第七章基于计算机的个别化教学.doc

第七章基于计算机的个别化教学学习目标列举程序教学的要素描述程序教学的模式归纳个别化教学系统的优缺点描述计算机辅助教学的过程分析比较计算机辅助教学的几种模式主要内容程序教学与个别化教学计算机辅助教学CAI课件的制作、评价与应用复习思考题1试评程序教学。2阐述个别化教学系统的优缺点。3比较分析计算机辅助教学的几种模式。4如何在教学中有效的应用CAI课件？5在CAI课件设计中应注意哪些问题？6基于计算机的个别化教学的发展趋势是什么？第一节程序教学与个别化教学20世纪初，随着传统教学种种缺陷如学生的被动、教学的盲目、强化的延迟等的日益突现，人们开始设想能否发明一种适当的机器，针对学生个体自动进行个别指导的工作。自此，各种教学机器纷纷问世，并在50年代达到了高潮，与之相适应的教学理论也迅速地发展起来，一种个别化的自动教学方式程序教学应运而生。它的出现，标志着教学过程的重点放在学习的过程和个别学生身上，个别化学习成为教育技术领域和教育改革的重要方面。一、程序教学（一）程序教学的产生与发展程序教学产生的心理学基础是斯金纳的“强化-反应-强化”理论。他认为学习作为复杂的人类行为，可以由简单的行为，以逐步接近和积累的方法联结而成。大多数的人类学习可以看作是操作。在操作条件作用下，反应经过诱发，并随即给予强化就能够形成预期的刺激-反应联结。在他看来，成功教学的关键，就是通过精密的控制学习过程来建立特定的强化。他提出，为了使学生对刺激作出符合目标的反应，即建立刺激-反应联结，必须尽量将教材“程序化”，在细化的每一个小步子中诱发正确的行为，同时为了最有效地强化学习者的反应，须在反应之后“即时强化”。1954年，斯金纳发表了学习的科学和教学的艺术一文。在文章中，他强调了“强化”在教学中的重要作用，并建议把教学机器作为一种手段，给学生提供必要的强化。他指出，“对人的学习的最有效的控制将要求工具的帮助”；即使“作为单纯的一个强化机器，教师也是过时了他必须有机械装置的帮助”。1958年斯金纳又发表了教学机器一文，从而奠定了行为主义心理学的程序教学理论。他本人也因为在程序教学产生及发展中的杰出贡献，被誉为“程序教学运动之父”。1907年蒙台梭利通过教育低常儿童得到了启示，研制出一整套训练感觉活动的教具材料，以使儿童在“有准备”的环境中进行自我教育。20年代初期，美国俄亥俄州立大学的普莱西设计了第一架自动教学机，以帮助教师减轻评卷的负担。蒙台梭利和普雷西的发明开创了教学机器研制的先河，直接为程序教学提供了物质基础。这样，理论上有了行为主义程序教学理论，实践上又有了教学机器的研究，程序教学产生的土壤已经形成。于是，程序教学在短短的几十年里便迅速兴起，并迎来了以60年代风靡一时的程序教学运动为标志的发展高潮。程序教学发展的突出表现在教学机器的进步上。继普莱西的第一台教学机器诞生，教学机器便吸引了众多关注的目光。新产品如雨后春笋般的涌现出来，其中有代表性的包括普莱西在1926年设计的自动测验记分器、1930年彼特逊设计的即时反馈的装置“化学板”、1950年普莱西介绍的可以呈现多重选择问题的“打洞板”等等。据统计，1962年约65家工厂生产的教学机器达83种之多。这些教学机器从不具备信息显示装置的简单教学机器到能对若干框面进行随机提取的高级教学机器，无一不有。程序教学之所以如此迅猛地发展，是因为它具有种种传统课堂教学无法比拟的优点，如“因材施教”，有利于增强学习的主观能动性；自定学习步调，适应个别化学习的需要；及时反馈，有利于加强学习的动力和信心；错误率低，有利于提高学习效率。但是，行为主义心理学是从动物实验中得出的，这毕竟和人类学习的规律有很大的差异，同时，利用机器的操作来取代复杂的学习过程，又难以避免机械性的缺陷。到了60年代后期，程序教学理论受到了心理学家和教育学家的指责，而教学机器虽然数量在不断增加，但无法实现功能上的突破，程序教学的发展因此陷入了僵局。直到电子计算机作为新一代的教学机器应用于个别化教学，程序教学才重新获得了生机。（二）程序教学的要素程序教学采用的是一个精心编制的程序来帮助学生有效地学习。因此，程序教学的要素实际上是教学程序的构成要素：1小步子的逻辑序列。教材被分解成许多单元，并安排成一个难度逐渐增加的的序列。学生从程序的起始单元开始，并在完成该单元的学习后进入下一个单元。因为前一个单元往往是后一个单元的知识准备，因此单元间的过渡就显得自然和容易，学生出错率也相应地减少。2积极地反应。程序教学要求通过人与机器相互作用促使学生形成主动反应的意识。在程序最初的单元里，刺激要求的反应比较简单。如果学生回答正确，这种刺激和反应的过程就会得到强化。随着序列的进行，学生就会意识到必须积极地对呈现的刺激作出反应，学习才有可能继续。3信息的及时反馈。每当学生作出反应，程序就应立即告知答案的对错。这种信息出现得越快，强化的效果就越强烈，学习的成功率就越大。4自定步调。程序教学以学习者为中心，允许他们对单元学习的速度和时间自行控制。这样的学习更容易获得肯定的效果。5减少错误率。教学程序应使学习者产生的错误减到最小限度。