（计算机应用技术专业论文）教学课件开发系统的研究.pdf

摘要 当今的现代教育技术提供了教学模式改革所必须的技术支持手段，这就是利 用多媒体课件辅助教学。多媒体课件是近几年以来在各种学校中普及应用的教学 手段，正在逐步取代传统电教手段中的幻灯片、录音、录像等，处于电教的主体 地位。各种多媒体课件的开发软件也可谓数量繁多，各有千秋 然而，经过这几年教学开发软件的使用和调查发现，在日常教学中，并没有 多少教学软件被真正的应用，教师们也很少去利用这些教学软件系统开发课件用 于备课和教学 出现这种情况的原因在于当前教学软件本身教学课件缺乏灵活性、通用性， 不易推广。最重要的是丌发课件的系统也大多操作复杂，不易掌握。 针对这种现象，我们以计算机组件开发技术、现代c a i 技术作为工具，设计 出一种新的教学平台系统。它是以提高教学质量、使教师更方便使用为根本目的， 以教育技术学和心理学等为理论依据，提出了开发积件平台系统的理念，即要开 发符合教学需要的系统，应操作简单，具开放性和灵活性，并且具有尽可能多的 功能。 本文系统地分析了现有各种教学软件和开发平台的优势与不足，在此基础上 提出适用于同常教学的开发系统的标准。还分析了我们设计多媒体教学系统中的 特点和技术难点，以及实现效果，并设计了一个课件开发平台，用于多媒体教学 课件开发。该平台使用方便，支持多种文件类型。在本课题中利用该平台系统制 作了一个计算机文化基础课程的课件，取得了很好的效果。 关键词：计算机辅助教学积件积件库平台 a b s t r a c t m o d e r nt e a c h i n gt e c h n i q u e sp r o v i d eas u p p o r t i n gm e a n sn e e d e db y t e a c h i n gm o d u l ei n n o v a t i o n ，a n dt h a ti st h ew a yb yu s i n gm u l t i m e d i a c o u r s e w a r et oa s s i s tt e a c h i n g m u l t i m e d i ac o u r s e w a r ei sak i n do ft e a c h i n g m e t h o dl i t t l e b y1 i t t l ea d o p t e da n da p p l i e di nt h es c h o o l sa n d u n i v e r s i t i e s ，w h i c ht a k e sp l a c eo ft r a d i t i o n a la u d i o v i s u a lw a y sg r a d u a l l y s u c ha sr e c o r d s ，v i d e o t a p e sa n ds l i d e s a n di st h em a i np a r t m a n ys o f t w a r e d e s i g n i n gm u l t i m e d i ac o u r s e w a r ea 1 1h a v et h e i rd i f f e r e n tc h a r a c t e r s h o w e v e r ，i ti sf o u n dt h a te d u c a t i o ns o f t w a r ew e r es e i d o ma p p l i e di n t h ee v e r y d a yt e a e h i n ga n dt e a c h e r ss e l d o mu s e dt h e s es o f t w a r es y s t e mt o d e s i g nc o u r s e w a r ei np r e p a r i n gt e a c h i n gb youri n v e s t i g a t i o n t h er e a s o ni si nt h et e a c h i n gs o f t w a r ei t s e l f t h ec o u r s e w a r ei s s c a r e do fa d a p t a b i l i t ya n di sd i f f i c u l ti sp o p u l a r i z e t h ec o u r s e w a r e d e s i g n i n gs y s t e mi su s u a l l yc o m p l i c a t e dt oo p e r a t ea n dh a r dt oh a n d l e a i m i n gf o rt h i sk i n do fc o n d i t i o n ，at e a c h i n g p l a t f o r ms y s t e mi s d e s i g n e db yuseo fc o m p u t e rc o m p o n e n td e v e l o p i n gt e c h n