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摘要：传统的课堂交互主要采用问答和讨论等人与人之间的交流沟通形式，现代信息传播方式的革命性变革，对课堂交互提出了更高的要求，同时也提供了更加丰富的手段。本文结合信息论课程的信息率失真函数教学内容，探讨利用智能手机构建课堂交互的设计，并对实践结果进行分析评判。
关键词：信息论与编码；课堂交互；信息技术
本文引用格式：郭春生，等.信息论课堂交互式教学设计与实践[J].教育现代化,2019,6(44):179-181,186.
Design and Practice of Interactive Teaching in Information Theory Classroom
GUO Chun-sheng,ZHANG Xu-guang,YING Na
(Hangzhou Dianzi University,Hangzhou Zhejiang)
Abstract:Traditional classroom interaction mainly uses forms of communication between people such as question，answer and discussion.The revolutionary change of modern information dissemination method puts forward higher requirements for classroom interaction and also provides more abundant methods.This paper combines the information content distortion function of the information theory course,discusses the design of classroom interaction based on the smart phone.And analyzed and discussed the results of the practice.
Key words:Information theory and coding;Classroom interaction;Information technology
一引言
现代信息技术的发展，拓展了学生的学习时间和空间。学生可以在更广阔的时间和地点，甚至是碎片化的时间或在移动状态下，通过智能手机进行学习、讨论和交流，从而打破了“课堂为中心”的教学模式。现代信息技术也提供了多元化的信息传播渠道，知识除了用文字、图形外，还可以用动画、音频、视频等多媒体形式表现出来[1]。课堂教学应该顺应信息技术的发展，教师通过现代信息技术工具探求，搜索和加工信息，充分调动学生的主动性和积极性，促进教师角色从知识讲解者、传授者转变为学生学习能力和实践能力培养的帮助者、指导者和促进者[2]。
现代信息技术发展同时也带来一些负面影响，部分大学生的自主学习能力差、控制力弱，面对智能手机的吸引，控制不住自己、一旦玩起手机来便忘乎所以，一味追求刺激、新鲜和趣味。相对于智能手机带来的乐趣，一些大学生认为教师讲课内容枯燥陈旧，对以后的生活和工作没有帮助，不愿意学习晦涩难懂的课堂知识，从而失去了学习的热情和兴趣，导致时间占比相当大课堂教学没有发挥其应有的作用[3]。
课堂互动是课堂教学的基本事实，是生动的人与人之间的互动过程，是主动地构建知识的一个过程[4]。提高课堂教学成效，需要丰富课堂互动的形式与手段，有效提高课堂互动水平和质量。只有师生互动活动的形式与手段丰富了，才能够吸引学生在课堂上参与到师生互动活动中；只有提高师生互动活动的水平和质量，才能够从根本上体现课堂教学的教育内涵。既然在课堂教学中智能手机既然能够分散学生的注意力，就可以利用其吸引或约束学生的注意力。将智能手机引入课堂教学互动教学环节中，教师利用智能手机设计各种类型的问题，学生通过智能手机进行互动、答题和讨论，发表观点和意见，且所有回答能够实时可视化地展示出来。教师能够依据反馈意见和数据统计，及时了解学生在课堂上对授课内容的理解掌握程度，促进更好地组织课堂教学。本论文以杭州电子科技大学通信学院开设的本科生专业基础课程《信息论与编码》的信息率失真函数课堂教学实践为例[5,6]，对智能手机课堂交互工具在课堂教学应用设计给予阐述，并对实践结果加以分析总结。
