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摘要：针对“信息论基础”课程的特点，结合电子信息类本科生的培养目标,笔者提出了一种课程建设和教学改革方案,首先对教学内容加以优化，然后在教学过程中引入OBE教育理念，采用基于问题的教学方法，最后在考核方式中引入过程性评价。实践证明,本文提出的改革方案能激发学生平时学习，培养学生的分析问题和解决问题的能力，从而有效提高了教学质量。
关键词：课程建设；教学改革；信息论基础
本文引用格式：李如玮,等.本科生“信息论基础”课程建设与教学改革探索[J].教育现代化,2019,6(82):94-95.
“信息理论基础”是国内外众多大学为本科生开设的学科基础课之一，是一门应用近代数理统计方法来研究信息的存储、传输和处理中的一般规律的交叉学科[1]。在北京工业大学信息学部，“信息论基础”课程被设置为电子信息类相关专业的学科基础选修课程。学时设置为32学时。课程教学目标是使学生掌握信息理论的基本概念、基本理论、基本方法，学会用信息论的知识去分析问题、解决问题。为此，在32学时的教学过程中，笔者针对现有的问题，对教学的内容、教学方法以及考核方式等进行了恰当的改革和实践，取得了预期的效果。
一 教学内容的优化
目前《信息论基础》的教材很多，但是对于本科生来说，很多教材内容都难以让学生建立起熵的概念，并且编写得也比较枯燥。北京航空航天大学出版、周荫清主编的《信息论基础》不失为国内经典教材，但是在教学的过程中发现如果按照教材内容讲解，学生很难理解熵的物理含义，无法灵活应用该概念，并且该教材适合64学时的教学。为此依据本校的教学时长32学时，围绕《信息论基础》课程的本科生教学目标，笔者比较了美国著名高校斯坦福大学、麻省理工学院、康奈尔大学以及宾夕法尼亚大学的教学大纲，围绕“强化基础、注重应用、积极创新”的理论教学理念[1]为我校《信息论基础》课程的教学内容确立了熵的关键地位，确立了信源与信道的承上启下地位，确定了香农三大编码定理的核心地位。为了帮助学生理解熵的概念，引入事例，帮助学生从实验前后对系统认识发生的变化以及实验后实验者获得的感知认识，建立熵与不确定度之间的联系，增加科研实例（如笔者利用分带谱熵进行的语音端点检测）帮助学生理解熵的应用以及如何构造熵。增加狭义信息论存在的缺陷内容以及引入广义信息论的相关内容帮助学生解决对信息认知上的困惑，如熵与具体内容无关，只与其概率空间分布有关，熵无法描述主观价值等问题。在绪论部分增加了信息论方法的应用和取得的成果，帮助学生了解课程的重要性以及应用的范畴。为了让学生学会分析问题，针对每一个知识点引入大量通信或生活中的例子。为了帮助学生进一步掌握本课程的基本概念和理论，本教材从周荫清教授、美国Thomas编写的教材和英国剑桥大学使用的教材以及科研中遇到的实例中选择出经典习题。
二教学方法的改革
教学方法是教师和学生为了实现共同的教学目标，完成共同的教学任务，在教学过程中运用的方式与手段的总称，它直接关系着教学效果的好坏。但目前的教学方法基本是以教师为中心，课堂讲授为主，为此导致学生自主学习积极性不高，学习效果不够理想。为了解决该问题，依据电子信息类工科本科生的特点，笔者在教学过程中引入OBE教育理念[3]，采用了基于问题的教学方法，力图激发学生的平时学习热情以及自我学习的能动性，达到本课程教学的目的。
成果导向教育(outcome based education,OBE)是以学生接受教育后所取得的学习成果作为导向的一种非常先进的教育理念，目前成为美国、英国等国家教育改革的主流理念。为此在教学过程中，笔者从OBE教育理念出发，采用了基于问题的教学方法，具体做法如下。
（一）问题驱动教学
针对“信息论基础”课程的基本概念、定理和理论教授起来很枯燥的问题，笔者在教学过程中设置了大量问题，鼓励学生从问题出发，理解和掌握本课程的知识。例如，在引出信息的第一个概念自信息量之前，设置问题“当抛硬币出现正面时获得多少信息量？”通过这个问题帮助学生建立不确定度与自信息量之间的关系，明白自信息量是先验概率的一个函数。接着设置问题“你对自信息量的公理性认识有哪些？满足这些公理性条件的函数具有什么数学结构？”通过一环套一环的问题，帮助学生一步步抽丝剥茧得到自信息量的公式。然后设置问题“如何从整体度量信源携带的信息量？”引导学生从统计量的角度出发，获得自信息量的数学期望值即离散熵。通过设置问题“熵能描述主观价值吗？”引出加权熵的概念。通过设置问题“在妈妈的特点已知的条件下，孩子来到你面前，你能获得多少认知？”引出条件自信息量和条件熵。通过设置问题“已知妈妈的特点，能否知道其孩子的特点？或者说从妈妈那里能知道孩子多少信息”引出互信息和平均互信息。提问学生“熵和平均互信息的区别是什么”“为什么要对给定的信源进行压缩编码”“何时用限失真信源编码”“何时用无失真信源编码”“为什么要进行信道编码”“为什么要制定译码规则”“何种哈夫曼编码可以获得质量好的码”等问题，让学生通过查阅资料等方式积极主动学习，变被动教育为主动教育，笔者在学生思考后，再给与补充讲解，加深学生对这些问题的理解，帮助学生进一步掌握相关内容。
