交互式網絡輔助平臺在“信息論基礎”中的應用

李富年　吳謹

摘 要 針對“信息論基礎”課程的課堂教學模式存在的問題，利用先進的多媒體和網絡技術，搭建了和應用了交互式網絡輔助教學平臺系統。實踐表明，交互式網絡輔助平臺提供的豐富的知識庫和多樣的學習方式，有助于學生更好地理解課堂內容。

關鍵詞 信息論基礎 交互式網絡平臺 Matlab

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.03.025

Abstract According to the problem of teaching model in fundamentals of "information theory"， with the help of the model network and multimedia technology， the interactive network aided teaching platform system is build and used for this course. It shows that the teaching platform help the students to better understand the course in practices.

Key words Information Theory； interactive network aided teaching platform； Matlab

0 概述

“信息論基礎”是高等院校信息類專業的非常重要的一門專業課。傳統的信息論教學模式是以教師為中心呈現教學內容，注重于學習內容和學習方法的指導，解決教學中的重難點等。學生被動或機械地學習，學生的積極性沒有充分調動起來。通過先進的網絡通信技術，教學輔助網絡平臺可以將多媒體課件、課程試卷以及相關的參考資料集合在一起，為學生提供豐富的教學資源，促進教學的良性發展。

針對“信息論基礎”這門課程理論性強的特點，建立高效的交互式網絡輔助教學平臺網站，交互式網絡教學平臺可以構建教師與學生的溝通橋梁，利用網絡多媒體技術擴展課堂教學的范圍，可以有效地減輕教師負擔，同時為學生提供多維度的課程輔導。因此，充分利用校園網絡資源，提高教學效率和質量，搭建和應用為“信息論基礎”課程建設服務的網絡化交互式輔助教學平臺具有非常重要的現實意義。

1 交互式網絡教學輔助平臺的搭建和開發

交互式網絡輔助教學平臺網站利用網絡的多種優勢為課堂教學服務，提高了教學效率和質量。從技術實現層面上來看，目前有兩種主流方式的網絡教學平臺，一種是商用網絡教學平臺，另一種是按各自應用需求研發出的網絡教學平臺。其中商用平臺價格不菲，且存在接口不開放，很難進行二次擴展以適用后續教學要求；而自行開發的教學平臺系統緊隨本地教學需求，適用性強，且易于與其他教學系統互聯互通，同時其開發成本低。

考慮到成本因素，同時綜合與目前還存在諸多的其他的輔助教學平臺的互連互通問題，而商業教學平臺普遍缺乏二次開發接口，很難做后續升級開發。因此根據“信息論基礎”的教學內容的特點，本項目平臺采用自主開發模式，利用基于開源MVC框架結構-Struts的體系結構，該結構能夠適應現代網絡輔助教學特別是學生相對分散、客戶機配置不統一、網絡傳輸帶寬受限的情況，成為目前網絡輔助教學系統的首選。

本系統中對用戶采用不同的權限控制，通過設置不同的用戶權限，保證了信息的安全性，本系統中主要包括教師和學生兩者權限。按照教學管理原則，將系統用戶登錄進行一定的分組管理，給每個用戶授予不同的操作權限，保證數據的安全。該教學輔助平臺采用模塊化設計方法，用戶對每個功能模塊都有自己的訪問權限，只有對某個功能模塊具有訪問權限的用戶才能訪問該模塊。

另外系統具有良好的擴展性，平臺后期還可以按照需求增加軟件功能模塊，極大地考慮了系統平臺的兼容性。

2 “信息論基礎”教學輔助平臺功能以及擴展

根據信息論理論性較強的特點，以及課堂教學的安排，本系統在功能設置上包括以下幾個方面：

2.1 課堂教學內容的強化

在本系統中，我們會將多媒體課件以及參考資料等電子資料在平臺中展示，便于學生在線查看和下載，以幫助學生復習鞏固所學知識。

由于“信息論基礎”課程理論性較強，涉及較多的公式推導，我們充分發揮現代多媒體教學的優點，強化多媒體課件制作，大量應用多媒體動畫，力求讓學生更清晰了解教學內容。比如講解霍夫曼編碼的時候，我們制作了碼樹生成過程的動畫，豐富多媒體的形象化表示方式，便于學生理解和接受。

