信息熵理論在多媒體課件圖形設(shè)計(jì)中的應(yīng)用*

呂永峰

信陽師范學(xué)院傳媒學(xué)院 河南信陽 464000

信息熵理論在多媒體課件圖形設(shè)計(jì)中的應(yīng)用*

呂永峰

信陽師范學(xué)院傳媒學(xué)院 河南信陽 464000

基于信息論中的信息熵理論，借助認(rèn)知心理學(xué)中的人類分層傳播模型，探討多媒體課件制作中的圖形設(shè)計(jì)問題，以期為一線制作多媒體課件的教師提供指導(dǎo)。

信息熵理論；人類分層傳播模型；多媒體課件；圖形設(shè)計(jì)

Author’s address School of Communications, Xinyang Normal University, Xinyang, Henan, China 464000

1 信息熵理論與多媒體課件圖形設(shè)計(jì)的理論分析

“熵”是德國物理學(xué)家克勞修斯在1850年創(chuàng)造的一個(gè)術(shù)語，他用它來表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度。能量分布得越均勻，熵就越大。如果對(duì)于所考慮的那個(gè)系統(tǒng)來說，能量完全均勻地分布，那么，這個(gè)系統(tǒng)的熵就達(dá)到最大值[1]。1948年，香農(nóng)（Shannon）第一次將這一概念引入信息論中，從此，熵這一概念被廣泛用于信息的度量，在自然科學(xué)和社會(huì)眾多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，并成為一些新學(xué)科的理論基礎(chǔ)，由狹義熵發(fā)展為廣義熵。從物理熵理論引伸到信息學(xué)、社會(huì)學(xué)等領(lǐng)域，稱之為信息熵。信息熵并不是負(fù)熵，它描述的是信源的不確定性而不是其不確定性的減少。信息熵大表示信源的不確定程度較大，同樣是一種無序性。香農(nóng)的信息概念是人們對(duì)事物了解的不確定性的減少或消除，這一定義關(guān)注的是通信中的信息問題，所以香農(nóng)信息是一種與信道相關(guān)的“信息”。信源、信道、信宿成了認(rèn)識(shí)過程的不可分割的部分，主客體是不可分的。換言之，信息是認(rèn)識(shí)主體所感受的或所表達(dá)的事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的方式，是人們?cè)谕獠渴澜绾涂刂仆獠渴澜绲倪^程中，同外部世界進(jìn)行交換的內(nèi)容。

信息度量：若一個(gè)事件產(chǎn)生的概率是P，則它的信息量I=-log2P。

對(duì)于n個(gè)事件構(gòu)成的概率系統(tǒng)，每一事件產(chǎn)生的平均信息量為：H為信息熵，信息熵的大小用于表示概率系統(tǒng)的不確定程度。式中，Pi為信息系統(tǒng)中狀態(tài)i出現(xiàn)的概率。信息熵可用于對(duì)信息系統(tǒng)中信息量大小進(jìn)行計(jì)算。

而多媒體課件是一種教學(xué)軟件，它是一種圖形、文字、表格、視頻、音頻等信息的集合，能有效地促使學(xué)習(xí)者思考問題，實(shí)現(xiàn)有效的學(xué)習(xí)。多媒體課件活動(dòng)的實(shí)質(zhì)是信息處理、變換和傳播的過程。多媒體課件是形式，是教育教學(xué)信息的載體；教育教學(xué)信息（包括圖形信息）是內(nèi)容，是多媒體課件的本質(zhì)。從信息的角度分析，多媒體課件活動(dòng)就是信息熵的變化過程。其中最為重要的活動(dòng)之一就是多媒體課件的圖形設(shè)計(jì)，主要涉及信息流、信息熵、信息負(fù)熵的處理。

2 人類分層傳播模式對(duì)多媒體課件圖形設(shè)計(jì)的啟示

多媒體課件受眾在使用課件過程中起著至關(guān)重要的作用。最初的多媒體課件只是機(jī)械地呈現(xiàn)課本中的知識(shí)，目的是向受眾“灌輸”知識(shí)信息。而實(shí)際上，受眾在多媒體課件的使用和評(píng)價(jià)中的地位是主動(dòng)的：受眾有選擇地接受課件信息，進(jìn)行負(fù)熵的輸入，使受眾子系統(tǒng)中的熵減少。

借助“基于認(rèn)知心理學(xué)的人類分層傳播模式”（圖1）[3]，受眾對(duì)多媒體課件圖形信息的處理模型是：視覺→感覺登記（視像記憶）→視知覺→短時(shí)記憶（視覺代碼）/長時(shí)記憶（表象代碼）→視覺表象→表象編碼。

具體步驟：

第一步，人腦對(duì)直接作用于視覺器官的多媒體圖形的個(gè)別屬性進(jìn)行反應(yīng)，其所得的信息是主要滯留在視覺器官上的未經(jīng)整合的各種具體的信息；

第二步，個(gè)體解釋輸入的視覺刺激信息（這里主要指圖形信息），從而產(chǎn)生視知覺模式和客觀事物意義，是淺層次的意義建構(gòu)，其規(guī)則有多樣性、模糊性之特點(diǎn)；