对于大多数人都犯错误的单元，说明在难度的确定或序列的编排上存在问题，应当进行修改和校正。需要指出的是，上述的教学要素是根据斯金纳的程序教学理论得出的。随着程序教学实验研究的深入，一些学者也提出了不同看法。对于步子大小的划分，斯金纳认为越小越好，而普莱西却认为较大的步子能使学生具有清楚的认知结构。对于积极反应和强化，其发生的频率并不取决于单元的多少，而是取决于学习者的水平、学习材料的难易和学习速度的要求。至于学习步调的制定，当程序教学以班级授课的形式进行时，个体的步调应和集体的步调保持一致。实践证明，这些看法对于改进程序教学理论是有帮助的，我们应当根据具体情况灵活掌握。（三）程序教学的模式程序教学的模式可分为两大基本类型：直线式程序和分支式程序，包括以下四种具体形式。1普莱西程序该模式是由普莱西最早创立，并由后人加工演变而成，是一种“直线程序多重选择反应”。实施教学时，教学机器呈现多重选择题，学习者在备选答案中选择，若选择正确就进入下一单元的学习，选择错误则继续停留在本单元制止成功地完成学习任务。普来西程序是提出较早、形式比较简单的直线推进的教学模式。2斯金纳程序斯金纳程序的特点是“直线程序构答反应”。教学程序将学习内容按其内部练习切割成小的单元，并依据特定的逻辑顺序组成序列，逐个向学生呈现并在单元学习完成后提出问题，如此由浅入深地推进教学过程。从斯金纳程序模式示意图可以看出，学生必须历经程序规定的所有单元才能达到学习目标，避免了知识的遗漏，因此，这种模式对基本概念形成和基本技能培养比较适宜。3克劳德程序美国心理学家克劳德根据对军事人员训练的经验编制出来的程序模式是“分支程序多重选择反应”。与普莱西程序相似，该程序在知识单元的学习提供多重选择题进行测验。选择正确则进入新单元的学习（单元1单元2）。与普莱西程序不同的是，若选择错误，学生只能进入分支程序（转入单元1-1或1-2），在了解错误的性质并阅读了相关的补充材料之后重新回到单元1学习。若再次测验显示学生已掌握了单元1的内容，则可进入单元2学习。由于克劳德程序的分支程序是用来解释和补救错误的，所以学习能力强的学生可以以较大的步子和直线方式通过主程序达到目标，而学习较差的学生也可在补充内容的帮助下顺利完成学习的任务。4 凯程序这是英国心理学家凯(HKay)在设菲尔德大学执教时提出来的，所以，又称“设菲尔德程序”。它的特点是“分支程序一一构答反应”。下面便是其模式图： 在凯程序中，通常情况是学完了单元1之后，便依次进入单元2，或转入单元3或者4学习针对典型错误设计的内容更为详尽的补充材料，待测验证明单元的内容确已掌握，再进入单元2。这与克劳德程序模式是相同的。与其不同的地方在于当学习者进入分支程序后，能够正确解答分支中的问题，则认为他已经掌握了该单元的学习的内容，可以超越原学习程序即不必回到原有单元而直接进入单元2。因此，凯程序又可称为是超越型分支程序。另一方面，凯程序允许优秀的学习者在正确回答主程序中的某些标准单元后可以跳越后续的一些单元，实际上是采用跳跃地直线前进，所以，凯许可以被看作是直线式与分支式两种程序的有效结合。综上所述，可知直线式程序和分支式程序的主要区别，它们是：第一，直线式程序只告知答案的对错却不给予说明；分支程序教学则具有分支反馈强化过程，它不但在分支程序中分析错误回答，而且要求学生理解补充内容以补救错误。第二，直线式程序步子细小，有利于减少学习的错误率，但对于优秀的学生，一步一挪的方式可能会降低学习的效率；分支式程序利用更为详尽的材料来解释错误和纠正错误，差生可以得到更多的帮助，但错误的预计和补充材料的准备会给程序的编制加大难度。二、个别化教学程序教学促使学习的个别化成为教学设计人员和技术开发人员关注的重心，改变了教学过程目标确立和评判标准的观念，加快了个别化教学思想和观念在教育界的渗透。个别化教学是指以学习者为中心适合于满足个别学生需要的教学，它不仅仅是独立的教学方法，也是以满足学生需要为目的的一种或多种技术的整合。这些技术包括允许学习者设定通过教学序列时的步调；允许学习者选择教学方法和媒体；允许学习者选取想要学习的单元等等，其中所涉及的策略方法以及相应的实体材料共同构成了个别化教学系统。（一）个别化教学系统的基本结构在下图所示的结构图中，学生个体是整个系统的核心，而其他所有组成部分都围绕着使学生更快更好地达到学习目标提供服务。图中所指的“媒体”和“实际设备”并不是一回事。“媒体”是指为优化教学效果而利用的各种材料和设备，例如用幻灯片展示照相机的构造，用录像片演示照相机的操作。“实际设备”则是与教学内容相对应的实物，通常由学生实践操作来掌握技能，如与幻灯片所示构造相同的照相机。另外，系统的“资源中心”不仅提供给学生各种文献书籍以及数据资料的检索服务，而且还提供各种视听材料（录音带、录像带、幻灯片、投影片、模型等）和计算机辅助教学软件。个别化教学系统中所使用的“书面材料”可以分为三类，它们常常结合起来使用。第一类是书籍，常常采用普通的教科书，并配合指定给学生的包含相关章节的辅助材料。此外，教科书还可以结合补充笔记、作业和配套的视听材料一起使用。