（教育技术学专业论文）《微机原理》课程多媒体学习软件设计与开发.pdf

摘罄 摘要 近年来。随着计算机的普及，多媒体技术与网络技术的发展和完善，辅 助教与学的多媒体软件的数量迅猛增长，形成了相当的规模，但是质量问题 却令人担忧。导致各种辅助教学软件质量低下的主要原因之一足缺乏学习理 论的指导。目前，大量计算机辅助教学软件在丌发过程t j 依赖的足经验化， 而不是科学化。对于多媒体软件的设计与丌发，只注熏了丌发l ：其的更新， 忽略了相应理论的指导。从而使教学理沦与教学实践相脱1 7 ，各利，微观教1 j 学的策略在多媒体软件中也未充分发挥柏应的作用。为了改变这种现状，本 课题在建构主义学习理论指导下，采取促进学生自主学习、探究式学习的各 种微观策略。利用微机原理课程的内容为素材，在多媒体学习软件设计 和开发方面作了一些探索性的研究工作。 首先，分析了目前市场上、网络中各种多媒体学习软件的现状，并找 乜 存在的主要问题。其次，得出关于设计丌发多媒体学习软件的相应启示，基 于建构主义思想的学习软件的一般设计步骤，以及微观教学策略的设计方 法。最后，笔者设计了微机原理课程中的一个知识单元的学习软件，为 论文中的设计理念和设计方法提供了实例说明。 关键词多媒体学习软件；建构主义学习理论；面向用户的系统设计 a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e s e n ty e a r s ，w i t ht h ep o p u l a r i z a t i o no fc o m p u t e r ，n o to n l yh a v et h e m u l t i m e d i aa n dn e t w o r kt e c h n o l o g i e sb e e nq u i c k l yd e v e l o p e d ，t h en u m b e r so f c o m p u t e r - a i d e dt e a c h i n ga n dl e a r n i n gs o f t w a r ei s a l s oi n c r e a s i n gr a p i d l y b u tt h e i r q u a l i t i e sa r er e a l l yb o t h e r i n g o n eo ft h em a i nr e a s o n st h a tc a u s eb a dq u a l i t i e st oa l l k i n d so ft e a c h i n g a i d e ds o f t w a r ei sal a c ko fl e a r n i n gt h e o r i e s n o w a d a y s ，ag r e a t d e a l o fc o m p u t e r a i d e dt e a c h i n gs o f t w a r ed e p e n d so ne x p e r i e n c e si nt h e i r d e v e l o p m e n t ，n o to ns c i e n t i f i ck n o w l e d g e 。a st ot h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to f m u l t i m e d i as o f t w a r e ，m u c hm o r ea t t e n t i o ni sp a i dt ot h eu p d a t i n go fd e v e l o p i n g t o o l sb u tn o tt ot h ec h e o r e t i c a ii n s t r u c t i o n t h es i d e - e f f e c ti st h ed e v i a t i o no f t e a c h i n gt h e o r ya n dp r a c t i c e ，a l lk i n d so fm i c r ot e a c h i n ga n dl e a r n i n gs t r a t e g i e sa r e n o tf u l l ye f f e c t i v ei nm u l t i s o f t w a r ea l s o t om a k eac h a n g e ，t h i se s s a yt r i e st oc a r r y o u ts o m er e s e a r c hw o r ko nt h e d e s i g na n dd e v e l o p m e n to fm u l t i m e d i al e a r n i n g s o f t w a r ew i t ht h ei n s t r u c t i o no fc o n s t r u c t i v i s m t h e o r y t h em e t h o d u s e di s p r o m o t i