王樂 趙生妹

【摘要】由于信息論課程具有數(shù)學公式較多、內(nèi)容較抽象難懂的特點，學生在實際學習過程中存在學習難度大、興趣不高的問題.為解決上述問題，本文提出了一種針對信息論課程的多層次培養(yǎng)教學方法，它包括三個層次：（1）體系化教學，完善課程體系，夯實教學內(nèi)容;（2）網(wǎng)絡(luò)微課+課堂教學，增加學生的學習熱情和興趣;（3）教學結(jié)合科研，培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì).本文所提出的教學方法有助于激發(fā)學生的學習興趣，提高教學效果和質(zhì)量，培養(yǎng)學生的綜合能力.

【關(guān)鍵詞】信息論;多層次教學;體系化教學

【基金項目】南京郵電大學教學改革研究項目（項目編號：JG00218JX63）

一、引言

信息論是一門對數(shù)據(jù)進行壓縮、存儲和傳遞等操作的學科.香農(nóng)在1948年發(fā)表了題為《通信的數(shù)學理論》一文，奠定了該學科的發(fā)展.學習信息論，掌握互信息、熵和相對熵等信息論的基礎(chǔ)知識，對從神經(jīng)科學到機器學習等各領(lǐng)域的學生、研究人員和從業(yè)者來說具有十分重要的意義.但是信息論課程的數(shù)學公式較多、內(nèi)容較抽象，因此學生學習難度較大，特別是對初學者而言，存在學習內(nèi)容抽象、難理解、學習興趣不高的問題，這嚴重影響了實際的教學效果，同時不利于培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和能力.

此外，信息論課程主要講解的是通信系統(tǒng)信息傳遞的理論，它缺少和當前實際使用的通信技術(shù)的聯(lián)系，課堂教學中很少引入如5G移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、量子通信等前沿性的學科知識，從而較難激發(fā)學生的學習熱情.

目前，許多針對信息論的教學改革方法被應用到課堂上.例如，雷菁等人提出了將研究性教學應用于信息論課程中有助于培養(yǎng)學生的綜合能力.張艷彬進行了建構(gòu)主義學習理論在信息論與編碼教學中的實踐應用.張汶分析了信息科技課程中的核心概念與信息論的基礎(chǔ)知識點的聯(lián)系.馬婷利用微信和翻轉(zhuǎn)課堂教學模式進行了信息論課程教學的實踐研究.趙生妹等人通過Delphi編程實現(xiàn)了信息論課程的動態(tài)演示教學.借鑒這些有效的教學方法，本文提出了一種針對信息論課程的多層次培養(yǎng)教學方法，它包括三個層次：（1）體系化教學，完善課程體系，夯實教學內(nèi)容;（2）網(wǎng)絡(luò)微課+課堂教學，增加學生的學習熱情和興趣;（3）教學結(jié)合科研，培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì).該方法有助于激發(fā)學生的學習興趣，提高教學效果和質(zhì)量，培養(yǎng)學生的綜合能力.

