交互式網(wǎng)絡(luò)輔助平臺在“信息論基礎(chǔ)”中的應(yīng)用

李富年　吳謹(jǐn)

摘 要 針對“信息論基礎(chǔ)”課程的課堂教學(xué)模式存在的問題，利用先進(jìn)的多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，搭建了和應(yīng)用了交互式網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺系統(tǒng)。實(shí)踐表明，交互式網(wǎng)絡(luò)輔助平臺提供的豐富的知識庫和多樣的學(xué)習(xí)方式，有助于學(xué)生更好地理解課堂內(nèi)容。

關(guān)鍵詞 信息論基礎(chǔ) 交互式網(wǎng)絡(luò)平臺 Matlab

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)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(chǔ)”是高等院校信息類專業(yè)的非常重要的一門專業(yè)課。傳統(tǒng)的信息論教學(xué)模式是以教師為中心呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，注重于學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)，解決教學(xué)中的重難點(diǎn)等。學(xué)生被動(dòng)或機(jī)械地學(xué)習(xí)，學(xué)生的積極性沒有充分調(diào)動(dòng)起來。通過先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，教學(xué)輔助網(wǎng)絡(luò)平臺可以將多媒體課件、課程試卷以及相關(guān)的參考資料集合在一起，為學(xué)生提供豐富的教學(xué)資源，促進(jìn)教學(xué)的良性發(fā)展。

針對“信息論基礎(chǔ)”這門課程理論性強(qiáng)的特點(diǎn)，建立高效的交互式網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺網(wǎng)站，交互式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺可以構(gòu)建教師與學(xué)生的溝通橋梁，利用網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)擴(kuò)展課堂教學(xué)的范圍，可以有效地減輕教師負(fù)擔(dān)，同時(shí)為學(xué)生提供多維度的課程輔導(dǎo)。因此，充分利用校園網(wǎng)絡(luò)資源，提高教學(xué)效率和質(zhì)量，搭建和應(yīng)用為“信息論基礎(chǔ)”課程建設(shè)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式輔助教學(xué)平臺具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 交互式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔助平臺的搭建和開發(fā)

交互式網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺網(wǎng)站利用網(wǎng)絡(luò)的多種優(yōu)勢為課堂教學(xué)服務(wù)，提高了教學(xué)效率和質(zhì)量。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面上來看，目前有兩種主流方式的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，一種是商用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，另一種是按各自應(yīng)用需求研發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。其中商用平臺價(jià)格不菲，且存在接口不開放，很難進(jìn)行二次擴(kuò)展以適用后續(xù)教學(xué)要求；而自行開發(fā)的教學(xué)平臺系統(tǒng)緊隨本地教學(xué)需求，適用性強(qiáng)，且易于與其他教學(xué)系統(tǒng)互聯(lián)互通，同時(shí)其開發(fā)成本低。

考慮到成本因素，同時(shí)綜合與目前還存在諸多的其他的輔助教學(xué)平臺的互連互通問題，而商業(yè)教學(xué)平臺普遍缺乏二次開發(fā)接口，很難做后續(xù)升級開發(fā)。因此根據(jù)“信息論基礎(chǔ)”的教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，本項(xiàng)目平臺采用自主開發(fā)模式，利用基于開源MVC框架結(jié)構(gòu)-Struts的體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)特別是學(xué)生相對分散、客戶機(jī)配置不統(tǒng)一、網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬受限的情況，成為目前網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)系統(tǒng)的首選。

本系統(tǒng)中對用戶采用不同的權(quán)限控制，通過設(shè)置不同的用戶權(quán)限，保證了信息的安全性，本系統(tǒng)中主要包括教師和學(xué)生兩者權(quán)限。按照教學(xué)管理原則，將系統(tǒng)用戶登錄進(jìn)行一定的分組管理，給每個(gè)用戶授予不同的操作權(quán)限，保證數(shù)據(jù)的安全。該教學(xué)輔助平臺采用模塊化設(shè)計(jì)方法，用戶對每個(gè)功能模塊都有自己的訪問權(quán)限，只有對某個(gè)功能模塊具有訪問權(quán)限的用戶才能訪問該模塊。

另外系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)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(tǒng)平臺的兼容性。

2 “信息論基礎(chǔ)”教學(xué)輔助平臺功能以及擴(kuò)展

根據(jù)信息論理論性較強(qiáng)的特點(diǎn)，以及課堂教學(xué)的安排，本系統(tǒng)在功能設(shè)置上包括以下幾個(gè)方面：

2.1 課堂教學(xué)內(nèi)容的強(qiáng)化

在本系統(tǒng)中，我們會(huì)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(xué)生在線查看和下載，以幫助學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)知識。

由于“信息論基礎(chǔ)”課程理論性較強(qiáng)，涉及較多的公式推導(dǎo)，我們充分發(fā)揮現(xiàn)代多媒體教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)化多媒體課件制作，大量應(yīng)用多媒體動(dòng)畫，力求讓學(xué)生更清晰了解教學(xué)內(nèi)容。比如講解霍夫曼編碼的時(shí)候，我們制作了碼樹生成過程的動(dòng)畫，豐富多媒體的形象化表示方式，便于學(xué)生理解和接受。

