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关键词：信息理论与编码;教学内容;教学方法
一、研究背景
随着信息技术蓬勃发展，信息安全显得尤为重要。大到国家发展需要，小到个人隐私需求，信息安全日益成为一个国家核心竞争力的重要保证。信息理论与编码是“信息安全”课程群中的核心课程，主要面向电子信息以及通信类专业的学生。作为编码的理论基础，该门课程论述了编解码理论与方法在网络技术、无线通信技术、数字电视技术等领域的广泛应用。因此，充分了解该课程相关理论，学习和掌握相关知识对于信息工程类的学生来说尤为必要。
二、课程特点与常见问题
（一）课程枯燥
该门课程主要利用概率论、随机过程、数理统计等数学方法来定量研究通信过程中如何有效、可靠、安全地进行信息的编码、传输、获取等。课程内容抽象、理论深、公式多，导致学生理解不够深入、学习主动性相对不高。此外，学生对于前期所学知识记忆已经模糊，任课老师如果只采取“填鸭式”满堂灌的教学方式进行授课，会引起学生的反感情绪以及畏难心理，导致学生无法掌握该课程中相应的理论知识以及物理概念，使得教学效果大打折扣。
（二）缺乏实践
本课程主要以理论授课为主，需要让学生掌握香农三大定理即无失真信源编码、限失真信源编码以及信道编码的基本原理、方法和应用，了解信息熵、互信息、信道容量以及信息率失真函数的物理含义。但是在实际教学过程中，许多高校对于该门课程都是以理论授课为主，缺乏信息处理的实验操作或仿真模拟等情境教学。导致学生对基本概念的理解能力较差，实际动手能力较弱。此外，有些学生在学习过程中过于关注数学计算过程，不能很好地理解每个公式所代表的物理含义，缺乏灵活应变的思维能力。这势必会影响最终的教学质量和教学效果。
（三）教学过程设计不合理
信息理论与编码作为信息工程类专业的一门核心课程，需要任课教师充分了解通信原理、数学基础理论、信号与系统等方面的知识。还要求教师具备一定的理论分析能力、抽象思维能力和逻辑归纳能力，充分将通信系统的一些概念与本课程紧密结合。
但从目前的教学现状来看，仍然存在教学安排不合理的情况。信息理论与编码作为一门理论性较强的课程，在教学内容设计过程中结合多媒体课件的优势，可以有效地在少学时的情况下输出更多的信息量。但是如果在教学内容设计时只将书本知识进行展示，无知识点的凝练与总结，也不能和其他课程进行有效结合。对于学生来说，抬头看黑板与低头看教材无任何区别，学生很难将前后内容进行融会贯通，这就导致学生学完本节课程，很快就忘了该知识点的内容。学生的学习兴趣不高，教学效果也不会好。
综上所述，如何提高该课程的教学效果和教学质量，让学生充分掌握该课程的基本原理与方法，是该课程需要探索的问题。结合该课程的特点，笔者对课程的建设提出如下的改进建议。
三、改革实践
（一）优化教学内容
信息理论与编码是一门结合通信技术、随机过程等多个技术领域的课程，具有内容多、公式多、原理多、知识点多等特点。如何在有限的授课时间内，向学生清晰准确地传授所有的知识点，是任课老师在教学过程中所必须重视的问题。因此，教学内容的侧重和取舍，教学重点的突出以及学科最新的前沿动态，都需要任课老师进行充分的设计与准备，才能有效丰富实际教学过程。
由于目前信息的存储、传输、处理等技术通常采用数字处理方法，模拟信号的需求已大大降低。因此作为通信的基本理论，在安排信息理论与编码课程时可以根据当今形式的发展需要选取教学侧重点。在教学内容设计时，以离散信源和离散信道为主，研究离散信源熵、信道容量以及编码规则。适当地减少连续信源、连续信道等相关内容，或者选择让学生进行课后自学。
