论文部分内容阅读
【摘要】促进科研和信息论与编码课程课堂教学和实践教学环节相结合，以科研成果丰富信息论与编码课程教学内容，以创新课题培养学生通信工程实践能力。通过科研教学相互促进，努力提升信息论与编码课程教学质量和人才培养质量。
【关键词】信息论 编码理论 创新课题 教学质量
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）07-0224-02
信息论与编码理论是在长期通信工程实践和理论研究基础上发展起来的，阐释的信息传输、处理、存储和控制规律的学科。信息论为编码提供理论基础，编码在信息论的基础上指导工程实践，二者理论上前后相承。它的主要目的是提高通信系统的可靠性、稳定性、有效性和认证性，以便达到通信系统的最优化。国内高等院校，特别是与信息技术相关的学科，如通信工程、信息工程、信息与计算等专业，纷纷开设信息论与编码课程。信息论与编码课程不仅涉及到通信方面的基础专业知识，而且还运用了理工科学生所学的大部分数学知识，包括概率论、随机过程与数理统计等。学生在学习过程中显得非常抽象和接收非常困难。导致学生形成畏难情绪，学习积极性受挫。如何将科学研究和信息论与编码课程课教学有机结合起来，使科研促教学，教学助科研，推动教学与科研共同发展，是提高信息论与编码课程教学质量和本科生人才培养质量的重要命题。
一、以科研促进课堂教学，提升应用型人才培养质量
目前，信息论与编码课程基本承袭以理论教学为主的传统教育观念，在面向本科生进行教学时存在公式推导过多、理论性过强等问题。研究发现，讲授过程中，如果不能具体联系实际中的应用，学生容易因为内容枯燥，弄不清该课程的学习目的而失去学习兴趣。同时，如果教师的理论讲解占据课堂绝大多数时间，非常容易造成让学生感觉到就是理论课，没什么用处。
为了解决这些问题， 我们在信息论与编码课程教学过程中，注重基本概念和基础理论，突出对主要定理的理解，适当简化甚至省略那些繁琐枯燥的数学定理证明过程。香农信息论是课程的核心内容，其中无失真变长信源编码定理、有噪信道编码定理和保真度准则下的限失真信源编码定理等定理是教学主线。基于这些定理，可以将教学内容分成基本概念、信源、信道、信源编码和信道编码等五大部分。在完成基本概念的教学后，要求学生围绕信息论与编码理论及其应用，进行文献搜集和阅读，了解信息领域的尖端技术，然后指导学生撰写文献综述报告。以此来增强学生对本学科的了解和对本学科的兴趣。
我们在信息论与编码课程教学过程中，让学生了解科研中的思路、方法和对策，让学生参与科研项目中的一些简单编程任务。例如让学生用matlab或C语言，来编写程序，实现自适应Huffman编码。在设计基于ARM920T的网络摄像视频监控系统中，摄像头获取的模拟视频信号要经过TLC5510A芯片进行A/D转换，再经过MB86H56芯片中的压缩软件H264压缩。这样不仅可以提高课堂教学对学生的吸引力，也可以拓宽学生视野和开启学生的创新意识。对教师而言，由于科研是自己亲力亲为，对过程理解透彻和体会深刻。因此，讲起来会有声有色，可以很好的和书本中的理论知识融合。
二、科研成果进课堂，丰富教学内容和培养学生工程分析能力
另一方面，信息理论和编码技术是在不断发展的，在课堂教学中适量融入具体的、最新的科研成果，让科研的新动态反映到教学之中。像Turbo码、LDPC码、多天线MIMO系统、稀疏编码和压缩感知编码技术等。在讲授这些新技术时，不从理论上作过多分析，重点讲述新技术的用途和影响。
比如Turbo码，在CDMA系统多用户检测中，将Turbo码及SCCC码结合，通过更新、交换外部信息，可以使其达到单用户的性能。在DS-CDMA系统中，利用Turbo码输出信息反馈给多用户作先验信息，可以增强多用户的性能。以承载多媒体业务为目的的第三代移动通信（IMT-2000），Turbo码是其信道编码方案之一。在宇航和卫星通信领域，Turbo码为其核心技术。Turbo码能使宇航飞行器和卫星发射信号的功率极大降低，同时又使接收性能提高。在高清晰度数字电视的传输系统中，Turbo码也被看好。它能使大量的数字信号准确无误地传输，真正做到高清晰度。比如压缩感知技术利用信号稀疏的可压缩性进行采样，突破了奈奎斯特抽样定理的限制，已被应用到超光谱成像、地理数据分析、雷达和通信领域。
