第七章计算机辅助教育 - 河西学院

1、第六章 计算机辅助教学本章学习目标了解计算机辅助教学(Computer Assisted Instruction简称 CAI)的基本意义、以及产生和发展的过程；熟悉计算机辅助教学的组织结构及常用技术；掌握计算机辅助教学的模式与结构；了解计算机辅助教学的原则；熟悉多媒体课件的开发与创作的过程和方法；能够熟练利用Authorware制作课件。第一节 计算机辅助教学的产生与发展计算机辅助教学(Computer Assisted Instruction简称 CAI)的研究与应用始于1958年，至今已有四十多年的历史。它得到了迅速发展，并对教育教学改革产生了深刻的影响，而它自身也已发展成为有着广阔应用前

2、景的新兴学科。计算机技术在教学领域中的应用是二十世纪后半期教育发展的重大成就之一，它也是当今教育现代化的一个重要标志。在电子计算机问世之初，就有人设想把它用于教育。美国从50年代末60年代初就开始从事这方面的研究工作。计算机辅助教育的研究及应用不过40多年的历史，但发展非常迅猛。计算机在教育中的应用-计算机辅助教育（Computer-Based Education，简称CBE）已逐步发展成为一个新兴的交叉学科，形成了它自己的理论、概念、方法和技术，CBE研究计算机在教育领域中的应用。计算机辅助教学的产生与发展有赖于心理于学研究和计算机技术的发展。 1958年美国IBM公司沃斯顿研究中心，开始尝

3、试将程序教学和教学机器理论应用到计算机上，并设计了世界上第一个计算机教学系统，标志着计算机辅助教育的产生。一、计算机辅助教学的产生同其它学科一样，CAI的产生和发展具有广泛的基础，归纳起来主要有三方面，即计算机辅助教学产生和发展的：1.物质基础 计算机的诞生和发展奠定了其物质基础。2.社会基础信息社会对教育的要求构成了其社会基础。3.理论基础引出的操作条件反射和积极强化的理论，设计了教学机器和程序教学。他是在普莱西的教学机器的基础上提出了学习材料程序化的想法，后来就发展成为不用教学机器只用程序教材的“程序教学”。二、计算机辅助教学的发展历程从二十世纪50年代末第一个计算机辅助教育系统问世至今已

4、有40多年的历史了，计算机辅助教育的发展经历了三个阶段：研究试验阶段、普及应用阶段和综合发展阶段。 研究试验阶段（二十世纪50年代末-70年代末），这一阶段对各种类型的计算机辅助教育系统进行了研究和试用，并在教育理论上进行了探讨。许多组织和机构如美国教育考试中心，为了检验计算机辅助教育的效果和衡量新的教育手段的教育价值，专门组织力量进行评价和实验研究。总的来说，从各个方面可以证明计算机辅助教育是今后教育发展的一种十分重要的教育手段。 普及应用阶段（二十世纪70年代末-80年代末），这一阶段最大的特点是微型计算机的出现、迅速发展和广泛应用。微机的价廉、体积小、功耗低、可靠性高，而且对工作环境的要

5、求不高，这些优势使微机迅速在教育应用上显示出它的价值。美国、英国、日本等国家的政府部门加大了对教育资金投入的力度，购买微机用于教学和教学行政管理，用于计算机辅助教育系统的研究和开发，以及培训中、小学教师计算机应用能力。随着计算机辅助教育普及应用，也出现了一系列的问题，希望得到交流和解决。国际信息处理联合会为此自1971年开始，经常举行世界计算机教育应用会议，交流计算机教育应用方面的政策、系统的研制和开发、新技术在教育中的应用、计算机辅助教育评价和实验研究等等。众多发展中国家认识到发展计算机辅助教育是迎接信息时代挑战、提高国民素质的重要举措，各自提出了计算机教育应用的发展计划。我国也在此时开始了