第二类是有结构的笔记，当教科书无法在深度和广度上满足需要时，它可以做一些补充。第三类是程序教材，它使学生通过不断的自我检查过程来巩固学习。（二）个别化教学系统的类型根据个别化教学系统规模的大小，我们可以区分出三种基本的教学系统类型，即以学校为基础的系统、当地系统、远距离教学系统。1以学校为基础的系统学校对部分的学习设备实行开放利用，在校学生可根据自己的时间和进度安排学习。例如，学校的电子阅览室通常在规定时间内向学生开放，学生可以向管理教师借阅需要的音像资料或参与网络课程的学习，而具体的学习过程则由学生自主控制。2当地系统这样的系统特别针对主办学校所在地的那些无法适应正规教育的学生，如进修生和成人自考生。学生不必按固定的时间表来学校学习，而学校会在校内和校外开放各种个别化的教学设备供他们使用。目前大多数院校开办的计算机中心、网络中心就是常见的例子。3远距离学习系统在远距离学习系统中，大多数的学习是远离主办学校进行的，由主办学校及其驻地机构来向学生提供个别化学习的教材。最初的远距离学习采取的是函授课程的形式，在这样的课程中，无论是提供给学生的课文材料，还是指定作业和教师的指导和学生的成绩反馈，多是以邮递的方式发送。随着计算机的出现和多媒体技术的应用，个别化教学出现了多媒体远距离学习系统。它学习的材料汇同配套的视听学习材料、计算机辅助教学软件以及实验用的元件模型以多媒体学习包的形式寄送到学习手中。为了更好地组织教学，主办学校还在驻地安排了指导老师，帮助学生解决问题和进行小组讨论，从而增加了学习的广泛性。近几年来，网络以不可阻挡的势头渗透到教育领域中，更是给个别化教学的规模和形式带来了巨大的变革。通过网络，学生就可以观看千里之外优秀教师的教学实况，可以向教师提出各种学术问题并及时得到解答，可以与其他伙伴交流学习经验和心得，甚至不必走进学校的大门而获得学历文凭。教师与学生之间的一切基本活动都可以在网络中进行，传统的邮递方式被淘汰，远距离教学系统的“远”仅仅成为一种地理上的概念。这一切都为学生提供了极为广阔和自由的学习空间，并且能够培养课程大纲规定以外的技能，如信息技能和计算机技能。这样的策略如同以教师与学校为中心系统一样，有明显的优点和缺点，而其相对重要性，仍然取决于所涉及教育或训练的等级、学习者的类型、以及与学校设置或安排课程的有关的具体条件。（三）个别化教学的方法与技术20世纪20年代，随着个别化学习思想在传统教学中的渗透，人们开始对班级讲授的教学方法产生了疑虑，并积极寻找能适应个别化学习的教学方法。在此期间，除了程序教学之外，还先后出现了其他一些常用的方法和技术，我们在这里着重介绍导听教学、掌握学习、凯勒计划和自学辅导教学。1导听教学导听教学简称A-T教学（Audio-Tutorial Instruction），是美国普度大学教授波斯尔 思韦特及其同事在生物学教程中发展起来的个别化教学形式。导听教学借助教师的帮助和学习时间的伸缩来使教学个别化，学生的学习集中在为课程建立的学习中心。那里为学生准备了录音机和磁带来提供指导，并以教科书、实验手册、标本和实验设备来辅助。学生除了在方便的时间到该中心学习外，每周末还通过电影、报告、实验演示等形式进行集中学习。课程学习结束后，由学生到教师那里进行口头和书面测试，并由教师组织讨论。由于导听教学比传统的实验教学方法取得了更好的效果，后又得到了16毫米影片的支持，因此在60年代被作为教学改革广泛应用。2掌握学习掌握学习的理论基础是建立在卡罗尔关于学校学习模式之上的。卡罗尔认为，学习的程度是花在学习上的时间与学习所需时间之比的函数，即根据这个公式，布鲁姆指出，学生的学习能力上的差异并不能决定他能否学习要学习的内容和学习的好坏，而只能决定他将要花多少时间才能达到对该项内容的掌握程度。也就是说，学习能力强的学生，可以在较短的时间里达到对某项学习任务的掌握水平，而学习能力差的学生，则要花较长的时间才能达到同样的掌握程度。在此基础之上，布鲁姆设计了一种掌握学习的程序，并在其作品人类特征与学校学习一书中对这种方法的效果和可行性做了系统阐述。布鲁姆的掌握学习程序将学习任务分成许多小的教学目标，然后将教程分成一系列小的学习单元，后一个单元中的学习材料直接建立在前一个单元的基础上，每个学习单元通常需要1-10小时的学习时间。然后，教师通过学生完成诊断性测验的情况来了解学生的成绩。这时，学生的成绩是以成功完成单元的学习而不是以在测验中的等级名次为依据的，成绩的差异表现在成功掌握单元内容所花的时间。采用这种方法，尽管有些学生要比其他学生花费更多的时间来学习，但由于前面的单元学习能够减少学生在知识背景上的最初差距，因此绝大多数的学生能够达到学习目标。可以看出，掌握学习的思想与程序教学的思想有许多相同之处。3凯勒计划凯勒计划又称个人化教学系统，是由美国心理学家凯勒创立的。在这个计划中，一年的课程分为15-30个单元，每个单元包括一段导言，一个目标表格和一个建议使用的程序，还向学生提供一些问题的练习。学习时，学生可以通过自测题了解自己是否已经掌握了单元内容，如果他认为已经完成了学习，就到“监督者”（通常是已学完该单元的学生）那里测验。