（二）任务驱动教学
在课堂教学过程中，依据所讲内容，设置了4个讨论题，让学生根据每个题目的任务寻找方法来解决。这4个讨论题为①在12个球中有一个非标准球，讨论如何用信息熵的知识判断是否能用天平称3次必然找到该球？如果能，那么怎么称？13个球呢？14个球呢？②讨论熵、条件熵、平均互信息在有扰信道中的物理意义，并讨论什么原因导致要发送的信息量没有全部到达接收端，但是为什么接收端含有的信息量并不一定比发送端发送的信息小？③讨论信道容量的物理意义，信道容量与信源、信道的关系，以及在何种情况下我们必须对信源进行压缩，何种情况下必须进行信道编码？何种情况下进行限失真信源编码？④哈夫曼编码具有什么特点，如何编码才能使哈弗曼编码的性能最好？学生为了完成这4个任务，学生不得不回顾已学知识或自学，这样学生能更好地掌握知识。这4个题目基本能够把《信息理论基础》涉及的基本概念、基本原理以及三大编码定理都应用起来，从而达到培养学生分析问题和解决问题的能力的目的，帮助学生进一步掌握课程所要求掌握的知识点。
三考核方式的改革
一种好的课程考核方式可以调动教师的教学热情和学生的学习积极性，是提高教学质量的重要手段之一[4]。目前的理论课程的考核方式大多是期末考试成绩加上平时成绩，而平时成绩一般由到课率和作业构成，但是学生的作业很多是抄袭而来，无法达到检验平时学习的效果，并且单纯的到课率并不能判断学生是否学习。为此，笔者提出了新的考核方式，实验证明该考核方式有效提高了教学质量。
笔者采用的考核方式仍然是期末考试成绩加上过程性评价，但是过程性评价方式发生了本质的改变。具体的做法是：课程的总分为100分，它由学生参与讨论的活跃程度、讨论题的报告、3次随堂测试以及期末考试构成。在教学过程中，基于问题的教学非常容易观察学生的参与程度来了解学生是否在积极思考，通过课后学生提交的讨论题的报告质量，了解学生对问题的分析思考解决能力，通过3次随堂考试，检查学生的到课率以及平时学习的投入程度，掌握知识的程度，促进学生发现问题并积极加以改进。学生参与讨论的活跃程度赋值5分，讨论题的报告质量赋值10分，3次随堂测试（信息的度量+信源与信道+编码）赋值15分，每次5分，期末考试70分。这种评价方式可以促进学生加大平时学习的力度，养成积极思维的习惯，减少期末临时抱佛脚的现象。同时这种评价方式通过加大教学过程中的评价，在过程评价中加入了综合能力的培养，为此其能更好地发挥评价、促教促学功能，达到本课程教学的目的。
四 结语
总之，笔者在“信息论基础”的教学实践中，从课程和电子信息类工科学生的特点出发，在教材内容的建设上选择了最能体现“信息论基础”课程的概念、三个定理以及信源与信道，增设了狭义信息论与广义信息论的区别以及狭义信息论的缺陷，信息论的应用及取得的成果，挑选了经典的习题以及最符合信息处理过程的顺序安排。在教学方法的改革中，通过引入OBE教育理念，采用基于问题的教学方法进行探索。同时对该课程的考核方法进行改革，在最终的成绩中加大了加大过程性评价所占的比例，增设随堂考试、课堂讨论课题的报告、学生参与讨论的活跃度考察，以确保教学方法改革的成效。多年的课程建设的实践证明，笔者准备的教学内容能够充分反映信息论的基本概念、基本理论和定理，符合“信息论基础”课程大纲的要求。笔者采用的教学方法以及考核方法，极大地激励了学生平时学习的主动性和积极性，提高了学生分析和解决问题的能力，有效提高了教学效果，达到了本课程的教学目的。
参考文献
[1]李如玮.“信息理论基础”课程的教学改革与实践[J].教师,2013(35):103-104.
[2]欧卫斌,李军生,韩芝侠.《电力电子技术》课程建设与教学改革研究[J].信息系统工程,2018(09):175.
[3]王秋芬,王永新.基于OBE的操作系统原理课程教学方法改革与实践[J].教育教学论坛，2019(12）:167-168.
[4]李如玮,毋立芳，窦慧晶，等.“信息理论基础”课程学习效果评价方式的改革与研究[J].教师，2012(1043)：55-56.
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