n gs t u d e n t st os t u d yi n d e p e n d e n t l yo u to ft h e “m i c r o c o m p u t e rp r i n c i p l e ” t e x t b o o k f i r s t ，t h ep a p e ra n a l y s i st h ep r e s e n tc o n d i t i o n so fm u l t i m e d i al e a r n i n gs o f t w a r e o nt h em a r k e t sa n di nt h en e t w o r ka n df i n d so u tt h em a i np r o b l e m s ；t h e n ，g i v e e n l i g h t e n m e n tt ot h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to f m u l t i m e d i al e a r n i n gs o f t w a r e i nt h e e n d ，t h ep a p e rd e s i g n sas o f t w a r ei n c l u d i n go n eu n i to f “m i c r o c o m p u t e rp r i n c i p l e t op r o v i d ee x p l a n a t i o n st ot h et h e o r i e sa n dm e t h o d su s e di ni t k e y w o r d sm u l t i m e d i a l e a r n i n gs o f t w a r e ；c o n s t r u c t i v i s ml e a r n i n gt h e o r y u s e r o r i e n t e ds y s t e md e s i g n 第一章0 【言 皇皇皇鼍兽昌詈詈! 皇舅皇! 暑曼量鲁詈詈! 鼍曼皇p l l i l 皇! 詈詈曼皇曼鼍曼曼寰! 詈! 鼍! 量曼曼曼皇曼曼! 詈詈摹皇曼堂皇曼曼曼曼曼! 曼 第一章引言 1 1 课题来源、研究目的和意义 目前，随着i n t e r n e t 的日益普及，人类萨在逐步从工业社会进入信息社 会。网络的发展无疑为多媒体信息的传递提供了更为广泛的空州。把刚络技 术和多媒体技术结合起来，是对课本内容的有效补充，是培养! 学生自主学习 的重要手段也为学生的认知能力、个人爱好留下发展的空间。 本人担任的微机原理课程是电气、信息、计算机类本科生的主要学 科基础课。无论是从事电子信息工程、通信工程、计算机应用、电气工程及 自动化方面的理论研究还足工程实践，都离不丌计算机技术。因而在本科阶 段打下微型计算机原理和应用方面的坚实基础是非常重要的。这门课的特点 是内容多而杂，有理论、有程序语言( 汇编) ，还有硬件的接口电路等等。 部分内容非常抽象，不易理解。而我省大多数高校微机原理这门课程一 般采用下面的各种教学方法： ( 1 ) 黑板加粉笔的满常灌的讲解法： ( 2 ) 条件允许下的带一些实物( 如内存条等一些计算机硬件) 的演示u 解法： ( 3 ) 随着多媒体教学环境的蓬勃发展，出现的利用多媒体的新教学方 法： ( 4 ) 为了配合远程教育而发展起来的利用网络的网络教学t t t 。 但无论采取何种教法，在本质上仍沿用过去的教学模式，以敏j j i | j 为l 】心， 教师利用讲解、多媒体课件和各种媒体作为教学手段和方法向学生传授知 识：由于学时等局限性，部分内容采取略讲，甚至不讲，留作学生自主学习。 教师却没有给学生提供自主学习的条件，或轻松自由的学习环境。这与现代 社会提倡学生自主学习、学会学习、终身学习的教学方法媚左。因而。我们 教育工作者要转变教学方法，转变教师和学生在教学中的角色，尽可能地培 养学生应用现代信息技术的能力。这对帮助学生更好地自主学习、激发学生 的学习兴趣、培养学生的创新精神有着十分重要的作用和深远的现实意义。 基于上述原因，本课题在建构主义学习理论的指导下设计j 1 ：发适合培 养学生自主学习的微机原理课程的多媒体学习软件。 研究目的：微机原理多媒体学习软件的设计与歼发旨住辅助学生n 主学习本门课程，并将它作为微机原理的教学辅助工具。 课题意义：微机原理多媒体学习软件是在各个高等院校计算机已经 普及的现状下在建构主义学习理论指导下，依据不同教学内容的特点，采 * 4 北人学教育学礁l 学位论文 用不同的手段，用生动活泼的动画来形象的讲解或演示教学内容，利于学生 自主学习。同时，该学习软件也是帮助学生自愿的、有兴趣的学好微机原 理这门抽象的计算机专业课程的辅助工具。 随着多媒体技术的快速发展，c a i 的特性为上述问题的很好解决提供了 可能： ( 1 ) 交互性：计算机的人机交互使学生可以根据自己的情况控制学习进 度，达到双向交流、因材施教的目的。 ( 2 ) 动画演示、过程模拟：可以使传统的教学方式难于表达的学习内容， 得到较好的表达和演示，降低了知识的难度。 ( 3 ) 图形、图像：丰富的图形、图像为软件营造生动活泼的学习环境， 有利于激发学生的浓厚兴趣，真正做到寓教于乐。 ( 4 ) 学习内容的条理化、有序化：有利于学生从简入手，逐步深入的学 习整门课程的内容。 因此，根据微机原理课程的教学大纲，对课程的重点、难点，以及 必须掌握的知识，利用文本、图形、图像、动画等媒体信息，丌发微机原 理多媒体学习软件是急需的。 我们要开发的微机原理多媒体学习软件将具有信息资源丰富、人机 交互性强、图文声像并存等特点，有利于培养学生自主学习的能力和创新能 力。在培养学生信息利用能力、帮助学生进行课程的自主学习、探究式学习， 激励学生的创造热情等方面有着积极的促进作用。在该多媒体学习软件丌发 成功的基础上，还可以渗透到其他交叉学科，逐步设计并研制出一系列适合 高校教育教学特点的，计算机辅助教学的，i n t e r n e t 的现代化、高效率的多 媒体学习软件。具有向各个高校推广的社会价值，为教育的最终发展战略目 标一一自主的终身学习，提供必备的软硬件条件。 1 2 国内外的研究现状 为了了解有关多媒体学习软件设计和开发的现状，本入调研了音像软件 市场、各类大型书店、很多院校以及丌发教学软件的电子计算机公司，包括 清华紫光、北大方正、北京师范大学的浩智等著名的国内软件开发公司。随 着调研深入，本人深深体会到，随着面向对象技术和计算机网络技术的迅速 发展，c a i 辅助教学软件的丌发环境越来越简单、易学。从而使更多的人参 与到学习软件的研制丌发中来，包括计算机软件丌发的专业人员，也包括一 线的普通教师。总之，学习软件呈现蓬勃发展的良好态势，但也存在我们不 容忽视的这样那样的缺点。例如，目前学习软件主要是由以下几种方式呈现 的： 文本为主：把书本的内容电子化，这种方式基本上是书本的搬家； 2 第一带j l 再 ! 曼曼皇鼍皇詈皇i i , i 曼皇! 詈曼皇皇曼! 曼詈曼! 曼! ! 曼曼! 皇曼! ! 詈! ! ! 皇! 鼍! 曼! 曼! ! 鼍曼 电子教案：将教师的讲课课件和p o w e r p o i n t 演示文稿等文件连接到校园 网上，供学生上网浏览： 主讲教师的讲课录像与讲稿同时呈现：这是为了适应远程教育而出现的 一种新的多媒体化的学习软件。 但是，三种方式都存在很多弊端。第一种是将全部或部分书稿的内容转 移到了与出版物一同销售的多媒体学习光盘中；还有就是计算机专业课木或 参考书的配套光盘，只是将书中的程序代码汇编到了光盘中；第= 种方式一 般是将主讲教师的电子教案挂到校同网中棚应栏f 1 内足课。啦】所见救案的 复制品；至于第三种方式是用流媒体形式将多媒体教学 ：2 观n ：网! 挂【：， 而很多网络上的课程学习软件呈现的不足教学情境，而是将删“拆成了两部 分，一部分是主讲教师坐在摄像机前念讲稿的录像，也常见于f u 午见的一播教 学中，例如中央电视台教育频道的一些教育栏日；另一部分足i j i = 稿的内容， 大多没有生动的画面。这种方式的缺点是学习者时问的保障问题：学习兴趣 问题；学习过程中存在的疑难问题得不到及时解决等等。 总之，目前多媒体学习软件的设计更多的关注了课程的宏观方面，如课 程结构、平台的设计等内容，缺乏教学理论、学习理论的指导；缺乏教学和 学习的针对性：只注重界面的美化、动画、声音等表面的效果，忽视了学习 软件的开发要以教学理论为指导促进学生自主学习、探究式学习的教学策 略。因此，丌发学习软件，既要遵循教学理论的指导，又要将教学、学习理 论贯穿于整个软件的研制过程之中。也只有这样开发的软件，- 4 1 足学习者们 急需的辅助学习软件。 另外，围绕微机原理课程多媒体学习软件的设计与丌发n d 题的研究 现状，笔者查阅了e d u c a t i o n a l t e c h n o l o g y 、o p e nl e a r n i n g ) ) 、e d u c a l i o n a l m e d i ai n t e r n a t i o n a l 、e d u c a t i o n a lt e c h n o l o g yr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e nc 等 英文原舨期刊。又调查了中国期刊嘲、教育技l 术通讯、中# 软件等网站a 询了新浪、百度、g o o g l e 等大型搜索引擎，在力所能及的范【划内a 阅了大量 关于微机原理课程多媒体学习软件设计与丌发的文献。也没有发现争门 探讨该课题的文章、方法和论著。 针对存在的系列问题，在合理的教学理论指导下设计丌发一种适含的多 媒体学习软件非常重要，而且也非常迫切。它可以利用高校现有的教学资源， 为学生提供一个直观的学习环境，长期以往，学生通过自主学习会取得显著 的学习成果。对学生的学习方法、学习习惯、创新精神等各个方面都会起到 重要的作用。同时，该课题在目前的研究中还属于比较新的研究课题，值得 我们关注和研究。 # 北人学教育学硕i ：学位论义 1 3 主要研究的内容、创新点 1 3 1 主要研究的内容 1 、运用建构主义学习理论，指导软件设计 以建构主义学习理论为指导将学习内容进行规划与设计；根据学习内 容的特点和学习者的特点束选择、设计合适的教学策略；根据教学策略的需 要设计问题情境；根据具体的学习目标设计引导或指导学生学习的路径等内 容。 ( 1 ) 学习内容规划与设计：主要工作是对学习内容进行归类、分解和类 型定义。将内容划分成学习模块，对每一模块的知识内容分解并设定预期的 学习目标，并将这些目标成为系统为学习者提供学习路径或引导与帮助的依 据。 ( 2 ) 选择、设计教学策略：根据内容特点和学习者特点来选择教学策略。 例如：适时提问策略、奖励策略等。根据学习目标设计引导或指导学生学习 的路径，这罩引导和指导都允许学习者具有控帘0 权，允许学习者自己选择想 学的知识。 ( 3 ) 设计问题情境：根据教学策略的需要设计多种问题情境。闳题可包 括疑问、项目、课题等，学习者在问题情境中参与活动的目标指向可包括： 解答疑问、阐明问题、完成项目或课题等。 ( 4 ) 学习资源设计：是指与问题解决有关的各种信息资源。包含了支持 本学习软件系统的所有可能的材料。除了课程本身的内容外，还包括从网上 获取的各种有关信息、通过其它网址超级链接的参考资料、附加内容资源如 录像、电脑软件等。在进行这些工作的同时，须考虑方便学习者的使用。 ( 5 ) 认知工具设计：是指在学习过程中，提供学习者为完成学习任务所 需要的信息处理软件，如字处理软件、w w w 搜索引擎、专家系统、汇编语 言等。 2 、开发多媒体学习软件 在建构主义学习理论的指导下，设计丌发微机原理课程多媒体学习 软件，并将第二个学习单元“体系结构”的火部分功能付诸实现。采用单机 光盈版的存储方式提供给学生，秘于他们在宿舍、学校或家庭、社区等不同 的环境使用。 1 3 2 本课题研究的创新点 ( 1 ) 打破了传统的多媒体学习软件的丌发套路。课题咀建构主义学习理 论为指导，采玛c 促进学生自主学习、探究式学习的各种微观策略，泉设计和 丌发多媒体学习软件。 弼一币0 i 高 i ( 2 ) 为实现信息技术与微机原理课程的整合提供了必要的软件蜒础 为学生自主学习、探究式学习创造了条件。将校园网和计算机实验审作为硬 件环境，为学生利用微机原理多媒体学习软件对微机原理课程全 方面的学习提供一个充分自主的学习空问，强化培养学生“n 我”意u ! 、f i 主学习韵目的性。 1 。4 研究方法 1 、以行动研究为主，理论研究与行动研究相结合 以建构主义理论、多元智能论、现代教育学、现代心理学和科学研究方 法论为理论基础。理论研究为先，在提出理论假设、理论微策略和总体操作 框架后，丌展行动研究在行动研究中检验、丰富、发展、推进和完善理论 与形成模式，最终把理论策略转化成为新的培养学q i 自t 学习精神的实践模 式，并逐渗透到微机原理课程多媒体学习软件的案例t ，。 2 、群体研究与个案研究相结合 将自己所担任教学任务的班级作为实验班进行群体研究。再祖：每个突验 班选择少数不同类型的学生进行个案跟踪研究，追踪浚软f ，f ：的实际效果。 第二章建构主义学习理论及其启示 自从1 9 5 9 年美国的i b m 公司丌发研制成功第一个教学系统至今，计算机 应用于教育的学习理论基础历经了行为主义( 6 0 年代初至7 0 年代未) 、认知 主义( 7 0 年代术至8 0 年代术) 、建构主义( 9 0 年代初至今) 三次较大的演变， 这也标志着计算机教育应用的理论逐步走向成熟。换句话说，多媒体计算机和 网络通信技术可以作为建构主义学习环境下理想的认知工具，能有效地促进学 生的认知发展，所以随着多媒体计算机和互联网的飞速发展，建构主义学习理 论正愈来愈显示出其强大的生命力，在世界范围内同益扩大其影响，迓渐发展 成为多媒体学习软件和c a i 课件丌发的重要理论基础。 计算机辅助教学多媒体学习软件的丌发目的就是适应个别化学习的要求， 为学生的自主学习提供一位可以代替般教师的“计算机教师”。本课题中的 微机原理多媒体学习软件也不侧外。而在过去相当长的时问罩，个别化多 媒体学习软件的指导思想都局限于“刺激一反应”的行为主义学习理论。在该 理论的指导下，设计丌发的多媒体学习软件的特征为小步子、强调反复练习、 及时反馈等。不可否认，这种辅助学习软件有一定的使用范围，例如进行基础 知识的学习或基本技能的培训等，在其发展应用过程中也取得了一定的效果。 但是，随着计算机应用教学的范围不断扩大，其局限性也r 益明显，主要表现 在设计思想只注重外显的刺激反应，未考虑学生的内部心理过程；教学辅助系 统中的学习过程由系统控制，学生只能被动的接受；内容固定，灵活性差；反 馈与交互过于简单，致使学习过程机械化，学生容易疲劳，丧失学习兴趣。 随着认知主义在心理学界的兴起人们逐渐认识到学习的发生，尤其是高 级认知能力的形成，决非外部简单的“刺激一反应”可以实现，更重要的是在 于人们的内在心理的变化过程。这使得多媒体学习软件的设计思想从行为主义 转向认知主义。而近年来认知主义的一个分支一一建构主义的迅速发展，又为 人们更新计算机多媒体学习软件的指导思想带来了新的契机。 2 1 建构主义学习理论 建构主义( c o n s t r u c t i v i s m ) 也称为结构主义，它是出瑞士学者让皮亚杰 ( j p i a g e t ) 最早提出来的。皮亚杰认为智慧本质上是一种对环境的能动的适 应。一定的刺激只有被主体同化于认知结构中，主体才能做出反应。从功能上 说，智慧是一种高级的能动适应；从结构上说，智慧是系列不同层次的认知 结构的发展和构造。