第三步，視像記憶；

第四步，視覺表象及表象編碼，即人腦對(duì)個(gè)體看到的圖形信息進(jìn)行編碼，其中有轉(zhuǎn)喻、類推、替代、濃縮等形式，以此形成陳述性知識(shí)（如知識(shí)、概念、命題、腳本、圖式、表象等）和程序性知識(shí)（產(chǎn)生式規(guī)則）等，而這些知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)又常常存儲(chǔ)于記憶庫中以備個(gè)體調(diào)用；

第五步，發(fā)展到思維層面，運(yùn)用于問題解決當(dāng)中。

綜上所述，受眾在多媒體課件的使用及評(píng)價(jià)中的地位是主動(dòng)的，而且是具有決定性的。

由此可以明顯地看出：多媒體課件的圖形設(shè)計(jì)主要作用于人類分層視覺傳播的感覺和知覺層。感覺和知覺層面的視覺加工是底層的感性加工，只有保證這兩個(gè)基礎(chǔ)層的加工不出偏差，才能保證整個(gè)視覺信息加工過程不出“數(shù)據(jù)讀取錯(cuò)誤”這樣的問題，才能促成認(rèn)知個(gè)體由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的飛躍。這是對(duì)多媒體圖形知覺設(shè)計(jì)的宏觀要求。

3 信息熵理論在多媒體課件圖形設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

從信息熵理論的角度來看，受眾系統(tǒng)的信息處理過程是受眾從接觸課件以后的全部過程，這個(gè)過程與受眾的知識(shí)背景和社會(huì)背景有密切的關(guān)系。

3.1 受眾對(duì)課件圖形的接受程度和受眾對(duì)圖形的關(guān)聯(lián)性有關(guān)

圖1 基于認(rèn)知心理學(xué)的人類分層傳播模式

3.2 受眾對(duì)多媒體課件中圖形的注意程度不同

在對(duì)N個(gè)圖形若等概率傳播，信息熵最大為Hmax，實(shí)際情況下是非等概率傳播，則熵為H，且H＜Hmax。定義相對(duì)信息熵為h=H/Hmax[2]?；谙鄬?duì)信息熵，稱r=1-h為冗余度。冗余度表示由于各種圖形出現(xiàn)的概率不同而使信息熵減少的程度，還表示圖形在傳播信息時(shí)，不必要的冗長部分的比例。信息傳遞過程中的冗余度使得信息傳遞的效率變低，信息知覺卷入程度低，情感方面誘發(fā)否定效果。

所以在多媒體課件的圖形設(shè)計(jì)中，要注意對(duì)“歧義圖形”的適當(dāng)處理。這里的“歧義圖形”指讓學(xué)生產(chǎn)生視錯(cuò)覺的圖形和容易產(chǎn)生視覺掩蔽的圖形等。具體要求為：1）對(duì)于視錯(cuò)覺圖形，為了防止教學(xué)活動(dòng)中視錯(cuò)覺現(xiàn)象產(chǎn)生而影響教學(xué)效果，這里要求在多媒體課件編制過程中對(duì)不確定的圖形作簡要說明，保證信息的準(zhǔn)確傳遞；2）對(duì)于容易產(chǎn)生視覺掩蔽的圖形，這里要求在圖形刺激物的形態(tài)和出現(xiàn)的時(shí)間上做機(jī)動(dòng)控制，避免給學(xué)生傳遞含糊不清甚至錯(cuò)誤的信息。

需要說明的是，并不是所有的視錯(cuò)覺現(xiàn)象都要加以糾正或說明，對(duì)于特殊的教學(xué)內(nèi)容也可借視錯(cuò)覺等圖形知覺現(xiàn)象創(chuàng)造特殊的視覺效果。

3.3 多媒體課件中的圖形要引起受眾的關(guān)注，并傳播到一定廣度

多媒體課件的圖形設(shè)計(jì)是信息的處理和變換，是復(fù)雜的思維意識(shí)及信息的高級(jí)活動(dòng)，它是負(fù)熵的輸入。如果圖形設(shè)計(jì)是一個(gè)孤立子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)思想是這個(gè)子系統(tǒng)的能量，圖形的有效解讀是信息熵。熵的變化決定著多媒體課件中圖形有效解讀的變化和發(fā)展。如果因循守舊，不接納外界的新信息，那么在經(jīng)過一段時(shí)間的設(shè)計(jì)后，其熵的增加達(dá)到最大值，新的知識(shí)減少。即圖形中的信息量遞減，信息的不確定性減少的量逐漸減少，結(jié)果是多媒體課件間的圖形設(shè)計(jì)趨于雷同化和模式化。

根據(jù)香農(nóng)公式C=Wlog2(1+S/N)[5]，圖形信息的送達(dá)率C與發(fā)送廣度W成正比，與信噪比S/N成正比。在目前課件泛濫、知識(shí)爆炸的背景下，圖形信息噪聲量極大。受眾在接收?qǐng)D形信息時(shí)，需要有利于他們進(jìn)行信息處理的客觀條件。如果受到外界的干擾、刺激，或者接觸時(shí)間受到限制，則不利于這一心理過程；如果有可能多次重復(fù)接觸同一個(gè)圖形信息，則此心理過程會(huì)更加有效。