认真备好上课的多媒体课件，不照本宣科，对知识点进行凝练，通过例题和图像来形象地阐述基本原理、基本概念。与其他学科相融合，通过学科之间的共通性进一步说明学习本门课程的重要性。比方说课程开篇在介绍信息、信号与消息的概念与区别时，可以结合点对点通信系统模型进行阐述。消息是指信息的载体，具有不同的形式，如语言、文字、图片、数据等，能够被人的器官所感知的称之为消息。而在通信系统中，信号是指适合信道传输的物理量;信号是消息的运载工具，可以测量、显示和描述，如电压、声压等。因此，他们之间的关系是：信号携带消息，消息包含信息。那么对通信系统来说，信源是产生消息的部分，而消息需要通过一定的变换转换成信号才能够在信道中进行传输。因此信号在信道传输过程中传递的是消息，通过消息的传递，我们才能够在接收端获得信息。通过将理论概念和通信系统模型充分联系起来，加深学生的理解。也让学生充分了解学科之间的关联性，调动学生的学习积极性。
（二）改進教学方法
该课程涉及大量的理论证明和公式推导。所以在课时有限的情况下，合理安排和设计教学过程，有效且生动地向学生系统介绍信息理论与编码的基本原理和方法是提升教学质量的关键所在。
1.教学环节优化
板书教学具有逻辑性强、利于教师掌控和调节教学节奏等优点，但是这种授课方式表现形式单一，板书时间较长，展示的信息量较小。而多媒体教学具表现能力强，输出信息量多的优点，可以有效节约板书时间，生动形象地向学生展示教学内容。
因此，在课程教学过程中可以优化教学内容，采用多媒体教学与板书教学相结合的形式进行授课。涉及理论性强、难度大的基础知识，采用板书辅以多媒体课件的方式进行教学，以便于学生跟上老师的思维，更好的理解理论过程;涉及物理量定义的介绍、各种的编码方法分类以及通信实现过程等采用以多媒体课件展示为主的方式进行授课。利用案例、视频等多种形式，刺激学生的感官，使得教学内容变得更加生动有趣。通过这种取长补短的教学方式可以有效提高教学效率，优化教学环节，使学生更加投入学习，教学效果也会更好。 2.启发式讲解
信息理论与编码作为一门不断发展的课程，需要授课教师结合课程的实际内容，有意识的引导学生扩展知识结构。在课堂上，通过不断抛出各种与教学内容相关的问题，引导学生带着问题去学习，不断地激发学生的学习兴趣，培养学生善于思考的能力。比方说，在证明最大离散熵定理时，可以通过边讲边引导的方式，带领学生利用自然对数的性质以及高等数学中常用的不等式来证明离散信源熵的极值性。而在这种证明过程的启发下，鼓励学生利用别的方法证明最大离散熵定理。引导学生主动学习，将之前所学的高数知识融入本门课程，也加深学生对抽象理论知识的认识和理解。
3.课程总结
信息理论与编码的知识点较多，但是课时有限，如果教师采取满堂灌的方式进行授课，学生很难跟上课程进度。此外，很多学生都是课上听听，课后就忘，或者课后不复习，再上课就不晓得上次课程的授课内容。因此，在一块知识点讲解完后，授课老师可以进行小结。在完成本节知识点的讲解后，根据板书或者多媒体课件的教学形式进行适当的总结，加深学生的记忆，引发学生主动思考与总结，进而带入下一个教学内容。此外，在教学过程中，还可以设计一些互动环节，比如在这块知识点讲解完后，可由学生进行总结。通过这样的方式，教师一方面可以很好地掌握学生的学习进度，通过学生的反馈情况及时调整教学计划和教学方法;另一方面也能够增加学生的参与感，培养学生归纳总结能力。
4.结合实际案例，进行专题讨论
随着信息科学的快速发展，编码技术也在不断革新。因此，作为一门不断发展、不断深化的学科，授课教师在教学活动中应不断更新课程内容，结合实际应用案例讲解学科的最新成果和发展趋势，比如介绍霍夫曼编码原理时，可以讲解其在图像压缩方面的应用;介绍信源编码原理与应用时，可以结合当前广泛使用的音频、视频编码进行分析。通过讲解编码技术在实际生活的广泛应用，充分调动学生的学习兴趣，以便学生能够对所学内容有更深层次的理解。
此外，在知识点讲解完后，授课教师可以布置相关课题，安排学生调研该技术在实际生活中有哪方面的应用。安排学生分组查阅、搜集相关文献与资料，并撰写调研报告，完成资料的概括、总结与分析。然后通过PPT汇报的形式，在课堂上加以介绍、讨论与交流。通过课题讨论的形式，充分调动学生的积极性和主动性，培养学生团队合作意识以及解决问题的能力。