认知结构的功能不变性和认知结构的结构可变性是皮亚杰 认知发展理论的两个立论基础。o 。业构生义一一革新传统教学的理论埔础i u 化教育研究何兜抗 1 9 9 8 年笫3 期 6 第二荦建构土义学习理论及；e 启小 皮且e 杰又提出了完整的同化顺应学说。同化是指个体把外界刺激所提供 的信息整合到自己原有的认知结构，即“图式”中；顺应是指原有的认知结构 无法同化新环境提供的信息时所引起的个体认知结构发生重组和改造。可见， 同化是认知结构数量的扩充即图式扩充：h m j i 则是认知结构性质f 一改变，圳 图式改变。认知个体就是逐过固化与顺应这两种形式束达到j 心q ：境的、f 衡。认知结构是通过同化与顺应过干里逐步建构起来，f ：存“，l 衡一h i 、f 2 衡一新 的平衡”的循环中得到不断的丰富、提商承l 发展。 于人类的认知与学习过程 密切相关，在建构主义思想指导下形成了一套先进的建构主义学习理论。o 建构主义学习理论认为，学习是学习者在外部环境下( 包括书木、学习设 备、教师、同学甚至整个社会) 主动建构意义的过程。是获取，i | j 识的过程。浚 理论强调，学习者是学习主体。学生不是被动的知识接受者，而是积极的信息 加工者。知识不能简单地通过教师传授得到，而是每个学生在一定的情境即社 会文化背景下，借助其他人( 包括教师和同学) 的帮助，利用必要的学习资牛斗， 通过入际间的协作活动，依据已有的知识和经验主动地意义建构。囚此，“情 境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素。 情境一一学习环境中的情境必须有刹于学生对所学内容的意义建构，教学 设计不仅要考虑教学目标，还要把情境创设作为最重要的内容之一。 协作一一发生在学习过程的始终从资料的搜集与分析、假没挺与验、 学习成果评价直至意义的最终建构具有重要作用。 会话一一协作过程中不可缺少环节，学习小组成员之f uj 必须通过会话商讨 如何完成规定的学习任务，每个学习者的智慧是整个学习群体的e 享资源。 意义建构一一整个学习过程的最终目标，即认识事物的性质、规律以及事 物之间的内在联系，通过“同化”和“顺应”来完善和丰富个体认知结午句。在 学习过程中帮助学生建构意义就是要帮助学生对当前学习内容所反映的事物 的性质、规律以及该事物与其他事物之闯的内在联系达到比较深刻钓理解。而 这种理解在大脑中的长期存储形式就是前面提到的“图式”，也就是关于所学 内容的认知结构。 建构主义理论的内容很丰富，但其核心可以概括为一句话：以学生为中心， 强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的主动建构。因此， 在微机原理课程多媒体学习软件的设计丌发过程中，应浚始终如一地将建 构主义学习理论作为理论指导：软件无论在情境的设计、协作学习、人机会话 或提供小组讨论的资源设计，以及帮助学习者对整个课程的意义建构等方面们 设计中，应该将软件的使用者一一学生为主体作为 n 发点；，乒耽n ：孥笑什t l t 的俯 息内容应该以激发学习者主动发现问题、一1 二动解决叫题、对所学知l u ! 三动意义 建构为核心；以学习好微机原理课程为最终日的丌发本学爿软仆。i 耵多媒 学与救的埘史轨迹一一2 0 世纪的教育心理学) 张卿主编山彖转育j 版”1 9 9 6 年版1 8 1 18 4 吼 。建构主义一一革新传统教学的理论箍础i u 化救育州究何屯抗 1 9 9 8 年鹅4 期 w 北人学教育学 0 ； l 学位论文 体技术和网络技术的发展，恰恰为建构主义理论的应用提供了广阔的舞台。 2 2 建构主义学习观 同其它富有生命力的理论一样，建构主义理论臼产生以来，经过不同建构 主义学者们的不停探索与深化，不断以更新的面貌出现，展示着愈加丰富的内 涵。为了更好的探索建构主义理论对多媒体学习软件设计丌发的指导意义，我 们必须对建构主义思想进行更加深入的剖析，深刻理解各家建构主义学者在教 育、学习等各个方面的主要观点。 由于个体的认知发展与学习过程密切相荚，因此利用建构主义可较好地发 现人类学习过程的认知规律。即能较好地说明学习如何发生、意义如何建构、 概念如何形成，以及理想的学习环境应包含哪些主要因素等等。总之，在建构 主义学习理论基础上可以实现较理想的建构主义学习环境，形成一套新的、有 效的建构主义学习观和师生观。 2 2 1 建构主义的学习观 ( 1 ) 学习不是由教师把知识简单地传递绘学尘，丽是出学生包己建构知识 的过程，这种建构是无法由他人来代替的。 ( 2 ) 学习不是学习者被动接收信息刺激。而是主动地建构意义，是根据自 己的经验背景，对外部信息进行主动地选择、加工和处理，即学习者以自己原 有的知识经验为基础，对新信息重新认识和编码，建构自己的理解。因此，意 义是学习者通过新旧知识经验问的反复的、双向的相互作用过程而建构成的。 ( 3 ) 同化和顺应是学习者认知结构发生变化的两种途径或方式。同化一顺 应的循环往复，平衡一不平衡一平衡一不平衡的相互交替，入的认知水平的发 展，就是这样的一个过程。学习不是简单的信息积累，更重要的是包合新旧知 识经验的冲突，以及出此而引发的认知结构的重组。 