（教育技术学专业论文）以建构主义为指导的计算机辅助教学软件的设计.pdf

摘要 摘要 本文对建构主义理论从学习的目标、内部过程、控制等多种不同的角度进 行了深入分析：阐明了用建构主义指导计算机辅助教学软件设计的意义：对教 学软件的三种主要应用模式一传统课堂教学、个别化学习、多媒体网络课堂教 学进行了分析与比较，总结了在各模式下，以建构主义为理论指导的教学软件 应遵循的设计原则与实施该教学模式的条件，进一步提出了个基于建构主义 的教学软件的设计模型，对其中的每一步骤进行了细化，加强其可操作性；设 计井开发了 中国濒危脊椎动物多媒体教学软件，对在教学软件的设计思想 上体现建构主义进行了尝试，采用了电子笔记本、电子收藏夹等工具，对练习 题的灵活设计等问题进行了初步探讨。 关键词 建构主义：教学设计计算机辅助教学软件j 教学模式 a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h ep a p e rt h ea u t h o ra n a l y z e dc o n s t r u c t i v i s mt h e o r yf r o md i f f e r e n t a n g l es u c h a st h eg o a lo f l e a r n i n g ，t h ei n n e rp r o c e d u r eo fl e a r u i n g j t h ec o n t r o lo f l e a r n i n g a n ds oo i l i t s p u t f o r w a r dt h a t c o n s t r u c t i v i s mh a sa s t r o n gm e a n i n g i nt h e d e s i g n o fc a i s o f t w a r e t h ea u t h o r a n a l y z e d t h et h r e ek i n do fm o d e lo f u s i n gc a is o f t w a r e ， w h i c hi st r a d i t i o n a lc l a s s r o o m i n s t r u c t i o n ， i n d i v i d u a li n s t r u c t i o n a n dm u l t i m e d i an e t w o r ki n s t r u c t i o n ，a n d g a v eac o m p a r i s o na b o u tt h e m t h e p r i n c i p a l o fc is o f t w a r eb a s e do n c o n s t r u c t i v i s 皿a n dt h e c o n d i t i o no fi m p l e m e n ti s g i v e n ad e s i g nm o d e lo fc a is o f t w a r eb a s e d o nc o n s t r u c t i v i s mi s p u tf o r w a r da n de a c hs t e ph a sb e e na n a l y z e dt o b em o r e m a n e u v e r a b i l i t y t h ea u t h o r sd e s i g n a n d d e v e l o p i nw h i c ht h e a u t h o rt r i e dt or e f l e c tc o n s t r u c t i v i s m i nt h e s o f t w a r e e l e c t r i c n o t e b o o ka n de l e c t r i cf o l d e ra r ec r e a t e d t h ea u t h o r g a v e ai n i t i a l d i s c u s so fa g i l i t yd e s i g ni ne x e r c i s e s k e yw o r d s ：c o n s t r u e t i v i s mi n s t r u c t i o n a ld e s i g nc a is o f t w a r e i n s t r u c t i o n a lm o d e l i i 河北大学硕士学位论文 一、引言 ( 一) 选题依据 自1 9 5 9 年美国i 蹦公司研制成功第一个教学系统至今，计算机教育应用的学 习理论基础历经行为主义( 6 0 年代初至7 0 年代末) 、认知主义( 7 0 年代末至8 0 年代末) 和建构主义( 9 0 年代初至今) 三次大的演变，标志着计算机教育应用 理论走向成熟。 计算机辅助教学软件( 以下简称教学软件) 最初是为适应个别化学习的要求 而产生的，目的在于为学生的自主学习提供一位可以替代一般教师的“计算机 教师”。