o l o g ya n dm o d e r n c o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ( c a i ) t h et h e o r yo fd e v e l o p i n gi n t e g r a b l e w a r ep l a t f o r mi sp r o p o s e d ，w h i c hp u r p o s ei si m p r o v i n ge d u c a t i n gq u a l i t y a n dm a k et h et e a c h e r se a s i l yu s e d ，a n db a s e do ne d u c a t i o nt e c h n o l o g ya n d p s y c h o l o g y t h i ss y s t e mi sn o to n l yf i tt ot h ed e m a n do ft e a c h i n g ， o p e r a t i n ge a s i l ya n dh a v ep u b l i c i t ya n da d a p t a b i l i t yb u ta l s oh a v ea s p o s s i b l ea sm a n yf u n c t i o n s i nt h ep a p e rt h ea d v a n t a g e sa n ds h o r t c o m i n g so ft h ee x i s t i n gt e a c h i n g s o f t w a r ea r ea n a l y z e ds y s t e m a t i c a l l y t h ep l a t f o r mi s d e v e l o p e da n dt h e s t a n d a r dw h i c hi sa p p l i c a b l et ot e a c h i n gi se x p o u n d e d i nt h ep a p e rt h e m u l t i m e d i at e a c h i n gp l a t f o r ms y s t e mi sa l s oa n a l y z e da n di t sc h a r a c t e r ， t e c h n o l o g yd i f f i c u l t i e sa n dt h er e a l i z i n gr e s u l ta r ea l lp r o p o s e d i nt h e p a p e rt h ep l a t f o r mi sd e s i g n e dt od e v e l o pt h ec o u r s e w a r e s t h ep l a t f o r m i se a s i l yu s e da n ds u p p o r tm a n yk i n d so ff i l et y p e s ac o u r s e w a r ee x a m p l e d e v e l o p e db yt h ep l a t f o r mi nc o m p u t e rt e a c h i n gh a v eag o o dt e a c h i n g q u a l i t y k e yw o l d s ：c o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ：i n t e g r a b l ew a r e ：i n t e g r a b l e w a r e h o u s e ：p l a t f o r m 独创性声明 v6 2 7 3 8 3 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得丞洼王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 学位论文作者签名：起冼弓签字目期：) 砷尹年月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼三些太堂有关保留、使用学位论文的规定。特 授权丞洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：忍眨弓新繇参铷蔚 签字日期：驴弘年f 月日 签字日期：口年月易日 第一章绪论 计算机及通信技术的发展，个人计算机的广泛应用与普及，还有功能日渐强 大的网络技术，正以惊人的速度改变着人们的生产、生活的各个领域。它引发了 一场前所未有的社会革命，由此也彻底地改变了人们的思维方式和生产生活方 式。这一变化也同样体现在教育教学方式的改革上。 由传统的课本加黑板的实地授课、集中教学方式发展到传统电教手段中的幻 灯片、录音、录像，现在则发展到与计算机和多媒体相结合的计算机辅助教学 c a i ( c o m p u t e ra i d e di n s t r u c t i o n ) 。