监督者给学生打分，并就答对和答错的问题进一步提出问题。达到标准的学生可以得到听报告、看电影和参加演示的权力，为通过的学生则要重新学习直到掌握知识为止。凯勒计划具有五个特点，即自定步调、个别辅导、指导、掌握的倾向性（未完成学习任务前不能学习新内容）以及利用传统技术（报告、电影和演示）作补充。它对于需要注重实践工作的学科更为有效。4自学辅导教学中国科学院心理研究所的卢仲衡教授在“中学数学自学辅导教学”实验研究的基础上，探索出教师指导、辅导下以学生自主学习为主的，班级与个别化相结合的教学模式。自学辅导教学以书本的形式呈现学习内容，在学习开始前由教师做5分钟的指导和启发，然后让学生进行30-35分钟的自学，最后利用5-10分钟的时间提问、答疑和总结。整个学习过程采用教师定步速和学生自定步速相结合，并以频繁的单元测验来检查学习结果。自学辅导教学的研究在我国取得了良好的成果，对个别化教学的发展起到了一定的推动作用。（四）个别化教学系统的优点和缺点正如任何事物都具有两面性，个别化教学也存在着一些公认的优点和明显的缺点。正确认识它们将有助于我们更好地实施教学。个别化教学的优点主要体现在以下方面：1个别化教学能充分体现教学的人性化特征，满足不同的学习需求。学生可以以最适合自身需要、兴趣和学习风格的方法来安排挑选知识单元。2学生获得学习资料要比在以教师与学校为中心系统中的情况更容易。这里的学习资源都是经过充分准备和详细检查的，其质量不依赖于个别的教师的教学水平，而是由优秀的教师和专家群体来保证。 3目前的个别化教学系统能从读、听、看、练等多种渠道来支持学生的学习，从而使不同媒体的特点得到充分发挥。当然，能否合理的整合（而不是堆积）各种媒体是此优势得以体现的关键。4教师的帮助、劝告和指导获取相对容易。个别化教学系统能有效地减少教师的重复劳动，使他们有更多的时间和精力关注较差或有创新思想的学生。教师能够结合学生的特点和问题给予学术上的帮助，如提供系统之外的资源，教授学生掌握系统的操作和控制，改善学生的学习方法和习惯等。5教师和学生都能得到学习结果的定期反馈。师生之间的密切接触和单元测试的成绩都能为双方表明知识掌握的程度，从而为后续学习、指导提供准备和动力。6个别化教学有利于开展“全民教育”。除了在校学生，那些无法参加正规学习的人也可通过个别化系统后地学习和培训的机会。这为成人教育和职业教育开辟了广阔的前景和市场。个别化教学的缺点主要有：1对学习者的主动性要求较高，年幼或缺乏经验的学生可能无法有效地学习。学生在学习进行过程中，不仅要有明确的学习目标，而且要有坚强的意志和强烈的求知欲望。因此，这种方式更适合成熟的学习者采用。 2适合个别化教学的课程范围和类型有限。个别化教学主要用在有关基本核心知识的入门课程上，如理、工和医学，以及某些短期的训练课程，对于实践性较强的学科如实验教学和要求协作的课程如口语教学，个别化教学就显得难以应对。3建立完善的系统存在困难。设计精良的教材不仅要求教师掌握更新更高的技能，而且要花费大量的人力和物力。目前能胜任的教师为数还不是很多，需要进行培训或进修。此外，采用个别化教学系统要求学校的行政管理更多的支持和投入，比如经费的安排、课程的设置、设备的购置、管理、维护和保养等等。比较程序教学和个别化教学的本质和发展历史，我们可以总结出如下结论：程序教学是以个别化教学为核心的教学方法，个别化教学是在程序学习发展的基础上而逐渐形成的教育技术的实践领域。第二节计算机辅助教学正如上节所讲，个别化教学在20世纪50年代末陷入了难以自拔的困境，等待着技术的重大突破。计算机技术恰在此时诞生，使人们惊喜地发现和体验着技术进步带来的无所不至的方便，人类文明史上的第四次革命开始了。电子计算机强大的展示、存贮和运算功能以及独特的逻辑判断能力使个别化教学无论采用直线式程序模式还是分支式程序模式都变得简单可行，大大改善了个别化教学系统对多变的学习过程的应对能力。例如，以整合的多感官刺激呈现教学内容和反馈，提供丰富的资源支持和合理的指导帮助，学习者对学习进度的控制更为便捷等。更重要的是，计算机能够进行人与机器的双向动态交互，这是计算机作为教学机器在质上的突破。可以说，计算机技术的发展与应用，直接促进了信息时代个别化教学的新飞跃。一、计算机辅助教学的发展历史将计算机应用于教学以完成教学功能和解决教学问题的形式，我们称之为计算机辅助教学,简称CAI(Computer Assisted Instruction)。它不仅是教育技术的重要组成部分，也是教育技术具有广阔前景的发展方向。当前的教学已逐渐向更加以学生为中心的方法转移，而能够很好地体现个别化学习思想的莫过于计算机，因此，现阶段个别化学习的主要形式就是计算机辅助教学。计算机辅助教学的历史始于1958年，美国是开展此项研究最早的国家。以美国为例，计算机辅助教学的发展经历了下面四个时期：（一）19581965年这是计算机辅助教学的初期发展阶段，其特征是IBM公司和伊里诺斯大学开发的有代表性的教学系统的诞生。IBM公司在1958年设计了第一个计算机教学系统，利用一台IBM 650计算机向小学生教授二进制算术。