在相当长的时间内，个别化教学软件的指导思想都局限于当时在心理 学领域占统治地位强调“刺激一一反应”的行为主义学习理论，即人们熟知的 程序教学法，其特征为小步子，反复练习，及时反馈。不可否认这种教学软 件有一定的适用范围，比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相当的收效，但其局限性也日益明显，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；教学过程由系统控制t 学生地位被动；教学内容固定，灵活性差；反馈与交互过于简单，致使学习过 程机械化，容易使学生疲劳，丧失学习兴趣。随着认知主义在心理学界的兴 起，人们逐步意识到学习的发生尤其是高级认知能力的形成，绝非外部单纯的 “刺激一一反应”可以实现，更重要的在于人们内在的心理变化过程，这使得 教学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教学软件的指导思想带来了契机。 建构主义学习理论的形成背景是信息社会的高度发展。现代教育理论强调， 2 l 世纪的人才应具备自学习、自组织、自适应能力，学知、学做、学会和他人 和谐相处、学会生存发展，是富有探索精神与创造力的新型人才。因此教育过 程不再是原来意义上的单纯的知识传递，而是培养学习者学会学习的过程。建 构主义学习理论正是与此吻合，强调以学生为中心，要求学生从外部刺激的被 动接收者和知识的灌输对象转变为信息选择和加工的主体，成为知识意义的主 动建构者；相应地，要求教师由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意 义的指导者、帮助者、促进者。近年来，国内外以建构主义为指导开展了大量 教与学的研究，取得的成果为建构主义学习理论在教学过程中的应用提供了实 践经验，也为教学软件的开发提供了理论依据。 虽然建构主义已受到了人们的广泛重视，人们也逐渐开始在计算机辅助教学 软件的研制开发中应用建构主义的理论作指导，但由于对建构主义学习理论教 - l _ _ - - _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ - - - _ 一 馘； ： l ：i、“ 以建构主义为指导的计算机辅助教学软件的设计 学理论的研究仍不够深入，更尚未形成相应的较成熟的指导教学软件开发可遵 循的具体可操作步骤，使得在教学软件开发中应用建构主义理论这一研究课题 仍处于摸索实验的阶段。 本论文拟结合当今网络技术、多媒体及超媒体技术迅速发展的现实，应用教 学设计理论，探讨以建构主义的思想为指导的教学软件的设计模式，并进一步 以此为依据指导实践，设计与开发中国濒危脊椎动物多媒体教学软件。 ( 二) 研究的目标和方法 本论文的研究目标如下： 】、综合各家建构主义学者的观点，总结建构主义教学理论与学习理论的关 键特征。以此为基础，对当前教学软件中存在的若干问题进行分析，说明以建 构主义理论作为教学软件设计及开发的指导思想的必要性，探讨在当今技术条 件下的可行性。 2 、针对教学软件的三种应用模式探讨适应不同模式的教学软件的设计特 点。给出一个功能完善的体现建构主义思想的教学软件的一般设计步骤。探讨 三种辅助教学模式下的教学软件与教师及学生之间共同完成建构主义教学与学 习的实现模式。 3 、以建构主义为指导设计中国濒危脊椎动物多媒体教学软件并将其中 关于“鸟纲”的大部分功能付诸实现。 本论文的研究方法为：采用历史法查阅相关各种文献，研究总结前人的已有 经验；利用比较法对他人的观点论述进行分析判断，吸取其中的精华，舍弃不 合理的及过时的结论；利用逻辑推理法在总结占有大量资料的前提下，提出自 己的见解与设想。采用实验法进行实际教学软件的开发制作。 二、对建构主义的介绍 ( 一) 建构主义的产生与发展 建构主义( c o n s t r u c t i v i s m ) 也译作结构主义，其最早提出者可追溯至瑞士的 皮亚杰o e a np i a g e t ，1 8 9 6 1 9 8 0 ) 。他是认知发展领域最有影响的一位心理 学家，他所创立的关于儿童认知发展的学派被人们称为日内瓦学派。皮亚杰的 理论充满唯物辩证法，他坚持从内因和外因相互作用的观点来研究儿童的认知 发展。他认为。儿童是在与周围环境相互作用的过程中，逐步建构起关于外部 世界的知识，从而使自身认知结构得到发展。儿童与环境的相互作用涉及两个 基本过程：“同化”与“顺应”。同化是指把外部环境中的有关信息吸收进来 一 敞l ，- i：。 c ； 河北大学硕士学位论文 并结合到儿童已有的认知结构，即“图式”中，即个体把外界刺激所提供的信 息整合到自己原有认知结构内的过程；顺应是指外部环境发生变化，而原有认 知结构无法同化新环境提供的信息时所引起的儿童认知结构发生重组与改造的 过程，即个体的认知结构因外部刺激的影响而发生改变的过程。可见，同化是 认知结构数量的扩充。即图式扩充，而顺应则是认知结构性质的改变，即圈式 改变。认知个体就是通过同化与顺应这两种形式来达到与周围环境的平衡：当 儿童能用现有图式去同化新信息时，他是处于一种平衡的认知状态；而当现有 图式不能同化新信息时，平衡即被破坏，而修改或创造新图式( 即顺应) 的过 程就是寻找新的平衡的过程。