信息类理论课程的实验教学改革范文

信息论是运用概率论与数理统计的方法研究信息、信息摘、通信系统、数据传输、密码学、数据压缩等问题的应用数学学科。自香农提出信息理论以来，在大学中开设信息理论课程已有近半个世纪的历史。今天，信息论已经成为高校电子、计算机、信息与计算科学等专业的必修课。“随机信号分析”课程是电子工程、通信工程和信息工程等专业的一门学科基础课程。该课程系统地介绍随机信号的基本概念、随机信号的统计描述和随机信号变换的基本理论及应用，介绍信号检测、估计和滤波等信号处理理论的基本原理和信息提取方法，内容主要包括：概率论基本知识、随机过程、基本概念、平稳随机过程、功率谱密度、随机信号通过线性系统、窄带随机过程、随机信号通过非线性系统和特殊随机过程，课程理论性极强，经典内容分量重。

一、信息类理论课程的教学改革状况

传统上认为信息论和随机信号分析都是理论课。在这两门课程的教学形式上，普遍较重视理论教学，轻视实践能力培养。形式上主要是课堂教学、理论的讲解、公式的推导和定理的证明等，缺乏综合应用能力的训练，导致学生在课程学习后，还不知道所学知识有何作用；另一方面，当面对具体应用问题时，学生又无从下手。针对这一问题，很多高校教学团队和教师尝试在教学内容和教学方法上进行改革，以增强理论课与工程实际应用领域的结合。

在信息论课程教学上，吕佳、孔春香从理论体系与教学内容选取、教材、教学特点与教学方法改进三个方面探讨这门课程的教学，并提出了科研案例教学法的新思想。韩玉兵通过研究生教学实践，提出了“抓住基本问题，强化重要概念，突出关键定理”的教学方法，同时辅以生动图示说明和通俗语言讲解，收到较好的教学效果；张小峰等尝试以培养学生自主学习能力为主的教学模式；邓家先等提出了一种本课程教学内容改革方案，更加注重阐述基本理论及其物理意义，避免复杂的公式推导和证明，达到基本教学目的；姜楠等采用嵌入式技术，实现了一个信息论与编码理论教学实验系统，并给出了实验内容的安排原则，该系统是一种小型教学实验仪器，能帮助学生深入理解课程内容；张正言等利用Matlab设计“信息论与编码”交互式教学实验，并以“二进制熵值的相关计算”为例，给出了实验教学的主要内容和方法，加深了学生对课程内容的理解，有利于提高学生分析问题的能力和综合实践能力。

与国内的情况相比，美国很多大学“信息论”课程和“随机信号分析”课程有很大不同：按专题安排教学内容；注重实践性练习，每次课结束，授课教师都要给出2~4道习题，每道习题又包含若干个问题；这些习题不同于国内类似“求一个事件发生的自信息量”这样的套公式计算的习题，而是综合设计类的实验型习题，一般采用Matlab编程环境，由学生在课下完成；重视学生学习过程的参与和互动，鼓励学生之间的共同研究，并强调自主学习；课程考核采取多方面综合考核，这就要求课后必须认真完成习题。

二、信息类理论课程教学目前存在的问题

总体来看，目前信息类理论课的教学都还没有完全摆脱或者更大程度依赖于课堂讲授和传统的知识灌输，从课程内容选择安排、作业习题布置、平时教学过程考核和过程控制、实验课和实验内容设置以及考核等方面来说，还有很多需要思考和改进的地方。目前的问题可归纳为以下几点：①课程内容的选择：讲授的内容局限于教材中纯理论的讲解、公式推导和定理证明等；对于工科专业学生来说，这些与其培养目标并不完全符合；②作业和习题的设置：仅仅是为了强化定理公式的记忆和套用，而忽略了这些理论成果实际应用的实际意义；③缺少有效实验，理论与实践脱节。目前这些课程还没有一套好的实验内容、实验方法与理论知识相配合；因此需要设计与课堂教学相适应相配套的实验指导。

