建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論在信息論與編碼教學(xué)中的應(yīng)用

張艷彬

【摘要】傳統(tǒng)的信息論與編碼的教學(xué)方式下，學(xué)生感覺(jué)課程難度較高，知識(shí)掌握不穩(wěn)固，應(yīng)用能力差，為此我們將建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論引入教學(xué)方式的改進(jìn)中，注重設(shè)立知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用情境，增加學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的教學(xué)環(huán)節(jié)，倡導(dǎo)學(xué)生在教師指導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)，最后討論了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，展示了良好的教學(xué)效果.

【關(guān)鍵詞】信息論與編碼；建構(gòu)主義；教學(xué)方式

【基金項(xiàng)目】本文得到南京郵電大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目JG00214JX64的支持.

信息論與編碼是信息、通信、電子類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，它以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論為主要工具，研究通信中的信息處理、存貯和傳輸?shù)幕疽?guī)律及具體應(yīng)用.這門課程具有較高的理論性、抽象性和數(shù)學(xué)要求，在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師按照既有體系以理論和技術(shù)解析的方式為主向?qū)W生傳授知識(shí)，學(xué)生常感覺(jué)難度較高，導(dǎo)致學(xué)生逐漸出現(xiàn)厭學(xué)情緒.此外，學(xué)生常常反映，上課時(shí)能聽(tīng)懂教學(xué)內(nèi)容，給定題目也可正確求解，但不知在實(shí)際問(wèn)題中怎么應(yīng)用，這反映了學(xué)生知識(shí)掌握不透徹、不穩(wěn)固，不能和既有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)相融合，缺乏將理論應(yīng)用于實(shí)踐問(wèn)題的能力.為此，我們?cè)诂F(xiàn)有的課堂教學(xué)方式的基礎(chǔ)上，借鑒建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行了改進(jìn).

一、基于建構(gòu)主義的教學(xué)方式改進(jìn)

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的最早提出者是瑞士的皮亞杰，他是認(rèn)知發(fā)展領(lǐng)域最有影響的一位心理學(xué)家.建構(gòu)主義理論認(rèn)為所有的知識(shí)都是主體本身的認(rèn)識(shí)活動(dòng)的結(jié)果，主體通過(guò)自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)構(gòu)造自己的理解.對(duì)于教學(xué)活動(dòng)，建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者不是空著腦袋進(jìn)入課堂的，他們已經(jīng)具有相關(guān)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)任何事情都有自己的看法，教師應(yīng)重視學(xué)生自己對(duì)各種現(xiàn)象的理解，引導(dǎo)學(xué)生豐富或調(diào)整自己的理解.借鑒建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論，我們采取了以下方式改進(jìn)信息論與編碼的教學(xué).

（一）注重設(shè)立問(wèn)題產(chǎn)生和解決的情境

學(xué)習(xí)情境指為學(xué)生提供一個(gè)完整、真實(shí)的問(wèn)題背景，以此為支撐物啟動(dòng)教學(xué).問(wèn)題構(gòu)成了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)的核心.建構(gòu)主義用問(wèn)題來(lái)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，而不是充當(dāng)概念、原理的例子.問(wèn)題設(shè)立和解決應(yīng)結(jié)合學(xué)生的已有認(rèn)識(shí)設(shè)立.

信息論中大量的理論成果都有現(xiàn)實(shí)需求的背景，我們?cè)谥v授的過(guò)程中，注意首先向?qū)W生介紹對(duì)其研究的總體的現(xiàn)實(shí)需求，再結(jié)合實(shí)際的例子引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題的解決.如，對(duì)信源熵的介紹，我們?cè)诮虒W(xué)中先提出如何衡量信源信息度量的問(wèn)題，再以布袋摸球?qū)嶒?yàn)為例引導(dǎo)學(xué)生去解決這個(gè)問(wèn)題，最后再引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)自信息量、平均信息量、平均不確定度的概念.

