摘 要 文章分析了在高等院校信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)開設(shè)“信息論與編碼”實(shí)驗(yàn)課程的必要性，以及該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合筆者的教學(xué)心得，提出了該課程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面應(yīng)注意的事項(xiàng)和一些見解與方法。

關(guān)鍵詞 信息論與編碼 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 課程特點(diǎn)

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Discussion on Experimental Teaching of "Information and Coding Theory"

YAN Shanjun

（Xuzhou Institute of technology， Xuzhou， Jiangsu 221008）

Abstract This paper analyzes the necessity of setting up the "information and coding theory" experiment course in the major of information and computation science in college， as well as the present teaching situation of this curriculum. Unifies teaching experience， the author puts forward some matters which should be paid attention to in the course of experimental teaching and some ideas and methods

Key words information and coding theory； teaching situation； course characteristics

0 引言

20世紀(jì)40年代末，美國著名的工程師Shannon先后在《貝爾系統(tǒng)技術(shù)》學(xué)報(bào)上發(fā)表了影響深遠(yuǎn)的論著《通信的數(shù)學(xué)原理》和《噪聲下的通信》，揭示了信息在傳輸中的基本規(guī)律，標(biāo)志著信息科學(xué)成為一門單獨(dú)的學(xué)科而成立了，因此Shannon被稱為是“信息論之父”。通常所講的俠義的信息論主要是指以他的三大編碼定律（無失真信源編碼定理、信道編碼定理、限失真信源編碼定理）為基礎(chǔ)的信息論，它是一門應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法來研究信息處理和信息傳遞的科學(xué)，研究存在于通訊和控制系統(tǒng)中普遍存在著的信息傳遞的共同規(guī)律，以及如何提高各信息傳輸系統(tǒng)的有效性和可靠性的一門通訊理論課程。

在當(dāng)前信息化的時(shí)代，人們的日常生活幾乎時(shí)刻都與信息有關(guān)，信息對我們來講越來越重要，因而對信息論的學(xué)習(xí)和認(rèn)識便越來越受到人們的重視。目前，信息論與編碼課程已被越來越多的高校指定為信息類專業(yè)的專業(yè)必修課程，國內(nèi)近年來在數(shù)學(xué)學(xué)科下，開設(shè)了“信息與計(jì)算科學(xué)”專業(yè)，該專業(yè)的開辦順應(yīng)了當(dāng)代信息科技對數(shù)學(xué)日益增長的需要，同時(shí)也為數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生更好地了解、應(yīng)用和發(fā)展信息科學(xué)提供了良好的條件，信息論與編碼課程自然成為了信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的專業(yè)必修課程。而對于其中的實(shí)驗(yàn)課程，它是學(xué)生更好地認(rèn)識和感知信息的重要橋梁，因而學(xué)生對這一塊的學(xué)習(xí)也顯得尤為重要。

1 信息論與編碼實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

信息論與編碼課程中學(xué)生普遍反映的問題是，概念抽象、理論性較強(qiáng)、應(yīng)有的預(yù)備知識較多等，這些特點(diǎn)為該課程在本科生階段的教學(xué)帶來了較大的難度，僅僅從理論上跟學(xué)生講述信息論的一些概念和定理，學(xué)生往往很難能夠深入地理解和掌握。為此，在教學(xué)中讓學(xué)生通過做一些必要的實(shí)驗(yàn)來更好地理解和掌握相關(guān)的內(nèi)容便顯得尤為必要，同時(shí)實(shí)驗(yàn)課的進(jìn)行也能激發(fā)學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)興趣，便于學(xué)生更好地把握信息論與編碼課程，從而達(dá)到更好的深化課堂教學(xué)的效果。

近些年來，為了適應(yīng)開展大學(xué)生數(shù)學(xué)建模等競賽的需要，不少的高校都開設(shè)了數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，尤其是在信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)，還專門開設(shè)了數(shù)學(xué)建模的課程，其中主要選取MATLAB、MATHEMATIC 等數(shù)學(xué)軟件作為實(shí)驗(yàn)平臺。與傳統(tǒng)的利用C語言編程實(shí)現(xiàn)相比較，要簡單了許多，為信息論與編碼實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)與實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)條件。目前針對信息論與編碼課程開設(shè)的實(shí)驗(yàn)類型主要有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（如：Shannon編碼、Huffman編碼等）和綜合性實(shí)驗(yàn)（如：設(shè)計(jì)一個線性碼的編碼器等）兩類，前者一般只要具有較好的編程能力和對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有一定的理解，一般都能通過在計(jì)算機(jī)上編程實(shí)現(xiàn)而強(qiáng)化對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握和認(rèn)識。而對于后一類實(shí)驗(yàn)而言，就需要學(xué)生具有一定的分析和解決實(shí)際問題的能力了，對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ筝^高一些。目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以組為單位展開，每組3～5個人，從以往的教學(xué)效果上看，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)編程，基本都能達(dá)到掌握所學(xué)知識，鍛煉動手能力的效果，但由于學(xué)生的個人能力、學(xué)習(xí)的態(tài)度等因素的不同，導(dǎo)致有些學(xué)生做起來吃力，而有些學(xué)生又感覺過于簡單，為此，設(shè)計(jì)出一些適合不同層次學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，已成為當(dāng)前信息論與編碼課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必然要求。