据有关资料显示，目前世界上己经有1 0 0 多个国家和地区开展了计算机辅助教学，计算机辅助教学已经成为了国际教育发 展的共同趋势。我们国家也从九十年代后开始重视c a i ，教育界、学术界、出版 界、计算机公司等纷纷参与到c a i 软件的开发中。1 9 9 3 年后，国家教委高教司 分别成立了全国高等院校工科和理科c a i 协作组，组织和指导高校c a i 的推广工 作。 1 1c a i 概述 计算机辅助教学c a i 是指在教学过程中把计算机及其相关技术设备用作工具 来实现一定教学目标的一种教学方式，它自出现之日起就引起了社会的广泛关注 和积极尝试，这是由于计算机具有交互特性而且对信息具有快速存取和处理的功 能，它不仅能够呈现教学信息，还能接收学生的回答并进行判断，进而对学生进 行指导。学员利用计算机辅助教学系统进行学习时可以实现多种控制，如选择学 习内容和进度，选择不同的学习路线。对于改革传统教学模式，提高课堂教学效 率起到了积极的推动作用。 k 一计算机一学习者一 图1 1 人机交互学习过程 1 1 1c a i 系统的基本构成 c a i 系统是一种以计算机作为工具，用以产生一定教学效果的一种新的教学 系统。它是以提高教学质量，提高学习效率，使学习者实现有效学习为根本目的。 c a i 系统一般可分为系统硬件、系统软件和课程软件三部分。 1 系统硬件 计算机系统是c a t 硬件的主要部分，此外还包括学习终端、通讯系统等设备。 作为c a i 系统组成的计算机系统在输入、输出手段方面要多样化，交互能力要强， 其存储容量要大。c a i 硬件系统的好坏对教学效果影响很大。如艺术教育中对视 频输出、音频输出要求比较高。 2 系统软件 包括操作系统、语言处理系统、各种工具软件和写作系统。工具软件是 指为了帮助和支持c a i 课件的开发，提高c a i 课件的质量，完成某种特定功能 的专用软件，如文字处理工具、表格处理工具、图形处理工具和动画制作工 具等。课件写作系统是一种为了免除教师学习程序设计语言而设计的应用软 件。教师只要根据屏幕提示输入相应的教学内容、各个单元之间的连接关系、 问题与答案等，系统就能自动生成课件。这种课件写作系统大大减轻了教师 编程的负担，有利于c a i 的推广。 3 课程软件 它是教师或程序设计人员根据教学要求，用计算机语言或课件写作系统 编制的教学应用软件。课件反映了教学内容、教学目标、教学策略和教学经 验。各学科课件的开发要依靠各学科的专业教师，如果教师在硬件和技术上 有困难，可以向相应的电教中心提出。电教中心可以承担技术方面的工作， 与教师共同完成c a i 课件的编制工作。 1 1 2c a i 原理 c a i 的基本原理如下图： 计算机学生 图1 2c a i 基本原理 计算机辅助教学的兴起，在理论上直接受到教学机器和程序教学的影响。程 序教学是2 0 世纪5 0 年代发展起来的，当时美国著名教育心理学家斯金纳根据从 实验室对动物实验引出的操作条件反射和积极强化理论，设计了教学机器和程序 教学，后来发展成为不用教学机器，而只用“程序教材”的程序教学。程序教学 的基本特点是学生通过阅读程序教材并不断地回答问题来进行学习，学生的“学” 与教师的“教”可以在不同的时间和空间进行，与传统的班级教学相比，在观念 上是一个重大的变化。此外，程序教学还具有小的步子、积极反应、及时反馈、 自定步调等特点，到了5 0 年代后期程序教学形成了两种基本模式：直线式和分 支式。这对后来的c a i 发展产生了重大影响。由于计算机具有存储、加工、输 出和输入信息的功能，并能在程序的控制下自动工作，利用计算机去实现程序教 学的各项功能是再合适不过了。 1 1 3c a i 的几种形式和主要特征 1 1 3 1c a i 的传统形式 在网络尚未大规模普及之前，c a i 有以下几种传统形式： 表1c a i 的几种传统形式和主要特征 1 1 3 2 目前c a i 软件的应用形式 网络深刻改变了人们的生产生活，也体现在多媒体教学的应用形式上目前 常见的多媒体教学软件应用方式有两种，即传统的基于c d r o m 光盘的教学应用和 基干w e b 的教学应用上 图1 3 基于c d r o m 光盘的教学软件结构示意图 3 基于c d r o m 光盘的教学软件在结构上基本上是封闭式的一个软件主要有教 学内容、教学策略管理逻辑及用户界面几个部分封装而成。 教学策略 教学内容b 交互界面( 浏览器) ll 交互界面( 浏览器) 教学内容a 教学策略 交互界面( 浏览器) 用户al 用户bl 用户c 图1 4 基于w e b 的多媒体教学软件结构示意图 1 2c a i 的发展历程和方向 8 0 年代末，多媒体计算机一出现就迅速进入了教育领域，给计算机辅助 教学带来了革命。多媒体并不是简单的媒体组合，而是多种媒体有机地组合 成统一的系统，其总体功能要强于各种媒体功能之和。教育对媒体的要求越 来越高。可以说，多媒体是今后计算机辅助教学的主要发展方向。 1 2 1c a i 的发展历史 1 2 1 1 国外c a i 发展历史 美国是进行计算机辅助教学研究和应用最早的国家，所以c a i 的历史基 本上是以美国c a i 发展历史为主线。