儿童的认知结构就是通过同化与顺应过程逐步建 构起来，并在“平衡一不平衡一新的平衡”的循环中得到不断的丰富、提高和 发展。这就是皮亚杰关于建构主义的基本观点。 在皮亚杰的上述理论的基础上，科尔伯格在认知结构的性质与认知结构的发 展条件等方面作了进一步的研究；斯腾伯格和卡茨等人则强调了个体的主动性 在建构认知结构过程中的关键作用，并对认知过程中如何发挥个体的主动性作 了认真的探索；维果斯基创立的“文化历史发展理论”则强调认知过程中学习 者所处社会文化历史背景的作用，在此基础上以维果斯基为首的维列鲁学派深 入地研究了“活动”和“社会交往”在人的高级心理机能发展中的重要作用。 所有这些研究都使建构主义理论得到进一步的丰富和完善，为实际应用于教学 过程创造了条件。 虽然建构主义在其发展过程中不断分化形成了各种学派但都认为“情 境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属 性。 情境：学习环境中的情境必须有利于学生对所学内容的意义建构。即在建构 主义学习环境下，不仅要考虑教学目标分析，还要考虑有利于学生建构意义的 情境的创设问题，并把情境劬设看作是教学设计的最重要内容之一。 协作：协作发生在学习过程的始终。协作对学习资料的搜集与分析、假设的 提出与验证、学习成果的评价直至意义的最终建构均有重要作用。 会话：会话是协作过程中的不可缺少环节。学习小组成员之间必须通过会话 商讨如何完成规定的学习任务的计划；此外，协作学习过程也是会话过程，在 此过程中。每个学习者的思维成果( 智慧) 为整个学习群体所共享，因此会话 是达到意义建构的重要手段之一。 意义建构：这是整个学习过程的最终目标。所要建构的意义是指：事物的性 质、规律以及事物之问的内在联系。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它事物之间 一3 一 以建构主义为指导的计算机辅助教学软件的设计 的内在联系达到较深刻的理解。这种理解在大脑中的长期存储形式就是前面提 到的“图式”。也就是关于当前所学内容的认知结构。 ( 二) 对建构主义的深入认识 同其它富有生命力的理论一样，建构主义理论自其产生以来，并非一成不 变，而是经由不同建构主义学者的探索与深化，不断以更新的面貌出现，展示 着愈加丰富深刻的内涵。为了探索建构主义理论如何指导教学软件的设计，首 先应对建构主义的思想进行深入的音j 析，综合各家建构主义学者的主要观点， 可以看到建构主义所追求的学习与教学其关键特征在于以下几方面： l 、学习的目标：建构主义的学习与教学旨在使学习者形成对知识的深刻理 解。 知识获得是学习韵重要目标，而知识获得有不同的水平，学习者可能仅仅记 住了一些概念、原理，但并未真正理解其含义，或者只是有表层肤浅的理解， 只能依葫芦画瓢地应付课本上的典型习题。建构主义意义上的学习和教学要求 对知识形成深刻的内在理解，即学习者要切入某知识主题或某学科的核心思 想，要能对这些内容作出明确的辨别，进行合理的推论及预测对相关现象给 出自己的解释、判断。形成自己的见解，并能进一步灵活运用这些知识解决具 有一定复杂性的问题。 对知识的深刻理解意味着学习者获得的知识是结构化的，整合的，而非零散 的，支离破碎的。学习者结合自己原有的经验探索新知识，将所学知识的各不 同部分建立起内在联系；将新知识与原有知识联系起来；将书本知识与日常经 验联系起来。学习者习得知识要以基本原理及概念为核心，形成良好统一的知 识结构，而非在头脑中储存一个个孤立的知识点。即学到的知识应是活的不 是惰性的死知识。学习者不应满足于对概念原理的教条记忆。而应将其深化， 内化为自己的知识结构的有机组成部分。教学应将要学的知识置于多种具有一 定复杂性的问题情境，分别针对不同侧面，以便学习者对知识形成多角度的丰 富的理解，进而在面对各类问题时容易激活这些知识，利用它们解释新现 象形成闯题解决的程序。学习者建构的是自己的观念见解，而不是仅仅记住 前人给出的单纯结论，这样学习者会对知识有深入的参与热情，表现出质疑及 批判性。 学习者对知识的理解程度可以利用以下方法来判断：能否用自己的语言解 释、表达所学知识；能否利用此知识作出推论及预测，解释相关现象，解决有 关问题；能否运用此知识解决变式问题，即保持关键特征不变，改变非关键特 征；能否综合多个相关知识点解决有一定复杂度的问题，真正的问题往往不能 一4 河北大学硕士学位论文 只凭单个知识点解决，而需要综合多方面的知识；能否将所学的书本知识迁移 到实际生活问题中去。 对知识形成深层次的理解是建构主义学习与教学的核心目标，因而“为理解 而学习”是建构主义的重要信念。 2 、学习的内部过程：建构主义的学习与教学要求学习者通过高级思维活动 来学习。 学习者要不停地思考，对各种信息进行加工转换，对新知识与原有经验进行 综合与概括，解释相关现象，形成假设并加以检验，而不是单纯的记忆与照搬 规则的简单应用。 建构主义的思路是在阎题解决中学习。教师针对要学习的内容设计出具有思 考价值的有意义的问题先让学习者思考，尝试，教师给予一定的支持引导， 组织讨论合作但不应影响学习者的独立思考，更不应替代其思考。在问题解 决过程中学习者要综合运用原有知识经验，查阅有关资料，作出自己的推 论，从而建构起相应的知识经验。