（三）理论与实践相结合
本课程中涉及大量公式、定理的证明需要经过复杂的数学推导才能更好地理解，所以课程内容往往比较抽象。因此，在教学过程中有意识地将理论知识与实际应用有机结合，不仅能帮助学生扩展知识，更好的理解各种公式所代表的物理含义，也有利于激发学生的学习兴趣，提高教学效果。
近些年来，许多高校开始将数学建模类比赛作为衡量一名学生综合素质的重要指标，为了满足這一需求，许多高校都开设了Matlab软件仿真实训。该软件可对矩阵和向量进行灵活处理，实现动态建模和仿真。而信息理论与编码课程中涉及了大量的矩阵运算，如信道容量、率失真函数的计算，语音信号、图像信号压缩编码的仿真等。利用Matlab对理论概念进行实验仿真非常适合课程自身的特点。
在本门课程中可以安排的仿真实验有很多，本着由简单到复杂的原则，前期可设计一些简单的模拟仿真，例如，利用Mtalab软件计算离散信源的熵、平均互信息、信道容量和率失真函数。通过这些简单的操作，带领学生更好地了解本课程中涉及的各个物理量的概念与性质。中期设计仿真建模，基于所给的资料对通信系统中的信源、信道构建数学模型，完成从理论到实践的初步过渡。基于前面的结果，后期设计一个数字通信系统，实现利用不同的编码方法，将一幅图像或者音频进行编码、传输以及接收，最终实现数据的恢复。通过上述的仿真建模实训，能够让学生对如何提高通信系统的性能有着更加直观的理解。将理论和仿真融会贯通，有效的模拟仿真过程也能够弥补理论教学的不足。
四、总结
信息理论与编码面向新兴的信息与计算科学，在国家的信息产业和国防事业中具有举足轻重的地位。学生在学好理论知识的同时，了解和掌握相关技术的基础知识和发展趋势也是十分必要的。本文总结了信息理论与编码课程的教学现状，探讨了在教学中存在的一些问题，并针对这些问题提出了教学方法的改革与建议。但如何有效地运用多样化的教学手段与教学方法，充分调动学生学习的积极性，仍需要任课教师们不断地探索与实践。
一、研究背景
随着信息技术蓬勃发展，信息安全显得尤为重要。大到国家发展需要，小到个人隐私需求，信息安全日益成为一个国家核心竞争力的重要保证。信息理论与编码是“信息安全”课程群中的核心课程，主要面向电子信息以及通信类专业的学生。作为编码的理论基础，该门课程论述了编解码理论与方法在网络技术、无线通信技术、数字电视技术等领域的广泛应用。因此，充分了解该课程相关理论，学习和掌握相关知识对于信息工程类的学生来说尤为必要。
二、课程特点与常见问题
（一）课程枯燥
该门课程主要利用概率论、随机过程、数理统计等数学方法来定量研究通信过程中如何有效、可靠、安全地进行信息的编码、传输、获取等。课程内容抽象、理论深、公式多，导致学生理解不够深入、学习主动性相对不高。此外，学生对于前期所学知识记忆已经模糊，任课老师如果只采取“填鸭式”满堂灌的教学方式进行授课，会引起学生的反感情绪以及畏难心理，导致学生无法掌握该课程中相应的理论知识以及物理概念，使得教学效果大打折扣。
（二）缺乏实践
本课程主要以理论授课为主，需要让学生掌握香农三大定理即无失真信源编码、限失真信源编码以及信道编码的基本原理、方法和应用，了解信息熵、互信息、信道容量以及信息率失真函数的物理含义。但是在实际教学过程中，许多高校对于该门课程都是以理论授课为主，缺乏信息处理的实验操作或仿真模拟等情境教学。导致学生对基本概念的理解能力较差，实际动手能力较弱。此外，有些学生在学习过程中过于关注数学计算过程，不能很好地理解每个公式所代表的物理含义，缺乏灵活应变的思维能力。这势必会影响最终的教学质量和教学效果。
（三）教学过程设计不合理
信息理论与编码作为信息工程类专业的一门核心课程，需要任课教师充分了解通信原理、数学基础理论、信号与系统等方面的知识。还要求教师具备一定的理论分析能力、抽象思维能力和逻辑归纳能力，充分将通信系统的一些概念与本课程紧密结合。
