王正
摘要:信息論是高校電子信息與計(jì)算機(jī)科學(xué)等專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修課。針對(duì)該課程在當(dāng)前教學(xué)中存在的不足,本文從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和教學(xué)方法實(shí)踐兩方面提出了一些改進(jìn)的方法。實(shí)踐結(jié)果表明,這些方法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與興趣,提高了學(xué)生聯(lián)系信息論的理論內(nèi)容和實(shí)際應(yīng)用的自主思考能力,取得了良好的教學(xué)改革效果。
關(guān)鍵詞:信息論;教學(xué)內(nèi)容涉及;教學(xué)方法實(shí)踐;教學(xué)改革
中圖分類號(hào):G642? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1009-3044(2019)17-0172-02
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1引言
《信息論》是電子信息與計(jì)算機(jī)科學(xué)等專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修課,廣泛開(kāi)設(shè)于各大高校的相關(guān)專業(yè),對(duì)理論研究和工程應(yīng)用有重要的指導(dǎo)與推動(dòng)作用。該課程是一門基于《概率論》《數(shù)理統(tǒng)計(jì)》等基礎(chǔ)課程,研究信息、信息熵、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)傳輸、通信系統(tǒng)等問(wèn)題的應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)科。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,《信息論》中的一些基本理論,如無(wú)失真和有限失真信源編碼定理、信道糾錯(cuò)編碼定理等,在無(wú)線通信與計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)與信息處理、圖形與影像等工程實(shí)踐中都得到了廣泛的應(yīng)用,有力地推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展。
2與時(shí)俱進(jìn),優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
《信息論》是電子信息與計(jì)算機(jī)專業(yè)的經(jīng)典課程,在歲月的流逝中綻放著不朽的光輝。在1948年的開(kāi)山力作中,克勞德.香農(nóng)創(chuàng)造性地提出了通過(guò)概率來(lái)對(duì)信息進(jìn)行衡量,從而揭開(kāi)了信息領(lǐng)域騰飛的序幕。然而,在引入概率來(lái)衡量信息的同時(shí),香農(nóng)刻意忽視了對(duì)于信息“語(yǔ)義”層面的考量,而香農(nóng)對(duì)此的解釋是“通信過(guò)程中的語(yǔ)義問(wèn)題不屬于工程問(wèn)題”,這也導(dǎo)致基于香農(nóng)信息論構(gòu)建的現(xiàn)代通信系統(tǒng)局限在數(shù)據(jù)層面而包含語(yǔ)義的信息。換句話說(shuō),香農(nóng)對(duì)于如何對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)知并提取語(yǔ)義信息并不關(guān)心。事實(shí)上,在香農(nóng)建立信息論的科學(xué)體系僅僅一年之后,香農(nóng)的合作者沃倫.維納就正式地指出了語(yǔ)音信息與香農(nóng)信息融合的可能性,并進(jìn)一步將現(xiàn)代通信系統(tǒng)歸結(jié)于三個(gè)層次的問(wèn)題,即技術(shù)問(wèn)題、語(yǔ)義問(wèn)題和效果問(wèn)題,而香農(nóng)信息論僅僅停留在技術(shù)問(wèn)題層面。
近年來(lái),隨著人工智能時(shí)代的蓬勃發(fā)展,對(duì)于信息認(rèn)知的強(qiáng)烈需求已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了通信領(lǐng)域的范疇。事實(shí)上,越來(lái)越多的科學(xué)研究表明香農(nóng)信息論并不能很好地契合當(dāng)前信息領(lǐng)域發(fā)展的需要,而對(duì)于冷冰冰的數(shù)據(jù)背后所蘊(yùn)含的語(yǔ)義信息的探索已經(jīng)變成了當(dāng)下與未來(lái)多個(gè)行業(yè)的研究重點(diǎn)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,一系列的研究已經(jīng)開(kāi)展。2015年,H. Haken在其著作中深入探討了香農(nóng)信息與語(yǔ)義信息的交互問(wèn)題。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的朱近康教授則探索性地提出了無(wú)線知識(shí)量這一區(qū)別于傳統(tǒng)信息量的概念。2018年,南京航空航天大學(xué)的吳啟暉教授創(chuàng)造性地提出了認(rèn)知信息論這一理論體系,其核心思想是在信息度量的基礎(chǔ)上加入了認(rèn)知的考量,將信息的傳遞劃分為了正確認(rèn)知下的信息傳遞與錯(cuò)誤認(rèn)知下的信息傳遞。在此基礎(chǔ)上,香農(nóng)信息論則可以視為認(rèn)知信息論框架下不考慮認(rèn)知結(jié)果的一種特殊形式,另一方面,認(rèn)知信息也可以被認(rèn)為是香農(nóng)信息向語(yǔ)義信息發(fā)展的自然過(guò)渡。