最后，教师可进行提炼和概括，使学习者的 知识更为系统化。 知识的建构是通过新旧知识的相互作用完成的，在问题解决这种高水平的思 维活动中，学习者要不断围绕特解决问题获取有关信息，不断激活原有知识经 验对当前问题作出分析判断，新旧知识自身的合理性又在此过程中得翻检验， 这为知识的建构提供了理想的途径。 3 、学习的控制：建构主义的学习是自我调节的学习。 建构主义的学习是一种自我调节的学习，虽然在教学中教师会为学习者设计 各种任务，但学习者要自己确定该任务包含的子任务并且不断监视自己对知识 的理解程度，判断自己的进展及与目标的差距，积极采取各种增进理解和帮助 思考的策略。同时不断反思自己及他人的见解合理性如何，是否与原有经验体 系一致，推论是否包含逻辑错误等，因为建构主义的学习并非简单地让学习者 占有前人的知识，而是建构自己的知识结构，形成自己的独到见解。学习者对 学习过程的自我监控和调节需要学习者独立完成。 教师在其中的任务是设计阎题，引导帮助学习者形成思考分析问题的思路， 启发学习者对自己的学习过程进行评价，反思。教师一般不直接命令学习者去 怎样做，而是引导学习者去想：我理解得清楚吗? 我的推理符合逻辑吗? 我的 方法有无漏洞? 有更好的解挟方法吗? 等等。建构主义的支架式教学，指教师 在教学开始可给予较多的指导，髓着教学的深入，学习者不断增进理解获得技 能，教师应逐渐推出控制，放手让学习者更多地管理自己的学习，对自己的探 索活动负责。 5 黼6i 。；i。i i 以建构主义为指导的计算机辅助教学软件的设计 4 、学习的社会情境：建构主义的学习要求充分的沟通，合作和支持。 传统的教学中，交往和交流的形式比较简单也不够充分，最主要的即教师 讲学生听的单向交流，穿插进行的提问往往是对一些事实信息的回忆，师生间 难以形成深入的讨论和沟通。建构主义的教学与学习则要求教师与学生阔及学 生之间的充分交流互动。教师在最初不应简单地地呈现或灌输知识，不给学生 任何思考余地，而是先保留自己的看法，提出一些能激发学生思索的问题，引 导学生激活原有的知识结构，积极思维，寻找解决方法并形成独立的观点。学 生应充分体现在学习中的主体地位，在教师的指导下独立思考，逐步形成自己 的假设，条理清晰地表达自己的思维结果，教师在这一过程中扮演一个细心的 观察者，耐心的倾听者，灵活的引导者，善意的评价者。他先与学生交流了解 其想法，洞察其由来，看到其合理性与局限性，然后给予适当的评价并进行进 一步的引导启发，若学生的思维存在问题，则引导学生看到自己观点的局限及 矛盾，或组织观点不同的学生进行讨论；若学生的观点基本正确，则引导其对 自己的观点进行引申或提炼概括。如此师生间通过反复的交流协作，学生的认 知结构不断完善，教师的主导作用也得以充分发挥，二者形成了“教学相长” 的关系。此外，建构主义也要求学习者之间进行充分的沟通与合作。因为每个 学习者有自己的经验世界，不同学习者可以对同样的问题有相异的思维过程， 形成不同的假设和推论。通过小组讨论，辩论，竞赛等形式，学习者有机会了 解他人的想法并将其与自己的想法进行对照。面对各种不同观点，学习者要学 会清晰地表达自己的见解，尝试聆听理解他人的想法，进而相互沟通。在这一 过程中，他们要不断对自已和别人的看法进行反思和批判。这样在合作与交流 中，学习者可以突破个人思维的局限，看到问题的不同侧面和不难一的解决路 径，从而对知识产生新的洞察，形成更深入与丰富的全方位理解。 高水平的沟通具备以下三个特征： 有相当多的沟通是围绕学习者对某个主题的见解、想法而展开的。学习者 就所探索的内容展开交流。在对话中可以体现出其头脑正在发生的高级的思维 活动，如辨别、推导、概括、质疑等，而不局限于表述各种事实、定义等。 随着交流的进行学习者能自然地达成共识，而不是靠教师的控制与安排强 制性地形成“共识”。 对话始终以参与者的想法为基础，最终能促成学习者对某主题的共同理 解。 除以上提及的学生与教师、学生之间的合作外，学生还可选择与领域专家及 实际工作者进行交流，使探索过程得到更广泛的支持，获得更多有关真实问题 的解决思路。 6 一_ _ l _ _ - _ - - - _ _ - - _ _ - _ _ _ _ _ _ - 一一 i 2 觏l一+ ，； 河北大学硕士学位论文 5 、学习的物理情境：建构主义的学习要求多样的情境性的信息与有力的建 构工具。 在传统教学模式，学生的主要信息源是课本中的文字，图片及教师的讲解、 板书、演示等，并且为了传递容易进彳亍知识往往被简化这与师生间知识单方 向的讲授教学方式相适应。而建构主义的教学条件下，学生可接触的信息源大 大扩展，学习的知识不是按教师事先设计好的序列顺序呈现，而是自主进行探 索，这就要求为学生的探索活动顺利进行提供广泛的信息资源及各种探索条件 的支持。 建构主义反对过于简单化地处理学习内容，提倡将学习置于真实复杂的情境 中，以便使学习能在实际生活中实现更广泛的迁移所以应当创造尽可能接近 真实的学习情境，使学生更多地利用原始条件进行分析思考，而非象传统教学 那样，直接接受前人总结好的结论。 建构主义重视实验在科学学习中的作用，强调开放的实验室，将实验作为探 索知识、解决问题的手段，由学生自己发现问题分析问题，提出假设，再经 实验进行验证，而不是机械地重复教材的实验步骤。 