但从目前的教学现状来看，仍然存在教学安排不合理的情况。信息理论与编码作为一门理论性较强的课程，在教学内容设计过程中结合多媒体课件的优势，可以有效地在少学时的情况下输出更多的信息量。但是如果在教学内容设计时只将书本知识进行展示，无知识点的凝练与总结，也不能和其他课程进行有效结合。对于学生来说，抬头看黑板与低头看教材无任何区别，学生很难将前后内容进行融会贯通，这就导致学生学完本节课程，很快就忘了该知识点的内容。学生的学习兴趣不高，教学效果也不会好。
综上所述，如何提高该课程的教学效果和教学质量，让学生充分掌握该课程的基本原理与方法，是该课程需要探索的问题。结合该课程的特点，笔者对课程的建设提出如下的改进建议。
三、改革实践
（一）优化教学内容
信息理论与编码是一门结合通信技术、随机过程等多个技术领域的课程，具有内容多、公式多、原理多、知识点多等特点。如何在有限的授课时间内，向学生清晰准确地传授所有的知识点，是任课老师在教学过程中所必须重视的问题。因此，教学内容的侧重和取舍，教学重点的突出以及学科最新的前沿动态，都需要任课老师进行充分的设计与准备，才能有效丰富实际教学过程。
由于目前信息的存储、传输、处理等技术通常采用数字处理方法，模拟信号的需求已大大降低。因此作为通信的基本理论，在安排信息理论与编码课程时可以根据当今形式的发展需要选取教学侧重点。在教学内容设计时，以离散信源和离散信道为主，研究离散信源熵、信道容量以及编码规则。适当地减少连续信源、连续信道等相关内容，或者选择让学生进行课后自学。
认真备好上课的多媒体课件，不照本宣科，对知识点进行凝练，通过例题和图像来形象地阐述基本原理、基本概念。与其他学科相融合，通过学科之间的共通性进一步说明学习本门课程的重要性。比方说课程开篇在介绍信息、信号与消息的概念与区别时，可以结合点对点通信系统模型进行阐述。消息是指信息的载体，具有不同的形式，如语言、文字、图片、数据等，能够被人的器官所感知的称之为消息。而在通信系统中，信号是指适合信道传输的物理量;信号是消息的运载工具，可以测量、显示和描述，如电压、声压等。因此，他们之间的关系是：信号携带消息，消息包含信息。那么对通信系统来说，信源是产生消息的部分，而消息需要通过一定的变换转换成信号才能够在信道中进行传输。因此信号在信道传输过程中传递的是消息，通过消息的传递，我们才能够在接收端获得信息。通过将理论概念和通信系统模型充分联系起来，加深学生的理解。也让学生充分了解学科之间的关联性，调动学生的学习积极性。
（二）改進教学方法
该课程涉及大量的理论证明和公式推导。所以在课时有限的情况下，合理安排和设计教学过程，有效且生动地向学生系统介绍信息理论与编码的基本原理和方法是提升教学质量的关键所在。
1.教学环节优化
板书教学具有逻辑性强、利于教师掌控和调节教学节奏等优点，但是这种授课方式表现形式单一，板书时间较长，展示的信息量较小。而多媒体教学具表现能力强，输出信息量多的优点，可以有效节约板书时间，生动形象地向学生展示教学内容。
因此，在课程教学过程中可以优化教学内容，采用多媒体教学与板书教学相结合的形式进行授课。涉及理论性强、难度大的基础知识，采用板书辅以多媒体课件的方式进行教学，以便于学生跟上老师的思维，更好的理解理论过程;涉及物理量定义的介绍、各种的编码方法分类以及通信实现过程等采用以多媒体课件展示为主的方式进行授课。利用案例、视频等多种形式，刺激学生的感官，使得教学内容变得更加生动有趣。通过这种取长补短的教学方式可以有效提高教学效率，优化教学环节，使学生更加投入学习，教学效果也会更好。 2.启发式讲解
