论计算机教育发展的新阶段

论计算机教育发展的新阶段论计算机教育发展的新阶段 北京师范大学北京师范大学 何克抗何克抗 内容摘要内容摘要 一 计算机教育应用的发展趋势一 计算机教育应用的发展趋势 二 计算机教育应用的理论基础二 计算机教育应用的理论基础 三 三 CAICAI 课件设计的指导思想课件设计的指导思想 四 计算机在教育中的应用模式四 计算机在教育中的应用模式 五 当代五 当代 计算机文化计算机文化 的真正内涵的真正内涵 纵观国内外的情况不难看出 自进入九十年代以来计算机教育已经开始步入一个 全新的阶段 深刻认识这个新阶段的发展趋势 全面分析这个新阶段的主要特征 不论是对于 规划我国计算机教育的发展目标 制订我国计算机教育的方针政策 修改中小学计算机课程的 指导纲要 还是对于各级各类学校 CAI 课件的研制开发都有重要的指导意义 下面我将从计算 机教育应用的发展趋势 理论基础 课件设计的指导思想 计算机教育应用模式 当代 计算 机文化 的真正内涵和计算机教育的最高目标等六个方面对这个新阶段作一个概括的描绘 试 图抛砖引玉 以期引起更多的专家学者对这一问题进行深入的探讨 当前我国计算机教育能否 健康发展的关键之一 就在于广大计算机教育工作者 尤其是处于领导地位的计算机教育工作者 能 否正确地认识这个新阶段的新特点 能否尽快地适应这个新阶段的新要求 自觉转变观念 跟 上形势 因此 在一定的场合甚至在全国范围开展对这个问题的宣传讨论 是很有必要也是很 有益处的 一 计算机教育应用的发展趋势一 计算机教育应用的发展趋势 当前计算机教育应用的发展趋势可以用一句话来概括 多媒体化与网络化 指基于国际互联 网即 Internet 的教育应用迅速发展 并且二者日益紧密地结合起来 关于多媒体化与网络化 这是有目共睹 尽人皆知 无需赘述 值得引起我们注意的是 多媒体技术与 Internet 网络日 益走向结合这一重要的事实 多媒体技术与 Internet 的结合始自 1995 年底 当时美国 Sun 公 司在网上发布了新一代的浏览器 HotJava 这种浏览器有两个鲜明特性 可动态执行特性 能将静止文档转变为可动态执行的代码 多媒体特性 可向用户提供超文本格式的 包含文本 图形 动画和声音的多媒体 信息 自 HotJava 发表以来 随着数据压缩与还原技术不断取得新的成就 近年来 多媒体技术 与 Internet 的结合已有了突破性进展 例如 最近 realaudio 公司在网上推出了两种最新的应 用软件 realaudio 和 realvideo 前者用于实现对声音的实时压缩与还原 其压缩比之高及保 真度之好令人惊讶 目前利用 realaudio 已可实现在基于电话线路的 Internet 网上传送高质量 的语音 甚至包括传送交响乐之类的美妙音乐 利用这种技术有些地方已经开设了网上的 音 乐点播台 受到不少网上 发烧友 的欢迎 realvideo 则用于实现对视频图象的压缩与还 原 目前在基于电话线路的 Internet 网上利用这种技术传送视频图象的效果虽然还不理想 但 是在局域网或 DDN 专线上已可达到基本令人满意的要求 可以预料 随着数据压缩与还原技术 的进一步发展 在不太长的时间内实现用普通电话线路传送较高质量的视频图象将不再是一种 幻想 而会成为活生生的现实 因此 realaudio 公司两大应用软件的推出具有重大的意义 尽 管 realvideo 目前还远未达到理想要求 因为它意味着 我们可以在低速 窄带的电话网络环 境下享受到高速 宽带光纤网络环境的多种信息服务 换句话说 这相当于使人类提前跨入 信息高速公路 时代 显然 这件事所蕴含的意义及其对人类生活所带来的影响 是怎么想 象也不会过份的 二 计算机教育应用的理论基础二 计算机教育应用的理论基础 众所周知 自从 1959 年美国 IBM 公司研制成功第一个 CAI 系统 从而宣告人类开始进入计 算机教育应用时代以来 计算机教育应用的理论基础曾有过三次大的演变 第一次是以行为主义学习理论作为理论基础 时间是从 60 年代初至 70 年代末 这是计算 机教育应用的初级阶段 由于早期的 CAI 是由 程序教学 发展而来 其创始人是行为主义心 理学家斯金纳 因此在计算机教育应用的初期 其理论基础也就不可避免地要打上行为主义学 习理论的深刻烙印 在 CAI 课件设计中 基于框面的 小步骤的分支式程序设计 多年来一直 成为 CAI 课件开发的主要模式 并且沿用至今 就是行为主义影响的明显例证 