近四十年来，c a i 的发展大体上经历了五 个阶段。 ( 1 ) 1 9 5 8 一一1 9 6 5 年 这是c a i 发展的初期阶段。在这个时期，主要是以大学和计算机公司为 中心开展的软件硬件开发研究工作，并出现了一些有代表性的系统。如： p l a t o 系统。 ( 2 ) 1 9 6 5 1 9 7 0 年 这一时期的特点是研究规模扩大，并且将以前的研究成果投入应用。斯 坦福大学在1 9 6 6 年研制了i b m l 5 0 0 教学系统。 ( 3 ) 1 9 7 0 一一1 9 7 5 年 这一时期，c a i 的应用范围不断扩大， 了数学，物理之外，在医学、语言学、 了c a i 的应用。 ( 4 ) 1 9 7 5 - 一8 0 年代后期 并进一步趋向实用化。开发的科目除 经济学、音乐等多种学科领域均开展 微型计算机进入教育领域之后，形成了极大的冲击，使之成为多种教育 环境中的理想工具。 4 ( 5 ) 8 0 年代末以后 8 0 年代末和9 0 年代初，多媒体计算机的出现，被称为计算机的一场革命， 它具有能够综合处理文字、图像、声音、图形的能力，显示了计算机在教育 方面的非凡才能，很快成为c a i 发展的重要方向。1 9 8 8 年，美国国会科技评价 办公室对全国中小学计算机教学应用情况进行一次全国性调查。结果表明，尽管 美国公立学校学生数与计算机数的比例截止至u 1 9 9 0 年已达至r j 2 0 ：l ，但真正把计算 机应用到教学上的学校不过5 。计算机技术没有给学校教学带来实质性变化的 原因，在于c a i 对大多数学校来说还处于学习阶段，计算机教学软件的开发尚处 于探索时期。然而时至今日，美国中小学c a k e 作取得了长足进步，不仅开发出 功能很强的多媒体创作工具，而且开发出一批能够进入课堂的教育软件。因此， 美国教育技术界的权威人士认为，今后一个时期内，c a i 在学校教学中的应用将 呈现不可阻挡的上升趋势 随着美国c a i 技术的不断发展，也带动了其他一些国家c a i 技术获得长足 发展。 英国在1 9 8 6 年实施了学校软件计划，同时政府颁布法令，采取各种措旌加强 各类学校中的教师计算机知识和计算机辅助教学方面的指导与培训。目前，这项 工作正在积极而卓有成效地进行，取得了令人瞩目的成就，并形成了c a i 理论与 实际的操作体系。 新加坡1 9 8 3 年在小学数学教学中开展了c a i 的实验与研究。结果表明，计算 机作为一种教学辅助手段比传统方式更有效，增加了学生对数学的学习兴趣。 1 9 8 6 年在中学开展了c a i 活动，同时教育部颁布了教育中的计算机培训计划并用 于教师职前和在职培训。 泰国的i p t s t ( t h ei n s t i t u t eo f p r o m o t i o no f t e a c h i n gs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ) 在1 9 8 7 年开始实施全国高中数学和科学课程的计算机辅助软件发展计划。数学教 学软件包括几何作图、双曲线、抛物线、反函数和三角函数等。i p s t 同时承担教 师在c a i 方面的在职培训工作。教育部下属的十所师范院校也先后开设了c a i 方 面的有关课程。 1 2 1 2 我国c a i 的发展历史 从以上c a i 发展状况来看，c a i 取得长足进展是近十几年的事情，不管是发达 国家还是发展中国家都非常重视c a i 的发展。我国c a i 的发展，大体上经历了三 个阶段。 第一阶段从6 0 年代开始，到7 0 年代结束。由于国内的具体情况，当时从事 这项工作的人员很少，主要是进行探索，也没有走出实验室的范围。 第二阶段为8 0 年代。这期间c a i 研究有了较大的发展，大学、中学、小学的 教师对此很感兴趣，一些有条件的学校的教师开始自己动手研$ 0 c a i 软件。1 9 8 6 年国家教委基教司成立了“全国中、小学计算机教育研究中心”，专门负责c a i 的应用、研究、评审和推广工作。大量的计算机公司也看好c a i 和教育市场，投 入资金和力量开发教育软件，大批面向中、小学的系列化、商品化教育软件推向 市场。1 9 8 7 年，成立了全国计算机教育学会。这个时间研制出了一些教学软件， 如北京人学的a m e s 高等数学练习系统、华东师大的m c b b i 系统、清华人学的物 理试题库等。但起点还比较低，水平不够高，低水平重复的状况比较多。在此期 间c a i 开始引起我国教育界主管部门的重视。 第三阶段从9 0 年代开始。c a i 在国内引起了广泛的兴趣。c a i 软件如雨后春 笋般大量涌现，其中包括题库、学科教学、百科知识等，但真正能适用于课堂 教学的还比较少。 1 9 9 4 年全国教育科学规划领导小组批准中央电教馆申报的”百年树人中学 教学辅导软件研究与开发”项目增补为全国教育科学重点研究课题，并可滚动发 展到”九五”阶段，目前该课题进展顺利，并取得了阶段性成果。1 9 9 6 年底，在国 家教委的多方努力下，国家科委正式批准了”计算机辅助教学软件研制开发与利 用”作为”九五”国家重大科技攻关项目之一，其中该项目中的两个专题是关于中 小学课件研制方面的。