通过多方面介绍信息理论和编码技术，可以帮助学生对这些技术原理有更好的认知和理解，而且有利于培养学生的科学和工程思维方法、价值观和创新精神，也是应对知识高速更新的举措，在兴趣的驱使下学生就会乐于探寻新的知识。
三、科研成果进实践教学，学生获得实际训练机会
信息论与编码是一门理论和实践紧密结合的课程。将科研工作与学生的信息论与编码实践教学有机结合，可以达到培养从事信息技术研究和开发的应用型人才的目的。我们长期致力于电子信息综合实验室的建设，一些大型设备，如程控电话，通信原理综合实验平台等，可以让学生对信息的产生、传输和处理规律等进行验证。有些小型设备，老师可以提出研发思路，指导学生来完成。如光电报警器，光电编码器，网络摄像视频监控系统，智能小车等。
同时，在信息仿真实验室，开发一些设计简单有效而学生通过一定努力就能完成的实验。比如利用C语言或Matlab对给定离散信源进行Shannon编码，Fano编码，Huffman编码，游程编码和冗余位编码，实现线性分组码的编码译码，计算离散信源熵，计算信道容量等。鼓励学生对常用VCD，DVD等格式的视频信号编码进行仿真。通过比较各种不同的编程方法与理论仿真结果，可以激发学生的学习热情。
实践教学是高等教育教学体系中实现人才培养目标的重要环节。科研进课堂教学和让学生参与科研工作，不仅使课堂教学更丰富多彩，使学生的理论知识更扎实，更能培养学生创新能力、实践能力和思维能力，使学生的综合素质得到极大的提高。
参考文献：
[1]傅祖芸，赵建中编著.信息论与编码[M]（第1版）.北京：电子工业出版社，2006.
[2]郎东格，包妍.信息论与编码教学改革的探讨[J].中国电力教育，2010（34）：72～73.
[3]沈希忠.信息论与编码教学改革[J].中国科教创新导刊. 2012（11）：186～187.
作者简介：
文国知（1973-），男，湖北省罗田县人，博士，讲师，研究方向：微电子学与固体电子学。
【关键词】信息论 编码理论 创新课题 教学质量
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）07-0224-02
信息论与编码理论是在长期通信工程实践和理论研究基础上发展起来的，阐释的信息传输、处理、存储和控制规律的学科。信息论为编码提供理论基础，编码在信息论的基础上指导工程实践，二者理论上前后相承。它的主要目的是提高通信系统的可靠性、稳定性、有效性和认证性，以便达到通信系统的最优化。国内高等院校，特别是与信息技术相关的学科，如通信工程、信息工程、信息与计算等专业，纷纷开设信息论与编码课程。信息论与编码课程不仅涉及到通信方面的基础专业知识，而且还运用了理工科学生所学的大部分数学知识，包括概率论、随机过程与数理统计等。学生在学习过程中显得非常抽象和接收非常困难。导致学生形成畏难情绪，学习积极性受挫。如何将科学研究和信息论与编码课程课教学有机结合起来，使科研促教学，教学助科研，推动教学与科研共同发展，是提高信息论与编码课程教学质量和本科生人才培养质量的重要命题。
一、以科研促进课堂教学，提升应用型人才培养质量
目前，信息论与编码课程基本承袭以理论教学为主的传统教育观念，在面向本科生进行教学时存在公式推导过多、理论性过强等问题。研究发现，讲授过程中，如果不能具体联系实际中的应用，学生容易因为内容枯燥，弄不清该课程的学习目的而失去学习兴趣。同时，如果教师的理论讲解占据课堂绝大多数时间，非常容易造成让学生感觉到就是理论课，没什么用处。
为了解决这些问题， 我们在信息论与编码课程教学过程中，注重基本概念和基础理论，突出对主要定理的理解，适当简化甚至省略那些繁琐枯燥的数学定理证明过程。香农信息论是课程的核心内容，其中无失真变长信源编码定理、有噪信道编码定理和保真度准则下的限失真信源编码定理等定理是教学主线。基于这些定理，可以将教学内容分成基本概念、信源、信道、信源编码和信道编码等五大部分。在完成基本概念的教学后，要求学生围绕信息论与编码理论及其应用，进行文献搜集和阅读，了解信息领域的尖端技术，然后指导学生撰写文献综述报告。以此来增强学生对本学科的了解和对本学科的兴趣。