為了開拓學生的知識視野，系統中也收集了國內外著名院校的信息論方面的開發課程資料，比如Thomas M.Cover 編著的Elements of Information Theory課程材料，通過這些原版的英文課程資料，讓學生了解最新最權威的教學內容，也為部分準備出國留學深造的學生提前打好基礎；同時系統平臺也包含了相關課程的資料，比如現代通信的新技術等課程，由于“信息論基礎”課程的理論較強的特點，借助目前學生能夠接觸到的通信新技術，將信息論的原理和實際的通信系統相結合的了解，這樣便于學生將信息論中學到的基礎理論與當今實際通信的發展相結合，更好地激發學生學習的積極性。

2.2 提供實踐教學資源和軟件運行環境

由于“信息論基礎”課程的理論性較強，涉及的公式推導較多，我們借助較為成熟的計算機仿真工具可以幫助學生更好地理解。而由于學時有限，并沒有開設相關的實踐實驗環節。因此，可以利用開發網絡平臺可以開展實驗教學環節，有效地幫助學生理解相關信息論概念，同時通過仿真工具的使用，使學生的實踐動手能力也得到了提高。

近年來，MATLAB被證明是一種有效地理論教學的示范性工具，通過MATLAB仿真分析，可以增加教學的互動性。根據課堂教學的設置，結合利用MATLAB強大的數值計算和可視化功能，我們將課堂教學中重點講解的離散信息熵的各種性質進行定量仿真，通過設置不同的參數，形象地說明熵的含義。比如我們在講解離散熵的極值性的特性時，課堂教學中利用信息論不等式進行證明，過程繁瑣，學生理解起來也比較費勁，通過借助Matlab的圖形化顯式功能，我們展示了二元熵和三元熵的曲線，充分利用圖形圖像的方式直觀反映了離散熵在等概率中獲得極大值的特性。

2.3 提供在線交流平臺

傳統的教師與學生的交流主要集中在課間和部分的課下時間，時間少且相對零碎，同時隨著高校擴招等因素，教師很難掌握學生的學習情況。

隨著校園網絡的普及，本平臺采用網絡化答疑的方式，增加了教師和學生之間的互動和交流，比如采用BBS論壇的方式。教師會定期地回答論壇上學生的提問，解決學生在學習中的困惑，便于學生更好掌握課程內容。同時論壇的開放性，使得學生可以互相討論，便于探討交流，展開協作學習，從而提高學習質量和學習效率。

2.4 提供在線測試及評分

課堂測試是傳統教學中非常重要的內容，通過課堂測試可以檢驗學生的吸收消化課堂教學的情況，同時便于反饋給教師，以便調整教學內容和方式。傳統的課堂測試，需要教師整理系題庫，梳理相關測試內容，預訂教室以及批改試卷等過程，非常消耗時間和精力，局限于時間和空間的限制，往往一個學期進行的傳統測試僅有1～2次，達不到相應測試的效果。因此亟需利用網絡輔助教學平臺開展在線課堂測試以及評分。

通過網絡教學平臺可以實現網絡化測試，教師可以將試題庫通過word或者excel的方式上傳到服務器中，系統可以生成相應的試題庫，大大減輕了教師的工作量。另一方面，學生可以登錄系統，系統可以根據學生的學習進度，隨機生成試卷，便于學生測試。同時系統可以自動評閱試卷，并給出標準答案，一般主要是采用客觀題的方式。

本平臺提供的在線測試系統包括測試子系統、題庫子系統、組卷子系統、綜合評估子系統、成績管理子系統等部分構成。考務子系統一般負責網上考試的報名、考務管理：題庫子系統主要完成試題的入、修改、刪除、查詢等功能；組卷子系統采用組卷算法自動生成考試試卷；綜合評估子系統根據考生的考試成績，對試卷的合理性和考生的綜合能力等做出評估；成績管理子系統主要對考生的考試成績進行歸檔、管理：在線測試子系統在網絡上實現了一個完整的考試過程，包括考生登錄、答題、交卷、教師監考等。

根據信息論課堂教學的安排，系統提供的測試包括各個章節的測試（主要包括信息量、信道模型和信道容量、無失真信源編碼、信道編碼、限失真信源編碼等幾個主要章節），以及模擬考試測試。學生可根據實習情況，自主進行學習測試。

3 結束語

“信息論基礎”是信息科學的主要理論基礎之一，是通信原理等課程的不可或缺的先導課程。利用先進的多媒體和網絡技術，自主搭建了和開發了交互式網絡輔助教學平臺系統，并成功應用于教學實踐中。實踐表明，利用交互式輔助教學平臺可以有效地增加教師與學生的互動，減輕教師負擔，極大發揮學生的主觀能動性。

參考文獻

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