二信息率失真函数的课堂教学交互设计
信息论在信息的度量基础上，基于互信息量分别研究信道容量和信息率失真函数。信息率失真函数在已知信源和允许失真度的条件下解决有效信源编码问题，使信源编码后的信息率极小化，进而提高信息传输的有效性。可以以理解为，给定信源和用户可以容忍的失真度情况下，信息率失真函数获取再现信源消息的最小平均信息量，它反映了信源有损压缩程度。班杜拉的“交互决定论”指出：“行为、人的因素、环境因素实际上是作为相互连接、相互作用的决定因素产生作用的”。将班杜拉提出的交互决定论作为交互式学习的基础，通过多个课堂交互形式，开展一系列能够促进学习者与学习内容、学习者与教师、学习者之间的深层互动的活动，使整个交互活动从操作交互、上升到认知交互进而达到概念交互的程度，使学生对知识的理解和掌握水平从了解到认知，从具体到抽象，从表面到深入[7]。根据课程内容的思维导图和班杜拉的“交互决定论”，交互环节的设计遵循关注教学内容的重点和难点，启发理解、引领支持理解，关注细节强化知识关联，促进和深化理解的层层递进的思路。
1.信息率失真函数的物理意义是本次教学内容的重点，需要学生掌握信息率失真函数的物理意义，以及其在提高信息传输效率的作用。信息率失真函数与信道容量的概念都源自互信息量，信息率失真函数是互信息的条件极小值问题，而信道容量是互信息的极大值问题。理解信息率失真函数的数学本质，并将其与信道容量相比较，对掌握该知识点具有重要意义。因此这里设计了一个简单的判断题：信息率失真函数和信道容量都是互信息的无条件极值问题。这样就可以引导学生关联信息率失真函数与信道容量，从对比中加深认知，完成对相应知识点的掌握。
2.失真函数是这部分内容中一个比较简单的概念，学生理解和掌握并没有太大的困难。由于信息论的学习对数学基础要求较高，在交互教学中适当关联相关数学知识，使得课堂教学内容更丰富，在一定程度上提高学生的学习热情和兴趣。将失真函数与数学中的函数特性关联起来，促进物理意义与数学性质理解的统一，并能够在知识体系上发挥承上启下的作用。一方面关联前期学过的数学知识，另一方面引导学生准备后面研究生入学数学测试的复习。因此设计了一个单项选择题目：失真函数的性质，选项分别为非负性，单调性和连续性。正确的选项为非负性。
3.课堂教学中不仅要关注学生知识关联及框架的构建，同时要关注于细节知识。细节和整体是相互制约的，二者之间平衡协调，才能保证课堂教学是高质量的教学。”信息率失真函数是失真一定条件下互信息量的极小值，其单位可以使用比特/符号。这里的比特和数字信号处理中的比特字面上是相同的，关注两者之间的异同，才能够加深对知识的理解，避免知识混淆。因此在这里设计了一个关于比特的判断题目：1比特的二进制数最多能够装载1比特的信息量，正确答案是对。问题虽然简单却可以有效引领学生的深度思考，提高课堂教学效率。
4.学习是通过听看写等多感官的综合活动来提升学习效率，但部分学生在课堂教学中将多器官的综合行为简化为看听思考的简单模式。这样不仅降低的课堂教学的效率，而且看听思考的简单学习模式非常容易导致学习者出现走神或产生疲劳。即便在课堂上教师要求学生完成一定的联系，但受到时间的限制也无法核查各个同学的完成情况，难免有部分同学偷懒。因此在课堂教学中围绕信息率失真函数的性质，设计一个计算Dmax的拍照交互题目，要求学生自己主动分析题目要求并将其书写结果拍照上传，投影显示各个同学实时提交情况，既可以相互学习，又是一种相互督促。
三 实践与分析