圖形信息引起受眾的關(guān)注的有效途徑是提高信噪比S/N，而提高S/N，可以提高該圖形本身的信息量，或者抑制其他無關(guān)圖形的信息量。由此可以得出下面的影響因素。

1）圖形與背景設(shè)計(jì)。圖形與背景的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)分明，使學(xué)生對(duì)教學(xué)主體一目了然，迅速激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)，并在有效的時(shí)間內(nèi)把握被感知圖形的特征，以增強(qiáng)教學(xué)效果。要求：

①背景一般用來表現(xiàn)教學(xué)環(huán)境、襯托與主體圖形的相互關(guān)系，所以要避免與教學(xué)內(nèi)容無關(guān)的圖形出現(xiàn)在多媒體課件的界面上；

②背景的顏色不宜過分鮮艷，以免喧賓奪主，將學(xué)習(xí)者的注意力分散；

③可用明暗對(duì)比來突出主體，例如通過加強(qiáng)主體部分的亮度和色飽和度來突出主體對(duì)象。

2）圖形的組合設(shè)計(jì)。這里要求按照?qǐng)D形組合的科學(xué)法則（如格式塔的組織律或其他視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)法則）對(duì)多媒體課件中的圖形進(jìn)行合理的安置。

①整體規(guī)律：對(duì)學(xué)生沒有經(jīng)驗(yàn)的新事物，應(yīng)在畫面上整體呈現(xiàn)；而對(duì)學(xué)生已經(jīng)熟悉的事物，在畫面上呈現(xiàn)事物的部分主要特征會(huì)有更好的圖形知覺效果。當(dāng)圖形設(shè)計(jì)未能遵循這一規(guī)律時(shí)，學(xué)生會(huì)將一種事物的整體知覺分為幾個(gè)不同的部分，或?qū)追N事物的不同部分組合成另一種事物整體，從而影響課件的教學(xué)效果。

②對(duì)比規(guī)律：設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行圖形設(shè)計(jì)時(shí)，最好能采用大小對(duì)比、新舊對(duì)比、明暗對(duì)比、色彩對(duì)比、虛實(shí)對(duì)比、主體對(duì)象與背景的對(duì)比等手法突出學(xué)習(xí)對(duì)象不同部分的特征。例如，要說明一個(gè)物體的大小，最好在它旁邊放置一件學(xué)生比較熟悉的物體作為參照。

4 結(jié)語

對(duì)于一套優(yōu)秀的多媒體課件，圖形設(shè)計(jì)至關(guān)重要?；谛畔⒄撝械男畔㈧乩碚摚柚J(rèn)知心理學(xué)中的人類分層傳播模型，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行多媒體課件設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要充分考慮課件中的被選圖形與背景的區(qū)分，還要充分考慮圖形與受眾文化背景、知識(shí)水平等因素。以學(xué)生為本，設(shè)計(jì)出高水平的多媒體課件，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中保持一個(gè)良好的心理和視覺狀態(tài)，減少學(xué)習(xí)以外因素的干擾，只有這樣，才能真正發(fā)揮多媒體教學(xué)的長處，最終達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

[1]什么是信息熵[DB/OL].http://www.360doc.com/showGroupWeb.aspx?Category ID=1&ArticleID=540537&Group ID= 555.

[2]傅德榮,章慧敏.教育信息處理[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2004.

[3]莫永華,寇冬泉.基于認(rèn)知心理學(xué)的人類分層傳播模式[J].電化教育研究,2005(11):38-41,46.

[4]于馨燕.信息熵理論在廣告活動(dòng)中的應(yīng)用研究[J].企業(yè)經(jīng)濟(jì),2007(3):77-79.

[5]關(guān)于香農(nóng)公式[DB/OL].http://zhidao.baidu.com/question/12379753.html.

On Appl ication of Ent ropy Theory in Picture-designing of Mul timedia Courseware//

Lv Yongfeng

Based on the Ent ropy Theory and Humankind’s Hierarchical Communication Mode, the author discusses on the picture-designing problems of mul timedia courseware, in order to cause readers’discussion to promote the level for the production of mul timedia courseware.

ent ropy theory; humankind’s hierarchical communication model; mul timedia courseware; picture-designing

G436

B

1671-489X(2012)18-0100-03

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.18.100

*本文受信陽師范學(xué)院青年骨干教師資助計(jì)劃資助；信陽師范學(xué)院2010年度青年基金項(xiàng)目“‘三網(wǎng)融合’視閾下的分層視覺傳播及視覺素養(yǎng)培養(yǎng)研究”（項(xiàng)目批號(hào)：2010006）研究成果。

作者：呂永峰，講師，研究生學(xué)歷，信陽師范學(xué)院傳媒學(xué)院媒體技術(shù)教研室主任，研究方向?yàn)橐曈X傳播理論與影視制作技術(shù)。