第二次是以认知主义学习理论作为理论基础 时间是从 70 年代末至 80 年代末 这是计算 机教育应用的发展阶段 经过廿多年的论战 在心理学领域行为主义已逐渐退出历史舞台 到 70 年代末和 80 年代初 认知心理学已开始占据统治地位 在计算机教育应用中其理论基础也 顺理成章地由行为主义学习理论转向认知学习理论 在 CAI 课件设计中 人们开始注意学习者 的内部心理过程 开始研究并强调学习者的心理特征与认知规律 不再把学习看作是 对外部 刺激被动地作出的适应性反应 而是把学习看作是 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 这一时期将认知学习理论应用于 CAI 的著名学者是安德逊 Anderson 他于 80 年代初期 根据认知学习理论提出一种思维适应控制方法 Adaptive Control of Thought 简称 ACT 该 方法强调高级思维的控制过程 试图揭示思维定向与思维转移的控制机制和控制原则 安德逊 将这种方法应用于建造认知型学生模型 以实现对学生求解几何问题思维过程的自动跟踪与控 制 并取得很大的成功 他所研制的 高中几何智能辅助教学系统 也就成为这一时期运用认 知学习理论指导 ICAI 的杰出代表作 第三次是以建构主义作为理论基础 时间是从 90 年代初至今 这是计算机教育应用的成熟 阶段 建构主义的最早提出者可追溯至瑞士的皮亚杰 J Piaget 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 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 由于个体的认知发展与 学习过程密切相关 因此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 在研究儿童认知发展基础上产生的建构主义 不仅形成了全新的学习理论 也正在形成全 新的教学理论 如上所述 建构主义学习理论强调以学生为中心 它不仅要求学生由外部刺激 的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体 知识意义的主动建构者 而且要求教 师要由知识的传授者 灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者 促进者 这就意味着教师应 当在教学过程中采用全新的教学模式 彻底摒弃以教师为中心 强调知识传授 把学生当作知识 灌输对象的传统教学模式 全新的教学方法和全新的教学设计思想 因而必然要对传统的教学 理论 教学观念提出挑战 从而在形成新一代学习理论 建构主义学习理论的同时 也逐步 形成了与建构主义学习理论 建构主义学习环境相适应的新一代教学模式 教学方法和教学设 计思想 由以上分析可见 计算机教育应用理论基础的第三次演变有两大特征 一是学习理论由一 般的认知主义演变为建构主义 目前心理学界公认 建构主义学习理论是认知学习理论的最新发 展 二是不仅强调要以建构主义学习理论作为计算机教育应用的理论基础 而且也强调要以建 构主义的教学理论作为计算机教育应用的理论基础 而在此之前 例如在计算机教育应用的前两 个阶段 即初级阶段和发展阶段中 在广大计算机教育工作者中是只强调学习理论 行为主义或 认知主义 的指导作用 而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 CAI 课件的开发过程中 尤其是在 CAI 课件脚本的编写过程中 实际上离不开教学设计理论的指 导 但是在计算机教育应用的前两个阶段中 许多计算机教育工作者 包括 CAI 课件开发人员 并未意识到这一点 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 CAI 课 件设计应当重视教学理论和教学规律还是在 80 年代中期以后的事情 1987 年 6 月美国 教育技 术 杂志 第一次用专刊形式开展对这个学术问题的讨论 就是这种状况开始改变的主要标志 真正确立教学理论在计算机教育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 构主义成为计算机教育应用的主要理论基础这个事实 标志着人们对计算机教育应用的认识已 日益深化 日益全面 日益成熟 三 三 CAICAI 课件设计的指导思想课件设计的指导思想 如上所述 