学生的学习用具及功能也发生了重要变化。以前，学生主要利用笔记本做笔 记，用练习本做练习。笔记本用于记录教师的讲课内容，练习本用于巩固熟练 所学内容，而在建构主义的学习中，笔记本除了记录知识外，更要体现学习者 的思考和探究，学生要用笔记本来整理、分析、思考所学知识，将各种信息进 行整合井加入自己的评价，练习本也将成为学生解决问题深化理解知识的工 具。随着计算机的日益普及，学生将更多地利用教学软件，互联网络，各种工 具软件进行知识的探索。 三、建构主义理论对教学软件设计的指导意义 ( 一) 当前教学软件设计中存在的若干问题及其解决方法 近年来，随着面向对象技术、超媒体技术和网络通信技术的迅速发展，市场 上出现了一些蘧向对象的、图示化的计算机辅助教学软件开发环境，如 a u t h o r w a r e 等，它们运行在w i n d o w s 环境下，操作简单，编程量少，提供多种媒 体的整合功能，能把以不同文件格式存储的多媒体信息用超文本方式组织在一 起，并且支持网络功能，。开发环境的易学易用，使更多人参与到教学软件的 研制开发中来，也包括教学经验丰富的一线普通教师，他们的参与充实了教学 软件开发队伍，也使教学软件与实践的结合日益紧密。目前教学软件呈现蓬勃 发展的良好态势，表现在数量多，种类多，质量不断提高，涉及领域越来越 i l 以建构主义为指导的计算机辅助教学软件的设计 广，开发周期大大缩短，产业化局面初步形成，这是可喜的面。但是不应忽 视，在教学软件的设计开发过程中仍然存在性质各异的问题，现仅就其中几点 进行分析： 1 、不重视教学情境的创设及交互性的设计。 多数教学软件的设计很重视教学目标分析，这是可取的，但是对于学习环境 的设计以及体现师生之间、学生之间交互作用方式的教学模式的设计却重视不 够。近年来，随着认知学习理论及建构主义理论的普及，人们认识到学生是信 息加工的主体，是意义的主动建构者，教师不可能向学生直接灌输知识，必须 创建良好的学习环境和理想的交互作用方式以利于学生主动性、创造性的发 挥。因此在教学软件的设计中对于学习环境和教学模式的设计应当愈来愈引起 人们的重视。 2 、在教学模式的设计中，单一的“个别化”模式长期在教学软件中占据统 治地位。 近年来根据认知学习理论的研究发现，个别化模式确实有利于发挥认知主体 的主动性，但是就其学习效果来说，往往只对涉及较低级认知能力( 如识记、 理解、简单应用) 的学习目标比较有效，而对涉及较高级认知能力( 如分析、 综合、评价和复杂应用) 的学习目标则不如“协作型”教学模式，但目前可用 于实践的协作型教学软件很少。 3 、缺少激励学习者学习动机的策略设计 学习是学习者的主动行为，兴趣是最好的老师，激发学习动机应当是教学软 件不可缺少的一环，应当运用适当的策略在进入具体的教学内容之前先引起学 习者的兴趣，变“要我学”为“我要学”，但这在很多教学软件的设计中被忽 略掉了。 4 、缺少允许学习者主动参与教学过程的设计 学习者在学习过程中的主动性可以体现在自由选择感兴趣的学习内容，自定 进度，自选练习的数量与难度，对系统提供的知识信息进行评论、补充自己的 观点或重新加以组织等。只有允许学习者自由探索，而不是处处受系统预先设 定的制约，他才会真正感到自己是学习的主体。 从以上分析可以看到，产生诸如此类问题的根源在于教学软件的设计没有先 进的教育理论作指导，仍在沿用行为主义学习理论进行课本搬家的低效生产。 用于指导实践的理论的落后，造成了教学软件整体设计的缺路，则不论具体实 现多么完美高效，也难弥补最初设计上钓失误。因此，对于教学软件，首要一 点是选择科学先进适用的教学理论与学习理论为指导，这是拿出高质量的设计 蓝图的保证，也将为后续的具体实现打下坚实的基础。 河北大学硕士学位论文 ( - - ) 在教学软件开发中应用建构主义的技术基础 如前所述，建构主义学习理论是认知学习理论的一个重要分支，建构主义的 起源可追溯至皮亚杰的儿童思维发展理论，可谓源远流长。但是自八十年代初 期以来，尽管认知心理学已逐渐取代行为主义心理学占据了统治地位，而建构 主义学习理论在很长一段时期内并未产生明显的影响。直至近年来，随着多媒 体技术和i n t e r n e t 应用的日益普及，建构主义学习理论才逐渐引起人们的广泛 注意，按照建构主义理论进行教学改革试验研究的学校也日渐增多。个中缘由 固然有学习理论的流行必然要滞后于作为其理论基础的心理学的流行这样一个 因素，但是更重要的原因则是九十年代以前社会上还缺乏实现建构主义学习环 境的理想条件。前已指出，建构主义学习环境包含四大属性或四大要素即。情 境”、“协商”、“会话”和“意义建构”。显然，多媒体技术与超文本相结 合的超媒体技术与网络化的特性与功能最有利于四大属性的充分体现。 l 、多媒体技术的发展 “多媒体”不是多种媒体的简单集合，而是以计算机为中心把处理多种媒体 信息的技术集成在一起，它是用来扩展人与计算机交互方式的多种技术的综 合。直至9 0 年代初期，人机交互方式仍主要是通过基于文字或简单图形的界面 来实现，枯燥而单调。多媒体技术则为人机之间的信息交流提供了全新的手 段，这包括：高保真度的声音、达到照片质量的图像、二维和三维动画，甚至 是活动影像。