（二）增加學(xué)生動(dòng)手操作和體驗(yàn)的教學(xué)環(huán)節(jié)

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)者要想完成對(duì)所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)，最好的辦法是讓學(xué)習(xí)者到現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)環(huán)境中去感受體驗(yàn)，而不僅是聆聽(tīng)別人的介紹和講解.基于本課程的特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一些運(yùn)用MATLAB軟件結(jié)合理論解決實(shí)際問(wèn)題的內(nèi)容，這些實(shí)際問(wèn)題或者具有廣泛的應(yīng)用背景，或者是本課程中涉及的具體工程問(wèn)題，學(xué)生都已具有一定的經(jīng)驗(yàn)，如運(yùn)用最大熵的原理編程實(shí)現(xiàn)圖像區(qū)域的分割、運(yùn)用迭代法求取一般的DMC信道的信道容量、Huffman編碼的實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容.

（三）組織和引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

自主學(xué)習(xí)是讓學(xué)生進(jìn)行自我學(xué)習(xí)、自我探究的學(xué)習(xí)方式.隨著科技的迅猛發(fā)展，多媒體計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了條件.倡導(dǎo)自主學(xué)習(xí)的核心是發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，充分體現(xiàn)學(xué)生認(rèn)知主體的作用.教師的重點(diǎn)是幫助學(xué)生如何“學(xué)”，應(yīng)該注意根據(jù)課程和學(xué)生的特點(diǎn)，把握自主學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)的設(shè)立、問(wèn)題的分解、自主學(xué)習(xí)的組織安排等問(wèn)題，在實(shí)踐中我們把信源編碼技術(shù)、信道編碼技術(shù)作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的重點(diǎn).

二、教學(xué)實(shí)例分析——以信源編碼技術(shù)為例

信源編碼技術(shù)的學(xué)習(xí)是課程的重要部分，傳統(tǒng)的授課方式是依次對(duì)各種常用編碼技術(shù)向?qū)W生做介紹，學(xué)生感覺(jué)內(nèi)容較多，不易掌握，也不了解實(shí)際用處.為此，我們重新設(shè)計(jì)這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，規(guī)劃以數(shù)字圖像的JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)為框架引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí).首先，給學(xué)生布置了和JPEG壓縮的應(yīng)用和性能相關(guān)的一些問(wèn)題，讓學(xué)生課下分組調(diào)研.具體有：

（1）調(diào)查互聯(lián)網(wǎng)上和自己拍攝、處理的圖片涉及的常見(jiàn)格式有哪些；

（2）用圖像軟件把BMP圖像轉(zhuǎn)換成JPEG格式，比較兩者視覺(jué)質(zhì)量和文件大小的區(qū)別；

（3）調(diào)研JPEG的壓縮流程.

由于難度不高，學(xué)生普遍能完成這些問(wèn)題的調(diào)研，得到和下圖相似的JPEG編碼流程圖，有的學(xué)生還對(duì)具體的編碼技術(shù)進(jìn)行了了解.JPEG的編碼流程涉及常用的變化編碼、量化編碼、差分預(yù)測(cè)編碼、游程編碼和熵編碼的技術(shù)，這些都屬于學(xué)生必須掌握的常見(jiàn)編碼技術(shù)，在此框架內(nèi)我們?cè)傧驅(qū)W生介紹相關(guān)的技術(shù)流程，最后在MATLAB中演示如何實(shí)現(xiàn)JPEG文件的保存，這樣學(xué)生能把學(xué)習(xí)內(nèi)容和已有的圖像使用經(jīng)驗(yàn)、自己調(diào)研形成的認(rèn)識(shí)、相關(guān)的工程應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，形成的認(rèn)知更為深入和鞏固，也具有比較強(qiáng)的應(yīng)用意識(shí)和能力.

三、總結(jié)

針對(duì)信息論與編碼課程教學(xué)中出現(xiàn)的學(xué)生感覺(jué)課程較難，掌握不穩(wěn)固，應(yīng)用能力差的現(xiàn)象，借鑒了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)的理論對(duì)現(xiàn)有教學(xué)方式進(jìn)行了改進(jìn)，在實(shí)際問(wèn)題和學(xué)生已有認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上展開(kāi)教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)倡導(dǎo)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)活動(dòng)，增加動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)，顯著改善了教學(xué)效果.

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