“信息论与编码”课程思政建设的一点思考_张江鑫.pdf

133-2023 年 3 月第 11 期Mar.2023No.11教育教学论坛EDUCATION AND TEACHING FORUM“信息论与编码”课程思政建设的一点思考张江鑫，张 昱，徐思世（浙江工业大学 信息工程学院，浙江 杭州 310023）摘 要 开展“信息论与编码”课程思政，既有必要性，又有可行性，并且具有很好的优势。开展课程思政，就是要将思政元素融入课程教学的全过程，落实到课程目标设计、教学大纲修订、教材选择、教案课件编写等各方面，贯穿课堂讲授、教学讨论、实验和作业等各个环节。从“信息论与编码”课程教学实践出发，就其课程思政建设谈一点思考，分析了课程思政的整体思路，从课程目标、教学方法、教学内容和考核评价等方面探讨基于思想政治教育要求的课程大纲修订，重点从信息论的发展历史和现状、信息论的基本概念和原理、信息论的基本理论等方面深入探讨课程思政元素的挖掘。关键词 信息论与编码；课程思政；思政元素基金项目 2020年度浙江工业大学研究生教学“课程思政”改革试点课程“信息论与编码”（2020-1）作者简介 张江鑫（1964），男，浙江海宁人，硕士，浙江工业大学信息工程学院副教授，主要从事多媒体数字通信、信号与信息处理研究；张 昱（1987），男，浙江杭州人，博士，浙江工业大学信息工程学院副教授，硕士生导师，主要从事无线通信、无线信号处理、信息论与编码研究；徐思世（1998），女，江西上饶人，浙江工业大学信息工程学院2021级电子与通信工程专业硕士研究生，研究方向为电子与通信工程。中图分类号 G642.41 文献标识码 A 文章编号 1674-9324（2023）11-0133-04 收稿日期 2022-03-29引言2020年6月，教育部关于印发 高等学校课程思政建设指导纲要 的通知（教高 2020 3号）指出，全面推进课程思政建设是落实立德树人根本任务的战略举措。1课程思政是指依托课程这一载体，以隐性教育方法，将思想政治教育的原则、要求和内容与课程的教学设计、教材研发、课堂实施、课程评价等有机结合起来的一种思想政治教育形式。信息论是现代信息通信领域的基础理论，是研究信息传输和信息处理的一般规律的科学。“信息论与编码”是信息类各专业研究生的主要理论课2，也是进一步学习信息类其他课程必备的基础。开展“信息论与编码”课程思政，既有必要性，又有可行性，并且具有很好的优势。信息论既是学科理论，又是方法论。信息类课程中的思政元素比一般的理论课程要多，如对应信息技术发展的家国情怀，从国情出发，走中国特色社会主义道路；内含和外延，透过现象看本质；对应编码理论的具体问题具体分析、活用辩证法等。因此，高校教师开展了信息论的课程思政研究，提出了许多宝贵的经验3-4。本文从“信息论与编码”教学实践出发，就其课程思政建设的几个方面谈一点思考，共同探讨和提高信息论课程思政水平。一、课程思政的整体思路把马克思主义立场、观点和方法的教育与科学精神培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力。强化学生的工程理论教育，培养学生精益求精的工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。在知识传授和能力培养中，帮助学生塑造正确的世界观、人生观和价值观，培养学生爱国、敬业、诚信、友善的公民价值观。课程思政的具体思路包括以下几方面。1.将思政元素融入课堂建设的全过程，落实到课程目标设计、教学大纲修订、教材编审选用、教案课件编写等方面，贯穿于课堂讲授、教学研讨、实验、作业等环节。2.从信息论的发展历史和现状、基本概念和原理、基本理论等方面蕴含的哲学原理来挖掘思政元素。3.以中国信息产业发展的现状、热点、应用为134-教育教学论坛2023 年 3 月背景，以信息概念为切入点，以香农理论为载体，以信息方法为引领，结合时政要闻、名人逸事、科技创新、为人处世等融入思政元素。二、课程大纲的修订1.关于课程目标。“信息论与编码”的课程目标，应以学习知识、培养能力、提高素质为理念，强调理论联系实际，面向通信系统的实际应用，让学生学会用信息方法研究和解决问题。