信息论课程教学中的思政探究

关键词：信息论；课程教学；课程思政；思政元素

0 引言

2020年5月，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》[1]，要求全面推进高校课程思政建设，发挥好每门课程的育人作用，提高高校人才培养质量。专业课程是课程思政建设的基本载体，要深入梳理专业课的教学内容，结合课程特点、思维方法和价值理念，深入挖掘课程思政元素，有机融入课程教学，达到润物无声的育人效果。近些年，高校教师结合实战经验，陆续提出从战略高度构建高校思想政治教育课程体系，课程思政建设的关键问题与解决路径，理工类专业课程如何开展课程思政教育实践等具体措施[2-6]。

信息论[7]是信息及通信类专业的基础课程，主要介绍如何运用概率论、随机过程和数理统计等数学方法来研究信息的变换、存储和传输中的一般规律以及信息编码的基本理论。该课程的特点是对数学基础知识的掌握有较高的要求，概念抽象、公式多且计算量大。信息论课程的思政教学探索主要体现在科学思维的启发、融入专业伦理及落实为人民服务的意识。

1 信息论课程思政建设的前期准备

信息论课程思政建设的前期准备主要从修订大纲、融合教学资源、探索新的教学方法及转变考核观念等四个方面展开。

（1） 修订教学大纲：以信息与计算科学专业的培养方案为基准点，力争培养对接新时代信息化需求，培养创新型信息计算科学人才的要求，根据该课程理论与实践紧密结合的特点，优化教学内容，以基本概念与方法为主，以学生最易接受的方式介绍信息论的基本内容及应用。在新大纲中彰显思政教育深入课堂，通过课堂教学使学生树立科学的世界观、人生观、价值观和良好的职业道德和敬业精神。

（2） 融合教学资源：首先从教材的选择入手，选定北京邮电大学出版社的《信息论基础教程》[8]为教材，该教材主要讲述经典信息论的内容，没有涉及过多的分支，同时选择了大量与日常生活密切相关且具有一定趣味性的习题，使84c765fd0cbde6c810a9524f69f8ead6得该教材能够更好地为教改、人才培养及课程建设服务。其次，进一步完善线上慕课资源，细化每一章节的内容，补充背景及现代通信小故事的穿插，引导大家学习的积极性，培养大家的爱国主义情操，树立正确的价值观。最后，还可以借助百度、知乎、B站等热门网站丰富学习资料，有力补充教学资源。

（3） 探索新的教学方法：教学模式向以学生为中心转变，以学生学习效果为评价标准，以促进学生发展为目的，教育的归属是“学”不是“教”。力求在互动中转移教师的主导地位，变灌输为主动探索。融合线上线下，鼓励学生课前自主观看线上视频，带着问题来课堂，通过慕课堂的小试题检验课堂效果。在课程思政需求下，主动学习相关要求及如何将思政融入课堂，从每次课的准备到落实，查阅实例，用小故事带动大情怀。借助第二课堂进行职业素质培育和课程育人，鼓励学生走进企业，走进科技馆，培养学生热爱科学、奉献社会的精神。

（4） 转变考核观念：课程的考核，一方面能够反映学生对知识的掌握情况，另一方面，为后续教学的改进提供了参考依据。然而，学分制的考核往往限定在仅仅一次的闭卷考试。我们要打破“一考定输赢”的局面，把考核放到平时，主要包括慕课堂答题积分、慕课视频观看时长、作业情况、讨论课堂表现及期末考试。此外，实验操作也是非常重要的一个环节，它更能体现学生的动手能力，我们的思政教育在实验指导过程中，能轻松地融入科学探索精神，给学生试错的机会，在不断纠错的道路上努力前行。

2 思政融入课堂的思路

针对信息论基础课程服务的专业特色和优势，深度挖掘提炼专业知识体系中所蕴含的思想价值和精神内涵，科学合理拓展专业课程的广度、深度和温度。

（1） 融入思政，树家国情怀：大数据时代，通信的可靠性和有效性是建设通信强国，要有自己的核心技术，而信息论基础是实现高效通信的关键。具体到课堂中，需要进一步细化每一章节的内容，补充背景及现代通信小故事的穿插，引导大家学习的积极性，培养大家的爱国主义情操，树立正确的价值观。除了技术，更重要的是通过真实案例，正确引导，帮助学生树立正确的人生观和价值观，顾小家才能为大家，树立家国一体的情怀。

（2） 强化课堂思政环节，贯彻党的教育方针：通过描述信息论的发展及信息论学科创始人香农的贡献，调动学生的好奇心及求知欲，引导学生崇尚科学，感受科学精神。在每一章节都润物细无声地融入思政，如通过信息的可度量性的描述，让学生认识到量化的意义，强调树立正确价值观的重要性。在教学中适时融入思政教育，如通过华为公司为中国通信事业做出的贡献鼓励大家注重基础学习，指出实践离不开理论支撑，鼓励大家树立强国意识、培养大家造福人类的博大情怀。

（3） 思政教学常态化，引导学生爱己爱家有担当：结合当前网络通信的需求，加强课堂思政教育。帮助学生了解通信技术的发展历史与变革，了解我国在5G、6G方面的需求及已取得的成果，以及与世界先进国家的差距。鼓励学生树立追求科学真理、热爱祖国、为提升通信效率努力奋斗的家国情怀。通过学科的发展认识事物的发展规律，树立科学发展观，在经验中找突破，在普遍中找差异，寻找通信理论的新方法，不断增强学生在造福人类方面的社会责任感和个人担当。