在 80 年代后期 即计算机教育应用第二阶段的后期 人们已开始认识到教学理 论 尤其是教学设计理论 对 CAI 课件开发的重要意义 因而逐渐自觉地应用教学设计理论作为 CAI 课件脚本设计的指导思想 不过 那时候运用的还是传统的教学设计理论 其特点是以教 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 大部分时间处于被动接受状态 学生的主动性 积极性很难发挥 更不利于创造型 人材的成长 由于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 可见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 应的教学设计理论与传统教学相比也有很大不同 对于 CAI 课件开发来说 以学生为中心的课 件设计原则可以概括为 明确以学生为中心明确以学生为中心 明确 以学生为中心 这一点对于课件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 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 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 强调强调 情境情境 对意义建构的重要作用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 因而将使学习者对知识的意义建构发生困难 强调强调 协作学习协作学习 对意义建构的关键作用对意义建构的关键作用 建构主义认为 协作学习环境以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 强调对学习环境强调对学习环境 而非教学环境而非教学环境 的设计的设计 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 中学生可以利用各种工具和信息资源 如文字材料 书籍 音像资料 CAI 与多媒体课件以及 Internet 上的信息等 来达到自己的学习目标 在以学生为中心思想指导下的课件设计应是针 对学习环境而非教学环境的设计 这是因为 教学意味着更多的控制与支配 而学习则意味着 更多的主动与自由 强调利用各种信息资源来支持强调利用各种信息资源来支持 学学 而非支持而非支持 教教 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 包括各种类型的教学媒体和教学资料 但是必须明确 这里利用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 因此对传统课件设计中有 关 教学媒体的选择与设计 这一部分 将有全新的处理方式 例如在传统课件设计中 对媒 体的呈现要根据学生的认知心理和年龄特征作精心的设计 现在由于把媒体的选择 使用与控 制的权力交给了学生 这种设计就完全没有必要了 反之 对于信息资源应如何获取 从哪里 获取 以及如何有效地加以利用等问题 则成为主动探索过程中迫切需要教师提供帮助的内容 显然 这些问题在传统课件设计中是不会碰到或是很少碰到的 而在以学生为中心的学习环境 下 则成为急待解决的普遍性问题 四 计算机在教育中的应用模式四 计算机在教育中的应用模式 80 年代初 美国著名的计算机专家泰勒 Taylor 曾指出计算机应用于教育有三种模式 一 是把计算机看作指导教师 Tutor 即起个别指导作用 二是把计算机看作被指导者 Tutee 由人 教会计算机做各种事情 例如用计算机编程 即计算机程序设计 就是要让计算机学会按照人们 编排的指令来完成各种操作 这种应用模式通常也称之为 计算机程序设计 三是把计算机 看作工具 Tool 辅助人们完成教学过程中所面临的各种任务 由于 Tutor Tutee 和 Tool 三个 英文单词均以字母 T 开头 所以这三种计算机教育应用模式也称 3T 模式 随着人们对 计 算机文化 这一概念理解的日益深入 3T 中的 Tutee 即利用计算机编程这种应用模式 已 逐渐为西方发达国家的中小学所抛弃 这是因为信息社会要求人人都会使用计算机 但并不要 求人人都会编程 甚至以计算机科学作为自己专业的人员也不见得都要会编程 所以把 程序 设计语言及程序设计方法 作为文化基础课在广大中小学校普遍开设是不适当的 