具体到思想政治教育目标，可以有以下四个方面：（1）激励学生产生科技报国的爱国主义情怀与社会责任担当；（2）培育学生养成团结合作的爱岗敬业精神，树立正确的世界观、人生观和价值观；（3）培养学生理解和掌握马克思主义的立场、观点和方法，提高正确分析问题和解决问题的能力；（4）基于信息论的视角，理解信息时代中信息对社会的影响，树立严谨的科学观。2.关于教学方法。课程教学一般以课堂讲授为主，结合课堂讨论、读书报告和实验等。课堂讲授：主要讲解基本原理，结合工程实际问题和思政元素，使学生更好地理解信息概念及相关理论，提高对本课程学习的兴趣，培养政治意识和科学素质。课堂讨论：针对问题进行综合分析，及时融入思政元素，进行提问和讨论，使学生更好地融入课堂，加深对知识的理解，培养创新意识。读书报告：提供一定量的扩展性内容，提出自学要求，并鼓励查询课外资料，培养学生的文献检索能力、自主学习意识和自主学习能力。3.关于教学内容。教学内容一般包括能力培养的教学要求、素质培养的教学要求和学生任务等。修改教学要求，是为了进一步明确各章节的知识内容和教学目标，强调素质要求，培养学生用信息论的观点看问题和用信息方法解决问题的能力，提升学生的思想品德和科学素质。例如，第一章绪论的要求是：“本章的基本要求是了解信息论的研究对象，理解通信的系统模型、性能指标及技术措施，重点掌握通信中的信息定义及三者关系。要求结合日常生活和具体通信系统进行讲解，给学生以创新启迪；培养学生逐步掌握用信息论的观点看问题，用信息方法去解决问题。本章的思想政治教育要求是介绍信息技术的发展、相关人物和单位，以及国家的现状，激发学生的家国情怀、责任担当和自信心；介绍克劳德艾尔伍德香农的生平，鼓励跨学科学习，重视基础学习；通过对信息概念及关系的了解，学习内含和外延、现象和本质、抓主要矛盾等辩证思维方法。通过对通信系统的分析，学习用信息论的观点看问题，用信息方法去解决问题。”4.关于考核评价。基于课程目标，制订课程考核方案。课程成绩主要由过程考核和期末考试构成，不能过分注重考试成绩而忽视对学生学习过程的综合考量，加强对学生思想政治素养的评价，加强平时成绩评定的合理性和精准性。适度加大过程考核比重，增强学生对平时教学环节的关注度，同时重视平时的练习与积累，以提高学生的学习效果。课程思政的考核主要体现在课堂互动、作业及读书报告等方面5，并制定具体的评分标准。三、思政元素的挖掘思政元素可以从信息论的发展历史和现状、基本概念和原理、基本理论等方面出发，并结合中国信息产业发展现状、热点和应用来挖掘。1.从信息论的发展历史和现状挖掘思政元素。通过介绍信息论的奠基人克劳德艾尔伍德香农的生平，他对信息论的贡献，他的学科交叉和研究方法，鼓励学生学习他的科学精神和工作态度，重基础，跨学科。还有国内信息论研究相关院士专家的贡献，如华为等杰出企业在5G方面的成就，以及国内信息技术现状，激发学生的家国情怀和责任担当。2.从信息论的基本概念和原理中挖掘思政元素。（1）信息概念：关于信息的定义存在多样性，从不同的角度去看会得出不同的结果。通信中的信息定义有三个层次，存在三者关系，所以通过对信息概念及关系的了解，学习内含和外延、现象和本质、抓主要矛盾等辩证思维方法，用信息论的观点看问题，用信息方法解决问题。（2）信源与信息熵：信源有很多类型，主要是从不同的特征和角度区分的，从中要学会抽象，掌握分类的方法。信息熵概念的提出，与热力学熵有着极为密切的关系，可以引导学生尊重历史规律，站在巨人的肩膀上，学习、借鉴和总结前人成果。由最大熵定理可以引申出团队的力量，个人强不是强，整体强才是真正强，引导学生重视培养团队合作意识，只有团队中每个人的能力都提高了，才能发挥团队的最强力量。（3）信息不增性原理：它有双层含义，经过归并135-第 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期处理后，信息只可能减少，不可能增加；要想获得更多、更精确的信息，必须付出代价，进行多次独立的测量和接收，但无论怎么增加次数，获得的信息也不会超过信源提供的信息熵。可以拓展的知识点是，要学会多听多看，才能全方位、全面地看问题。（4）信道：信道容量是信道在某种条件下的最大传输能力，因此要注意角度和条件，进而引申出坚持从国情出发，走中国特色社会主义道路。信道级联是一种常用、普遍的形式，也常常容易损失信息。