以信息理论为指导探求提高化学教学效益的多种信息通道

以信息理论为指导探求提高化学教学效益的多种信息通道

摘要：本文论述了信息论的有关原理，依据该原理提出了相应的教学策略，目的是减轻学生负担，实施素质教育，提高教学效益。

关键词：信息、信息通道、有效输入

教学过程中的优化，取决于认识信息的产生、组合，取决于信息道的畅通和信息传输与接受过程的稳定平衡。

所谓信息，是指具有新内容、新知识的消息。按照信息论的观点，教学过程可看成是一种信息的传递过程。在课堂教学系统中，知识是以信息的形式存在，是一种知识信息，它是经过人类认识、挑选、系统化和深化了的信息，教学就是知识信息由存储状态转化为传输状态，通过信道传给学生。这种传递过程可用下图表示：

该示意图说明，在教学系统中，知识是以信息的形式存在的，教师通过备课将存储状态的信息转化为传输状态的信息，再经课堂教学（或视听教学），把信息传给学生。学生把输入的信息在大脑中重新加工，经同化和顺应后，贮存起来。在练习和考核时，又以另一种形式输出信息。当然，学生不仅仅只是直接接受教师传授的信息，还可通过别的传输形式获得、掌握信息的过程，要想提高教学质量首要的就要看学生怎样获得信息和获得怎样的信息。获得怎样的信息由教材和教学内容决定。怎样获得信息就与信息通道有关，要使学生获得足够的信息量，关键要保证信息通道的畅通无阻。

在化学教学过程中，传递信息量遵循申农—维拉公式：

S=B·T·lg2(1+P/N)

式中S为信息量,单位为比特(bit),B为传递信息的频带宽；T为传递信息量的时间；P表示输出信息的平均功率；N为噪声的平均功率。

这个公式说明在一定时间内，，传递的信息量，取决于B和信噪比P/N。必须增加频带宽B，增加信噪比P/N。要增加P/N值，就要增大P，减少N。P的大小取决于教师的水平和素质以及学生的条件。一方面，教师的业务水平、教学能力和教学态度影响学生获得信息量的大小和有效性，另一方面，学生的学习动机和非智力因素，以及原有的任知结构和学习方法也影响信息获得和组合。因此，教师在努力提高自身教学能力的同时，也要注意培养学生的学习兴趣及自学能力、思维能力，注意做好教书育人的工作，以达到提高输出信息的平均公率。N的大小则取决于教学环境和学习风气，安静的教学环境是提高信息量的重要因素。知识信息的传递不同于其他物质的传递。学生的有效输入量，不完全等于教师的信息的输入量。也就是说，教师讲的多不等于学生就会学的多。所以，有效的输入，还有赖于教师对教学过程的调控。

为了增大信息输入量，提高有效输入，应采取以下措施创设多种信息通道：

培养学生养成“多看”的好习惯，建立持久有效的信息通道

所谓多看，是指多看课本和课外读物，课前搞预习，课后抓复习。

学生在课前预习是一种超前的学习活动，能使学生对学习内容产生心理准备，概略了

解课堂上将要学习的课题的轮廓，想一想与以学过的那些知识有关联，对那些知识感到难懂，有什么问题等。

例如，学习“摩尔”一章，从标题看，似乎与以前学过的知识没有什么联系，为什么要在这里学习？学习摩尔的重要性是什么？等等。学生对知识是否熟悉，影响对知识信息的感知。有研究数据表明，学生感知的信息数量与对信息的熟悉程度有密切关系：信息不熟，每秒6比特；信息熟悉但不常见，每秒18比特；信息熟悉且常见，每秒可达65比特。

