交互式网络辅助平台在“信息论基础”中的应用

李富年　吴谨

摘 要 针对“信息论基础”课程的课堂教学模式存在的问题，利用先进的多媒体和网络技术，搭建了和应用了交互式网络辅助教学平台系统。实践表明，交互式网络辅助平台提供的丰富的知识库和多样的学习方式，有助于学生更好地理解课堂内容。

关键词 信息论基础 交互式网络平台 Matlab

中图分类号：G642 文献标识码：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

“信息论基础”是高等院校信息类专业的非常重要的一门专业课。传统的信息论教学模式是以教师为中心呈现教学内容，注重于学习内容和学习方法的指导，解决教学中的重难点等。学生被动或机械地学习，学生的积极性没有充分调动起来。通过先进的网络通信技术，教学辅助网络平台可以将多媒体课件、课程试卷以及相关的参考资料集合在一起，为学生提供丰富的教学资源，促进教学的良性发展。

针对“信息论基础”这门课程理论性强的特点，建立高效的交互式网络辅助教学平台网站，交互式网络教学平台可以构建教师与学生的沟通桥梁，利用网络多媒体技术扩展课堂教学的范围，可以有效地减轻教师负担，同时为学生提供多维度的课程辅导。因此，充分利用校园网络资源，提高教学效率和质量，搭建和应用为“信息论基础”课程建设服务的网络化交互式辅助教学平台具有非常重要的现实意义。

1 交互式网络教学辅助平台的搭建和开发

交互式网络辅助教学平台网站利用网络的多种优势为课堂教学服务，提高了教学效率和质量。从技术实现层面上来看，目前有两种主流方式的网络教学平台，一种是商用网络教学平台，另一种是按各自应用需求研发出的网络教学平台。其中商用平台价格不菲，且存在接口不开放，很难进行二次扩展以适用后续教学要求；而自行开发的教学平台系统紧随本地教学需求，适用性强，且易于与其他教学系统互联互通，同时其开发成本低。

考虑到成本因素，同时综合与目前还存在诸多的其他的辅助教学平台的互连互通问题，而商业教学平台普遍缺乏二次开发接口，很难做后续升级开发。因此根据“信息论基础”的教学内容的特点，本项目平台采用自主开发模式，利用基于开源MVC框架结构-Struts的体系结构，该结构能够适应现代网络辅助教学特别是学生相对分散、客户机配置不统一、网络传输带宽受限的情况，成为目前网络辅助教学系统的首选。

本系统中对用户采用不同的权限控制，通过设置不同的用户权限，保证了信息的安全性，本系统中主要包括教师和学生两者权限。按照教学管理原则，将系统用户登录进行一定的分组管理，给每个用户授予不同的操作权限，保证数据的安全。该教学辅助平台采用模块化设计方法，用户对每个功能模块都有自己的访问权限，只有对某个功能模块具有访问权限的用户才能访问该模块。

另外系统具有良好的扩展性，平台后期还可以按照需求增加软件功能模块，极大地考虑了系统平台的兼容性。

2 “信息论基础”教学辅助平台功能以及扩展

根据信息论理论性较强的特点，以及课堂教学的安排，本系统在功能设置上包括以下几个方面：

2.1 课堂教学内容的强化

在本系统中，我们会将多媒体课件以及参考资料等电子资料在平台中展示，便于学生在线查看和下载，以帮助学生复习巩固所学知识。

由于“信息论基础”课程理论性较强，涉及较多的公式推导，我们充分发挥现代多媒体教学的优点，强化多媒体课件制作，大量应用多媒体动画，力求让学生更清晰了解教学内容。比如讲解霍夫曼编码的时候，我们制作了码树生成过程的动画，丰富多媒体的形象化表示方式，便于学生理解和接受。

为了开拓学生的知识视野，系统中也收集了国内外著名院校的信息论方面的开发课程资料，比如Thomas M.Cover 编著的Elements of Information Theory课程材料，通过这些原版的英文课程资料，让学生了解最新最权威的教学内容，也为部分准备出国留学深造的学生提前打好基础；同时系统平台也包含了相关课程的资料，比如现代通信的新技术等课程，由于“信息论基础”课程的理论较强的特点，借助目前学生能够接触到的通信新技术，将信息论的原理和实际的通信系统相结合的了解，这样便于学生将信息论中学到的基础理论与当今实际通信的发展相结合，更好地激发学生学习的积极性。