在此基础上，IBM公司研制了结构更为复杂的system 1500教学系统，这个系统设置了32个学生站，每个站点利用二个显示终端、一个图像投影仪和一个声音装置进行教学。这一时期斯坦福大学在帕特里克萨贝斯和唐纳德比德泽D的指导下，对“自动教学操作的逻辑”系统，简称PLATO系统（Programmed Logic for Automatic Teaching Operation System）进行了大量的研究。基于萨贝斯早期有关课件和辅助教学设备的研究成果和政府的有力支持，PLATO系统很快就发展成为一个有很强功能的大型计算机网络，成为利用大型中央计算机辅助教学的范例（二）19651970年这一时期计算机辅助教学系统及课件的研发规模不断扩大。斯坦福大学在1966年研制了包括算术、外语、哲学、高等数学、音乐理论等课程在内的IBMl500教学系统。加利福尼亚大学Irvine分校教育技术中心开发了大量的物理及自然科学中的计算机辅助教学课件。此外，IBM公司、CDC公司和DEC公司生产和出售多种教学系统，1967年成立的CCC公司，就是专门制造计算机辅助教学系统的公司。（三）1970年1975年这一时期的CAI涉及的领域迅速扩大，包括数学、物理、医学、语言学、经济学、艺术等多种学科，智能型计算机辅助教学系统的设想也首次被提出。1971年，MITRE公司与德克萨斯大学、杨伯翰大学合作，开发了TICCIT教学系统，与此同时开发了大量的教学软件。这个系统将计算机与电视技术结合起来，拥有75兆字节的容量和128个教学终端，是适合于学校或机关的小型计算机系统，后被广泛的应用于高等教育和军事教学中。（四）1975年至今这一时期CAI的发展有两个明显的特征，一是大型计算机辅助教学系统的进一步完善。此时的PLATO系统已经发展成为PLATO ，可以同时提供150个专业共约7000课时的教材，供l千万人学学习数、理、化、地、史及多种外国语课程。80年代，PLATO系统已发展到第五代即PLATO ，并仍在不断的发展中。另一方面是以微型计算机为核心的教学系统在学校和家庭中的广泛普及。70年代初微型计算机的出现标志着CAI发展的新阶段。随着价格的不断下调和性能的逐步改善，学校和企业拥有的计算机数量迅速增加，适合各种教学环境和模式的计算机辅助教学课件也雨后春笋般的被开发出来，理论界对实施教学的规律和经验的探讨日益热烈，CAI在这一时期得到了长足的进步。此时的CAI已在世界各国得到普遍的发展，国际信息处理协会(TFIP)在1970年、1975年、1977年曾经三次召开CAI国际会议，最终明确了CAI的学科性质边缘交叉的新学科。1987年、1989年还先后两次召开了国际CAI会议，英、日、德、法、加拿大等国都相继制订了CAI的发展计划。与美国相比，我国的CAI研究和应用开展的较晚，主要经历了三个时期。80年代初期，教学技术领域的部分学者开始关注国外CAI的研究与发展，并将计算机辅助教学的基本概念和经验介绍到国内，开创了我们CAI的最初发展阶段。80年代后期，微型计算机开始进入高等学校和有条件的中小学并发挥出了巨大的威力。随着教学理论的反复验证和大量实践经验的积累，一股CAI的研究热潮悄然兴起。我们的目光也从硬件的配置转向了课件的开发和应用，打开了原有的狭小局面，新的课题和浓厚的研究热情将CAI的发展带入了迅速发展阶段。进入90年代，尤其是94年之后，微型计算机在教育领域掀起了应用的高潮，新的CAI理论被不断的引入国内并得到了实践的修订，成为适应中国教学实际的理论支撑。我国的许多高等院校和计算机公司也致力于计算机教学软件和CAI教学系统的开发，用于基础教育、高等教育、技能培养和职业培训的各类课件以及教学软件写作系统争相登台，成为国内软件产业不可或缺的组成部分，为现代教育技术的进步提供动力和契机。我国的计算机辅助教学正以稳健的步伐迈向成熟。二、计算机辅助教学的过程计算机辅助教学是一种自动化的计算机教学技术，是教师将计算机用做教学媒体，学生通过与计算机的交互作用进行学习的一种教学形式，也是当今现代教育技术的核心内容。在个别化教学过程中，学生和程序材料之间通过教学机器进行着“对话”。首先教师依据教学目标对教材内容进行分析处理，并由教学机器将教学内容（刺激）呈现给学习者，学习者对刺激作出适当的应答（反应），最后教学机器按照预定的规则对学生反应信息进行评判，并提供适当的反馈信息以强化理解。这种双向交互在个别化教学中是不可缺少的，甚至可以说是教学成败的关键。如果利用计算机作为教学机器，这个信息的双向处理和传递就可以由计算机来独立完成。由计算机程序语言编制的教学软件就是前面所说的程序材料，它可经由计算机解释程序、通过输出设备(如监示器)向学习者呈现各种教学内容，并通过输入设备(如键盘)接收学习者的反应信息，并对输入信息进行判断，根据判断结果确定学习路径和提供有针对性的反馈。因此，只要把教学软件(即课件)装入计算机，计算机就能完成一定的教学任务。与传统教学机器不同的是，计算机尤其是多媒体计算机能以多种媒体形式呈现信息，而且在判断应答时利用逻辑推理而不是机械手段，在处理复杂的过程控制时具有相当的灵活性和无限的发展潜力，因而能以较高的自动化和智能化水平克服前者机械化的缺陷。