这从一个侧面预示着c a i 的辉煌即将到来。近年来，我国 也有相当多的城市及县级中学配备了档次较高、数量可观的计算机设备。广泛开 展了c a i 课件评比活动与c a i 教学观摩活动，并取得了一定成绩。 国家教委也充分认识到c a i 在深化教育改革中的重要地位，于1 9 9 5 年批准成 立了“中央电化教育馆计算机辅助教学研究中心”。国家教委在1 9 9 6 年修改的全 日制普通高级中学教学大纲中明确表示倡导使用计算机来提高教学质量和教学 效率。就目前c a i 发展状况看，迈入2 1 世纪在城市及有条件的县级中学使用c a i 这一现代化的教育技术来深入教育改革、提高教学质量、促进教育的现代化是教 育发展的必然趋势，这一趋势离我们并不遥远。c a i 将成为信息社会教师必备的 一种职业技能，教育工作者应展望未来，对这一问题有足够的认识，作好准备， 迎接挑战。 1 3c a i 的现状、存在的问题及展望 随着计算机技术的飞速发展，在计算机应用方面出现了计算机辅助设计 ( c a d ) ，计算机辅助制造( c a m ) 和计算机辅助教学( c a i ) 。近年来，前两者发 展很快，对社会生产力的发展产生了极大地推动作用。相比之下，计算机辅助教 学的发展比较缓慢，尽管许多学校投资兴建了校园网和多媒体教室。但从深度和 广度来看，计算机辅助教学并未形成理想的规模，学校和学科教师并没有充分发 挥计算机辅助教学的作用，没有实现预期的效果。 1 3 1c a i 发展迟缓的现状及原因 目前，在某些条件好的学校，已经具备或正在建设世界一流的硬件设备，拥 有一定数量的高档机。有的甚至还装备了多媒体网络教室，组建了校园网。但是， 从使用情况来看，这些计算机大多用来教学计算机知识和操作技能，用在计算机 辅助教学上的时间较少，还没有将计算机有机地结合到日常各科教学之中。究其 原因，是适合课堂辅助教学的教学软件太少。目前，我国市面上流行的教学软件 存在着以下几个问题。 ( 1 ) 教学软件的类型与c a i 教学模式不适应。提起计算机辅助教学，人们 首先想到的是专门的计算机辅助教学软件。选取教学软件取决于c a i 教学模式， c a i 教学模式有多种。常见的教学模式有：“模拟实验型c a i ”适于电子电路实验、 化学反应实验等；“示教型c a i ”适用于演示一些抽象的数学、物理现象和过程； “练习自测型c a i ”可提高语文、外语、医学、程序设计等课程的课外学习效率； “授课型c a i ”有利于自学某些课程。然而，多年来，由于我国的教育部门对c a i 软件的开发重视不够，对c a i 软件开发的复杂性和难度认识不足，适合于其他 学科的教学软件几乎没有，有的话也是一些电子读本。 而市场上商品化的教学软件不外乎两种形式，一种是操作和练习，或者是题 库，另一种是学习个别辅导，如英语或数学个别辅导，大多是电子课本，摆脱不 6 了教材搬家的模式。这些软件多数只适于家用，不适于课堂辅助教学。即使教师 看中了个别辅导软件中的某个片断，如动画、图形或例子等，但由于个别辅导软 件多数是电子课本，是一个不可分割的整体，必须从头至尾运行，课堂教学，变 成了播放光盘，这是教师所不能接受的。教学软件的类型与c a i 教学模式不适 应，制约了c a i 的应用和普及。 ( 2 ) 软件的质量不能满足教学的要求。软件的质量主要反映在教学设计、 程序编制、软件外观以及课程设置这样四个方面。软件的教学设计必须符合有效 教学原理，如材料的取舍、信息的呈现手法、讲解过程、语言的表达、交互性等 方面都必须合理得当。如果一个课件的演示不仅能取得良好的教学效果，而且使 人赏心悦目，让人获得美的享受，这样的课件可以说是好的内容与美的形式的完 美结合。流行的教学软件刻意追求画面的艺术性，音乐的悦耳，忽略课堂教学特 色如时间的安排、内容的安排、重点难点问题等，反而冲淡了课堂教学的主题， 使学生把c a i 教学误认为“影片搬家”。软件的质量直接影响学生学习的过程和 方式，而这些“影片搬家”或者“板书搬家”式的软件，对改进教学没有多大用处， 会严重挫伤人们研究c a i 的积极性。 ( 3 ) 软件的课程设置与教材内容不一致。软件的课程设置情况是教师们最 为关注的问题了。一个软件不管其教学设计、程序设计和外观多么理想，只要其 课程设置与教师目前的需要不匹配，例如，软件中出现了学生还未学过的新概念， 或内容编排与教本不一致，那末，教师就绝对不会采用这个软件了。其原因有二： 一是打乱了知识的循序渐进性，教师难以施教：二是给学生的复习和预习带来一 定的困难。例如，我校有位教师计算机应用水平也比较高，想用现代的教育手段 进行教学，以提高教学效果。跑遍了各个书店，好不容易找到了一张与教材比较 接近的教学光盘，进行课堂教学，可是没多久，就遭到了学生们的拒绝，建议老 师还是采用传统的方法进行教学。可见，软件的课程设置与教材内容不一致，就 失去了c a i 教学的效用。目前，我国的教材是一纲多本，流行的软件往往是以 某一种教材来编制的，其通用性将大打折扣，这将会大大地阻碍c a i 的发展。 此外，教师本身也缺乏创新意识也是一个很重要的原因计算机在课堂教学中 所发挥的作用与教师的教学思想是分不开的。计算机应用于课堂，不仅仅要求教 师掌握计算机基本技能，更为重要的是要改变固有的教学观点和思想，对黑板加 粉笔、口授心记进行一场教育革命。