為了開拓學(xué)生的知識視野，系統(tǒng)中也收集了國內(nèi)外著名院校的信息論方面的開發(fā)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(xué)生了解最新最權(quán)威的教學(xué)內(nèi)容，也為部分準(zhǔn)備出國留學(xué)深造的學(xué)生提前打好基礎(chǔ)；同時(shí)系統(tǒng)平臺也包含了相關(guān)課程的資料，比如現(xiàn)代通信的新技術(shù)等課程，由于“信息論基礎(chǔ)”課程的理論較強(qiáng)的特點(diǎn)，借助目前學(xué)生能夠接觸到的通信新技術(shù)，將信息論的原理和實(shí)際的通信系統(tǒng)相結(jié)合的了解，這樣便于學(xué)生將信息論中學(xué)到的基礎(chǔ)理論與當(dāng)今實(shí)際通信的發(fā)展相結(jié)合，更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.2 提供實(shí)踐教學(xué)資源和軟件運(yùn)行環(huán)境

由于“信息論基礎(chǔ)”課程的理論性較強(qiáng)，涉及的公式推導(dǎo)較多，我們借助較為成熟的計(jì)算機(jī)仿真工具可以幫助學(xué)生更好地理解。而由于學(xué)時(shí)有限，并沒有開設(shè)相關(guān)的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。因此，可以利用開發(fā)網(wǎng)絡(luò)平臺可以開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，有效地幫助學(xué)生理解相關(guān)信息論概念，同時(shí)通過仿真工具的使用，使學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)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(xué)的示范性工具，通過MATLAB仿真分析，可以增加教學(xué)的互動(dòng)性。根據(jù)課堂教學(xué)的設(shè)置，結(jié)合利用MATLAB強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和可視化功能，我們將課堂教學(xué)中重點(diǎn)講解的離散信息熵的各種性質(zhì)進(jìn)行定量仿真，通過設(shè)置不同的參數(shù)，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(shí)，課堂教學(xué)中利用信息論不等式進(jìn)行證明，過程繁瑣，學(xué)生理解起來也比較費(fèi)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(tǒng)的教師與學(xué)生的交流主要集中在課間和部分的課下時(shí)間，時(shí)間少且相對零碎，同時(shí)隨著高校擴(kuò)招等因素，教師很難掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

隨著校園網(wǎng)絡(luò)的普及，本平臺采用網(wǎng)絡(luò)化答疑的方式，增加了教師和學(xué)生之間的互動(dòng)和交流，比如采用BBS論壇的方式。教師會(huì)定期地回答論壇上學(xué)生的提問，解決學(xué)生在學(xué)習(xí)中的困惑，便于學(xué)生更好掌握課程內(nèi)容。同時(shí)論壇的開放性，使得學(xué)生可以互相討論，便于探討交流，展開協(xié)作學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率。

2.4 提供在線測試及評分

課堂測試是傳統(tǒng)教學(xué)中非常重要的內(nèi)容，通過課堂測試可以檢驗(yàn)學(xué)生的吸收消化課堂教學(xué)的情況，同時(shí)便于反饋給教師，以便調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方式。傳統(tǒng)的課堂測試，需要教師整理系題庫，梳理相關(guān)測試內(nèi)容，預(yù)訂教室以及批改試卷等過程，非常消耗時(shí)間和精力，局限于時(shí)間和空間的限制，往往一個(gè)學(xué)期進(jìn)行的傳統(tǒng)測試僅有1～2次，達(dá)不到相應(yīng)測試的效果。因此亟需利用網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺開展在線課堂測試以及評分。

通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(wù)器中，系統(tǒng)可以生成相應(yīng)的試題庫，大大減輕了教師的工作量。另一方面，學(xué)生可以登錄系統(tǒng)，系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，隨機(jī)生成試卷，便于學(xué)生測試。同時(shí)系統(tǒng)可以自動(dòng)評閱試卷，并給出標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)包括測試子系統(tǒng)、題庫子系統(tǒng)、組卷子系統(tǒng)、綜合評估子系統(tǒng)、成績管理子系統(tǒng)等部分構(gòu)成。考務(wù)子系統(tǒng)一般負(fù)責(zé)網(wǎng)上考試的報(bào)名、考務(wù)管理：題庫子系統(tǒng)主要完成試題的入、修改、刪除、查詢等功能；組卷子系統(tǒng)采用組卷算法自動(dòng)生成考試試卷；綜合評估子系統(tǒng)根據(jù)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(tǒng)主要對考生的考試成績進(jìn)行歸檔、管理：在線測試子系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的考試過程，包括考生登錄、答題、交卷、教師監(jiān)考等。

根據(jù)信息論課堂教學(xué)的安排，系統(tǒng)提供的測試包括各個(gè)章節(jié)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(gè)主要章節(jié)），以及模擬考試測試。學(xué)生可根據(jù)實(shí)習(xí)情況，自主進(jìn)行學(xué)習(xí)測試。

3 結(jié)束語

“信息論基礎(chǔ)”是信息科學(xué)的主要理論基礎(chǔ)之一，是通信原理等課程的不可或缺的先導(dǎo)課程。利用先進(jìn)的多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，自主搭建了和開發(fā)了交互式網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中。實(shí)踐表明，利用交互式輔助教學(xué)平臺可以有效地增加教師與學(xué)生的互動(dòng)，減輕教師負(fù)擔(dān)，極大發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

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