信息熵對大學計算機教學的啟示

摘要 介紹信息熵和信息量的概念和度量，以及基于信息熵理論帶來的對大學計算機教學的幾點啟示。

關鍵詞 信息熵；信息量；計算機教學

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X（2008）20-0043-02

1 引言

課堂教學是教學工作的最基本形式，是學校教書育人的主要渠道。在課堂教學的過程中，教學是通過信息傳遞來實現的。教師把一個個知識信息通過“聽、說、讀、寫、演、做”等多種教學手段傳遞給學生，使其理解、消化、掌握，轉化為自己的能力。因此，課堂教學的過程是信息傳遞與交流的過程。在大學計算機教學中，有些計算機課程抽象、難教，一部分學生缺乏學習熱情和主動性，導致其喪失興趣，計算機應用能力也就難以提高。本文基于信息熵理論探討其帶來的對大學計算機教學的幾點思考。

2 信息熵與信息量[1]

信息是信息論中最基本、最重要的概念。在日常生活中，信息是指“消息”“情報”“資料”等。消息的傳遞過程對接收者來說，是一個從不知到知的過程，或者說是一個從不確定到確定的過程。

由于人們對某一事物的認識存在不確定性，獲得信息以后，有可能減少或者消除這種不確定性。信息的信息量反映了消除人們對某一事物認識的不確定性程度。信息能夠消除人們對某一事物認識的不確定性程度的大小，就是信息所含信息量的大小。人們對某一事物認識的不確定性程度大，為了消除這種不確定性，則需要信息的信息量就大。在信息論和通訊理論中傳輸信息的容量是用熵表示的。熵是對系統不確定性的一種度量，香農(Shannon)的熵公式是

⑴

式中，為后驗概率，為先驗概率。

若事先對某事件的知識很少，對這一事件的不確定性程度大，即系統的熵大，能夠消除系統不確定性的信息所含的信息量就大。在不考慮干擾的情況下，傳來的消息告訴某事件發(fā)生了，則=1，因此第i個消息的熵為

⑵

由⑵式可知，小概率事件發(fā)生后的信息量大。因為 ，對于小概率事件，其先驗概率很小，即→0，所以小概率事件發(fā)生后的信息量大。如果一個消息可能有n個狀態(tài)，則輸出這個消息的總信息量的期望值為。

3 信息熵對大學計算機教學質量的度量

教學過程可以看作是由信源發(fā)送知識，通過信道傳播，到達信宿即學生的過程。教學中知識信息的傳遞模型如下[2]：

噪聲（干擾學生接收知識信息的因素）

↓

信源（書本知識）→編碼（教師講授）→信道（課堂）→信宿（學生）

這個系統的信源熵就是教師要講授的知識信息量，信宿（學生）得到的信息量就是信宿的熵。于是可用學生接收到的關于教師傳授知識的信息量與教師要傳授給學生的知識信息量的熵來度量課堂教學效果。

4 “信息熵”對大學計算機教學的幾點啟示

教學是通過信息傳遞來實現的，信號從信源出發(fā)到達信宿，在經過信道時會受到外界噪聲的影響，學生在聽課時也不能準確無誤地接受教師所講授的所有信息。如何讓學生克服外界的干擾，接收更多的信息量，是在計算機教學中應該首先思考的問題，也是一個非常關鍵的問題。筆者認為以下幾個方面值得注意。

4.1 教師備課要充分教師在備課的過程中，要把教材理解透徹，把難點分解、詮釋為難度較低的幾個問題，這樣學生在聽課的過程中就容易理解、接受并掌握這些難點。

4.2 充分調動學生學習的主動性教師要對學生提出思維要求，而且要留有一定的時間和空間，讓學生獨立思考，培養(yǎng)學生良好的學習習慣。學生的學習過程就是“接收信息——消除不確定性”的過程。如果在課堂上教師不給學生留有思考的空間，學生得不到“生疑→解疑→省悟”的一波三折的過程，便無法激起學習的熱情而產生驅動力，學生的思維就得不到發(fā)展。思維是一個信息傳遞、接收貯存和加工的過程，因此要激發(fā)思維活動，必須對計算機教學過程進行有效控制，有計劃、有目的地傳遞信息，提高思維密度。

4.3 利用現代化的教育技術手段[3]現代教育技術具有廣泛的表現能力，可以超越時空和宏觀、微觀的限制，向學生提供豐富的感知材料，把教學思路、教學環(huán)節(jié)充分體現在課堂教學中，激發(fā)學生的學習動機、積極參與教學活動的興趣和深厚的學習興趣。另外，用現代教育技術便于開展個別化教學，可以給學生充分的選擇自由，使學生的個性特長得到充分的發(fā)展。

4.4 加強計算機發(fā)展史的介紹在教學中教師可聯系教材，適時引入計算機發(fā)展史的內容，不僅可以大大激發(fā)學生學習的興趣，而且通過一些歷史事件，學生可以從中得到借鑒、啟發(fā)或感悟，挖掘科學家勇于攻關、善于創(chuàng)新的科學精神和科學方法，進而使學生在課堂上不僅收獲知識，而且還學會獲取知識的方法，更重要的是受到啟發(fā)而激活創(chuàng)新的科學思維。

4.5 理論教學與實驗教學相結合隨著我國科學技術水平的發(fā)展，計算機的應用已深入到政治、經濟、軍事、文化、教育、科學研究和社會生活的各個方面，給人類的生活帶來很大的方便。教師在教學的過程中，可聯系實際提出一些具體的問題讓學生思考，并通過實驗來檢驗，讓學生通過實驗手段來加深理論知識的學習，這樣可讓學生產生學習的興趣，更好地發(fā)揮學習的主動性。當然，在實驗的過程中，學生有可能遇到各種各樣的問題，在分析問題、解決問題的過程中，學生的能力也會隨之提高，有助于培養(yǎng)和發(fā)展學生創(chuàng)造新知識的潛在能力和素質。

信息熵理論已經廣泛應用到自然、生產、教育及社會等各個領域，教學過程也是通過信息的傳遞來完成的。提高教學效果，需要教師綜合采用各種教學手段和方法，注重培養(yǎng)學生的思維，提高其學習的主動性，使其獲取最大的信息量，從而提高教學效果。

參考文獻

[1]張勤生.管理信息系統與管理支持系統[M].青島:青島海洋大學出版社，2001

[2]曹連英，楊秀菊.基于信息熵的教學質量可度量化研究[J].哈爾濱師范大學學報:自然科學版，2008(2)

[3]王之國.信息熵對教學效果的影響[J].現代遠距離教育，2007(6)