淺談信息論指導下的課程教學改革

摘要：搞好課程教學工作是學校工作的重中之重。應用信息論的概念和理論，將教學過程視為雙向信息傳遞的過程，以教師為信源，學生為信宿，教師和學生的中間環節為信道。探討了如何從信源、信道、信宿這三個方面出發，搞好課程教學的方法，為提高教學質量和教學效果做出努力。

關鍵詞：信息論；信息傳遞；課程教學

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

信息論由美國香農博士在上世紀40年代末所創立的，它是研究信息的獲得、傳輸、存儲、處理和變換一般規律的科學。香農信息論的研究對象是廣義的通信系統，它把所有的通信系統抽象為一個統一的模型，該模型主要分成5個部分[1]，（1）信源：信源就是產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的物理量，這種物理量稱為信號。（3）信道：信道是指通信系統把載荷消息的信號從發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，隨著現代科學技術的發展，這一模型和概念以及內容均已大大地豐富，其基礎理論和實際應用都取得了巨大的進展。本文基于香農信息論理論，將教學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，以提高信息傳輸的有效性。學生是信宿，是教師傳遞消息的對象。教師和學生的中間環節是信道。譯碼器在這里實際上是指教師所傳遞出的知識應通過何種教學方法和教學手段變成學生能夠接受的消息。信息經過信源的輸入、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流程。其中這各個環節之間并不是孤立的存在，而是有機的結合。運用信息論的理論和方法來研究課程教學，對于改變傳統的教學思維，促進教學方法和手段更新，提高教學質量，都具有重要而深遠的意義。

二、信息論在課程教學中的應用

教學工作是學校工作的重中之重，基于信息論理論來討論課程教學，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的技術基礎課《機械設計基礎》為對象，來進行研究和探討。

1.改變傳統教學方式，擴大與提煉信源。信源是信息傳遞中最重要的環節。所謂擴大信源是指教師在教學過程中，應盡可能多地向學生傳遞信息，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，便于學生的吸收和理解。改變傳統教學方式，有助于做好這一環節的工作。物流工程專業的學生不論是進行生產物流的規劃和設計，還是接觸物流設施與裝備都少不了機械設計基礎這門綜合性很強的技術基礎課。由于本課程教學內容龐雜，與其他多個學科聯系廣泛，靈活性大，實踐性強，要想通過本課程的學習達到較強的分析問題和解決問題的能力，教師在教學過程中就必須傳遞較大的信息量。然而，在傳統的教學中，往往比較注重向學生傳授機械設計中有關事物規律性的知識，教學目的只滿足于排除或減少學生的不確定性。如現有機械設計基礎教材中所涉及到的有關傳統的設計方法，從材料選擇、失效分析、制定設計準則到設計計算過程等都是按照同一模式，涉及到的材料、參數等都在很窄的范圍內，給出了一些推薦值，沒有預見性。使學生只能死記硬背各種條條框框，毫無創造性，學生獲得的信息是有限的。要使學生獲得較大的信息量，學生能力的培養是關鍵。首先，將教學過程組織成創設矛盾、解決矛盾的過程。通過一定由淺入深的問題，激發矛盾，推動思維活動的展開，根據思維活動展開的程序，把教學過程組織成一系列不同的智力高度的階梯。用這種方法使學生以發現知識的狀態來學習知識，使學習的外向動機向內向動機轉移，變學生在教學過程中的客體為主體。新知識在舊知識的基礎上分步積累發展，把智力發展寓于設疑→求疑→解疑的過程中。從而擴大了學生的不確定性，增強了學生獲得信息的能力。對于《機械設計基礎》課程來說，設疑要設在開頭、銜接或結尾處，或設在講課的重點難點處。例如在開始講授齒輪傳動的設計時，可根據學生在齒輪機構一章中所學的知識向學生設疑：對于不同用途的齒輪，如何確定其基本參數和幾何尺寸？這個疑問一提出，學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。教師可進一步設疑，為什么不一樣呢？學生頭腦中的不確定性就會步步加深，這樣可使學生的學習注意力高度集中。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，使得對它們的參數和幾何尺寸的要求不同。釋疑以后，動腦筋的學生又會產生新的疑問：在不同的情況下，齒輪的失效是怎樣的？又如何根據失效形式來確定齒輪的基本參數和幾何尺寸……這樣，根據知識的內在聯系，組成“問題”的階梯，創設一個個矛盾，激起一個個浪花，實現一個個求知欲的滿足或不滿足。激發學生探究問題和思考問題的興趣，從而培養了分析問題和解決問題的能力。其次，要使教學過程的單向傳遞，變為多向傳遞。過去基本上是教師→學生單向信息傳遞。學生在學習中易處于被動、消極的地位，這樣沒有信息的反饋，所以會影響教學質量的提高，因此必須變教學的單向傳遞為多項傳遞。例如，在機械設計基礎課程設計這個教學環節中，過去傳統的指導方法是教師規定學生做圓柱齒輪減速器，然后從頭至尾都是老師指導學生一步步做下去，學生基本上按老師講的方法去做，學生之間很少討論，學生與教師之間的逆向交流不充分，學生的學習主動性也就較差。如果在這個教學環節中采用信息的多向傳遞，那么，教師給學生布置任務時，給出初始信息只有目地要求、工作機的已知條件，讓學生自己去選擇達到目地的傳動方案。為了完成任務，學生就會開動腦筋，回憶學過的知識，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，學生之間相互表達各自思考的內容，學生與學生之間的信息得到了充分的交流。之后學生再將他們自己確定的方案交給老師審閱，老師從中可以發現學生們的想法和創造性，給出指導性意見，使學生的學習主動性得到了充分的調動。此外在擴大信源的過程中，應該注意不能盲目地追求課堂信息量，而忽略教學效果[2]。機械設計基礎課程一般都是采用多媒體教學。而多媒體教學信息量大、傳輸速度快，可能會造成信息量的過飽和。因此，如何設計多媒體課件，加強知識間的聯系，合理地控制多媒體教學的速度等是值得教師關注的問題。