CAI的具体教学过程可用下图来表示。（一）选择学习内容 由于计算机中可能存储多种科目的课件，而且每个课件又以章、节或知识点加以组织，因此当计算机启动课件之后，学生应当根据学习的需要或教师的安排来选择学习的内容。选择的信息通过计算机系统的输入设备接收，最多的是利用鼠标和键盘，也有用光笔和图形字符输入板、甚至利用触感屏幕和模式识别器输入。(二)计算机呈现教学内容计算机依据指令，将有关的教学内容按即定的结构，用文字、图形、图像、动画、声音等多种形式呈现出来，这些形式在展现抽象的、变化的或难以观察的事物，如概念、动作，图形转换时显得格外生动有趣和容易理解。用来显示的输出设备通常指显示器和打印机，现在还出现了将影像设备或语音设备与计算机系统结合起来使用的情况，例如在计算机终端连接录音机、录像机、幻灯机和投影仪等。 (三)学生接收教学信息学生通过各种感官通道接收教学信息，集中注意力观察和倾听，并积极进行思维、分析、理解和记忆。(四)计算机提问在单元知识讲解或演示之后，计算机提出问题要求学生回答，以便了解学生对所学内容的掌握程度。计算机提问的方式很多，最常见的是选择题，因为这种题型在答案的接收和处理上更接近计算机数理逻辑的运算方式。主观性的问题虽然较客观题更能考察学生综合运用知识的能力，但在信息的接收，尤其是判别上存在着较大的困难，因此目前应用仍不是十分广泛。(五)学生反应学生经过思考和判断，对计算机提出的问题作出反应，通过键盘(或其它输入设备)输入自己的回答。这时需要学生掌握一定的计算机应用技能，如鼠标操作、文字输入等，这些技能的培训应在进行计算机辅助教学之前完成。(六)判断和反馈；计算机接收学生的应答，判断对错并根据不同情况给出适当的反馈信息，包括在回答正确时给以肯定和表扬；在回答错误时要分析出错的原因，启动辅助单元进行补救，并鼓励学生再次回答。(七)接收反馈和强化反馈信息同样可以采用多种形式加以展现以起到强化的效果。由于学生在作出反应之后，会对回答的结果特别关心，此时恰当的把握反馈呈现的时机和方式使学生留下深刻的印象，减少再次犯错的可能。(八)做出教学决策计算机根据学生掌握知识的程度，可能继续下一个单元或在进行后续教学之前采取如下措施：呈现与本单元相同或相似的内容进行复习；提供更详细的材料进行补习；总结问题解答的一般规律进行提示；提供补充测验巩固知识等。许多的CAI课件还允许学生参与决策，这通常是针对学习方法较成熟的使用者。可见，CAI的教学过程实际上是人与机器的双向通讯过程，这仅仅依靠CAI课件是不够的，必须依赖完整的计算机软件系统和硬件系统。作为CAI物质基础的计算机系统，此时要求比普通计算机具有更高的性能。例如，在CAI系统中，除了要存储系统软件之外，还要存储大量的多种学科的课件和学生的相关数据，因此要求计算机具有更大容量的内存和硬盘，教学的内容和应答的接收主要通过教学终端的输入、输出设备，为了保证呈现的质量和学生使用的方便，这些设备应当更为先进和精良，有时甚至要配备专用设备以满足特殊学生，如聋哑学生的学习需要。在软件上，则要计算机系统有强大的本国文字的录入、存贮和处理能力，以避免语言造成的学习障碍；为保证课件的正常运行，应建立所需的操作系统、工具软件和程序语言支持环境。三、计算机辅助教学的原则CAI是应用电子计算机的自动化教学系统，它不但应遵循传统的教育学和心理学规律，而且遵守计算机科学的原理原则。首先，CAI应最大限度地发挥学生的学习主动性与积极性。我们之所以将计算机应用于教学，正是因为它有利于满足学生的个体需要。CAI的最终目标是为学生创建一个虚拟的学习环境，这个环境能够充分尊重学生的个性和兴趣，能够作到“友好”和“善解人意”，使学生在愉悦和轻松的氛围中学到自己想要学习的知识，使他们的思维能力和解决问题的能力在潜移默化中得到提高。即使是为避免某些自觉性不高的学生出现停滞或倦怠而采用控制的手段，也必须通过科学的指导和督促，任何强迫或压制的行为在此都是不允许的。计算机辅助教学的个别化教学本质要求它必须“以学生为中心”，而“辅助”二字则要求它能担当起咨询和指导的任务。其次，CAI应特别注重个别化教学功能的发挥。CAI课件应能对不同学习特征的学生实施教学，即“因材施教”。每个学生因年龄、认知层次、技能水平、知识背景及对课件适应能力的不同，学习风格和方式大不相同。有些学生学习时需要绝对安静，有的人则喜欢在背景音乐中进行学习；有些学生喜爱独立思考，不喜欢过多的提示，而有些学生恰恰相反，喜爱在不断的交互中来理解问题；有些学生属于场独立性者，比较易于适应结构不严密的教学方法，反之，场依存性学生则喜欢有严密结构的教学；有些学生在学习中表现出高坚持性，能够正确对待错误，低坚持性的学生则需要不断的鼓励。这就存在着课件对学习风格的适应问题。无论是学习的速度、难度、路径，还是动画的快慢、解说的暂停与播放，课件都允许学生做自己的选择。 第三，CAI要充分发挥的人机交互的功能。要做到这一点，课件首先应当摒弃“课堂搬家”的错误做法。一些开发者将课本或教师的讲稿配上图形、声音和动画后搬到计算机屏幕上，这种产品从本质上将称不上是CAI课件，而仅仅是电子图书。