可以让学生体会级联信道传输信息的性能，体会生活中的原理，培养正确的学习态度和方法。（5）信息率失真函数：实际信息传输系统中，失真是不可避免的，常常也是允许的，有损信源编码利用失真对信息进行压缩，所以信源也是相对的，要学会分析和提出问题，分析条件时注意分寸，把握度。3.从信息论的基本理论挖掘思政元素。（1）信源编码：克劳德艾尔伍德香农在编码第一定理基础上提出了具体的变长编码方法，即香农编码方法，费诺基于二分思想提出了具有实用价值的费诺变长编码方法，费诺教授的学生霍夫曼找到了一种效率更高的变长分组编码方法并得到广泛应用。在讲授霍夫曼编码时，可以介绍信源编码的发展过程，引导学生敢于挑战权威，鼓励学生“青出于蓝而胜于蓝”。信源编码通过“去除冗余”从而压缩数据，提高了信息传输效率，因此做事也要抓住事物的主要矛盾，分清主次。我们的生活偶尔也应该去除冗余，人生本来就是负重前行，要尽量减少包袱，轻装上阵。在人生的每个阶段也有主次，要分清轻重缓急，先把主要的事情做好，生活才会变得轻松简单，学生的主要任务就是学习。（2）信道编码：信道编码的目的是提高传输的可靠性，改善通信系统的传输质量。构造信道码的基本思路是，根据一定的规律在待发送的信息码元中人为地加入一定的多余码元（监督码），希望以最小的多余度代价换取最好的抗干扰性能。简单重复编码是很好的教学内容，既方便介绍，又方便学生理解信道编码的原理和本质。信道编码与信源编码相反，增加了多余度，也就降低了效率，因此，要学会理论联系实际，具体问题具体分析，活用辩证法；注意问题的角度，把握好分寸。（3）加密编码：加密编码的目的是保护两个合法授权用户间的安全、保密通信，防止一切非授权的非法用户的窃听和伪造。通过编码，破坏信源原来的统计特性以及结构等特性，理论上应满足明文与密文统计独立。加密编码不同于信源编码和信道编码，而是“改头换面”，要求不同，角度不同，方式也不同，可以用生活中的加密方式、有线电视加密来介绍，具体问题具体分析，理论联系实际，培养学生用信息论的观点看问题、分析和解决问题的能力。目前，主要思政元素如表1所示。序号章节名称课程主要内容思政元素1绪论克劳德艾尔伍德香农简介，信息论概述及信息概念家国情怀；跨学科，重基础；内含和外延，现象和本质；抓住主要矛盾；用信息论观点看问题，用信息方法解决问题2无失真信源与信息熵信源特性与分类，离散信源的信息熵，离散序列信源的熵，互信息，冗余度掌握抽象和分类的方法；理性分析和定量计算；理解相对性；学会多听多看，全方位、全面地看问题3限失真信源与信息率失真函数限失真信源的特性，离散信源的信息率失真函数学会分析和提出问题；分析条件、注意分寸，把握度4信道与信道容量信道的分类与描述，无干扰离散信道及其信道容量，离散单个消息信道及其容量，信道容量代价函数及信道冗余度，多用户信道掌握分类的方法，注意角度和条件，理解相对性；从国情出发，走中国特色社会主义道路5信息与通信系统的优化信息与通信系统的物理和数学模型，信息与通信系统的单指标优化掌握优化的思路和方法；理解科学发展观；矛盾的普遍性和特殊性，活用辩证法；从国情出发，促进我国技术发展6信源编码无失真信源编码，预测编码，变换编码；传真编码，语音压缩编码，图像编码培养分析问题和解决问题的基本思路和常用方法；矛盾的普遍性和特殊性，抓住主要矛盾；活用辩证法7密码密码学的基本概念，保密学的理论基础；序列编码，分组编码；公开密钥编码，认证系统；模拟消息加密体制具体问题具体分析，理论联系实际；培养学生用信息论的观点看问题、分析问题和解决问题的能力8信道编码信道编码的基本概念；线性分组码，循环码，卷积码；信道编码的新进展理论联系实际，具体问题具体分析，活用辩证法；注意问题的角度，把握好分寸表1 课程的主要内容和思政元素张江鑫，等“信息论与编码”课程思政建设的一点思考136-教育教学论坛2023 年 3 月结语本文从“信息论与编码”教学实践出发，着重探讨了“信息论与编码”课程思政中的四个方面。课程思政应融入教学的各个环节，同时体现信息论作为方法论的特点，在教学过程中以信息技术发展为主线，实现知识与思想相结合。课程思政建设，能够更好地适应新时代学生的培养目标，提升教学质量，为国家培养有知识、有能力和素质全面发展的综合型人才。