二、信息論課程的多層次教學方法

信息論作為信息類專業(yè)的一門基礎(chǔ)專業(yè)課對豐富學生的專業(yè)理論具有重要的意義.但是信息論課程的教學難度較大，教學效果有待進一步的提高.目前，信息論課程教學存在以下問題：（1）信息論課程對數(shù)學理論要求較高，需要使用概率論與數(shù)理統(tǒng)計的方法對信息熵、互信息、信道容量、數(shù)據(jù)傳輸、密碼學、數(shù)據(jù)壓縮等問題進行分析和計算.信息論以數(shù)理統(tǒng)計、概率論等數(shù)學理論為基礎(chǔ)，分析和研究信息從信源到信宿傳輸過程中的可靠性、有效性和安全性等問題，此外它還要研究信息編碼理論，其中三大編碼定理的證明涉及了隨機編碼、切比雪夫序列不等式等概念，這些都對數(shù)學理論有較高的要求.而當前本科生對相關(guān)的數(shù)學理論所掌握的程度有限，因此在學習上存在較大的困難，普遍反映學習難度大，內(nèi)容較抽象、難吸收.（2）信息論課程的教學課時較少，目前學校給予信息論課程的教學為32課時.由于教學課時有限，教師不能講授教材的全部內(nèi)容，僅能講授信息論涉及的最基本的概念和方法.即便如此，教師在實際教學過程中也常常由于時間的限制而省略某些基本內(nèi)容.這樣的結(jié)果會讓學生覺得信息論課程的實用性較差但理論性很強，很難激發(fā)學生的學習興趣和熱情.（3）本科生缺少實踐經(jīng)驗，目前本科生的學習方式主要是“教師講授，學生聆聽”，這樣的學習方式導致學生缺乏實踐經(jīng)驗.而信息論作為一門對數(shù)據(jù)進行壓縮、存儲和傳遞等操作的學科，雖然它的理論性很強，但是信息論的建立和發(fā)展都是基于實際的通信信息系統(tǒng)的，利用信息論可以解決實際的問題.因此，在缺少實際經(jīng)驗的前提下，本科生對信息論中所描述的具體應用沒有直觀感受，一方面使得學生學習興趣不高，缺少學習積極性，另一方面使得原本很實際的問題變得很抽象，增加了學生學習的難度，盡管學生花了足夠的學習時間和精力，但仍未達到理想的學習效果.

為提高信息論課程的教學效果，解決現(xiàn)有教學模式下學生學習難度大、興趣不高的問題，我們將對課堂教學模式、教學內(nèi)容進行創(chuàng)新設(shè)計，構(gòu)建體系化教學模式，形成體系化的教學，增加與5G移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、量子通信等前沿性的學科知識緊密聯(lián)系的信息論應用案例，提高學生的學習興趣，增強學生對信息論的理解.同時，改變課程原有的傳統(tǒng)教學組織形式，形成線上網(wǎng)絡(luò)微課結(jié)合線下課堂教學的新型教學模式，這不僅有助于增強學生對信息論的理解，鞏固并掌握相關(guān)知識點，而且有助于提高學生的學習熱情和興趣.此外，要鼓勵學生多參與教師申報的相關(guān)教研科研項目.學生通過參與科研項目，在實踐中學習、掌握信息論的知識點，同時增強學生的實踐能力，培養(yǎng)學生的綜合能力.多層次教學方法具體包括如下三個方面：

（一）體系化教學

該教學方法對課堂教學內(nèi)容和教學模式進行創(chuàng)新設(shè)計，構(gòu)建體系化教學模式，形成體系化的教學，增加與5G移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、量子通信等前沿性的學科知識緊密聯(lián)系的信息論應用案例，提高學生的學習熱情及興趣，增強學生對信息論的理解.

一方面，目前信息論教學的總學時通常為32學時，因此存在教學總學時較短的問題.在有限的學時內(nèi)，教師想要把信息論的所有內(nèi)容講透徹是不太現(xiàn)實的.另一方面，學好信息論需要學生提前掌握包括概率論、通信原理等和信息論存在很大聯(lián)系的前修課程.這些課程的部分內(nèi)容和信息論存在一定的重疊，因此應該統(tǒng)籌考慮信息論與概率論、通信原理等課程之間的關(guān)系，將它們整體納入體系化教學中，優(yōu)化課程體系和教學內(nèi)容.例如，概率論作為數(shù)學基礎(chǔ)，教師需要提前教學，培養(yǎng)學生的數(shù)學思維.而通信原理課程中存在許多和信息論課程重疊的教學內(nèi)容，如通信原理課程中關(guān)于描述和度量信息、信道容量、差錯控制編碼等內(nèi)容也是信息論課程中的教學內(nèi)容.因此，在講授這些內(nèi)容時，教師可以復習為主，通過幫助學生回憶過去所學內(nèi)容來快速學習這部分內(nèi)容.這樣不僅可以把前修課程和信息論形成一個完整的知識體系，而且節(jié)省了學時，從而保證教師在寶貴的學時內(nèi)能夠講授更多信息論的基本概念和原理，提高教學質(zhì)量.