我们在设计和开发微机原理多媒体学习软件时，充分借鉴建构主义学 习观点打破7 以往传统的设计模式，避免了过去多媒体学习软件的诸多弊端。 如：学习软件仅仅是将传统的纸质教材或教案的转移搬家；对概念、原理等内 容的学习仍然是在没有学习情境支持下的机械记忆的方式进行；学习者被动地 利用多媒体学习软件迸行学习，没有达到使学习者的学习是主动探索、主动建 构意义的目的等。 2 2 ，2 建构主义的师生观 建构主义强调，教师与学生之间需要共同针对某些问题进行探索，并在探 索的过程中相互交流和质疑，了解彼此的想法。建构主义虽然非常重视个体的 自我发展，但是也不否认外部引导，即教师的影响作用。 ( 1 ) 建构主义提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习，既强调学习 者的认知主体作用，又不忽视教师的指导作用，教师是意义建构的帮助者、促 8 琊- 二乖矬构土义学习埋论技j l 启w i 进者，而不是知识的传授者与灌输者。学生足信息加工的主体、足意义的主动 建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。 ( 2 ) 教师要成为学生建构意义的帮助者，就要求教师在教学过程中从以下 几个面发挥指导作用： 激发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习动机： 通过创设符合教学内容要求的情境和提示新旧知识之间联系的线索， 帮助学生建构当前所学知识的意义； 为了使意义建构有效教师应在可能的条件下组织协寸1 ：学习( j t ：展讨 论与交流) ，并对协作学习过程进行引导使之朝有利于意义建构的力向发醍。 引导的方法包括：提出适当的问题引起学生的思考干讨论：在i f 沦t ，设泄i 把i h j 题步步引向深入以女u 深学生对所学内容的理解：要 发诱导学生l ：il 去发现规 律、纠j 下和补充错误的或片面的认识。 ( 3 ) 学生是教学活动的积极参与者和知_ 【 的积极建构者。学生需要采取 种新的学习风格、新的认识加工策略，形成自己是知识与理解的建卡句者的心理 模式。学生要成为意义的主动建构者，就要求学生在学习过程小从以卜几个，j 面发挥主体作用： 要用探索法、发现法去建构知识的意义： 在建构意义过程中要求学生主动去搜集并分析有关的信息和资料，对 学习的问题要提出各种假设并努力加以验证： 要把当前学习内容所反映的事物尽量和自己已经知道的事物相联系 并对这种联系加以认真的思考，联系与思考是意义构建的关键。如果能把联系 与思考的过程与协作学习中的协商过程( 即交流、讨论的过程) 结合起来，学 生建构意义的效率会更高、质量会更好。 在此师生观的指导下，微机原理多媒体学习软件在设计j i ：发过程【 1 ， 应该使学习软件本身在一定程度上扮演“教学引导者( e t u t o r ) ”的角色。这 一角色的实现需要我们在设计多媒体学习软件的过程中，科学地安排促进埘 知识主动意义建构的学习策略。引导学习者逐步地将所学的知识与要学习的新 知识主动建立联系，启发学生自己发现规律，提供大量的相关信息年 i 辅导资料， 鼓励学生对新知识进行探究式的意义建构，这样才会提高多媒体学习软件的使 用价值，提高学习者的学习质量。这一点也是在利用多媒体技术辅助教学的发 展过程中，落在多媒体学习软件丌发人员头上的责任。作为教育技术工作者， 我们用自己所掌握的教育学、心理学理论和相关的计算机专业技术，结合我国 多媒体学习软件设计开发的实际情况，通过自己的努力，在建构主义教学理论 领域做一些探索性的研究工作。 9 第三章基于建构主义学习理论微机原理多媒体学习 软件的总体设计 当前建构主义学习环境下的i d 研究( 即以学为中心的i d 研究) ，随着建 构主义的流行，同益引起人们的重视，尤其是在多媒体计算机或基于i n t e r n e t 的网络教学环境下，对以学为中心的i d 的应用更有其得天独厚的优势。本课 题的研究是借鉴建构主义学习理论的系列观点，其丌发思想也以当前最有影响 的建构主义代表人物之一d h j o n a s s e n 的观点一致。d h j o n a s s e n 特别强调学 习环境的设计，提出了一种用于设计建构主义学习环境( c o n s t r u e t i v i s t l e a r n i n ge n v i r o n m e n t ，简称c l e ) 的最新模型，陔模型由六部分组成：o ( 1 ) 问题( 包括疑问、项目、分歧等) ：这是整个建构主义学习环境设计 的t l 心，学习者的目标是要阐明和解决问题。 ( 2 ) 相关的实例( 或个案) ：与问题相关的实例或个案。 ( 3 ) 信息资源：与问题解决有关的各剃，信息资源( 包括文本、图形、声音、 视频和动画等) 以及通过w w w 从 n t e r n e t 上获墩的各种有关资源。 ( 4 ) 认知工具：主要指在计算机上生成的、崩丁捐助和促进认知过程的工 具，通常是可视化的智能信息处理软件。如知 ： 库、语义网络、专家系统等。 ( 5 ) 会话与协作工具：使学习者群体可以相互交流、讨论、协商，共同建 构问题的意义。 ( 6 ) 社会背景支持：在设计建构主义学习环境时要考虑社会文化背景、客 观j 不境、物质条件等方面对于当前学习所能提供的支持。 