参考文献1教育部关于印发 高等学校课程思政建设指导纲要 的 通 知：教 高 2020 3号 A/OL.(2020-06-01)2021-12-01.http:/ 贺志强,吴伟陵.信息处理与编码 M.3版.北京：人民邮电出版社,2012.3 黄昭县.“信息论与编码技术”融入课程思政的教学探索 J.教育教学论坛,2020(50):37-38.4 孙兵,李建楠,李景文,等.“信息论基础”课程教学中的思政元素设计 J.工业和信息化教育,2021(9):83-86.5 高素玲,李小芹.信息论与编码课程思政教学设计与实践 J.电脑与电信,2021(11):19-21.Thoughts on the Construction of“Curriculum Ideology and Politics”in the Course of Information Theory and CodingZHANG Jiang-xin,ZHANG Yu,XU Si-shi(College of Information Engineering,Zhejiang University of Technology,Hangzhou,Zhejiang 310023,China)Abstract:It is necessary and feasible to carry out“curriculum ideology and politics”in the course of Information Theory and Coding,which has good advantages.To carry out“curriculum ideology and politics”is to integrate ideological and political elements into the whole process of course teaching,implement the design of course objectives,revision of syllabus,selection of teaching materials,preparation of teaching plans and courseware,and run through all links such as classroom teaching,teaching discussion,experiment and homework and so on.Starting from the teaching practice of the course of Information Theory and Coding,this paper discusses on the construction of“curriculum ideology and politics”by analyzing the overall thinking of“curriculum ideology and politics”,and exploring the revision of the course outline based on the requirements of ideological and political education from course objectives,teaching methods,teaching contents and assessment.It focuses on the mining of ideological and political elements in this course from the aspects of the development history and current situation,the basic concepts and principles and the basic theory of information theory.Keywords:Information Theory and Coding;curriculum ideology and politics;ideological and political elements