此外，目前教材中常使用的案例都比較老舊，缺少與當前實際使用的通信技術(shù)緊密聯(lián)系的案例，這不利于拓寬學生的視野，也不能幫助學生認識到學習信息論的重要意義.因此，教師可以將如5G移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、量子通信等前沿性的學科知識引入課堂教學中.將這些前沿科技成果中關(guān)于信息論基本知識的內(nèi)容引入課堂教學，作為具體的案例豐富教學內(nèi)容，可以激發(fā)學生的學習動力.例如，當前科技熱點——量子通信中的密鑰生成率的計算方法就是應用信息熵、互信息的實際案例，教師可以通過介紹量子通信中的密鑰生成率的計算方法來幫助學生學習并理解信息熵、互信息的概念、物理意義和計算方法.

（二）網(wǎng)絡(luò)微課+課堂教學

該教學方法改變了課程原有的傳統(tǒng)教學組織形式，形成了線上網(wǎng)絡(luò)微課結(jié)合線下課堂教學的新型教學模式，這不僅有助于增強學生對信息論的理解，鞏固并掌握相關(guān)知識點，而且有助于提高學生的學習熱情和興趣.

我們要充分利用互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，建立以微課和慕課為主的線上學習平臺，形成線上網(wǎng)絡(luò)微課結(jié)合線下課堂教學的新型教學模式，夯實學科基礎(chǔ).

微課視頻是將每一個信息論的重要知識點錄制成5—10分鐘的教學片段.教師借助已建成的信息論微課視頻內(nèi)容，

在每次進行課堂教學之前，將本次教學內(nèi)容對應的微課教學片段和1、2個有針對性的問題分發(fā)給學生，讓學生帶著問題預先自學，使學生對即將學習的知識點有一個初步的了解，并試著結(jié)合所看微課視頻回答問題.教師在進行課堂教學時，首先通過與學生進行關(guān)于所提出的問題的互動來講解所學知識點涉及的基本概念.然后，教師對所學的重點知識進行詳細講解，在講解過程中，通過采用學生提問、教師設(shè)問的教學方式加深學生對知識點的掌握.此外，教師可以充分利用多媒體動畫和軟件仿真的形式，將信息論中抽象的概念和難以理解的內(nèi)容進行形象化的講解，幫助學生加深對某個知識點的理解.

（三）教學結(jié)合科研

該教學方法鼓勵學生多參與教師申報的相關(guān)教研科研項目.學生通過參與科研項目，在實踐中學習、掌握信息論的知識點，同時增強實踐能力和綜合素質(zhì).

此外，通信信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，而信息論主要討論的是通信的基本理論和概念，與當今最新的通信技術(shù)有一定的差距，缺少與當前實際使用的通信技術(shù)緊密聯(lián)系的案例.因此，教師可以要求每一名學生提交一份應用信息論知識的前沿技術(shù)的調(diào)研報告.學生可以通過文獻查閱或網(wǎng)絡(luò)搜索等方式，了解信息論知識在5G移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、量子通信等前沿技術(shù)中的應用，并將收集的材料寫成一份調(diào)研報告.教師組織、安排一個交流討論會，學生分享自己的調(diào)研成果，這不僅拓展了學生的知識面，而且可以提升學生的綜合素質(zhì).

三、總結(jié)

本文提出了一種針對信息論課程的多層次教學方法，該方法包括三個層次：體系化教學，完善課程體系，夯實教學內(nèi)容;網(wǎng)絡(luò)微課+課堂教學，增加學生的學習熱情和興趣;教學結(jié)合科研，培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì).該方法有助于激發(fā)學生的學習興趣，提高教學效果和質(zhì)量，培養(yǎng)學生的綜合能力.

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