建构主义学习理论强调刨设真实情境，把创设情境看作是“意义 建构”的必要前提，并作为教学设计的最重要内容之一。而多媒体技术正好是 创设真实情境的最有效工具，如果再与虚拟现实技术( v i r t u a lr e a l i t y ，简称 v r ，是由计算机生成的交互式人工世界。在这个人工世界中可以创造一种身临 其境的完全真实的感觉) 相结合，则能产生更为逼真的效果。建构主义学习理 论认为，意义建构是学习的目的，它要靠学生自觉、主动去完成。教师和外界 环境的作用都是为了帮助和促进学生的意义建构。多媒体技术由于能提供界面 友好、形象直观的交互式学习环境( 有利于学生的主动探索、主动发现) ，能提 供图文声并茂的多重感官综合刺激( 有利于学生更多更好地获取关于客观事物规 律与内在联系的知识) ，因而是帮助学生完成意义建构的理想工具。 2 、超文本技术的发展 超文本功能可实现对教学信息最有效的组织与管理超文本( h y p e r t e x t ) 是 按照人脑的联想思维方式非线性地组织管理信息的一种先进技术。按超文本方 式组织的内容结点，都按相互间的关系被组织成一个网络。无所谓第一和最 后，从哪个结点开始浏览。以及接下来的浏览顺序均由学习者的意愿来决定。 选择下一结点的依据是结点之间的链接关系。认知心理学的研究表明，人类思 9 以建构主义为指导的计算机辅助教学软件的设计 维具有联想特征。人在阅读或思考问题过程中经常由于联想从一个概念或主题 转移到另一个相关的概念或主题。所以就组织管理信息而言，超文本的非线 性、网状方式比起传统文本的线性、顺序方式，更符合人类的思维特点和阅读 习惯。 超文本的优越性是由其结构特征决定的，超文本的基本结构由结点( n o d e ) 和 链( 1 i n k ) 组成。结点用于存储各种信息，内容可以是文本、声音、图形、图象 或视频；链则用来表示各结点( 即各种信息) 之间的关联。按超文本方式组织 与管理各种教学信息和学科知识，有利于发展联想思维和建立新旧概念之间的 联系，允许学习者在其中自由探索，这样的学习环境对学生认知结构的形成与 发展，即对学生关于当前所学知识的意义建构是非常有利的，也是其它媒体或 其他教学环境无法比拟的。 3 、多媒体网络技术及i n t e r n e t 的发展 协商与会话是协作学习的主要形式，协商与会话过程主要通过语言文字作媒 介，这就要求计算机辅助教学系统必须要有通讯功能。基于局域网技术的多媒 体教学网络支持网络内部各用户( 通常是一个班级) 的交流合作；校园网则为 所有校内连接用户提供了交流协作服务：而发展迅猛的i n t e r n e t 网络环境，更 为超越时空和地域的协作学习创造了良好的条件。协作学习对于促进学习群体 达到对当前所学知识深刻而全面的理解( r p 真正完成意义建构) 是一个不可缺少 的重要环节。 四、以建构主义为指导的教学软件的设计 ( 一) 在教学软件的设计开发过程中应用教学设计理论的意义 当今正在进行的计算机辅助教学软件的理论基础的演变有两大特征：一是学 习理论由一般的认知主义演变为建构主义；二是不仅强调要以建构主义学习理 论作为计算机辅助教学的理论基础，而且也强调要以建构主义的教学理论作为 计算机辅助教学的理论基础。而此前在广大计算机教育工作者中只强调学习理 论的指导作用，往往忽视现代教学理论尤其是教学设计理论的指导作用。尽管 在教学欺件的开发过程中，尤其是在稿本的编写过程中实际上离不开教学设计 理论的指导，但是在其发展的早期，许多计算机教育工作者包括教学软件开发 人员并未意识刭这一点，或者并未自觉地意识到这一点。这种状况开始有所改 变，即认识到教学软件设计应当重视教学理论和教学规律是在8 0 年代中期以后 的事情标志为1 9 8 6 年6 月美国“教育技术”杂志，第一次用专刊形式开展对这 一l o f i i j l l _ _ _ _ - _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - 一一 一一 如i 河北大学硕士学位论文 个学术问题的讨论在讨论中专家门一致强调，教学软件开发者应加强对教 学理论和教学规律的研究。真正确立教学理论在计算机辅助教学中的指导地位 则有赖于九十年代以来建构主义的迅速发展。建构主义成为教学软件的主要理 论基础这个事实。标志着人们教学软件的认识已日益深化、日益全面、日益成 熟。 教学设计理论以系统思想与方法作为具体实践的指导思想，具有严谨的理论 基础与设计体系，其系统化的设计可应用于教育教学的各个系统，范围从整个 学校教学系统到一门具体课程，从一堂课到一个教学单元，从一般的计算机辅 助教学到利用网络进行的远距离教学等等。教学设计的科学理论为设计、实施 及管理这些教学系统提供了系统的理论框架，保证了它们的运作质量。 在一个教学软件的开发过程中，教学设计是初期的核心工作，在此基础上， 才能进一步实施软件的系统设计从而得到软件开发的直接依据一一稿本。如果 教学设计的步骤存在缺陷，则后续的工作不管完成得多么完美，软件的效果都 将大打折扣，这也突出体现了教学软件作为独特的教学产品而不同于其它一般 软件的特性。 ( 二) 传统的以教为中心的教学软件的设计原则 以“教”为中心的教学设计理论是以教师为中心，只强调教师的“教”而忽 视学生的“学”，全部教学设计理论都是围绕如何“教”而展开，很少涉及学 生如何“学”的问题。