“信息论”荣誉课程的教学改革与创新探索.pdf
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1、第52卷 第4期2 0 2 3年 8月Vol.52,No.4Aug.,2 0 2 3上海师范大学学报(自然科学版)Journal of Shanghai Normal University(Natural Sciences)“信息论”荣誉课程的教学改革与创新探索周小林(复旦大学 信息科学与工程学院,上海 200438)摘 要:通过有梯度的教学内容设计、循序渐进的教学方法、“前沿问题驱动+互动研学+自主创新”的教学形式,培养学生信息理论研究兴趣,树立原创技术开发意识,成为具备扎实信息专业知识且视野宽阔的高素质人才.关键词:荣誉教育;信息论;创新思维;前沿问题驱动中图分类号:TP 183 文献标志
2、码:A 文章编号:1000-5137(2023)04-0521-04Teaching reform and innovation exploration of“information theory”honorary courseZHOU Xiaolin(School of Information Science and Engineering,Fudan University,Shanghai 200438,China)Abstract:Through graded teaching content design,as well as step-by-step teaching method,
3、the students interest in information theory research could be cultivated by“frontier problem-driven+interactive study+independent innovation”teaching format.Besides,the awareness of original technology development could be established.Based on the above procedures,the students could become high qual
4、ity talents with solid information expertise and broad vision.Key words:honorary education;information theory;innovative thinking;frontier issue driven荣誉教育旨在为强国战略培养具备批判性科学精神、学术创新、基础扎实、视野开阔的高素质领军人才1-3.目前,荣誉教育在欧美众多高校教育中越来越普遍,提供了高水平个性化的荣誉课程,为社会培育了大量拔尖人才4.就中国而言,北京大学、清华大学和上海交通大学等很多国内高校开始了荣誉学位制度,已成为双一流高校建
5、设的重要内容.信息论是20世纪40年代后期形成的一门学科,重点研究信息度量、信源编码、信息传输和密码学等问题,涉及电子工程、通信工程、计算机工程及生命科学等诸多学科5-7.在传统“信息论”教学中,学生习惯于被动听课的教学模式,缺乏创造性、探索性、独立性的思考方式,无法激发学习潜力和动力.此外,传统的教学方式无法匹配快速发展的信息科学技术,无法满足荣誉教育的要求.同时,抽象而繁琐的公DOI:10.3969/J.ISSN.1000-5137.2023.04.016收稿日期:2023-06-28作者简介:周小林(1973),男,副教授,主要从事信息论和无线通信方面的研究和教学.E-mail:引用格式
6、:周小林.“信息论”荣誉课程的教学改革与创新探索 J.上海师范大学学报(自然科学版),2023,52(4):521524.Citation format:ZHOU X L.Teaching reform and innovation exploration of“information theory”honorary course J.Journal of Shanghai Normal University(Natural Sciences),2023,52(4):521524.2023年上海师范大学学报(自然科学版)J.Shanghai Normal Univ.(Nat.Sci.)式推导也
7、使学生产生畏惧,失去对信息科学的研究兴趣.针对如上问题,本文作者通过广泛课程调研,设定合理的教学目标及有梯度的教学内容,开发了“前沿问题驱动+互动研学+自主创新”的课程项目,提高了学生对信息论课程的学习兴趣.1 课程建设与改革探索 1.1教学调研与目标设定“信息论”是国内外众多高校的核心课程,为建设“信息论”荣誉课程.通过广泛的调研,本研究分析了美国麻省理工学院、斯坦福大学、莱斯大学,新加坡国立大学,国内浙江大学及上海交通大学等多所高校的“信息论”教学思路与教学安排.以美国麻省理工学院为例,其课程涵盖随机过程熵定义、最大熵定理、二元对称信道容量、二元删除信道容量、哈夫曼信源编码及先进信道编码等
8、信息论主要内容.整个课程分23个讲座,作业量较大,学生在课后需要复习所学知识,通过反复思考来加深理解.课程不仅包含主讲教材,还提供补充教材,供学生自行学习,培养学生自学能力,鼓励学生通过课外方式掌握了解更多课程知识.新加坡国立大学信息论课程涵盖信源压缩、噪声信道编码、神经网络及稀疏编码等内容,且设置了大量的习题课.复旦大学“信息论”荣誉课程的课时充裕,可以充分进行信息论基础知识和拔尖加强知识的讲解与练习,在教学内容和深度方面都有所加强,以适应信息技术快速发展的要求.参考国内外教学实践,本课程教学目的设定为:首先,使学生对信息论有比较全面和系统的了解,牢固掌握信息理论的基础知识及科学分析方法;然
9、后,培养学生解决实际问题的能力,成为具备扎实信息专业知识和实践技能的高层次人才;同时,课程突出学生的创新意识,结合当前信息论最新发展和应用进行拓展,培养学生信息论研究能力,为从事信息科学的研究和应用打下坚实的基础.另外,设定“信息论”荣誉课程的基本要求:(1)掌握信息度量、各类离散信源和连续信源的信息熵及平均互信息;(2)掌握无失真编码定理,以及香农码、费诺码和哈夫曼最佳编码方法等,掌握限失真编码定理;(3)理解信道分类及表征信道的参数,掌握各种信道的信道容量的计算方法;(4)掌握信息率失真函数定义、性质;(5)熟练掌握纠错编译码的基本原理、线性分组码编码与标准阵列译码方法;(6)深入掌握卷积
10、码编码、最大似然译码维特比算法;(7)掌握多输入多输出(MIMO)信道及容量,了解多用户信息论基础原理和迭代干扰消除可达速率分析等.1.2教学内容设计本课程遵循由易到难、循序渐进的原则,在加强基础部分讲解的同时,针对信息技术快速发展的特点,精选难度适宜的前沿专题报告,设计具有弹性的学习内容.在深度和广度方面,加强信息论教学的拓展,激发学生的学习兴趣与热情.(1)基础部分包括:讲述信息论的基本理论、基本分析方法,以及最新的信息论科学发展等.主要涵盖:平均自信息、平均互信息、信道模型及信道容量、率失真函数、经典信息论三大定理、常用信源编码方法、有扰信道编码定理、最佳译码策略、线性分组纠错码、卷积码
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