真正的CAI课件必须有与信息输出同等强大的信息接收功能。再者，课件的设计应当充分考虑到其操作的简便性和明确性。因为课件的使用者可能是熟练的计算机用户，也可能是从未接触过计算机的新手。所以，课件的操作方法应遵循计算机的一般操作规律，并设置能随时启用的说明。第四，CAI应注重媒体形式的合理运用。计算机辅助教学必须充分发挥在媒体表现形式上的多样性，这是无庸质疑的。否则，它就失去了根本的优势。但是需要指出，这些表现方式并不是独立的，也不是越多越好，它们同处CAI系统之中，必须协调运作尊重彼此的制约关系才能取得整个系统的教学最优化。我们在设计时应当考虑每一种媒体的优点、缺点和适合表现的信息类型，寻求最佳效果和最经济开发路线的交叉点，一味追求新潮的做法是不可取的。例如，视频的制作和处理都非常的复杂，容量和速度的要求都很高。因此，如果压缩质量又难以保证，当动画足以展示事物的动态变化时，我们就应当放弃视频。同样，当一幅实物图能够清晰的展现实物结构时，选择它可能会比选择计算机图形更科学和接近事实。最后，CAI应充分发挥计算机的模拟与推理功能。计算机能够模拟真实环境，重演自然现象和进行推理预测。利用人工智能的原理并结合计算机的这些优点，我们可以创建教学实验系统或专家系统，并开发出智能CAI教学软件。这一方面的工作目前已取得了一些成绩，有部分的仿真实验助学系统问世并投入使用，CAI课件的智能化水平也普遍得到提高。由于人工智能是一门复杂的技术，今后此项研究还将长期进行下去。四、计算机辅助教学的模式计算机辅助教学的基本模式也称教学策略，依据教学活动中人与计算机的交互方式可分为如下图所示的七种类型。实际中，它们经常结合起来使用。（一）操练和练习操练和练习是通过反复的练习来获得知识和技能，是一种常见的教学形式。在CAI中，操练和练习通常用于完成具体的任务或考察学生在知识间的配对能力，如运算练习或词汇记忆。反复的练习对于学生掌握基础知识是必不可少的，但它往往占据大量的课堂时间，且耗费精力。利用CAI课件进行测试和训练能够减少教师的重复劳动，成绩评判也更加公正。由于此类课件适应的学习目标通常是可以量化的，而收集数据和评定等级在计算机中又易于实现，因此教师和学生都可以根据成绩方便地了解是否完成规定的学习任务，这时，课件设置容量适宜的专用数据库来贮存每位学生的成绩表现是非常重要的。操练和练习型课件产生题目的方法有两种。一是在课件开发时就建立相应的数据库，并放入预先设计好的题目，在课件使用时按设定的顺序或随机存取的方式呈现出来。许多单词记忆的课件都采用这种方法。这种方法的优点在于题目事先经由教师筛选，范围和难度能针对学生的水平，有利于学习目标的有效达成，但缺点是课件的容量较大，开发的工作比较繁重。另一种方法是根据某种计算机算法来产生题目。例如课件在训练小学生进行数学综合运算时，参与运算的各个数字都是计算机随机产生而不是经过准备的，正确答案也是随题目动态产生的。用这种方法制作的课件在程序设计上的水平更高，相应地灵活性也越大，可以有效的地减少课件的容量，但产生的题目有时无法保证考察的广泛性，对课件开发人员的计算机水平要求也比较高。（二）模拟当我们遇到无法重现或过于危险的实验而又必须向学生演示时，模拟型课件是最好的帮手。这类课件充分发挥了计算机的模拟的功能，利用动画和视频来再现真实的情景，或者创造虚拟的实验空间。模拟型课件的目的是帮助使用者完成特定的任务或者获取在真实场景中处理问题的策略。摄影技能训练课件是任务模拟的一个实例。它先让学习者选择拍摄的对象类型，然后在屏幕上呈现拍摄对象的实景和照相机的模型，此时照相机各个部分都是可以激活和交互的，学习者根据所学的摄影知识来调整光圈和快门速度，取景框中看到的情景会显现在屏幕上并随着调整的过程而变化。当学习者认为各项调整都已到位，可按下快门拍照，拍出的照片会即刻显示出来，课件还会评出此次练习的成绩，并分析学习者在操作过程和各项指标的掌握上存在的问题。整个的操作环节都和真实的情况相同，而好处在于不仅使学生迅速看到学习的结果，而且大大地节省了材料和费用。探索旅行是经验模拟常用的手段。中小学的课件有时会让学生扮演某个角色，并为了完成任务（解救人质或获得宝物）而克服重重的困难，即运用课本知识正确解答综合性和实际性的问题。旅行的过程从场景上到情节上都是逼近现实的。用于培训的课件则将学生置于虚拟的社会环境或工作环境中，给他们一个思考和总结经验的机会。例如为一个求职者虚构面试的场面，或使一个将要出国的大学生经历使用护照、选择旅行物品、接受海关检查、乘坐飞机等活动。还有一类课件是通过建立模拟的系统来帮助学生获得对系统变量的更深层认识。例如，医科学院的学生可以在课件的仿真人体系统中进行各种药物实验，观察人体各部分的反应及其关联，了解器官之间的相互影响和人体系统协调运作的过程。这些经验在实际工作中是很难获得却又十分珍贵的。（三）计算机辅助测验计算机辅助测验，简称CAT(Computer Assisted Test)，不仅为学生提供比操练和练习数量更大、类型更丰富的题目，而且能为教学管理提供大量数据及对数据进行详细的统计分析。