按这样的理论设计的课堂教学，学生参与教学活动的机 会少，太部分时间处于被动接受状态，学生的主动性、积极性缀难发挥，更不 利于创造型人材的成长。按这种理论设计的教学软件也存在同样的弊病。以教 为中心的教学软件设计原则可概括如下： ( 1 ) 确定教学目标，即我们期望学生通过学习应达至h 什么样的结果； ( 2 ) 分析学习者的特征，即是否具有学习当前内容所需的预备知识，以及 具有哪些认知特 点和个性特征等； ( 3 ) 根据教学目标确定教学内容( 为达到教学目标所需掌握的知识单元) 和教学顺序( 对各知识单元进行教学的顺序) ； ( 4 ) 根据教学内容和学习者特征的分析确定教学的起点； ( 5 ) 制定教学策略，即教学活动进程的设计和教学方法的选择； ( 6 ) 根据教学目标和教学内容的要求选择与设计教学媒体； ( 7 ) 进行教学评价以确定学生达到教学目标的程度。并根据评价所得到 的反馈信息对上述教学设计中的某一个或某几个环节作出惨改或调整。 以建构主义为指导的计算机辅助教学软件的设计 ( 三) 以建构主义为指导的以学为中心的教学软件的设计原则 建构主义学习理论强调以学生为中心，认为学生是认知的主体，是知识意义 的主动建构者；教师只对学生的意义建构起帮助和促进作用，并不要求教师直 接向学生传授和灌输知识。因而在建构主义学习环境下，教师和学生的地位、 作用和传统教学相比已发生很大的变化。相应的教学软件设计原则可以概括 为： ( 1 ) 强调以学生为中心 强调“以学生为中心”，这一点对于教学软件的设计有至关重要的指导意 义，因为从“以学生为中心”出发，还是从“以教师为中心”出发将得出两 种全然不同的设计结果。至于如何体现以学生为中心，建构主义认为可以从三 个方面努力： 要在学习过程中充分发挥学生的主动性，要能体现出学生的首创精神 要让学生有多种机会在不同的情境下去应用他们所学的知识，即将知识 “外化”； 要让学生能根据自身行动的反馈信息来形成对客观事物的认识和解决实 际问题的方案，即实现自我反馈。 以上三点，即发挥首创精神、将知识外化和实现自我反馈可以说是体现以学 生为中心的三个要素。 ( 2 ) 强调“情境”对意义建构的重要作用 建构主义认为，学习总是与一定的社会文化背景即“情境”相联系的，在实 际情境下进行学习，可以激发学生的联想思维，使学习者能利用自己原有认知 结构中的有关经验，去同化和索引当前学习到的新知识，从而在新旧知识之间 建立起联系，并赋予新知识以某种意义。在传统的课堂讲授中，由于不能提供 实际情境所具有的生动性、丰富性，不利于激发学生的联想思维，因而将使学 习者对知识的意义建构发生困难。 ( 3 ) 强谓“协作学习”对意义建构的关键作用 建构主义认为，协作学习环境阻及学习者与周围环境的交互作用，对于学习 内容的理解( 即对知识意义的建构) 起着关键性的作用。这是建构主义的核心概 念之一。通过这样的协作学习，学习者群体( 包括教师和每位学生) 的思维与智 慧就可以被整个群体所共享，即整个学习群体共同完成对所学知识的意义建 构。而不是其中的某一位或某几位学生完成意义建构。 ( 4 ) 强调对学习环境的设计 建构主义认为，学习环境是学习者可以在其中进行自由探索和自主学习的场 所。在此环境中学生可以剩用各种工具和信息资源( 如文字材料、书籍、音像资 一1 2 河北大学硕士学位论文 料、多媒体教学软件以及i n t e r n e t 上的信息等) 来达到自己的学习目标。相应 地，以建构主义为指导的教学软件的设计应是针对学习环境而非教学环境的设 计。这是因为，教学环境意味着更多的控制与支配，学习者的地位是被动的； 而学习环境则意味着学习者拥有更多的主动与自由。 ( 5 ) 强调利用各种信息资源来支持“学” 为了支持学习者的主动探索和完成意义建构，在学习过程中要为学习者提供 各种信息资源如各种类型的教学媒体和教学资料，这些媒体和资料并非用于辅 助教师的讲解和演示，而是用于支持学生的自主学习和协作式探索。 ( 6 ) 强调学习过程的最终目的是完成知识的意义建构 在以“学”为中心的建构主义学习环境中，由于强调学生是认知主体、是意 义的主动建构者，所以是把学生对知识的意义建构作为整个学习过程的最终目 的。在这样的学习环境中，教学软件设计通常是从如何创设有利于学生意义建 构的情境开始，整个教学软件设计过程紧紧围绕“意义建构”这个中心而展 开，不论是学生的独立探索、协作学习还是教师辅导，总之学习过程中的一 切活动都要从属于这一中心，都要有利于完成和深化对所学知识的意义建构。 ( 四) 对以建构主义为指导的教学软件的几种不同应用模式的分析 教学软件的使用有多种不同模式，在不同模式中它所处的地位，所起的作 用，与教师及学生的相互关系都是有差异的，如果在设计开发一个教学软件之 前，不明确日后它的主要应用模式，那这种开发工作就是盲目的，也难以保证 开发出的软件取得好的教学效果。所以，首先应明确教学软件辅助教学的应用 模式。应该说，教学软件辅助教学的应用模式从最初单纯地用于个别化学习至 今已分化出多元化的应用模式，这里主要考虑其中三种：用于辅助教师的一般 意义的课堂教学；用于学生的个别化学习：用于多媒体教学网络课堂中师生之 间及学生之间的协作学习。