6、计算机辅助教育的研究和应用实践。 综合发展阶段（二十世纪80年代末- ），这一阶段计算机多媒体技术、人工智能技术、视听数字化技术和网络通信技术有了突飞猛进的发展，同时在教育科学中，信息科学技术引入，使教育的发展开始进入新的阶段。 多媒体、超媒体技术的发展，为计算机辅助教育系统的研制提供了多媒体环境和以超文本方式组织信息的可能。无论从视觉、听觉上，或是时间、空间上为CAI开辟出一个无限广阔的前景。 网络通信技术发展弥补了个体化学习的不足，使合作学习成为可能，研究群体教育，如何把人的潜能充分发挥出来，是我们这一时代的重要任务。同时网络通信又为远程教育的实现创造了优越的条件。 人工智能技术、软件工程

7、方法、面向对象的程序设计方法，又大大促进和提高了教学软件生产的质量和效率。在我国，CAI的研究和应用开展的比较晚。1引进介绍国外经验、理论的准备阶段这一阶段为80年代初到80年代中后期。我国计算机辅助教学起步较晚，加之硬件设备和理论基础薄弱，因此可以说在此之前计算机在教育、教学中的应用几乎是空白，而此时国外计算机辅助教育却发展极为迅速，成效极大。所以，为加快我国计算机辅助教学的步伐，提高发展的起丸我“探取积极引进的态度。这个阶段的文章主要是介绍、翻译国外尤其是美国和日本的先进经验和成果。文章发表在两种期刊的“外国电化教育”，“外国之窗”等栏目。2注重硬件配置的实施阶段这一阶段为80年代中后期到

8、90年代初。在对国外计算机辅助教育初步了解的基础上，一些有识之士提出我国应加快发展计算机辅助教育。电化教育研究早在1983年第三期就刊登丁有豫的电教课要给计算机辅助教育以适当地位。发展就需要有物质基础作为前提，所以硬件配置成为首先需要解决的问题。正巧此时计算机价格下降，在一些有条件的地区和学校配置起一定数量的微机，我国计算机辅助教育进入了具体的实施阶段。这时的文章除了继续介绍国外的一些经验、成果外，主要是介绍一些计算机的配置、购买与维护等内容，文章采集于“电教设备与媒介”等栏目。3注重软件开发的发展阶段1994年以来，由于计算机价格不断下降，拥有计算机的学校日益增多。在全国掀起了一股学微机、用

9、微机的高潮，为CAI的发展提供了极好的契机。中国电化教育、电化教育研究都专门增设了“微机教学”、“计算机辅助教育”等栏目，当硬件不再是问题的时候，人们对丰富的计算机课件的要求越来越迫切。“课件”、“CAI”等词频繁地出现在各个栏目的文章中。不仅重视课件的编制，也重视课件的评价与推广发行。这一时期是教学软件兴盛的时期。CAI的兴起是教育领域中信息革命的最有代表性的产物。标志着为适应信息社会的需要在教育领域中进行的又一次教育革命的开始。三、计算机辅助教学的发展趋势回顾CAI的发展，可以看出学习理论、计算机技术对它产生的巨大作用，同时也可以看出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

10、对人才培养的要求上。多媒体和Internet在教育中的应用，在提高学习效率和效果方面的成果已被教育工作者和整个社会所承认。社会发展是不平衡的，它对教育的要求和它所能够提供的物质条件存在较大的差异。基于此，CAI的未来发展将会呈现出多态性。从研究方面看：（1）多媒体和Internet在教育中将得到较广泛地应用，在提高学习效率和效果方面将会发挥明显的作用；（2）新的学习理论的应用；（3）人工智能的进一步应用。从应用方面看：（1）应用方式的多样化：在我国，除了提供交互环境的CAI软件得到广泛应用之外，用于课堂演示和帮助教师备课的软件也将得到发展，特别是以计算机技术为中心的信息技术与课程、教学的整合，

11、受到了世界各国教育界的普遍重视。（2）多种学习资源的集成化：先进的学习理论为我们开发CAI软件提供了重要的理论依据，这是提高CAI软件质量的重要的保证。在建构能够体现先进学习理论的学习环境时，不可否认计算机有着不可替代的作用，但这并不意味着计算机是唯一的学习资源。重要的是各种学习资源的综合运用，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CAI软件将会得到迅速的发展。同时也应看到，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