但可作为高中 选修课开设 Tutor 模式则在个别指导的基础上发展为能满足多种教学要求的计算机辅助教学 模式 即 CAI 模式 在 CAI 中既有个别指导又有协作学习 既有适合学生个人的练习与操作 又有适合教师课堂演示的动态模拟 既可进行启发式教学 又可让学生主动探索问题求解方法 此外还有各种寓教于乐的益智性游戏软件 只有 Tool 这种应用模式仍保持原有的涵义 即 仍把计算机看作工具 但其使用范围和原来相比也有很大程度的扩展 从八十年代中期到九十年代初 计算机在教育领域被广泛用作工具主要有两个方面 一是 作为数据处理工具 如各种数据库和电子表格处理软件的应用 二是作为文字处理工具 如 WPS 和 WORD 软件 近年来国际上 计算机在教育领域作为工具应用的一大发展 是作为教学过程 中一种有效的认知工具 如前所述 在过去的二十年中 强调刺激反应 并把学习者看作是对外部刺激作出被动反 应 即作为知识灌输对象的行为主义学习理论 已经让位给强调认知主体的内部心理过程 并 把学习者看作是信息加工主体的认知学习理论 随着心理学家对人类学习过程认知规律研究的 不断深入 认知学习理论的一个重要分支 建构主义学习理论在西方逐渐流行 由于多媒体 计算机和 Internet 网络所具有的多种特性特别适合于实现建构主义学习环境 换句话说 多媒 体计算机和 Internet 网络可以作为建构主义学习环境下的理想认知工具 有效地促进学生的认 知发展 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 多媒体技术的特性与功能最有利于四大属性的充分体现 例如 情境 建构主义学习理论强调创设真实情境 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 如果再与仿真技术相结合 则更能产生身临其境的逼真效果 协商 与 会话 协商与会话过程主要通过语言 少数场合用文字 作媒介 这 就要求计算机辅助教学系统必须要有语音功能 即要用多媒体计算机才能支持 意义建构 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 有利于学生的主动发现 主动探 索 能提供图文声并茂的多重感官综合刺激 既有利于激发学生的学习兴趣又有利于 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 还能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 因 而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 也是其它媒体和其他教学环境无法比拟的 正是由于上述原因 近年来建构主义学习理论在西方尤其是在美国有较大的发展 加上 HotJava 的出现使多媒体教育应用与 Internet 网进一步融合 而网络又为 协商 辩论 会话 这类教学形式的应用提供了最理想的条件 可不受时空和地域的限制 这样就使建构 主义学习环境更加完善 计算机与网络在教学过程中作为认知工具的作用也愈显突出 而这点 正是我们当前计算机教育应用中的最大误区之一 只强调计算机作为文字处理工具 数据处 理工具和程序设计的工具 而忽视作为认知工具的作用 能否尽快从这个误区中走出来 是当 前我国计算机教育界面临的一个严重问题 五 当代五 当代 计算机文化计算机文化 的真正内涵的真正内涵 国际上有关 计算机文化 的提法最早出现在 80 年代初 1981 年在瑞士洛桑召开的第三 次世界计算机教育大会上 前苏联学者伊尔肖夫首次提出 计算机程序设计语言是第二文化 这个不同凡响的观点如同一声春雷在会上引起巨大反响 几乎得到所有与会专家的支持 从 此以后 计算机文化 的说法就在世界各国广为流传 我国出席这次会议的代表也对此作出 积极的响应 并向我国政府提出在中小学开展计算机教育的建议 根据这些代表的建议 1982 年原教育部作出决定 在清华 北大和北师大等 5 所大学的附中试点开设 BASIC 语言选修课 这就是我国中小学计算机教育的起源 到 80 年代中期以后 国际上的计算机教育专家逐渐认识 到 计算机文化 的内涵并不等同于计算机程序设计语言 因此植根在其基础上的 计算机文 化 的提法曾一度低落 甚至销声匿迹 近几年随着多媒体技术 校园网络和 Internet 的日益 普及 计算机文化 的说法又重新时髦起来 显然 计算机文化 在 80 