本学习软件在设计丌发时，注重了建构主义学习环境下的教学设计，将上 述模型包括的六个组成部分贯穿于每一个设计模块中，并且依据下面的步骤， 完成了该学习软件总体的设计与开发。 3 1 学习目标与学习内容的设计 无论是传统的以教为中心的教学设计，还是建构主义的以学为主的教学设 计，首先解决的问题是教学目标的分析。教学目标是教学活动的出发点和最终 归宿，而建构主义提倡的自主建构学习，要学生自己掌握并管理自己的学习过 程，明确学习目标就显得更为重要。学习目标总是以一定的课程内容为媒介的， 因此，学习目标的确定与课程内容的选择和组织紧密地联系着，并以具体的课 程内容一起呈现给学习者。直接体现某一项或一组学习目标的是具体的学习任 。am o d e lf o rd e s i g n i n gc o n s t r u c t i v i s tl e a r n i n ge n v lr o n m e n t d a v i dh o n a s s e n p r o c e e dj n g so fi c c e 9 71 9 9 7 年1 2 第三苹攮十迎构土义学习理论微机烁理多媒体学习软仆的总体蹬汁 务，即必须由学生掌握的一定量的学习内容。这就要求我们在发计和丌发多媒 体学习软件时，首先要对学习目标和课程内容进行分析。 目前国内外比较流行的目标分类体系是稚卢姆的教学日标分类体系。们卢 姆认为教学目标主要有“认知领域”、“情感领域”、f j 支能领域”：三个方f f i i 。其 中认知目标包括知识、理艇、运用、分析、综合和评价六级。o 我们借鉴撕j ， 姆的上述观点，结合微机原理课程的教学大纲和学习者的学习水3 f ，对微 机原理课程的各个学习单元分析设计出具体的学习目标。明确的标准利于学 生规范并管理自己的学习过程，利于对自己的学习进行自我评价。 建构主义的学习旨在使学习者形成对知识深刻的内在理解，即学习者获得 的知识是结构化的，整合的，而非零敞的、支离破碎的。学习者要结合自己的 原有知识和经验探索新知识，对所学知识的各个不同的部分建立起内在的联 系。例如将新知识与原有知识联系起来；将书本知识与f 1 常经验联系起柬。学 习者不应满足于对概念原理的死记硬背而应将其深化，进而内化为自己知站 结构的有机组成部分。因此，多媒体学习软件在设训j i 发过程i l ，心将所有的 学习目标置于多种具有一定复杂性的问题情境，分别钊对l i h 的侧l f 以便学 习者对知识形成多角度的理解，在面对备类汹题时容易激活这壮知识，利j l l 它们解释新现象，形成问题解决的程序。通过多媒体学习软仆进j r 学习，使学 习者建构自己的观念见解，对知识有积极的参与热情。 微机原理课程紧密结合计算机、电气、信息类的专业特点。围绕微型 计算机原理和应用主题。以i n t e l 8 0 8 6c p u 为主线，系统介绍微型计算机的肇 本知识、基本组成，体系结构和工作模式等，i n t e l 8 0 8 6c p u 的指令系统、汇 编语言及程序设计方法，存储器的组成和i 0 接口扩展方法，微机的中断结构、 工作过程等六个学习单元。其中，有的内容属于学习者原有的知识一部分内 容是在原有知识上进一步的扩展，而另外的部分内容则是非常抽象的新知 识，也是本课程的重点和难点所在。鉴于学生的实际情况，在建构主义学习理 论与布卢姆的教学目标分类方法指导下，根掘课程的教学大纲，为课程的六个 学习单元进行了学习且标以及详细的学习内容的设计。 ( 1 ) 绪论单元主要呈现个人计算机的发展、特点与构成；各个硬件部分的 作用：计算机的微处理器以及微处理器技术的发展概况、微型计算机系统。软 件的基本常识和分类；计算机中的主存储器的分类，以及符自的特点。 ( 2 ) 体系结构单元主要呈现微型计算机的结构以及多媒体汁算机的组成； 微处理器的发展史、功能结构、工作状态、总线时序和各种系统总线。 ( 3 ) 汇编语言基础单元要呈现的内容足从基本的数据类型到指令格式；从 操作数的寻址方式到通用的各种类型指令、指令系统，程序设计以及所h 挎雌 汇编调试工具的一些基础知t 。 9 教育技术的理论与实践张立新等著 河北人学版 2 0 0 0 年1 0 版1 9 2 贝 1 l 洲北人学教育学f 0 ； i ：学位论立 ( 4 ) 存储器单元的内容主要是关于内部存储器的。微型计算机系统中构成 内存的各种半导体存储器件，以及它们如何和系统总线相连。 ( 5 ) 输入与输出单元介绍各种输入输出方式的基本概念、原理、三种输入 输出的过程控制方法；中断优先级器件的使用。 ( 6 ) 输入与输出接口学习单元主要讨论通用的接口芯片i o 接口的基本 功能和缓冲功能。计数器和定时器电路的工作方式；串行、并行接口电路的结 构和工作方式。 ( 7 ) 微机实验整个微机原理课程包含的若干个重要实验。 微机原理课程的内容多而杂，从上述的学习单元t ”即可看出。传统教 学在抽象的原理和繁杂的概念讲解中，显得不直观。而利用多媒体技术辅助教 学就可以弥补现有教学方式的不足，通过多媒体动画技术、实物图片、图像等 对上述教学内容直观化、形缘化，利于解决教! 学中的重点和难点。 通过对学生们的了解得知，他们在学习本门课程以f j ，已经学习了若干门 与之有关的先行课。