淺談信息論指導(dǎo)下的課程教學(xué)改革

摘要：搞好課程教學(xué)工作是學(xué)校工作的重中之重。應(yīng)用信息論的概念和理論，將教學(xué)過程視為雙向信息傳遞的過程，以教師為信源，學(xué)生為信宿，教師和學(xué)生的中間環(huán)節(jié)為信道。探討了如何從信源、信道、信宿這三個方面出發(fā)，搞好課程教學(xué)的方法，為提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果做出努力。

關(guān)鍵詞：信息論；信息傳遞；課程教學(xué)

中圖分類號：G201 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）19-0277-03

一、前言

信息論由美國香農(nóng)博士在上世紀40年代末所創(chuàng)立的，它是研究信息的獲得、傳輸、存儲、處理和變換一般規(guī)律的科學(xué)。香農(nóng)信息論的研究對象是廣義的通信系統(tǒng)，它把所有的通信系統(tǒng)抽象為一個統(tǒng)一的模型，該模型主要分成5個部分[1]，（1）信源：信源就是產(chǎn)生消息和消息序列的源。（2）編碼器：編碼就是把消息變成適合在信道傳輸?shù)奈锢砹?，這種物理量稱為信號。（3）信道：信道是指通信系統(tǒng)把載荷消息的信號從發(fā)送端送到接收端的媒介或通道。（4）譯碼器：譯碼就是把信道輸出的已疊加了干擾的編碼信號進行反變換，變成信宿能夠理解的消息。（5）信宿：信宿就是消息傳送的對象，即接收消息的人、機器或其他事物。至今60多年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這一模型和概念以及內(nèi)容均已大大地豐富，其基礎(chǔ)理論和實際應(yīng)用都取得了巨大的進展。本文基于香農(nóng)信息論理論，將教學(xué)過程看成是一個雙向信息傳遞的過程。教師是信源，教師所傳遞出的知識，就是消息和消息序列。同時教師也是編碼器，老師在講課時要把知識進行加工和提煉，以提高信息傳輸?shù)挠行?。學(xué)生是信宿，是教師傳遞消息的對象。教師和學(xué)生的中間環(huán)節(jié)是信道。譯碼器在這里實際上是指教師所傳遞出的知識應(yīng)通過何種教學(xué)方法和教學(xué)手段變成學(xué)生能夠接受的消息。信息經(jīng)過信源的輸入、儲存、變換，由信道輸出，被信宿接收并反饋、控制，形成了一個完整的教學(xué)流程。其中這各個環(huán)節(jié)之間并不是孤立的存在，而是有機的結(jié)合。運用信息論的理論和方法來研究課程教學(xué)，對于改變傳統(tǒng)的教學(xué)思維，促進教學(xué)方法和手段更新，提高教學(xué)質(zhì)量，都具有重要而深遠的意義。

二、信息論在課程教學(xué)中的應(yīng)用

教學(xué)工作是學(xué)校工作的重中之重，基于信息論理論來討論課程教學(xué)，有必要對信源、信道、信宿做深入的分析。下面以物流工程專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課《機械設(shè)計基礎(chǔ)》為對象，來進行研究和探討。