2 信息論與編碼實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)

2.1 實(shí)驗(yàn)前做好充分的準(zhǔn)備工作

這里的準(zhǔn)備工作既包括教師的備課，還包含學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作。對于學(xué)生而言，只有在做實(shí)驗(yàn)前明確自己所做的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并對實(shí)驗(yàn)過程有一個初步的計(jì)劃，這樣才能在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)，把實(shí)驗(yàn)做好！反之，若實(shí)驗(yàn)課之前沒有任何準(zhǔn)本，而直接去做實(shí)驗(yàn)，短短的兩個課時(shí)往往是手忙腳亂地趕過來，不要說思路不夠成熟，甚至有個別同學(xué)連實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)都搞不清楚。如果自己對數(shù)學(xué)軟件掌握的再不夠熟練的話，實(shí)驗(yàn)課的效果就可想而知了。所以，實(shí)驗(yàn)前做好充分的準(zhǔn)備工作對于上好一次實(shí)驗(yàn)課非常重要，不僅對于教師，而且對于學(xué)生更為重要。而所要做的準(zhǔn)備工作主要有：理解實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，規(guī)劃好實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟。例如：在香農(nóng)編碼實(shí)驗(yàn)中，首先要求同學(xué)理解香農(nóng)編碼方法的思想和過程，然后對于給定的信源，明確香農(nóng)編碼的目標(biāo)，就是給出香農(nóng)碼來，同時(shí)給出香農(nóng)碼的編碼效率來，然后對于如何利用什么編程語言編程，以及分幾步進(jìn)行編程來實(shí)現(xiàn)等，都要有一個充分的準(zhǔn)備。另外，對所用的編程語言要有一定的掌握，對于編程語言掌握得不太好的同學(xué)，要求最好帶上相應(yīng)的參考書，以備隨時(shí)查閱。

2.2 不同的學(xué)生給予不同的實(shí)驗(yàn)要求

在每屆的學(xué)生中，總有實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?qiáng)的同學(xué)，能很快將程序編出并實(shí)現(xiàn)，也有實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ畹耐瑢W(xué)，僅僅是用編程語言實(shí)現(xiàn)就是一個大難題，針對這種情況，對全班同學(xué)都做同樣的實(shí)驗(yàn)要求顯然是不合適的。為此，對能力不同的學(xué)生給出不同的實(shí)驗(yàn)要求，即分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將會很好地調(diào)動學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性，比如：對于實(shí)驗(yàn)?zāi)芰懿?，編程都成問題的同學(xué)，直接讓其編程是不現(xiàn)實(shí)的，這時(shí)就給他一個現(xiàn)成的程序，只不過其中在關(guān)鍵點(diǎn)都故意設(shè)置了一些語法等錯誤信息，讓其一邊理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，一邊拿著參考書去調(diào)試程序，程序調(diào)好的，其對實(shí)驗(yàn)的理解也基本上就很透徹了，這樣既理解和感觸實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，又鍛煉和提高了自己的編程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。而對于編程能力較高的同學(xué)，給他們提出更高一些的要求，比如：在霍夫曼編碼實(shí)驗(yàn)中，若有同學(xué)很快將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編程完成后，便鼓勵其設(shè)計(jì)一個可視化的實(shí)現(xiàn)界面，使得對于不同的信源，只要將信源信息輸入，便能很快出編碼結(jié)果，而且還能將編好碼的相關(guān)性能都同時(shí)給出來。這樣不僅使得同學(xué)對該實(shí)驗(yàn)?zāi)苡懈钊氲睦斫夂驼莆?，還能夠提高這些同學(xué)的優(yōu)越感和成就感，有利于激發(fā)同學(xué)對實(shí)驗(yàn)課的興趣。

2.3 實(shí)驗(yàn)考試需嚴(yán)肅認(rèn)真

對于實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，大家都可以從別人那里輕易地復(fù)制到，如果考核不嚴(yán)肅，將很容易導(dǎo)致同學(xué)之間的抄襲事件發(fā)生，以至于對實(shí)驗(yàn)課敷衍了事。所以對實(shí)驗(yàn)考試一定要嚴(yán)格把關(guān)，有時(shí)間的話，最好能讓每個學(xué)生分別講解一下自己對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和對實(shí)驗(yàn)編程實(shí)現(xiàn)的思路。這樣能促使學(xué)生沉下心來，腳踏實(shí)地地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

3 結(jié)語

近幾年來，本校在信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)堅(jiān)持開設(shè)了信息論與編碼實(shí)驗(yàn)課程，通過近幾年的上課情況看，學(xué)生的基礎(chǔ)參差不齊，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Τ霈F(xiàn)較大差異。因此在上課的過程中，不管是教師還是學(xué)生都要做好充分的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，在實(shí)驗(yàn)過程中，對實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ煌耐瑢W(xué)給予分層次的實(shí)驗(yàn)要求，而在考試時(shí)要嚴(yán)肅認(rèn)真，達(dá)到既深入理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，又提高實(shí)驗(yàn)興趣的目的。

基金項(xiàng)目：徐州工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心專項(xiàng)建設(shè)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目、科研資助項(xiàng)目（XKY2011203）

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