如果教师的教学思想一成不变，教师就会把 计算机当作传统教学方法的附属物，势必给学生留下一种印象，多媒体课件教学 一板书搬家”，难取得令人满意的效果。教育现代化不仅要求在设备、技术手 段等“硬件”方面更新，最重要的是思想观念、思想内容和思想方法等“软件”方面 的更新。“软件”是教育现代化的重要方面和教学改革的深层目标，它意味着对科 学文化、教育传统的继承，转变和创新，要求更新观念，转变落后于时代的教育 思想、教学内容和教学方法。传统的教学是以传授知识为基本宗旨的，传授知识 是教学的根本目标，这种旧的教学思想和教学模式不符合现代教育的规律，阻碍 学生的综合素质的提高，难以达到我国目前对人才的要求能在2 l 世纪迎接 挑战的、全面发展的、潜能大、素质高的现代化人才。因此对于旧的传统的教学 要在继承和借鉴其经验与长处的同时，必须解放思想，坚持改革和发展，改革那 些陈旧的、落后的内容、方法和手段，引进新的现代化教学技术。 1 3 2c a i 的发展方向 1 工具化 进行一个c a i 课件的开发，至少需要教学专家、学科专家、计算机专家等分 工协作，共同完成。而在实际工作中，很难组织这样一个彼此协调的团体，且又 很难找到一个这样精通各方面的专家。这在很在程度上限制了高质量软件的开 发，从面影响了c a i 的推广应用。为了从要根本上解决这个问题，必须加强对教 学软件和课件开发工具的研究，因为，一个通用型课件写作工具软件，不仅可以 综合处理包括文本、图形、动画、习题、音响、图像等各种信息，而且对使用者 的计算机方面的知识要求不高。 2 组件化 将比较优秀的辅助教学软件收集、积累起来，形成一个系列。这是教学辅助 软件产业化的一个发展趋向，现在往往有这样的情况，某人费了很多时间做出来 的课件其实别人早就做出来了，而且技术水平和实用性俱佳，这是一种精力和时 间的极大浪费。为避免重复、盲目地设计制作课件，有目的、有组织地进行c a i 辅助软件的组件化是非常必要的。将c a i 课件按组件化的思想进行设计，不仅对 教学软件的升级、修改有极大的便利，在开发新的教学软件和课件时，也可以将 有用的组件拼凑、整合，有利于提高软件的适用性。 3 理论化 目前越来越重视认知学习理论对c a i 的指导作用，近年来，随着认知学习理 论的普及，人们认识到学生是信息加工的主体，是意义上的主动建造者，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 于学生发挥主动性。因此，在c a i 中“个别化”模式已经被打破，因为根据认知 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，但就其学 习效果来说，往往只对涉及较低级认知能力的学习目标比较有效，而对涉及较高 认知能力的学习目标则不如“协作式”教学模式。 4 多媒体化 近年来，多媒体技术的发展，为计算机辅助教学注入了新的活力，它集声音、 图像、影像、动画、文字等多种媒体的结合，以形象、生动、直观的教学方式， 取得了高校新时期教学体制改革的重要地位，由此多媒体c a i ( 简称m c a i ) 应运而 生随着m c a i 课件的日趋成熟，学校的教学模式、课堂教学结构、讲授内容形式 以及教育思想和观念都发生了重大变化，m c a i 己成为今后教育改革和发展的必 然趋势，成为衡量学校教学手段和办学质量的基本条件，成为高校教学改革的突 破口。多媒体c a i 课件应该是知识性、智能性、趣味性及艺术性的完美结合，一 个艺术设计成功的多媒体课件具有更强的感染力和表现力，因此，开发人员要有 较强的认知心理学、美学、音乐等方面的理论修养，才能开发出高质量的m c a i 教学课件。随着多媒体c a i 课件水平的提高，远程多媒体c a i 、智能多媒体c a i 、 虚拟现实技术的应用是进一步研究的方向。 5 网络化 2 l 世纪是一个信息和网络时代，计算机网络就是将分散的具有独立处理功 能的计算机连结起来，进行通信并实现资源共事而形成的体系结构计算机网络 的应用正在迅速的向各个领城扩展和延伸，网络的应用正在深远的影响着我们传 统的教学方式。c a i 与计算机网络结合，使每个终端可在远地通过网络从主机的 大容量存储器中随时提取教学内容进行学习，并可与计算机交互作用，讨论学习 的心得体会。所完成的作业、练习及所提的问题可输入计算机，由网络传送给教 师，所有的学习者可在不同的时间内，通过同一学习内容而互相联系，展开讨论， 形成交互式学习。在学习时间、地点和进度的安排方面学生又有了主动性。而 i n t e r n e t 中丰富的、无限增长的信息资源使它己经成为我们获取信息的重要来 源之一，通过i n t e r n e t 我们可方便、快捷地得到与课程相关的信息，有得于学 生对教学内容的掌握和理解。 1 3 3c a i 的发展对策 1 重视软件开发和软件质量的提高 丌展计算机辅助教学的研究，首先应确立重视教学软件的思想，真正认识软 件对c a i 的重要性，包括认识c a i 软件开发是教学研究和计算机应用技术的跨学 科的高科技事业，国家不仅要加大这方面的投入，还应积极培养开发辅助教学软 件的教育工作者。