1.改變傳統(tǒng)教學(xué)方式，擴大與提煉信源。信源是信息傳遞中最重要的環(huán)節(jié)。所謂擴大信源是指教師在教學(xué)過程中，應(yīng)盡可能多地向?qū)W生傳遞信息，加大信息量。提煉信源則是指老師將知識變換加工的過程，準確表達出知識的含義，便于學(xué)生的吸收和理解。改變傳統(tǒng)教學(xué)方式，有助于做好這一環(huán)節(jié)的工作。物流工程專業(yè)的學(xué)生不論是進行生產(chǎn)物流的規(guī)劃和設(shè)計，還是接觸物流設(shè)施與裝備都少不了機械設(shè)計基礎(chǔ)這門綜合性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課。由于本課程教學(xué)內(nèi)容龐雜，與其他多個學(xué)科聯(lián)系廣泛，靈活性大，實踐性強，要想通過本課程的學(xué)習(xí)達到較強的分析問題和解決問題的能力，教師在教學(xué)過程中就必須傳遞較大的信息量。然而，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，往往比較注重向?qū)W生傳授機械設(shè)計中有關(guān)事物規(guī)律性的知識，教學(xué)目的只滿足于排除或減少學(xué)生的不確定性。如現(xiàn)有機械設(shè)計基礎(chǔ)教材中所涉及到的有關(guān)傳統(tǒng)的設(shè)計方法，從材料選擇、失效分析、制定設(shè)計準則到設(shè)計計算過程等都是按照同一模式，涉及到的材料、參數(shù)等都在很窄的范圍內(nèi)，給出了一些推薦值，沒有預(yù)見性。使學(xué)生只能死記硬背各種條條框框，毫無創(chuàng)造性，學(xué)生獲得的信息是有限的。要使學(xué)生獲得較大的信息量，學(xué)生能力的培養(yǎng)是關(guān)鍵。首先，將教學(xué)過程組織成創(chuàng)設(shè)矛盾、解決矛盾的過程。通過一定由淺入深的問題，激發(fā)矛盾，推動思維活動的展開，根據(jù)思維活動展開的程序，把教學(xué)過程組織成一系列不同的智力高度的階梯。用這種方法使學(xué)生以發(fā)現(xiàn)知識的狀態(tài)來學(xué)習(xí)知識，使學(xué)習(xí)的外向動機向內(nèi)向動機轉(zhuǎn)移，變學(xué)生在教學(xué)過程中的客體為主體。新知識在舊知識的基礎(chǔ)上分步積累發(fā)展，把智力發(fā)展寓于設(shè)疑→求疑→解疑的過程中。從而擴大了學(xué)生的不確定性，增強了學(xué)生獲得信息的能力。對于《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程來說，設(shè)疑要設(shè)在開頭、銜接或結(jié)尾處，或設(shè)在講課的重點難點處。例如在開始講授齒輪傳動的設(shè)計時，可根據(jù)學(xué)生在齒輪機構(gòu)一章中所學(xué)的知識向?qū)W生設(shè)疑：對于不同用途的齒輪，如何確定其基本參數(shù)和幾何尺寸？這個疑問一提出，學(xué)生就會想到用在普通減速器上與用在汽車上的齒輪不會一樣。教師可進一步設(shè)疑，為什么不一樣呢？學(xué)生頭腦中的不確定性就會步步加深，這樣可使學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力高度集中。最后，教師解疑，說明這是因為各種機械上的齒輪，其工作條件和所受載荷不同，齒輪失效形式不同，使得對它們的參數(shù)和幾何尺寸的要求不同。釋疑以后，動腦筋的學(xué)生又會產(chǎn)生新的疑問：在不同的情況下，齒輪的失效是怎樣的？又如何根據(jù)失效形式來確定齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸……這樣，根據(jù)知識的內(nèi)在聯(lián)系，組成“問題”的階梯，創(chuàng)設(shè)一個個矛盾，激起一個個浪花，實現(xiàn)一個個求知欲的滿足或不滿足。激發(fā)學(xué)生探究問題和思考問題的興趣，從而培養(yǎng)了分析問題和解決問題的能力。其次，要使教學(xué)過程的單向傳遞，變?yōu)槎嘞騻鬟f。過去基本上是教師→學(xué)生單向信息傳遞。學(xué)生在學(xué)習(xí)中易處于被動、消極的地位，這樣沒有信息的反饋，所以會影響教學(xué)質(zhì)量的提高，因此必須變教學(xué)的單向傳遞為多項傳遞。例如，在機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計這個教學(xué)環(huán)節(jié)中，過去傳統(tǒng)的指導(dǎo)方法是教師規(guī)定學(xué)生做圓柱齒輪減速器，然后從頭至尾都是老師指導(dǎo)學(xué)生一步步做下去，學(xué)生基本上按老師講的方法去做，學(xué)生之間很少討論，學(xué)生與教師之間的逆向交流不充分，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性也就較差。如果在這個教學(xué)環(huán)節(jié)中采用信息的多向傳遞，那么，教師給學(xué)生布置任務(wù)時，給出初始信息只有目地要求、工作機的已知條件，讓學(xué)生自己去選擇達到目地的傳動方案。為了完成任務(wù)，學(xué)生就會開動腦筋，回憶學(xué)過的知識，積極查閱資料，并且開展討論，將各種傳動方案進行分析比較，學(xué)生之間相互表達各自思考的內(nèi)容，學(xué)生與學(xué)生之間的信息得到了充分的交流。之后學(xué)生再將他們自己確定的方案交給老師審閱，老師從中可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生們的想法和創(chuàng)造性，給出指導(dǎo)性意見，使學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性得到了充分的調(diào)動。此外在擴大信源的過程中，應(yīng)該注意不能盲目地追求課堂信息量，而忽略教學(xué)效果[2]。機械設(shè)計基礎(chǔ)課程一般都是采用多媒體教學(xué)。而多媒體教學(xué)信息量大、傳輸速度快，可能會造成信息量的過飽和。因此，如何設(shè)計多媒體課件，加強知識間的聯(lián)系，合理地控制多媒體教學(xué)的速度等是值得教師關(guān)注的問題。