由于以上三种模式各自有不同的特点。相应地，适 应各模式的教学软件也应有特定的功能要求及设计特色，下面将分别对这三种 教学模式进行探讨并总结相应教学软件的特点。 1 、以建构主义理论为指导的用于课堂教学模式的教学软件的特点 目前在相当多的人们的头脑中广泛存在着一种观念，认为建构主义的思想只 能用于指导学生的个别化学习，而不适应目前在我国仍占据主体地位的班级课 堂教学模式，其实这是一种认识上的误区。建构主义作为一种先进的教育思 想，已经不局限于学习理论，而逐渐形成了一套教学理论，完全可以对班级授 课模式有所作为，起到重要的指导作用，对用于班级课堂教学用软件的设计研 制产生重要影响。 以建构主义为指导的计算机辅助教学软件的设计 应当承认，与工业化批量商品生产相似的班级课堂授课制并非因材施教及进 行建构主义教学的最佳环境，但在我国现阶段，以完全的个别化教学取代所有 的班级授课，从理论上并不成熟，从财力物力上则不可行，在相当长的时间 内，班级授课仍将是我国主要的授课方式。应当树立这样的意识，物质条件并 非决定性的，重要的是先进的教学思想，适宜的教学策略，至于物质上则应本 着经济适用、量力而行、渐进发展的原则。在现有基础为教师配备一套“多媒 体计算机+ 多媒体投影仪+ 大屏幕”设备，从硬件上便具备了开展计算机辅助 教学的基本条件，实旄简单，投资少，受益面广这将是今后一段时期学校开 展计算机辅助教学的主要形式。但是应当看到，在具备硬件条件之后，计算机 进入课堂，却往往成为教师的一种新的灌输工具，并没有发挥出其应有的优 势，究其原因，除教师一方的责任外，也暴露出目前适合学科教师使用的教学 软件的匮乏与质量低下。因此，在我国现阶段，研究体现建构主义理论的适应 班级授课模式的教学软件的设计有着极为重要的意义。 首先考察传统课堂“黑板加粉笔”条件下，一个具备建构主义思想的教师组 织管理的班级授课所具有的特点： 优点： ( 1 ) 教师的主导地位与引导作用突出。整个教学过程的进行由教师控制。 ( 2 ) 教师能方便灵活地运用多种教学策略。 ( 3 ) 教师将全体学生作为一个整体的学习者，通过师生之间充分的交流合 作，帮助学生进行知识体系的建构。教师的行为选择可以被认为是多数学生的 共同意志的体现，教师的角色相当于学生的代言人。教师的行为可以看作是作 为整体的学生在学习环境中主动探索的过程。即教师是为学生的学而教。而非 为教而教，他采取的每一步骤都取决于学生的反馈信息。 缺点： ( 1 ) 学生的主动性、个性不能充分得以体现部分学生的积极性发挥不充 分。 ( 2 ) 营造接近真实的学习情境有困难。 ( 3 ) 很多时间用于在黑板板书，效率较低。 ( 4 ) 教师可以组织物理位置相近( 如前后桌) 的学生之间进行讨论等协作 学习，但实现学生按不同要求灵活随机地组织成小组报困难。 将计算机辅助教学引入课堂，可以有效地解决以上提到的缺点( 2 ) 、 ( 3 ) a 下面给出以建构主义为指导的用于班级授课模式的教学软件的特点： ( i ) 既是教师的教学工具，同时也是学生的认知工具。它用于呈现教学内 容，体现教学策略，激发学习兴趣，创设学习情境，提出问题求解，给予评价 一1 4 河北大学硕士学位论文 反馈，贯穿于整个教学过程始终。 ( 2 ) 教学内容的组织采用超文本结构，以便教师根据学生的实时要求而非 自己的预先设定选择将进入的知识点或子知识点，即在不脱离教学目标的前提 下，教学流程是由学生控制的。 ( 3 ) 为教师提供各种教学策略的选择，设置各种灵活的控制功能，吼便教 师根据学生的反馈随时调整教学策略。 这种教学模式如图4 1 所示： 图4 1多媒体教学软件辅助课堂教学模式 在这样的教学模式下，教师与学生面对面地直接进行交流，与教学软件直接 交互；学生通过教师的替代实现与教学软件的间接交互；学生与同伴问通过教 师的组织实施直接的协作学习，这样的教学气氛从认知风格的角度而言适于场 依存型的学生。取得的教学效果与教师所做的大量工作密切相关，包括课前准 备( 对教学软件的使用要非常熟悉，如软件中教学内容的编排方式；练习题目 的顺序、难易、数量；软件提供的教学策略：各种控制按钮如声音的播放与关 闭、内容的显示与隐藏等) 、教学进程的控制与把握( 要尽量在教学目标设定 范围内体现多数学生对教学内容的选择而不是象传统教学方式那样采取独角戏 的灌输方式) 、与学生实时交流的艺术( 借助对学生的观察、提问等) 、组织 相邻学生开展协作学习等。在一位深谙教学之道、有建构主义思想、热情友善 的教师的引颁下，学生的求知欲、积极性、主动性将得到充分发挥，从而取得 较好的教学效果。 2 、以建构主义为指导的个别化教学用软件的特点 这里所指的“个别化”含义为由学生决定的可在任意时问任意地点发生的非 课堂形式的个别化，以区别于多媒体教学网络与课堂相结合环境下的个别化， 即学习者主要通过与“计算机教师”的交互进行学习。全权管理自己的学习行 为，比如学习者在家中随时进行的学习；在多媒体阋览室进行的自习等，具体 1 5 以建构主义为指导的计算机辅助教学软件的设计 又可分单机环境与网络环境两种情况。 首先考虑没有计算机介入时，学生在个别化条件下主动进行建构性学习所具 备的特点： 优点： ( 1 ) 学生的积极性，主动性，创造性得以最大限度