“信息论与编码”课程实验教学探析

刘泽江

摘要：《信息论与编码》是高等院校信息与计算科学专业以及电子信息、通信类专业的必修课。《信息论与编码》是一门理论和实践紧密结合的课程，书中大多讨论的是关于狭义信息的昀基本的理论，内容所涉及生活和工业领域非常广泛，包括信号滤波和预测、统计检测和估计、移动通信、遗传学、神经生理学，社会学等等有关信息的问题。信息论与编码是电子信息工程、通信工程和信息与计算科学等专业的一门重要专业基础课。本文就“信息论与编码”课程实验教学展开探讨。

关键词：信息论;编码;理论教学;实验教学

引言

目前，信息论与编码课程已被越来越多的高校指定为信息类专业的专业必修课程，国内近年来在数学学科下，开设了“信息与计算科学”专业，该专业的开办顺应了当代信息科技对数学日益增长的需要，同时也为数学专业的学生更好地了解、应用和发展信息科学提供了良好的条件，信息论与编码课程自然成为了信息与计算科学专业的专业必修课程。而对于其中的实验课程，它是学生更好地认识和感知信息的重要桥梁，因而学生对这一块的学习也显得尤为重要。

1信息论与编码课程的核心内容

人们每时每刻都离不开信息的获取、传递、处理、控制和利用。信息处理技术研究信息获取、信息传输、信息处理与应用，信息产业的核心.信息论正是一门应用概率论、随机过程和数理统计等方法来研究信息的存储、传输和处理中一般规律的学科。编码理论以信息论基本原理为理论依据，讲述编码的理论知识和实现方法。《信息论与编码》一般来说，只针对狭义的信息论，即香农以《通信的数学原理》一文所奠定并发展起来的信息度量及表示理论及其方法。它试图回答两个问题：如何实现高效通信？如何实现可靠通信？它的昀重要结论是：（1）达到不失真信源压缩编码的极限（昀低）编码速率等于该信源的熵;（2）在失真限定给定的情况下，总存在编码方式，使得平均码长达到昀小;（3）只要信息传输速率小于信道容量 C，传输的错误概率可以任意地小，反过来如果超过信道容量，则传输的错误是不可避免的。信息论指出了通信中信源编码和信道编码的极限速率，编码理论工作者和通信工程师所追求的目标不仅仅是要寻找达到香农理论极限的编码方法，更重要的是要寻找可以实现的编码方法。编码大致可分为三大类：无损信源编码、限失真信源编码、信道编码。

2“信息论与编码”课程实验教学措施

2.1理论教学的改革方法

根据信息论与编码课程的特点，应合理选择课堂教学内容，针对当代大学生的特点，要求掌握香农理论中的核心内容，强调可与实践结合的章节的重要讲解，譬如离散信源编码，离散信道信道容量求解。减少纯粹的定理推导证明，并通过简洁的实例使得学生深入透彻地理解公式和定理表达的内容。在充分理解课程内容的基础上，将相关知识和当前的信息技术如移动通信技术、互联网技术等结合，不仅可以扩大学生的知识面，还可以让学生在课堂学习的过程中感受到信息与通信领域昀前沿的理论与技术又能有兴趣学习相对乏味的基础理论知识。除了相应的丰富教学内容，还可以采取多种教学手段，将多媒体和黑板相结合，尽量减少黑板带来的大量证明推导的板书时间，展现多媒体授课的生动形象，还可以增加课程内容的信息量。但也要努力克服多媒体长时间的视觉疲劳而有重点的停顿和强调，吸引学生课堂的注意力。

2实验教学的引入

2.1合理分配实验学时，科学安排实验内容在实验内容的安排上，应注意以下几点：（1）实验内容要紧密结合课

堂教学，又不要简单重复课堂知识，要将课程内容与专业特点结合在一起，使知识点融会贯通。（2）除了基础验证实验外，还应适当安排一到两次与课堂教学兴趣点相结合的综合实验内容。（3）难度要适中。如果太简单，起不到开展实验的目的;过于复杂，学生将慢慢失去兴趣。结合上面几点，可以从简单到复杂安排实验。例如：基础实验可选择信道容量的计算、唯一可译码准则、信源编码方法、信道纠错编码等;综合试验可安排学生运用 Matlab软件自己设计并仿真一个简单的通信系统模型等。

2.2.2实验工具和实验组织

学生在“信息论与编码”课程实验中，根据实验框图和实验流程，调用 Matlab相应的函数编写程序，就可完成相应的实验内容，并进行实验结论的分析和论证。实验前，教师向学生讲解实验目的，回顾相关知识点，讲解实验框图，演示基于实验框图的程序的执行过程和调试方法。演示环节是否有必要实施，可以根据学生的总体状况和水平来决定，如果大部分学生的理解力和执行力比较强，可以省略这个环节。但演示后的程序不提供拷贝，因为同样的信号处理流程，用来实现它的编程方法有多种。如果把程序给了学生，容易限制学生的思路，不利于创新性思维的开发。实验采用分组的形式，每组 3～5名学生，每人分工不同，独立撰写实验报告。这不仅能培养学生的团队合作精神，也有利于建立良好的学习氛围。

2.2.3实验方式与考核方式

实践教学的目的是让学生能够利用各种资源帮助课程的學习，做实验过程中，鼓励学生分组讨论，互相学习。实验所用到的代码，尽可能独立完成。实验内容与所讲授的内容相适应，分阶段完成。当课程结束时，可留出一段完整的时间，让学生系统地将各程序段整理成一个完整的但简易的通信模拟系统。并独立撰写一份设计报告，内含各方法的理论依据，算法描述，实验结果，结果分析及所阅读的参考文献。考核的目的是监督学生掌握一些基本的知识与技能。包括三个方面内容：（1）基本理论知识掌握程度;（2）文档组织能力;（3）自己所做工作的口头表达能力。考核评价由平时实验完成情况、文档组织和内容、口头表达三个部分构成。

结语

信息论与编码课程是通信信息类本科的专业基础课，针对该课程的特点和目前教学中存在的问题，对于该课程的教学探索还要在今后的教学过程中不断摸索中前进，争取达到良好的教学效果，培养出适合信息新时代的优秀人才。

参考文献

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