课堂教学软件制作与其他家教软件有很大的区别，根据笔者的 实践经验，课件的设计非常重要。有的教师一味地追求最新的“技术”，把课件 搞成多媒体成果展览，这是不准确的。因为，课件毕竟只是起辅助教学的作用， 在课堂教学中起主导作用的还是教师。只有设计好课件，才能制作出优秀的课件。 在制作课件时，首先要有正确合理的选题。特别应该注意选择那些内容抽象、过 程复杂、难以口头表达、学生理解吃力、传统教学形式难以奏效且又适于c a i 形式的内容，这样效果好。其次，课件应以图形和动画为纲，辅以简洁明了的文 字符号。从刺激反应的心理学角度来看，动画最强，图形次之，文字说明最 弱，c a i 要通过“强刺激”给学生留下深刻印象。课件还要充分发挥计算机的交 互特点，多穿插一些教与学的信息交流。考虑到学习的灵活性和多样性，课件内 容的组织最好使用“超文本技术”。在制作的过程中应坚持突出重点、突破难点 性原则，把传统教学手段难以解决的知识难点，利用计算机的动态模拟技术展现 在学生的面前，让学生从动态的视觉信息化解知识难点，这样的课件才有使用的 价值。 2 加快c a i 资源库及相关制作工具的建设 学校应结合课堂教学的实际，有计划、有组织、有步骤地建设学校c a i 资源 库，这是开展计算机辅助教学的一个重要措施，也是目前计算机辅助教学发展的 关键之一。条件许可的学校，可成立专门的c a i 开发小组或有关的课件研制组， 开发与应用并行，专职与兼职并重，教学人员与研制人员并用，形成一个相对稳 定的c a i 开发研制及应用系统。把教学内容的每一个个知识点镱4 作为一个独立的 小课件，建立学校的c a i 资源库。任课教师可以根据自己的实际情况，从素材库 调用自己所需的素材，利用多媒体集成工具软件，快速完成一堂课的课件制作。 这样做，可以充分发挥计算机的优越性。这种教学资源一般都是经过专业制作人 员精心制作的，题材也是经过挑选的，能充分发挥计算机在呈现手段、交互性、 即时反馈等方面的特性，是用其它媒体手段所无法实现的。也可以充分发挥任课 教师的创造性。每个教师对教学都有自己的理解，并且所在班级情况也存在较大 差异，任何一个软件成品只能代表某一种教学思路，所针对的是理想中的学生， 因而不一定符合各个教师的想法和班级情况。 1 3 4c a i 的展望 回顾c a i 的发展，可以看出学习理论、计算机技术对c a i 的巨大作用，同时 也应注意到社会的发展现状对它的期望和约束，这种期望集中地表现在社会对人 才培养的要求上，而社会发展的不平衡，它所能够提供的物质条件也存在较大的 差异。基于此，c a i 的未来发展将会呈现出多态性。 1 应用方式的多样化 除了能提供交互环境的c a i 软件之外，用于课堂演示和帮助教师备课的c a i 软件也将得到发展。 2 多种学习资源的集成化 先进的学习理论为我们开发c a i 软件提供了重要的理论依据，这是提高c a i 软件质量的重要的保证。在体现先进学习理论的学习环境的建构中，计算机有着 不可替代的作用，但是，不能说计算机就是唯一的学习资源。重要的是各种学习 资源( 包括教师) 的综合运用，发挥各种媒体的各自的独特作用，从而形成各种 学习资源集成的优化的学习环境。目前，建构主义学习理论的应用受到人们的高 度重视，多媒体、计算机网络为实现这一理论提供了不可多得的条件。因此，体 现建构主义学习理论的c a i 软件将会得到迅速的发展。同时，也应清醒地看到， 人类教师和计算机软件的有机配合，会更有效地建构体现建构主义学习理论的学 习环境，而且用费会少得多。人类教师的灵活性和在教学中正确行为对学生的良 好影响，无论如何计算机是无法作到的。 3 研究、使用和教师培训的互动 对c a i 软件的开发作理论上、技术上和应用方面的深入研究，是促进c a i 不 断发展的基础工作，必须给予充分重视。同时也应不断地解决c a i 软件使用中的 问题，其中教师的培训是一个关键。不仅要使教师掌握c a i 软件的具体的使用方 法，更重要的是观念的转变，以教学改革促进c a i 的应用，反之又通过c a i 的应 用促进教学改革。c a i 是在教育教学改革中产生和发展起来的，它本身带有鲜明 的革新品格。用传统的方法、其它的媒体，甚至人类教师本身无法或难以实现的 目标，通过计算机资源的合理应用，会使问题得到圆满地解决。因此，应该明确 c a i 软件的研究和应用的根本目的在于改革教学、提高学生的培养质量，而不在 于为了形式上的使用。把研究、应用和教师培训有机地结合起来，以研究促进应 用，反过来又以应用促进研究，使其形成互动机制，是保证c a i 发展的正确途径。 1 4 本课题的意义 经调查研究发现现在的多媒体教学中一些问题出现，即在日常教学中，并没 有多少教学软件被真正的应用，教师们也很少去利用这些教学软件系统开发课件 用于备课和教学出现这种情况的原因在于当前教学软件和开发系统本身的原 因教学课件缺乏灵活性、通用性，不易推广。而且开发课件的系统也大多操作 复杂，不易掌握。 针对这种现象，我们以计算机组件开发技术、现代c a i 系统理论为依据，设 计出产生一定教学效果的新的教学系统。它是以提高教学质量，提高学习效率， 使学习者实现有效学习为根本目的。教育技术学和心理学等为理论依据，提出了 开发积件平台系统。