年代和 90 年代的 两度流行 尽管提法相同 但其社会背景和内在涵义已有了根本性的变化 探讨一下这种变化 的实质 纠正原有认识上的偏颇 深刻理解当前 计算机文化 的真正内涵 对于我们认清信 息技术革命迅猛发展的形势 进一步迎接 21 世纪的挑战 是不乏启迪意义的 在人类几千年的文明发展史中 能被称作 文化 的事物是不多的 语言文字的诞生使人 类逐渐形成具有民族特色的各种各样的文化 不同的语言文字必然产生不同的文化 反之 若 使用共同的语言文字则总可以找到共同的文化渊源 因此 语言文字 被人们公认是一种 文 化 而且是一种最基础的文化 如上所述 随着计算机的诞生和日益普及 从 80 年代初开始也逐渐形成一种新的文化 Computer Literacy 计算机文化 现在世界上的许多发达国家都把 计算机教育 引入了 中小学的必修课程 我们国家也正在积极创造条件准备要这样做 为什么 就因为计算机是一 种文化 是一种从小就需要了解和掌握的文化 那么 什么样的事物才能称得上是一种 文化 或者 要具备哪些属性才能看作是一种文化现象呢 所谓文化 通常有两种理解 第一种是一般意义上的理解 认为只要是能对人类的生活方 式产生广泛而深刻影响的事物都属于文化 例如 饮食文化 茶文化 酒文化 电视文化 汽车文化 等等 第二种是严格意义上的理解 认为应当具有信息传递 和知识传授功能 并对人类社会从生产方式 工作方式 学习方式到生活方式都产生广泛而深 刻影响的事物才能称得上是文化 例如语言文字的应用 计算机的日益普及和 Internet 的迅速 扩展 即属于这一类 也就是说 严格意义上的文化应具有以下几方面的基本属性 第一 广泛性 这种广泛性应体现在两个方面 既涉及全社会的每一个人 每一个家庭 又涉及全社会的每一个行业 每一个应用领域 第二 传递性 这种事物应当具有传递信息和交流思想的功能 第三 教育性 这种事物应能成为存储知识和获取知识的手段 第四 深刻性 这种事物的普及应用给社会带来的影响极为深刻 即不是带来社会某一方 面 某个部门 或某个领域的改良与变革 而是带来整个社会从生产方式 工作方式 学习方 式到生活方式的根本性变革 按照上述观点来考察文化现象 就不难明白 为什么无线电广播与电视 尤其是电视 尽管 社会上也有一些人称之为 广播文化 电视文化 但是作为一种 文化 并没有像计 算机那样被全世界各阶层的人所认同 也没有一个国家 把这两种文化作为中小学必修的基础 课程 其原因就在于 它的广泛性只涉及到每一个人和每个家庭 而不象计算机那样还涉及到 全社会的每一个行业和每一个应用领域 它的深刻性也主要涉及人们的生活方式和学习方式而 不象计算机那样将带来整个社会从生产方式 工作方式 学习方式到生活方式的全面变革 因 而 广播和电视还算不上严格意义上的文化 现在 再来看看 程序设计语言 是不是一种文化 显然 作为计算机的某种程序设计语 言 它并不具有文化的四种基本属性 广泛性 传递性 教育性 深刻性 因此它肯定不是一 种文化 当然 通过学习程序设计语言的知识 我们可以掌握编程即程序设计的能力 这种语 言知识与编程能力 可以在一定程度上体现一个人的计算机知识与水平 甚至是比较高的水平 但是 衡量 计算机文化 素质高低的依据 通常是计算机方面最基本的知识和最主要的能力 根据目前国内外大多数计算机教育专家的意见 最能体现 计算机文化 的知识结构和能力素 质 应当是与 信息获取 信息分析与信息加工 有关的基础知识和实际能力 而绝不是 程序 设计语言知识与程序设计的能力 其中信息获取包括信息发现 信息采集与信息优选 信息 分析包括信息分类 信息综合 信息查错与信息评价 信息加工则包括信息的排序与检索 信 息的组织与表达 信息的存储与变换以及信息的控制与传输等 这种与信息获取 分析 加工 有关的知识可以简称之为 信息学基础知识 相应的能力可以简称之为 信息能力 这种 知识与能力既是 计算机文化 水平高低和素质优劣的具体体现 又是信息社会对新型人材培 养所提出的最基本要求 换句话说 达不到这方面的要求 将无法适应信息社会的学习 工作 与竞争的需要 就会被信息社会所淘汰 从这个意义上完全可以说 缺乏信息方面的知识与能 力就相当于信息社会的 文盲 这就是当代 计算机文化 的真正内涵 仍把 程序设计语 言 当作 计算机文化 的主要内涵的人们 其身体即将迈入 21 世纪 而头脑却仍保留 80 年 代初的陈旧观念 这是我国计算机教育的另一个误区 一个为害更大的误区 大声疾呼 唤醒 人们尽快走出这