2.重視教與學(xué)的中間環(huán)節(jié)，開創(chuàng)暢通信道。信道是信息傳遞的載體，是教師與學(xué)生之間的中間環(huán)節(jié)，要想使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獲得大的、有效的信息量，如何減少信道的干擾，使信道暢通無阻是這一環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。首先，教學(xué)語言要通俗化、藝術(shù)化。教學(xué)是通過語言媒體進行的，語言直接影響著學(xué)生對知識的掌握和智力的發(fā)展，教師語言藝術(shù)掌握的好壞，直接關(guān)系到信息在傳遞過程中損失的大小。其一，教師在講課中的語言要使學(xué)生聽得懂。其二，教師講課時要注意聲調(diào)。現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)的實踐證明，若是以同一頻率、反復(fù)刺激神經(jīng)元，它的反應(yīng)很快就消失，而稍微改變其頻率，它的反應(yīng)又可以上來，這說明單調(diào)簡單的重復(fù)，容易引起大腦神經(jīng)的疲勞，使所獲信息量減少。因此，教師要根據(jù)課程的特點，用抑揚頓挫的聲調(diào)變化來影響學(xué)生的注意，活躍課堂氣氛。其三，教師在教學(xué)中要用通俗的例子。例如在講各類機械零件的強度分析時，大量用到“疲勞”的概念，如疲勞強度、疲勞壽命等，因?qū)W生還沒學(xué)過交變應(yīng)力的知識，往往不能區(qū)分疲勞強度與靜強度的差別，為了說明這種差別，可舉一個通俗的例子：用手折一根鐵絲，只折幾次不會斷，反復(fù)折動多次會出現(xiàn)裂紋，最終會斷裂，至此就稱發(fā)生了疲勞破壞。通過這個例子，學(xué)生很快明白了“疲勞”這個術(shù)語在這里的特殊意義。經(jīng)過列舉大量的生活例子，加入教師的深入淺出的講解就能彌補學(xué)生們一部分的“先天不足”，開闊他們的視野，調(diào)動他們學(xué)習(xí)的積極性。其次，充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，使圖、文、聲、像動態(tài)地顯示出，把抽象變?yōu)榫唧w直觀、把枯燥變?yōu)樯鷦有蜗?，把?fù)雜變?yōu)楹唵我锥?，教與學(xué)之間形成高效、及時、暢通的信道。如零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個很靈活的問題，牽涉到大量工藝學(xué)的知識，一直以來都是本課程的難點。采用多媒體教學(xué)后，將零件的結(jié)構(gòu)、加工過程、裝配關(guān)系等立體地展現(xiàn)在學(xué)生面前，并直觀地顯示出合理與不合理的結(jié)構(gòu)比較，加上老師生動的描述，大大地提高了學(xué)生的形象思維能力，增強了對零件的感性認識，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計的信息傳遞減少了障礙，為后續(xù)的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)課程設(shè)計奠定了良好的基礎(chǔ)。