2.2 提供实践教学资源和软件运行环境

由于“信息论基础”课程的理论性较强，涉及的公式推导较多，我们借助较为成熟的计算机仿真工具可以帮助学生更好地理解。而由于学时有限，并没有开设相关的实践实验环节。因此，可以利用开发网络平台可以开展实验教学环节，有效地帮助学生理解相关信息论概念，同时通过仿真工具的使用，使学生的实践动手能力也得到了提高。

近年来，MATLAB被证明是一种有效地理论教学的示范性工具，通过MATLAB仿真分析，可以增加教学的互动性。根据课堂教学的设置，结合利用MATLAB强大的数值计算和可视化功能，我们将课堂教学中重点讲解的离散信息熵的各种性质进行定量仿真，通过设置不同的参数，形象地说明熵的含义。比如我们在讲解离散熵的极值性的特性时，课堂教学中利用信息论不等式进行证明，过程繁琐，学生理解起来也比较费劲，通过借助Matlab的图形化显式功能，我们展示了二元熵和三元熵的曲线，充分利用图形图像的方式直观反映了离散熵在等概率中获得极大值的特性。

2.3 提供在线交流平台

传统的教师与学生的交流主要集中在课间和部分的课下时间，时间少且相对零碎，同时随着高校扩招等因素，教师很难掌握学生的学习情况。

随着校园网络的普及，本平台采用网络化答疑的方式，增加了教师和学生之间的互动和交流，比如采用BBS论坛的方式。教师会定期地回答论坛上学生的提问，解决学生在学习中的困惑，便于学生更好掌握课程内容。同时论坛的开放性，使得学生可以互相讨论，便于探讨交流，展开协作学习，从而提高学习质量和学习效率。

2.4 提供在线测试及评分

课堂测试是传统教学中非常重要的内容，通过课堂测试可以检验学生的吸收消化课堂教学的情况，同时便于反馈给教师，以便调整教学内容和方式。传统的课堂测试，需要教师整理系题库，梳理相关测试内容，预订教室以及批改试卷等过程，非常消耗时间和精力，局限于时间和空间的限制，往往一个学期进行的传统测试仅有1～2次，达不到相应测试的效果。因此亟需利用网络辅助教学平台开展在线课堂测试以及评分。

通过网络教学平台可以实现网络化测试，教师可以将试题库通过word或者excel的方式上传到服务器中，系统可以生成相应的试题库，大大减轻了教师的工作量。另一方面，学生可以登录系统，系统可以根据学生的学习进度，随机生成试卷，便于学生测试。同时系统可以自动评阅试卷，并给出标准答案，一般主要是采用客观题的方式。

本平台提供的在线测试系统包括测试子系统、题库子系统、组卷子系统、综合评估子系统、成绩管理子系统等部分构成。考务子系统一般负责网上考试的报名、考务管理：题库子系统主要完成试题的入、修改、删除、查询等功能；组卷子系统采用组卷算法自动生成考试试卷；综合评估子系统根据考生的考试成绩，对试卷的合理性和考生的综合能力等做出评估；成绩管理子系统主要对考生的考试成绩进行归档、管理：在线测试子系统在网络上实现了一个完整的考试过程，包括考生登录、答题、交卷、教师监考等。

根据信息论课堂教学的安排，系统提供的测试包括各个章节的测试（主要包括信息量、信道模型和信道容量、无失真信源编码、信道编码、限失真信源编码等几个主要章节），以及模拟考试测试。学生可根据实习情况，自主进行学习测试。

3 结束语

“信息论基础”是信息科学的主要理论基础之一，是通信原理等课程的不可或缺的先导课程。利用先进的多媒体和网络技术，自主搭建了和开发了交互式网络辅助教学平台系统，并成功应用于教学实践中。实践表明，利用交互式辅助教学平台可以有效地增加教师与学生的互动，减轻教师负担，极大发挥学生的主观能动性。

参考文献

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