因此，它同时是计算机辅助教学和计算机辅助管理的重要内容。现行的各种试题库软件都属于这种类型，它们允许用户输入各种变量来限制题目的难度、题型、完成时间、得分权数、对应的认知层次和知识范围，由系统来自动完成组卷的工作，并在测验后提供正确的解答。（四）游戏游戏和模拟相似，都是为学生展现一个解决问题的环境，使其在过程中取得经验和技能。两者又有不同，因为游戏提供的是一种更强烈的刺激、有趣的动画、时间的控制和紧张的音乐节奏激起学生对结果的期待，有利于学生积极的思考和反应。游戏的种类可分为竞争和协作，竞争通过个人和小组之间的对抗增强学习的主动性和创新意识，协作则宜于培养学习者与人合作的能力和进行社会交往的技巧。游戏的优势在于能够“寓教于乐”，但如何合理地分配学习与游戏的比例，把握“教”与“乐”的尺度是值得课件设计者深思的。（五）对话计算机辅助教学的交互是双向的，因此对话可以从人、机两个角度进行。其中由计算机控制的对话称为指导，由学生控制的对话称为询问。指导是计算机将存有的信息有计划地给学生使用，使用的过程由计算机根据学生在测试中的表现来控制。询问的处理方法则是学生输入各种条件来制定目标，主动地从计算机那里得到信息。指导型课件和询问型课件在大多数特性上是相同的，通讯原则、帧面设计和回答判断等也是类似的。询问不仅要给学生提供一个信息环境，而且要制定获取信息的一系列规则。例如在模拟的医学诊断系统中，系统向学生描述病人的症状，并引导学生逐步确定治疗的方案，这是指导的部分。同时，学生也可以向系统描述病人的病情，查看以往的病例和专家的诊断书，这是询问的部分。通常情况下，询问方式要比指导方式对学生更具有启发性，教学效果也会更好些(六)问题解答在问题解答中，计算机是学生们必须学习操纵的工具。对于那些与数学有密切关系的学科，训练学生将问题公式化和求解的能力是重要的教育目标。当遇到复杂的问题时，分析和列出求解的表达式是学生应当重点思考的地方，而此时计算的过程就显得不是那么重要了。因此，学生设计和执行程序，将繁杂的计算任务交给计算机去完成，就可以减轻自己的负担，集中注意力来解决难点。(七)发现学习发现学习不是将学习内容直接提供给学生，而是向学生提供一种问题情境，引导学生对这种情境发问并自己收集证据，从中有所发现。例如，课件向学生演示磁场周围铁屑的排布情况，然后以问题的方式向学生提供线索，帮助学生扩充和修改原有的认知结构，最终形成概括。布鲁姆和奥苏伯尔都曾对发现式教学方法给予肯定，认为它有利于激发学生的智慧潜力，有利于培养学生的自我激励的内在动机，学习的结果也有利于记忆的保持和知识的迁移，特别适合于低年级学生或处于新学科早期阶段的学习者。需要指出，独立使用发现学习法不一定就是有效的，可能会流于形式，我们应该把指导和发现的过程结合起来，使学生沿着合理的道路去发现规律和获得解答。五、计算机辅助教学的新发展随着多媒体计算机和网络通信技术的发展，计算机的信息存储、处理与传输能力有了很大的提高，极大地促进了计算机辅助教学的发展。多媒体技术、网络通讯技术、人工智能技术和灵境技术将成为未来计算机辅助教学的主要技术特征。（一）多媒体技术多媒体技术是以计算机为核心，对数据、文字、声音、音乐、图形、动画等媒体信息进行综合处理的一种技术。采用多媒体技术的计算机系统有较高处理声音和图像信号的能力，高质量显示图形、音频、信号的能力及高级的交互能力。这里的多媒体并不是多种媒体的组合，而是指多种媒体因素的整合。整合的结果改变了信息的单一表示方法，使人们能通过眼、耳、鼻、舌、身来同时获取信息，从不同侧面认识客体或概念，并通过各种渠道（非单一字符命令）来发送信息，这与人类的学习过程和认知特征是吻合的，因而可以优化计算机辅助教学的效果。多媒体技术同样提高了CAI软件的制作速度和质量。随着多媒体软件开发平台的功能日益强大，CAI课件从素材采集、程序编制、内容组合、交互设计到软件调试等的各个环节的创作周期都得以大大的缩短，工作量也成倍的缩小。利用数据的压缩与解压缩技术又可以较好地解决课件的容量问题，这就促使CAI课件更快地走向商品化和社会化。多媒体自身的独特优势能够吸引社会各阶层学习者的目光，投资的费用又相对较小，因此许多计算机软件开发商都涉足CAI课件的创作。大量多媒体创作工具和CAI产品的上市，在提高计算机辅助教学的经济效益和社会效益的同时，带动了合理的市场竞争。（二）网络通信技术以“信息高速公路”为标志的现代通信技术，突破了个别化教学在时间和空间上的禁锢，极大地扩展了教学的范围和规模，对计算机辅助教学的发展做出了最杰出的贡献。“信息高速公路”是以现代计算机网络通信技术为基础，在现有计算机网络、有线电视等信息系统的基础之上，以光导纤维缆为骨干，建立纵横贯通全国及世界各地的双向大容量和高速度电子数据传递系统。它的结构包括四个部分：信息传输部分，主要是以光纤为主体的高速率、大容量、宽频带的传输干线，以及电缆、卫星、移动通信等多媒体的传输手段；管理调控系统，指为了交换信息和提高运行效益，以异步转移模式为主的多媒体综合交换设施和智能化监控、调度和管理的网络系统；用户终端设备，为用户提供使用各种媒体信