复习对巩固知识是非常重要的，尤其要及时复习。复习要体现识记与培养思维能力，练习运用与综合概括相结合，重视知识的内在联系，把握知识主干，形成知识网络。

在教师的指导下适当看一些课外读物也是必要的，这样可以增大知识面，培养兴趣，增大信息量。通过“多看”，可以提高学生的自学能力和思维能力。多看、多记忆、才能多思。根据心理学家分析，人脑的学习潜力是很大的，至少可以存储一万亿比特的信息。这个信息量远远超过了世界上最大的图书馆的藏书信息量。但是人的一生能够认真读多少本书呢？恐怕还不到这个数的万分之一。

2．给学生提供“多做”的机会，充分利用高效信息通道

这里所讲的多做，是指多做化学实验。

接受信息量最大的感官是视觉和听觉，视觉对光波接收的频带宽度较大，在单位时间内接收的信息量较多。有数据表明：人的耳朵可以接受的声波频带宽为20—200CO赫兹；人的眼睛可以观察到光波的频带宽为3.9×1011—7.5×1014赫兹。由此说明光波比声波能向人体传递更多的信息量。所以，在化学教学中，应在视听觉可以接受的频带宽度范围内，充分利用光、声载体传递尽可能多的信息，特别是发挥视觉感官功能，增强直观效果。此外，触觉、味觉等所接收的信息量虽少，但吸收的效率却很高。而化学实验教学能使学生多种感官参与接受信息，能使化学信息的传输、接收和记忆达到最优效果。

化学是以实验为基础的学科。加强实验教学，有助于提高化学教学的质量。化学实验教学不仅能够培养学生的化学实验技能，而且还可以培养学生的观察能力、分析能力和思维能力，可以培养学生的科学态度。因此，在化学实验中，一定要保质保量地完成大纲规定的全部的演示实验和学生实验，尽量将教师演示实验实验改成学生实验、边讲边实验，还要根据教学内容充实一些定性实验，增加定量实验。实验教学不仅限于结合元素化合物的知识教学，而且，基本概念教学和理论教学都要与实验教学紧密结合。

通过做实验，利用学生在大脑皮质中形成的实验现象信息的“兴奋灶”，可以顺利地引导他们进一步去探索其中蕴涵的道理，主动问个“为什么？”这样就容易激发学生在理解科学结构的基础上，去分析解决问题。譬如，基于电解质的概念进而讨论电离与电解的关系，通过几种典型电解质溶液电解时阳、阴两极的反应，让学生归纳出阴阳离子的放电顺序，进而将有关知识应用于电镀和金属的精炼中。这样，也体现了学生学习化学理论知识的“化难为易”的认识过程。

抓住时机，实施“精讲”，注重信息的有效输入

前已述及，教师讲的多不等于学生学的多。学生在课堂上最佳注意力有效时间是20—

30分钟，因此，教师抓住时机，对教学内容精讲，不要平铺直叙，搞“满堂灌”。

精讲也属于教学指导思想，但讲授在传送教学信息上是主要的方式。精讲指教师抓住

教学内容的重点、难点进行讲授，讲关键、讲网络、讲方法、讲思路，并结合学生在知识结构上的缺陷，进行启发和诱导，发展学生能力。例如，在高一化学教学中，讲授“气体摩尔体积”一节时，可于课前发给预习题纲，计算一定质量的各种物质的体积，提出相应的思考问题。上课时，教师利用多媒体课件模拟微观粒子的运动状态和堆积方式，使学生产生直观清晰的印象。在讲清微观粒子的堆积方式与宏观物体体积的关系的前提下，重点讲述“气体摩尔体积”的概念，讲情理解这一概念的四个关键：条件、物质的量、物质和体积。在此基础上针对有关问题进行练习，使学生能够很好地掌握这一概念。

由于教学活动是一个开放的、有序的认识活动系统，所以要求教学内容是有序的、系统的。只有有序的系统的知识，按一定方式组织起来的知识，才便于学生接收、存储和提取。因此要做到精讲，先要精心组织好教学内容，讲授的知识内容还要考虑学生的认知特点，即根据不同年龄学生的思维特点和已有的知识结构来确定所要讲的知识的深度和难度，并以相应的教学方法施教。