在當(dāng)前的教學(xué)內(nèi)容中,《信息論》一直遵循著由香農(nóng)所建立的經(jīng)典框架體系,并沒(méi)有過(guò)多地涉及這些年來(lái)信息論領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程與前沿探索,這也在一定程度上導(dǎo)致課程缺乏比較與參照,局限在自身概率論的體系之中,學(xué)生理解起來(lái)難度很大,而在有限的課時(shí)中,教師很也難將純粹的理論概念透徹清晰地完全表達(dá),造成課程枯燥,學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)普遍吃力,并形成一定的畏學(xué)情緒,學(xué)習(xí)積極性普遍不高。因此,十分有必要在《信息論》的原有課程基礎(chǔ)上引入一定的信息理論當(dāng)前發(fā)展的介紹與分析,并基于這個(gè)發(fā)展過(guò)程形成一個(gè)完整的課程脈絡(luò),加入比較,思考,分析等課程環(huán)節(jié),從而增強(qiáng)課堂互動(dòng),激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識(shí),提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。
3理論聯(lián)系實(shí)踐,改進(jìn)教學(xué)方法
《信息論》課程如果僅僅停留在理論知識(shí)的講授,忽視其他教學(xué)方法的結(jié)合,那么學(xué)生也只能學(xué)到抽象的理論知識(shí),難以認(rèn)識(shí)到理論背后的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和意義,自然也就很難產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。因此,有必要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),根據(jù)課程的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn),基于電子信息和計(jì)算機(jī)等專業(yè)學(xué)生具有編程能力的特點(diǎn),結(jié)合認(rèn)知信息論的發(fā)展方向,設(shè)計(jì)一系列編程驗(yàn)證教學(xué)環(huán)節(jié)。比如在信源編碼部分,可以讓引入哈夫曼編碼實(shí)踐環(huán)節(jié),并讓學(xué)生上臺(tái)講解設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案,并闡述理論依據(jù)。再比如針對(duì)香農(nóng)信息與認(rèn)知信息的區(qū)別,可以設(shè)計(jì)編程環(huán)節(jié)讓學(xué)生自己畫(huà)出兩者之間的互信息曲線,并在此基礎(chǔ)上加深理解。同時(shí)課堂教學(xué)要充分遵守以學(xué)生為主體,以教師為主導(dǎo)的原則,避免教學(xué)過(guò)程中存在的“注入式”“填鴨式”“滿堂灌”的教學(xué)方法。教師要針對(duì)課堂環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)好課堂問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生參與討論,獨(dú)立探索問(wèn)題的答案,而不是直接把答案或者公式給出。通過(guò)良好的設(shè)計(jì)與引導(dǎo),不僅能夠加深學(xué)生對(duì)概念的理解和掌握,還能讓學(xué)生學(xué)會(huì)在專業(yè)課中靈活地利用所學(xué)的知識(shí)去解決問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中的課堂反饋也可以反過(guò)來(lái)促進(jìn)教師改進(jìn)教學(xué)方法,從而形式一個(gè)正向的循環(huán)迭代過(guò)程,推動(dòng)課堂教學(xué)效果的提升。
4引入宏觀發(fā)展性的思維教學(xué)方法
工科專業(yè)學(xué)生理論基礎(chǔ)較為堅(jiān)實(shí),但宏觀思考問(wèn)題能力較弱,對(duì)于事物的發(fā)展往往缺乏清晰的認(rèn)識(shí)卻專注于細(xì)節(jié)方面的探究,往往導(dǎo)致“一葉障目不見(jiàn)泰山”。因此,應(yīng)當(dāng)首先明確并普及信息論課程的意義所在,通過(guò)當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)存在的一系列問(wèn)題展開(kāi)分析,并逐層遞進(jìn),從而最終引導(dǎo)學(xué)生宏觀上了解信息論在當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的定位與作用,培養(yǎng)學(xué)生的宏觀思維能力,起到舉一反三的效果。另一方面,信息論學(xué)科的發(fā)展也是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程,其課程中的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)不是零散的孤立存在,而是在信息論數(shù)十年發(fā)展的過(guò)程中逐漸創(chuàng)新并凝練出來(lái)的,因此,在教學(xué)中要突出各個(gè)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系,深入挖掘其背后的發(fā)展方向演變與發(fā)展歷程,從而真正避免學(xué)生“只見(jiàn)樹(shù)木,不見(jiàn)森林”的學(xué)習(xí)誤區(qū)。
5結(jié)束語(yǔ)
本文從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和改進(jìn)教學(xué)方法兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行《信息論》課程教學(xué)改革的探索與研究。通過(guò)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,不僅能夠使課程更好地滿足應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求,還能夠有效地提升教學(xué)效果,激發(fā)學(xué)生興趣與自主學(xué)習(xí)能力。通過(guò)改進(jìn)教學(xué)方法,能夠幫助學(xué)生有效地將理論與實(shí)踐聯(lián)系起來(lái),從而提高學(xué)生的知識(shí)提煉與應(yīng)用能力?!缎畔⒄摗氛n程的教學(xué)改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程,需要不斷探索和實(shí)踐,這樣才能不斷向更好的教學(xué)方向演進(jìn)。
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