即要开发符合教学需要的系统，应操作简单，具开放性和灵 活性，并且具有尽可能多的功能。我们设计了这样一个平台系统，希望能够用于 真正适用于教学。 1 0 第二章c a i 系统理论与技术 2 ic a i 设计的理论基础 1 9 5 9 年美国i b m 公司研制成功第一个计算机辅助教学( c a i ) 系统，从而宣告 人类开始进入计算机教育应用时代。 c a i 的兴起有着它的社会基础、物质基础和理论基础。在c a i 的发展过程中， 这三种因素始终起着促进和制约作用，因此，只有通过c a i 中应用的学习( 或教 学) 理论和计算机技术以及社会的需求，去观察和分析c a i 的发展，才能真正把 握c a i 的本质及其发展的脉络。计算机辅助教学的理论基础曾有过三次大的演 变。 2 1 1 行为主义学习理论 第一次演变是以行为主义学习理论作为理论基础，时间是从6 0 年代初至7 0 年代末。这是计算机辅助教学的初级阶段。在c a i 设计中，基于框面的、小步骤 的分支式程序设计，多年来一直成为c a i 开发的主要模式，并且沿用至今，就是 行为主义影响的明显例证。程序教学的基本模式如图所示： 误答 上一步 图2 1 程序教学基本模式图 在这一阶段，计算机技术的使用，突出表现在人一机交互方式上，主要是通 过文字和简单的图形，因此，大多数c a i 软件缺乏对学习者的吸引力。 2 1 2 认知主义学习理论 将认知学习理论应用于c a i 的著名学者是安德逊( a n d e r s o n ) 。他于8 0 年代初 期根据认知学习理论提出一种思维适应控制方法( a d a p t i v ec o n t r o lo ft h o u g h t 简称a c t ) ，他据此研制的“高中几何智能辅助教学系统”成为这一时期运用认 知学习理论指导i c a i 的杰出代表作。在c a i 课件设计中，人们把学习看作是， 学习者根据自己的态度、需要、兴趣、爱好，利用自己的原有认知结构，对当前 外部刺激所提供的信息主动作出的、有选择的信息加工过程。 1 9 8 1 年加涅、维格和罗杰斯等人指出，学习的内部过程与学习周期的几个 阶段是一致的，若能将c a i 提供的学习活动( 人一机交互过程) 与学习的内部过 程相一致，会明显地增加c a i 的有效性。为此，人们建立了与学习内部过程相一 致的相应的c a i 活动序列。 根据这一关系，人们在设计和开发c a i 软件时，经常会在c a i 课件的开始， 利用能体现课件内容且具有强烈感染力的图形序列( 或图象) ，以唤起学生的注 意。并在学习开始时，告诉学生目标，从而激起学生对学习的期望。接下来会通 过测试，刺激学生回忆以前的学习，以便把已有的与将要学习的新的知识结合起 来。然后，向学生呈现刺激材料，即呈现教学信息并不断地提供学习指导，以促 进语义编码的内部过程。为了促进进一步的回忆并巩固学习结果，不少c a i 软件 都具有测试功能，以评定学生的行为，使成功的意义建构加以强化。许多优秀的 c a i 软件，还利用多媒体技术和多种手段，提供有利于学习迁移的实例和情境， 让学生去求解、去探索，这不仅有利于学习的迁移，对于发展学生的认知策略也 是不可缺少的。 输入变量 过程变量输出变量 图2 2 认知主义理论模型 在这一时期，计算机技术得到了迅速发展，特别是多媒体技术的出现和应用， 使c a i 产生了巨大变化。在人一机交互方式上更加多样化，通过图、文、声、视 频图象等多种形式表达教学信息；在信息组织方式上采用了超文本技术，形成超 媒体系统，能较好地适应学习者的联想性思维。 2 1 3 建构主义学习理论与教学理论 建构主义的最早提出者可追溯至瑞士的皮亚杰( j p i a g e t ) ，利用建构主义可 以比较好地说明人类学习过程的认知规律。建构主义学习理论的基本观点认为， 知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助 其他人( 包括教师和学习伙伴) 的帮助，利用必要的学习资料，通过建构意义的 方式而获得。所要建构的意义是指：事物的性质、规律以及事物之间的内在联系。 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关于当前所学内容的认知结构。由于学习是学习 者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助，即通过人际间的协作活 动而实现的主动建构知识意义的过程，因此建构主义学习理论强调以学生为中 心，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 建构主义学习理论突出了学习者的主体作用，它认为学习者是信息加工的主 体，是意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。教师 是意义建构的促进者和帮助者；而不是知识的传授者和灌输者。帮助学生建构意 义就是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 物之间的内在联系达到深刻的理解。 长时记忆( 各种表 象、事件、判断与 技能的储存 归类 记忆 试图与长时记 忆生成联系 与长时