注重教育和引导学生弘扬劳动精神，将“读万卷书”与“行万里路”相结合，扎根中国大地了解国情民情，在实践中增长智慧才干，在艰苦奋斗中锤炼意志品质。进一步细化每一章节的内容，补充背景及现代通信小故事的穿插，引导大家学习的积极性，培养大家的爱国主义情操，树立正确的价值观。信息论课程思政的融入点及目标具体见表1。

3 思政课堂的教学示例

3.1 团队合作小课堂

信息熵对大家来说是个新的概念，它具有抽象性，主要用来衡量信息的不确定性。通过对信息熵概念的讲解及对其性质的分析，希望学生对团队合作有新的认识。

课堂思政案例：第二章第二节《平均自信息》。

首先，由事件发生概率的大小说明事件的发生能提供信息量，也就是自信息。为表征整个信源的不确定性，信息论创始人香农借鉴物理学中热熵的概念，将平均自信息称为信息熵，并给出了计算熵的表达式，解决了信息的度量问题。概念给出后，带领学生一起探讨信息熵的性质。抛出问题“什么时候信息熵能够取得最大值呢？”，利用Jensen不等式，可以得到当离散信源中各消息等概率出现时熵最大。这一结论将引起学生思索，在我们日常生活中，经常会团队协作共同完成一些任务，那怎样才能发挥团队的最强优势呢？借鉴最大熵原理，让大家意识到，强强联手的团队才不会有短板。

在信息时代，我们每天都会面临大量的信息，如何辨识和利用这些信息是一个棘手问题。信息熵的概念可以帮助学生理解创新的本质，创新就是要从大量的信息中提取新的模式，以便更好地适应信息社会的冲击及对自己思维能力的提升。一切事物的发生都具有不确定性，通过努力，可以消除部分不确定性，壮大自我加入团队，才能实现合作共赢。总之，信息熵的重要性不可被忽视，它无处不在，时刻影响着我们的决定，简单说就是向左走还是向右走的问题，通过排除无效信息，充分利用有用信息，缩短与人生目标的距离。

3.2 探索精神小课堂

信源编码是在不失真或允许一定失真的条件下，用尽可能少的码符号来传递信源消息，提高信息传输的效率。信源编码分为无失真编码和限失真编码，在此部分讲解中，可通过深入挖掘学科内涵，培养学生的探索及创新精神。

课堂思政案例：第五章第四节《变长码的编码方法》。

首先抛出问题：如何找到最佳编码？

香农第一定理指出了信源编码的理论极限，同时给出香农编码方法，即变长编码方法。为了提高编码效率，费诺利用二分思想提出变长的编码方法，不需要对信源符号概率进行排序，大大简化了操作步骤。然而，这两种编码都不是最优的。费诺在信息论课堂上给学生布置了这个当时尚未解决的问题，作业的题目是“Given a collection of letters， numbers， or othersymbols， find the most efficient method to represent themusing a binary code”。霍夫曼是费诺的学生，他勇于挑战，能够突破传统思维模式，从新的角度思考这个难题，通过对概率分布分析并构建出最佳的变长编码方法，即霍夫曼编码。这就是寻找最佳码的故事，我们看到了科学家霍夫曼学生时代的探索创新历程，它至今仍被使用在众多通信系统中。这个小故事，表面上是青出于蓝而胜于蓝，实质则更多地蕴含不惧权威、打破常规、迎难而上的科研精神。

3.3 家国情怀小课堂

信源是信息的发源地，比如我们的语言——汉语是世界上信息密度最高的语言，是全世界最有魅力的语言，能够激发学生的爱国热情及民族自豪感。

课堂思政案例：第六章第二节《有噪信道编码定理》。

有噪信道编码定理也被称为是香农第二定理，它说明错误概率趋于零码的存在性，但未给出构造方法，使得它成为信息论的一个难题，而教材中没有再做进一步的讨论。早在2008年，土耳其的Erdal Ari⁃kan教授提出了华为Polar码，这是一种新型的信道编码技术，可以达到信道容量的极限，且编码复杂度低，利用信道极化现象实现高效编码，达到香农极限。

华为已将Polar码作为5G标准控制信道编码候选方案，并成功纳入3GPP标准，是无线通信技术的重要基石。当我们在5G网络世界畅游时，华为引领世界的技术无疑会激发大家科技报国的担当和家国情怀。

4 结束语

针对信息论课程的特点，开展堂堂有思政，节节有情怀的教学活动，达到有总结、有凝练、有效果。不仅借助该课程进行了课堂思政的实践，并为信息与计算专业的相关理论课程思政的融入提供参考。基于以往教学经验以及多年通信领域编码的研究经历，以宏观至微观的视角，以学术工业界发展前沿为穿引线，串联起专业理论知识与实际应用之间的联系，对学生进行与专业知识结合的立德树人教育，培养新一代具有家国情怀的新型专业人才。总之，我们通过对信息论课程的思政探究，力求为其他专业课的课程思政建设提供理论参考。