例如计算机操作基础、数字电路、模拟电路、c + + 程序设计等课程。因此，学习本门课程已经有了一定的基础，在学习过程中 j j 以对相关内容从简或从略。根据上述分析，各个学习单元的学习目标如下： ( 1 ) 对于绪论单元要求学生通过部分内容的自学，提高计算机基础知识的 层次，建立完整的计算机系统的概念。陔模块巾的内容大多属于认知目标领域， 从学习内容和课程要求来看，单元学习目标是最低的一一知识。因此，在软件 中多以文本的方式呈现学习内容即可，对于个别知识点可配合相应的图形、图 像，有助于学生的记忆。 ( 2 ) 体系结构单元要求学习者掌握微型计算机的结构以及多媒体计算机 的组成：了解微处理器的发展史：熟悉微处理器的功能结构和工作状态，以及 处理器总线时序的问题。陔模块包括的知识属于认知目标领域，从内容和要求 来看，单元学习目标是一一理解和分析的综合。凼此，在软件中不仅以文本的 方式呈现学习内容，还要尽可能的配合相应的图像、动画等手段，来帮助学生 对抽象的知识加强理解，分析处理器的工作状念和总线时序等问题。 ( 3 ) 汇编语言程序设计单元要求学生掌握各种类型的指令，熟练运用它们 编写程序。该模块中的内容属于认知目标领域的一一运用。因此，在软件中多 以文本的方式呈现学习内容，对于个别知识点配合相应的图像和动画，有助于 对知识的掌握，同时也要呈现密切联系实际的相关知识，使学生能够运用所学 知i 识解决实际问题。 ( 4 ) 存储器是用来存储微型计算机工作时使用的信息的部件。本单元要求 掌握微机系统中构成内存的各种半导体存储器件，以及它们如何与系统总线相 连。更深层的要求是运用半导体器件设计一些小的实用电路。模块中的内容属 于认知目标领域，但从内容和要求来看，学爿目标是较高的一一分析和综合。 在软件中除用文本的方式呈现学习内容外，还要有相应的图形、动画、声音的 第二覃基于建构土义学习理论徽村l 原理 多媒体学习软件的总体i 5 i 十 解说等，这样有助于学生对重要知t 的学习，提高学习效率。 ( 5 ) 输入输出知识单元学生需要理解各种输入输出方式的基本概念了 解输入输出的工作原理和过程，以及三种不同输入输出方式的异同。浚模块巾 的内容属于认知目标领域，从内容和要求柬看，其学习f ； i 杯足一一领会。椭：软 件中以文本的方式呈现学习内容配合相应的阁像和少数动【l j u 即i ，j 从i n 闸 助 学生对内容的理解和领会。 ( 6 ) 在输入与输出接口模块中，学习者应熟悉通煽的接锄一卷”l ( ) 接n 的 基本功能。掌握计数器和定时器电路的工作方式；理解串行、并行接口l 乜路的 结构和工作方式。模块中的内容大多属于认知目标铘! 域从学) j 内寨和谍聪要 求来看，该单元的学习目标是一一灵活运用。对于软件的要求旧汇编语苦 剀手 设计单元。 ( 7 ) 微机实验 学习者在学习条件允许下，将微机原理多媒体学习软 件中提供的实验亲自动手或小组协作完成。尤其是计数器和定时器等重要实 验。该模块中的内容属于认知目标领域，学习目标是一一运用和评价。因此， 在软件中多以文本的方式呈现实验目的、内容、步骤或思路，以及相关的材料， 学生要根据软件中的内容，自己或结组在实验室中完成，并根据自己的实验结 果写出相应的评价。 总之通过对微机原理课程的学习，学生应该对计算机系统中的硬件 组成以及它们的工作原理有一个全面的了解，掌握m f j 涉及的明什部分的结 构。熟悉指挥计算机硬件协调工作的指令系统，并灵活的远f 它编1 ；程序。学 握计算机中的几个重要的电路，如计数器、定时器及串行、爿： j ：接j i 电路等， 从而建立完整的从外到内的计算机整机系统。 3 2 学习情境创设 建构主义认为学习总是与一定的社会文化背景( 即学习情境) 斗日联系。情 境从广义来理解，是指作用于学习主体，产生一定的情感反应的客观环境：从 狭义来认识，则是指在课堂教学环境中，作用于学生而引起积极学习情感反应 的教学过程。根据建构主义理论，学习者在实际情境下进行学习，可以使他们 利用自己原有认知结构中的有关经验去同化当箭学到的新知识，如果原有的知 识不能“同化”新知识，则要引起“顺应”。通过“同化”和“顺应”，达到了 对新知识的意义建构。建构主义注重学习情境。认为个体、认知l 和意义都是往 相关情境中交互、交流( 即协作) 完成的，不同的学习情境能够给各种特殊的 学习者不同的活动效果。也就是说学习者在不i 二j 的情境巾会订丌i 旧的行为，j ： 且认为学习情境的创设是学习者实现意义建构的必要前提。 学习情境创设是指创设与当l j i 学习主题相关的、尽可能真实的情境。将多 情境呈现策略运用在多媒体学习软件中，则是指不应该孤：蕾地现学习的内 容，而应该将学习置于多种情境当中，在多种背景下、多种情境中揭示知识的 意义，使学习者将知识的意义与其所呈现的情境麸同内化到知识结构中。 情境创设应分两种情况：一种是学科内容有严谨结构的情况，要求创设有 丰富资源的学习环境，其中应包含许多不同情境的应用实例和有关的信息资 料、以便学习者根据自己的兴趣、爱好去主动发现、主动探索：另一种是学科 内容不具有严谨结构的情况，这时应创设接近真实情境的学习环境，在该环境 下应能仿真实际情境，从而激发学习者参与交互式学习的积极性，在交互过程 中去完成问题的理解、知识的应用和意义的建构。o 很