3.充分發(fā)揮學(xué)生個性，積極調(diào)動信宿。信宿是接受信息的對象，即學(xué)生。教師發(fā)出的信息必須和諧地落實到學(xué)生的“心理基地”上才能被識別和接受。只有充分地發(fā)揮學(xué)生的個性和學(xué)習(xí)的積極性才能收到良好的教學(xué)效果。首先，培養(yǎng)學(xué)生對本課程的興趣是很重要的。機械設(shè)計基礎(chǔ)課程本身蘊含著激發(fā)興趣的因素。當老師介紹本課程在物流工程專業(yè)中的地位，講授各類零件在機械中應(yīng)用的廣泛性，以及機械零件設(shè)計的基本理論、原則、方法時，本課程所涉及的廣泛內(nèi)容；它與機械整體設(shè)計的內(nèi)在聯(lián)系，與日常生活的密切關(guān)系，都會使學(xué)生不斷地產(chǎn)生好奇心、求知欲。這種在教學(xué)中運用知識本身的魅力去激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對學(xué)科本身的興趣，才是發(fā)自內(nèi)心穩(wěn)定持久的學(xué)習(xí)動力。此外，建立良好的師生關(guān)系也能夠很好地調(diào)動信宿接受信息的能力。師生關(guān)系在很大程度上影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒。從信息論的角度來講，師生之間就會發(fā)生信息的積極反饋，學(xué)生獲得的信息量就大。所以培養(yǎng)學(xué)生對本課程的興趣不僅僅要從學(xué)科本身出發(fā)，良好的師生關(guān)系也將起到積極的作用。其次，要注意培養(yǎng)學(xué)生的意志。對學(xué)生要嚴格要求，不能有任何防松、馬虎和無原則的遷就，包括課堂紀律、作業(yè)情況、課程設(shè)計的工作態(tài)度等方面。要把學(xué)生的學(xué)習(xí)過程變?yōu)榭朔щy的過程，如本課程的課程設(shè)計對沒有實踐經(jīng)驗，又剛剛接觸機械設(shè)備的學(xué)生來說，可謂是困難重重，但是通過討論、學(xué)習(xí)同學(xué)們都會解決一個一個的難題，最終將自己設(shè)計的傳動裝置表達在圖紙上，學(xué)生們初步嘗試到了成功的喜悅，同時也增強了克服困難的信心。整個設(shè)計過程也是意志培養(yǎng)的過程。

三、結(jié)束語

學(xué)校的課程教學(xué)改革是一個永恒的話題。應(yīng)用信息論的理論與方法，視教學(xué)過程為雙向信息傳遞的過程，抓住信息傳遞的特征，來指導(dǎo)教學(xué)改革工作，有著良好的效果。通過老師對知識的變換加工，并從教學(xué)語言和教學(xué)手段上下功夫，準確地來表達和傳授知識，減少信息在傳遞過程中信號的減弱，積極培養(yǎng)學(xué)生對所學(xué)課程的興趣，建立良好的師生關(guān)系，不斷激發(fā)學(xué)生探究問題和思考問題的興趣，充分調(diào)動學(xué)生這個信宿接受信息的能力，這樣一定能夠不斷地提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，為社會培養(yǎng)出更多更好的合格人才。

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基金項目：湖北省教研基金項目（編號：2012217）。

作者簡介：勾頻（1960-），女，武漢科技大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院講師，主要從事機械設(shè)計教學(xué)與科研工作。