2.重視教與學的中間環節，開創暢通信道。信道是信息傳遞的載體，是教師與學生之間的中間環節，要想使學生在學習過程中獲得大的、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節的關鍵。首先，教學語言要通俗化、藝術化。教學是通過語言媒體進行的，語言直接影響著學生對知識的掌握和智力的發展，教師語言藝術掌握的好壞，直接關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生聽得懂。其二，教師講課時要注意聲調。現代神經科學的實踐證明，若是以同一頻率、反復刺激神經元，它的反應很快就消失，而稍微改變其頻率，它的反應又可以上來，這說明單調簡單的重復，容易引起大腦神經的疲勞，使所獲信息量減少。因此，教師要根據課程的特點，用抑揚頓挫的聲調變化來影響學生的注意，活躍課堂氣氛。其三，教師在教學中要用通俗的例子。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，因學生還沒學過交變應力的知識，往往不能區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，反復折動多次會出現裂紋，最終會斷裂，至此就稱發生了疲勞破壞。通過這個例子，學生很快明白了“疲勞”這個術語在這里的特殊意義。經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生們一部分的“先天不足”，開闊他們的視野，調動他們學習的積極性。其次，充分利用現代化的教學手段，使圖、文、聲、像動態地顯示出，把抽象變為具體直觀、把枯燥變為生動形象，把復雜變為簡單易懂，教與學之間形成高效、及時、暢通的信道。如零件的結構設計是一個很靈活的問題，牽涉到大量工藝學的知識，一直以來都是本課程的難點。采用多媒體教學后，將零件的結構、加工過程、裝配關系等立體地展現在學生面前，并直觀地顯示出合理與不合理的結構比較，加上老師生動的描述，大大地提高了學生的形象思維能力，增強了對零件的感性認識，使得結構設計的信息傳遞減少了障礙，為后續的實踐性教學環節課程設計奠定了良好的基礎。

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

三、結束語

學校的課程教學改革是一個永恒的話題。應用信息論的理論與方法，視教學過程為雙向信息傳遞的過程，抓住信息傳遞的特征，來指導教學改革工作，有著良好的效果。通過老師對知識的變換加工，并從教學語言和教學手段上下功夫，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，積極培養學生對所學課程的興趣，建立良好的師生關系，不斷激發學生探究問題和思考問題的興趣，充分調動學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質量和教學效果，為社會培養出更多更好的合格人才。

參考文獻：

[1]梁棟.信息論簡明教程[M].北京郵電大學出版社，2009.

[2]張江鑫，馬福萍.信息概念對課堂教學的啟示[J].中國現代教育裝備，2011，（5）：155-156.

[3]李彩云.“機械設計基礎”課程教學改革初探[J].教育與職業，2008，（11）：108-109.

基金項目：湖北省教研基金項目（編號：2012217）。

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