一門專業(yè)課。自從1948年，香農(nóng)奠基性的文章《通信的數(shù)學(xué)理論》發(fā)表以來，蘇聯(lián)和美國的科學(xué)家采取了不同的研究途徑進(jìn)一步發(fā)展了信息論。在蘇聯(lián)以辛欽、柯爾莫哥洛夫、賓斯基和達(dá)布魯新為主要代表人物的一批著名數(shù)學(xué)家致力于信息論的公理化體系和更一般更抽象的數(shù)學(xué)模型，對信息論的基本定理給出了更為普遍的結(jié)果，為信息論發(fā)展成數(shù)學(xué)的一個(gè)分支作出了貢獻(xiàn)。而在美國則是由一批數(shù)學(xué)修養(yǎng)很高的工程技術(shù)人員致力于信息有效處理和可靠傳輸?shù)目蓪?shí)現(xiàn)性，為信息論轉(zhuǎn)化為信息技術(shù)作出了貢獻(xiàn)。信息論的形成是這兩部分人共同努力的結(jié)果。兩部分人研究的是一個(gè)領(lǐng)域的不同方面，這種情況從信息論的產(chǎn)生開始一直保持到現(xiàn)在。通過上面的講解學(xué)生就可以認(rèn)識到在信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)開設(shè)信息論課程是非常必要的，研究的側(cè)重點(diǎn)不同。此外，讓學(xué)生認(rèn)識到信息論的應(yīng)用也是十分廣泛的，增加學(xué)習(xí)的興趣。熵是信息論中非常重要的一個(gè)概念，它可以用來衡量一個(gè)系統(tǒng)所包含的不確定性的大小。數(shù)理金融學(xué)中的風(fēng)險(xiǎn)度量是一個(gè)重要研究課題，無論是針對損失還是收益，風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)出的是一種不確定性，這也就是風(fēng)險(xiǎn)的本質(zhì)，與熵的本質(zhì)不謀而合，所以，熵在風(fēng)險(xiǎn)度量中用的非常多。此外，熵還在醫(yī)學(xué)，物理學(xué)等都有應(yīng)用。信息論中的編碼理論也是廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。如電報(bào)常用的莫爾斯碼就是按信息論的基本編碼原則設(shè)計(jì)出來的，又如在國內(nèi)外，從超級市場、百貨公司或藥店購來的商品上面都有一個(gè)標(biāo)簽，這些標(biāo)簽就是利用條形碼設(shè)計(jì)出來的。信息論除了上面的應(yīng)用外，人們也試圖把信息論應(yīng)用于心理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理科學(xué)等社會科學(xué)各領(lǐng)域。

2.注重理論聯(lián)系實(shí)際。雖然信息論是一門通信實(shí)踐的科學(xué)，教學(xué)內(nèi)容主要是講信息的存儲、傳輸、處理等方面的問題，但它在現(xiàn)實(shí)生活中有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值，能很好地指導(dǎo)生活實(shí)際。在教學(xué)過程中，注重理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)學(xué)生的理解。如在講條件熵時(shí)，我舉了天氣預(yù)報(bào)這個(gè)例子。對于明天的天氣情況和天氣預(yù)報(bào)可分別用隨機(jī)變量X，Y表示，H（X|Y）就表示在知道天氣預(yù)報(bào)的情況下，第二天的天氣情況還剩下的不確定性的大小。又如在講有失真的信源編碼時(shí)，由于人的眼睛具有一定的判斷能力，所以有時(shí)我們不需要完全的看到一個(gè)熟人的臉，只要看到這個(gè)人的背影就可以認(rèn)出來?？傊?，在講課程中一些概念時(shí)，都可以列舉一些實(shí)例，幫助學(xué)生對概念的理解，又可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

3.讓學(xué)生參與教學(xué)。傳統(tǒng)的教學(xué)方式是以教師為中心，而學(xué)生則是接受灌輸?shù)谋粍尤后w。對于信息論這門課程本身就比較難學(xué)，如果在上課的過程中老師一味的講解，對學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程可能起不到很好的促進(jìn)的作用，應(yīng)該讓學(xué)生也參與進(jìn)來。如在講信源熵這章時(shí)，我給學(xué)生布置了兩個(gè)任務(wù)：一是由于熵的應(yīng)用是非常廣泛的，所以讓學(xué)生課下去查資料，了解熵都在哪個(gè)方面有應(yīng)用。二是這章的課后有一個(gè)天平秤球的問題，假設(shè)有12個(gè)球，其中一個(gè)球重量與其他球不同，其他11個(gè)均等重，設(shè)計(jì)一種方法，只用3次天平就能找出這個(gè)不等重的球。要求學(xué)生找出設(shè)計(jì)方案。然后，就專門用一次課的時(shí)間解決這兩個(gè)問題，學(xué)生積極的態(tài)度還是很讓我意外的。此外，在講信道容量時(shí)，求解信道容量實(shí)質(zhì)就是一個(gè)有約束的最優(yōu)化問題，學(xué)生已學(xué)習(xí)過最優(yōu)化這門課程，所以就安排學(xué)生探索求解方法。通過讓學(xué)生參與教學(xué)，提高了學(xué)生查資料的能力，研究的能力和學(xué)習(xí)的興趣。

4.教材的選擇。正確選擇一本適合的教材是至關(guān)重要的，它不僅影響到教學(xué)內(nèi)容的選擇，也影響學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)效果。我校使用的是葉中行編寫的信息論教材，這本教材對信息論涉及的內(nèi)容進(jìn)行了精選，并將信息論研究的傳統(tǒng)方法與現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法相結(jié)合并貫穿始終，同時(shí)注意理論與應(yīng)用的結(jié)合。在教學(xué)中，主要還參考了傅祖蕓編寫的《信息論——基礎(chǔ)理論與應(yīng)用》，這本教材是通信專業(yè)用的，它里邊的內(nèi)容概念等都講的非常詳細(xì)，很容易理解。

本文主要討論了《信息論》這門課程的重要地位及目前的教學(xué)現(xiàn)狀，最后給出教學(xué)改進(jìn)的方法?？傊?，在信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)開設(shè)《信息論》這門課程是一個(gè)系統(tǒng)而又復(fù)雜的工程，需要所有老師共同的努力，探索出更好的教學(xué)方法，培養(yǎng)出更多的適合當(dāng)今信息時(shí)代的人才。

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