与传统的课堂面授教育相比，基于智能手机的交互式学习能够有效活跃课堂学习氛围，促进师生、生生间的合作与交流。利用智能手机的多种媒体类别与多样化的内容呈现方式，教师能够及时获取到大量的交互数据，了解学生对课堂讲授内容的理解程度，分析学生的学习需求，及时调整教学内容和教学计划。如图2所示的单项选择题目的结果统计，37人选择了正确选项A，5人选择错误选项B，10人选择了错误选项C，70%的同学能够正确回答该问题。符合课堂教学交互式题目的设计要求：难度循序渐进，初次接触内容的问题尽可能保证大多数问题能够正确回答，不至于让学生学习起来产生畏难心理。
学习属于一种补充型的寻找快乐方式，区别于看肥皂剧，玩电子游戏，浏览八卦新闻等消耗型的方式寻求快乐，如同锻炼身体需要自身具有坚强的意志力，在其过程中能够带给学生的快乐比消耗性方式更持久。正是因为学习对学习者具有更强的意志力的要求，在课堂教学中需要具有一定的约束力。如图3展示了拍照题的提交结果，每位同学在草稿纸或笔记本上完成题目后，用手机拍照上传，其结果将展示在所有同学前面。尽管有些同学私下可能在学习上懈怠一些，但是在学习过程中几乎所有同学都有一颗上进的心，不会轻易在其他同学面前展示，也会在认真努力地同学带动下提交合格的拍照题答案。
现在课堂教学中，还是存在一些学生沉迷于手机。如果在课堂教学中使用手机辅助答题，强制学生使用手机参与到课堂教学之中，能够有效打断学生对手机的沉迷，改善这部分学生身在课堂心在手机的情况。教学实践后对课堂交互设计以及学生期望的课堂交互方式发放了教学评价建议调查表。总共回收到评价表41份，结果如表1所示，对课堂互动模式正面评价的36份，中性评价3份，负面评价2份。在中性和负面评价中，多数学生反而是优秀学生。这些学生在传统的课堂教学中就能够注意力非常集中，不会被智能手机吸引。当课堂要求使用智能手机进行互动答题时反而有点不太适应，认为使用智能手机影响了听课的效率。谈到期望的课堂互动形式上，几乎所有学生都表现出愿意积极参与的想法，希望有机会能够表达自己的观点和看法。但在具体形式上，不同学生的喜好不同，有喜欢翻转课堂的，有喜欢传统的问答方法，也有系统在线答题或测试，或者匿名弹幕。
四结束语
智能手机的普及和移动网络的发展，丰富了课堂教学的内容，提高了课堂教学的效率，不仅为学生提供形式多样的学习资源，实现随时随地的整合优质学习资源，而且有利于开展各种形式的课堂互动，深化学生对知识的认识，培养学生的批判思维和创造思维，使每位学生都能得到自我的提升。
本文结合信息论与编码课程中的信息率失真函数具体教学内容，探讨了基于智能手机的交互式课堂教学设计，并对实践结果进行调查分析。调查结果显示，发挥智能手机的功效，创设更多的能够促进学生理解的交互活动，在课堂教学能够有效激发学生的参与兴趣。智能手机在交互课堂教学中能够有效监测课堂重难点的掌握情况，及时调整教学内容。智能手机的丰富交互手段，能够充分调动学生参与的积极性，在学习过程中充分发挥听说和动脑动手综合应用，提高注意力，避免单一模式易出现感官疲劳。
同时在教学互动中要充分发挥激励，导向、纠偏、深化等方面的作用，互动需要避免形成争议性的话题，导致课堂教学效率低下，无法完成课堂教学目标的达成度。针对课堂上的问题及时进行集体研讨，尝试深入研究和思考相关问题，能够更有利于促进交互教学的良性发展。
参考文献
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[2]张钧,王美涵,彭娜,等.侧重于“问题发展”能力培养的课堂教学研究[J].沈阳大学学报(社会科学版)，2017，19(02)：195-198.
[3]王志宏.英语语言学翻转课堂教学模式的行动研究[J].沈阳大学学报(社会科学版)，2018，20(02)：181-188.
[4]朱伟强，黄山，盛慧晓.教学中的人际关系与师生课堂互动、学习结果的相关性研究[J].全球教育展望，2017，46(12)：24-34.
[5]曹雪虹，张宗橙.信息论与编码[M].3版.北京：清华大学出版社,2016.
[6]傅祖芸.信息论：基础理论与应用(第4版)[M].北京：电子工业出版社,2016.
[7]杨婧.移动终端支持下促进理解的交互式学习设计研究[D].江南大学,2018.
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