三、信息类理论课程教学改革的探索

基于现行的信息类课程教学现状与存在的问题，必须对其进行改革。针对目前没有统一完善的适合电子信息工程专业本科生信息论、随机信号分析实验课程设置的问题，从素质教育的要求出发，根据本科教学大纲，探索课程的实验课体系建设，解决理论与实践脱节的问题。而亟须解决的主要是以下两点：①通过对教学内容选择，精简内容，弱化公式推导，解决教学方法单一，纯理论内容讲解和灌输式授课的方法问题；改变授课方式，激发学生学习兴趣；②通过课程综合实验大作业和整套课程实验设计，使理论学习真正与实践结合起来，解决理论实践相脱节的问题。

1.实验教学模式的改革从素质教育的要求出发，研究理论课的实验教学模式。具体内容包括：以加强学生的理论知识掌握和提高学生动手能力为目的，研究实验课程课时的设置、实验内容的选择、实验与理论相配套的实施途径；编写实验教材并用于指导学生实验；评价实验课的教学效果。设计课程的实践作业；设计课程综合大作业；设计与理论教学相配套的实验内容，并编写实验指导书。探索实践课内容设置以及实践课在理论知识掌握中的作用评价方法。这其中最主要的是以下三个环节：课程实验性大作业题库设计、实验课内容的设计和实验用书或实验指导材料的整理。可以概括为三部分内容完成。具体如图1所示：首先，教师设计实验性综合大作业、课程实验等实践环节，并要求学生在设计中提出自己的意见和见解，这一过程可以促进学生对理论知识的理解，建立与实践的联系；其次，将设计好的实践环节用于教学中去，通过学生对实践效果的反馈，逐步改进各个实践环节的内容设计，经过多次的互动、反馈，最终形成实践性综合作业习题和课程实验指导教材，建立两门课程的实验体系。

2.教学方法的改革在教学方法上可以采取师生互动教学法和反馈教学方法。师生互动教学法是在实验性环节的设计上，注重体现课程内容的同时让学生参与实验内容的设计。采用反馈教学方法，则是学生对实验的内容设计、方法设计和实验效果进行及时反馈，全程跟踪学生实验环节的执行情况，并动态地改进实验的设计。不管采取哪种方法，都应该做到师生互动。而这两种方法都能够实现学生的参与程度扩大，各个环节的设计都有学生参与，并通过学生的亲身参与实践后的效果反馈，进一步改进和完善，是一种教学模式上的创新；其次，对理论性较强的课程的实验方法进行探索，最终形成一套较好的课程实验教学体系和成果，是一种成果上的创新。

3.作业与课程考核方式的改革首先是对课后作业的形式与内容进行改革。从理论联系实际的角度出发，针对“信息论”和“随机信号分析”两门课的课程特点加以改进，特别是研究课后作业的形式和内容，改变传统的“记公式-套公式-做习题”模式，丰富课后作业的形式和内容，增加综合性作业题、实验性设计题的比例和容量。其次是课程考核方式的改革。从因材施教、合理考核的角度出发，研究课程考核的方式。改变传统的“平时作业+期末考试”的考核方式，从而增进学习动力，提高学生的学习兴趣和积极性。研究提高平时大作业的比重和综合实验能力考核的比重。

针对目前“信息与编码”“随机信号分析”两门课程的教学现状及其中存的问题，提出并探讨了信息类理论课的实践教学方法，以解决该课程长期以来存在的课堂教学与实际应用脱节、理论教学与实践操作脱节的问题，建立起两门课程的实验教学体系和实践教学模式，使学生摆脱被动地接受冗繁知识的方式，激发学生的学习兴趣，对本学科专业的理论课教学方式方法是一种改革和创新，对理论课学习有重要帮助和补充，可获得良好的教学效果。

作者：秦立峰 郭交 单位：西北农林科技大学机械与电子工程学院