创造机会，适当“多练”，强化信息的贮存

学生仅仅靠课堂听讲不能完全吸收和消化所学的知识，还必须通过练习加以强化、理解和掌握。练习还能起反馈和自我检控的作用。练习的种类有多种：预习练习、随堂练习、课外练习、复习检测等。在教学中，创造机会，让学生适当多练，使学生更快地掌握所学知识，并保证知识的顺利同化和迁移。例如，在化学用语的教学，在让学生透彻了解化学用语的意义的基础上，时刻注意经常练习。学习电子式和离子方程式时不但要告诉学生怎样写，还要告诉学生为什么这样写，然后对知识进行分门别类的规范化练习。对于容易混淆的容易出错的问题，还要有目的的进行对比练习、正误练习。

多练不是搞题海战术。而是结合教学进行练习，把精讲和巧练紧密相结合。巧练就是针对基础知识、基本技能、重点内容进行练习。练基本题、典型题，以开拓思路，掌握技巧，举一反三，以质取胜。

5.不失时机“勤总结”，增强信息存储的有序性，提高学习者认知结构的可辨性、可用性和稳定性

学习者要将已学习的知识进行总结归纳。当学完一章或一个单元后，就要进行概括总结。要搞好概括总结，就要学会善于运用对比的方法。对比分析可以使学习者全面了解各种事物之间的区别与联系，可以避免认知中的泛化，形成准确的概念，有利于储存更多的信息。这样做，可以大大提高学生的认知结构的可利用性，顺利的升华为能力。

对比的方法很多，如横向对比、纵向对比等。例如，在化学教学中，可以将化学基本概念、基础理论分类对比。譬如，可以把外表相似容易混淆的概念（同位素、同素异形体、同分异构体、同系物）从内涵和外延两个方面列表比较异同，从而深刻认识它们的本质。对于学生不易理解的“化学键和晶体结构”知识，突破他的最适宜的方法就是采用对比分析、总结归纳的方法。对于元素化合物的学习，可以将族与族之间进行对比（如碱金属与卤素的对比、卤素和氧族的对比），同族元素之间进行对比（如物理性质、化学性质、制法和存在的对比）。

认知的规律是循序渐进的，任何新知识的获得都是原有知识的发展、衍生或转化而来的，所以，为了记忆、掌握新知识，就要形成新、旧知识之间有机联系的系统。因此，要善于将知识总结归纳，按知识的内在联系，进行系统整理，形成新的知识网络。

例如，学完硫及其化合物知识后，归纳如下图示：

6．教学过程“多反馈”，保证信息输送通道的畅通

教学过程是教师和学生的双边活动，其教学行为与教师、学生和教学环境有关。可以把化学教学过程归纳为以教师为主变量的多变量的复合函数：

S=f［T·S（T）·E（T）］

式中B为教学行为，是因变量；自变量表示教师，S表示学生，E表示教学情景；学生与教学情景往往与教师有关。由这一公式说明了在教学过程中，教师起主导作用，但是学生是学习的主体，教师应随时掌握教与学的情况。达到这一目的的主要方法就是通过信息反馈。及时掌握反馈信息，根据学生的反馈信息，及时发现教学过程中所存在的问题，对教学进行响应调整，调整教学内容和进度，改进教法，把教学稳步推向前进。反馈的方式有多种，通常有观察、谈话、作业、测验、练习等。对学生来说，也会从反馈信息中了解自己学习的情况，并做出相应调整，提高学习效率。

用信息论来分析教学过程中的信息传递，最重要的是发挥教师和学生的两个作用，充分发挥学生的主观能动性，创设多种信息通道，拓宽信息频道，保证信道畅通，增大信息量，建立良好的课堂听课习惯，促进教学质量的提高。

参考文献

（2）施良方主编，华东师大出版社《教学理论——课堂教学的原理策略与研究》ISBN 5-5617-2007-6

(3)于浩主编，学苑出版社，《中学化学创新教法》——45分钟优化设计，7-27