信息理论与编码作为一门不断发展的课程，需要授课教师结合课程的实际内容，有意识的引导学生扩展知识结构。在课堂上，通过不断抛出各种与教学内容相关的问题，引导学生带着问题去学习，不断地激发学生的学习兴趣，培养学生善于思考的能力。比方说，在证明最大离散熵定理时，可以通过边讲边引导的方式，带领学生利用自然对数的性质以及高等数学中常用的不等式来证明离散信源熵的极值性。而在这种证明过程的启发下，鼓励学生利用别的方法证明最大离散熵定理。引导学生主动学习，将之前所学的高数知识融入本门课程，也加深学生对抽象理论知识的认识和理解。
3.课程总结
信息理论与编码的知识点较多，但是课时有限，如果教师采取满堂灌的方式进行授课，学生很难跟上课程进度。此外，很多学生都是课上听听，课后就忘，或者课后不复习，再上课就不晓得上次课程的授课内容。因此，在一块知识点讲解完后，授课老师可以进行小结。在完成本节知识点的讲解后，根据板书或者多媒体课件的教学形式进行适当的总结，加深学生的记忆，引发学生主动思考与总结，进而带入下一个教学内容。此外，在教学过程中，还可以设计一些互动环节，比如在这块知识点讲解完后，可由学生进行总结。通过这样的方式，教师一方面可以很好地掌握学生的学习进度，通过学生的反馈情况及时调整教学计划和教学方法;另一方面也能够增加学生的参与感，培养学生归纳总结能力。
4.结合实际案例，进行专题讨论
随着信息科学的快速发展，编码技术也在不断革新。因此，作为一门不断发展、不断深化的学科，授课教师在教学活动中应不断更新课程内容，结合实际应用案例讲解学科的最新成果和发展趋势，比如介绍霍夫曼编码原理时，可以讲解其在图像压缩方面的应用;介绍信源编码原理与应用时，可以结合当前广泛使用的音频、视频编码进行分析。通过讲解编码技术在实际生活的广泛应用，充分调动学生的学习兴趣，以便学生能够对所学内容有更深层次的理解。
此外，在知识点讲解完后，授课教师可以布置相关课题，安排学生调研该技术在实际生活中有哪方面的应用。安排学生分组查阅、搜集相关文献与资料，并撰写调研报告，完成资料的概括、总结与分析。然后通过PPT汇报的形式，在课堂上加以介绍、讨论与交流。通过课题讨论的形式，充分调动学生的积极性和主动性，培养学生团队合作意识以及解决问题的能力。
（三）理论与实践相结合
本课程中涉及大量公式、定理的证明需要经过复杂的数学推导才能更好地理解，所以课程内容往往比较抽象。因此，在教学过程中有意识地将理论知识与实际应用有机结合，不仅能帮助学生扩展知识，更好的理解各种公式所代表的物理含义，也有利于激发学生的学习兴趣，提高教学效果。
近些年来，许多高校开始将数学建模类比赛作为衡量一名学生综合素质的重要指标，为了满足這一需求，许多高校都开设了Matlab软件仿真实训。该软件可对矩阵和向量进行灵活处理，实现动态建模和仿真。而信息理论与编码课程中涉及了大量的矩阵运算，如信道容量、率失真函数的计算，语音信号、图像信号压缩编码的仿真等。利用Matlab对理论概念进行实验仿真非常适合课程自身的特点。
在本门课程中可以安排的仿真实验有很多，本着由简单到复杂的原则，前期可设计一些简单的模拟仿真，例如，利用Mtalab软件计算离散信源的熵、平均互信息、信道容量和率失真函数。通过这些简单的操作，带领学生更好地了解本课程中涉及的各个物理量的概念与性质。中期设计仿真建模，基于所给的资料对通信系统中的信源、信道构建数学模型，完成从理论到实践的初步过渡。基于前面的结果，后期设计一个数字通信系统，实现利用不同的编码方法，将一幅图像或者音频进行编码、传输以及接收，最终实现数据的恢复。通过上述的仿真建模实训，能够让学生对如何提高通信系统的性能有着更加直观的理解。将理论和仿真融会贯通，有效的模拟仿真过程也能够弥补理论教学的不足。
四、总结
信息理论与编码面向新兴的信息与计算科学，在国家的信息产业和国防事业中具有举足轻重的地位。学生在学好理论知识的同时，了解和掌握相关技术的基础知识和发展趋势也是十分必要的。本文总结了信息理论与编码课程的教学现状，探讨了在教学中存在的一些问题，并针对这些问题提出了教学方法的改革与建议。但如何有效地运用多样化的教学手段与教学方法，充分调动学生学习的积极性，仍需要任课教师们不断地探索与实践。