我们在信息论与编码课程教学过程中，让学生了解科研中的思路、方法和对策，让学生参与科研项目中的一些简单编程任务。例如让学生用matlab或C语言，来编写程序，实现自适应Huffman编码。在设计基于ARM920T的网络摄像视频监控系统中，摄像头获取的模拟视频信号要经过TLC5510A芯片进行A/D转换，再经过MB86H56芯片中的压缩软件H264压缩。这样不仅可以提高课堂教学对学生的吸引力，也可以拓宽学生视野和开启学生的创新意识。对教师而言，由于科研是自己亲力亲为，对过程理解透彻和体会深刻。因此，讲起来会有声有色，可以很好的和书本中的理论知识融合。
二、科研成果进课堂，丰富教学内容和培养学生工程分析能力
另一方面，信息理论和编码技术是在不断发展的，在课堂教学中适量融入具体的、最新的科研成果，让科研的新动态反映到教学之中。像Turbo码、LDPC码、多天线MIMO系统、稀疏编码和压缩感知编码技术等。在讲授这些新技术时，不从理论上作过多分析，重点讲述新技术的用途和影响。
比如Turbo码，在CDMA系统多用户检测中，将Turbo码及SCCC码结合，通过更新、交换外部信息，可以使其达到单用户的性能。在DS-CDMA系统中，利用Turbo码输出信息反馈给多用户作先验信息，可以增强多用户的性能。以承载多媒体业务为目的的第三代移动通信（IMT-2000），Turbo码是其信道编码方案之一。在宇航和卫星通信领域，Turbo码为其核心技术。Turbo码能使宇航飞行器和卫星发射信号的功率极大降低，同时又使接收性能提高。在高清晰度数字电视的传输系统中，Turbo码也被看好。它能使大量的数字信号准确无误地传输，真正做到高清晰度。比如压缩感知技术利用信号稀疏的可压缩性进行采样，突破了奈奎斯特抽样定理的限制，已被应用到超光谱成像、地理数据分析、雷达和通信领域。
通过多方面介绍信息理论和编码技术，可以帮助学生对这些技术原理有更好的认知和理解，而且有利于培养学生的科学和工程思维方法、价值观和创新精神，也是应对知识高速更新的举措，在兴趣的驱使下学生就会乐于探寻新的知识。
三、科研成果进实践教学，学生获得实际训练机会
信息论与编码是一门理论和实践紧密结合的课程。将科研工作与学生的信息论与编码实践教学有机结合，可以达到培养从事信息技术研究和开发的应用型人才的目的。我们长期致力于电子信息综合实验室的建设，一些大型设备，如程控电话，通信原理综合实验平台等，可以让学生对信息的产生、传输和处理规律等进行验证。有些小型设备，老师可以提出研发思路，指导学生来完成。如光电报警器，光电编码器，网络摄像视频监控系统，智能小车等。
同时，在信息仿真实验室，开发一些设计简单有效而学生通过一定努力就能完成的实验。比如利用C语言或Matlab对给定离散信源进行Shannon编码，Fano编码，Huffman编码，游程编码和冗余位编码，实现线性分组码的编码译码，计算离散信源熵，计算信道容量等。鼓励学生对常用VCD，DVD等格式的视频信号编码进行仿真。通过比较各种不同的编程方法与理论仿真结果，可以激发学生的学习热情。
实践教学是高等教育教学体系中实现人才培养目标的重要环节。科研进课堂教学和让学生参与科研工作，不仅使课堂教学更丰富多彩，使学生的理论知识更扎实，更能培养学生创新能力、实践能力和思维能力，使学生的综合素质得到极大的提高。
参考文献：
[1]傅祖芸，赵建中编著.信息论与编码[M]（第1版）.北京：电子工业出版社，2006.
[2]郎东格，包妍.信息论与编码教学改革的探讨[J].中国电力教育，2010（34）：72～73.
[3]沈希忠.信息论与编码教学改革[J].中国科教创新导刊. 2012（11）：186～187.
作者简介：
文国知（1973-），男，湖北省罗田县人，博士，讲师，研究方向：微电子学与固体电子学。