12、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CAI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CAI 不断发展的基础工作。同时也应不断地解决CAI应用中的实际问题，其中教师的培训是一个关键。不仅要使教师掌握软件的具体使用方法，更重要的是观念的转变，CAI的应用是为了促进教学改革，提高教学质量，应以改革促进应用，反之又通过应用促进教学改革。因此，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CAI迅速发展的正确途径。第二节 计算机辅助教学的组织结构及常用技

13、术一、计算机辅助教学的优势与传统教学方法相比较，计算机辅助教学有其显著的优势。1.有利于个别化教学由于运用了计算机技术，采用计算机辅助教学的学生可对教学进度和所学知识的深度和广度进行任意的控制，从而真正实现因人施教、因材施教的个别化教学。例如：理解快、掌握好的学生在自行操作计算机进行学习时，可在课件中选择更进一步的学习内容或练习内容，而稍差的学生则可反复对某一内容进行学习和练习，直至掌握。2.实现人机充分交互在计算机辅助教学中，学生控制着课件的流程，而计算机是在控制下向学生展示教学内容或提出问题，进而学生理解教学内容或回答问题，计算机再作出回答正误或进一步提示的反馈等等，从而采用计算机辅助教学

14、的学生以人机对话方式充分地进行人机间的交互，形成双向沟通的教学方式。学生面对计算机，心理上没有在大庭广众前回答问题的那种紧张和窘迫感，这更有利于学生的思维和对教学内容的理解。3.及时反馈教学信息计算机辅助教学可及时反馈各种教学信息。学生可以通过计算机提供的反馈信息来了解自己对所学知识的掌握程度，从而再次选择是否进一步学习或重复练习等等。教师也可通过计算机网络或学生磁盘，来掌握学生的学习次数、学习时间、学习内容、练习次数、练习和测验成绩等信息，这样可随时调整教学过程，以符合教与学双方的客观实际情况，使教学过程处于最佳状态，以达到最好的教学效果。4.实现无限制的协作学习通过计算机辅助教学，学生可在

15、计算机上进行真实情景下的协作学习，这是指学生们对学习内容用多种不同观点进行比较、观察、分析和归纳等交互活动。这种协作学习是在计算机网络上通过讨论而实现的，它不受年龄、职业、时间、地点的限制。这样就避免了传统教学模式的局限性，可将参加同一内容协作学习的学生的智力集中起来，从而使每个学生受益。5.加强教学管理自动化由于计算机可大量存贮、快速处理和传递各教学环节中的信息，因此可以实现教学管理的自动化或半自动化，提高教学管理的效率和质量。例如：通过计算机网络或学生磁盘，可自动生成有关教学管理的数据库文件，用计算机可进行查询、统计和分类打印输出等。二、计算机辅助教学系统的组成计算机辅助教学系统由硬件系统

16、和软件系统组成。硬件系统包括：CPU（控制器和运算器）、存储器、输入设备和输出设备。常用的输入设备有：磁盘机、光盘机、磁带机、数字照相机、扫描仪、视频采集卡、声卡、MIDI合成器、话筒、调制解调器和网络适配器、键盘、鼠标、笔式输入器等。常用的输出设备有：磁盘机、光盘刻录机、磁带机、打印机、胶片记录仪、高亮度投影仪、显示器、声卡及放大器和扬声器、MIDI合成器、调制解调器和网络适配器。软件系统包括：操作系统、各种形式的课件、题库、教学管理系统及其开发与支持环境软件。显然，现阶段医学院校计算机辅助教学的重点应是课件、题库、教学管理系统等应用系统的开发、应用和研究。随着计算机硬件的技术发展和大规模生

17、产，硬件价格日益下降，使开展计算机辅助教学的硬件基础日益坚实；而日益紧迫的需求则是适应教学实际的各种形式的课件和相关的应用系统。因此，开发出高质量的各种形式的课件，将其应用于教学中，并不断地研究其中规律与真谛，使计算机辅助教学发挥更大的作用和优势并促进本身的不断的发展，这是每个在教学中采用这种先进教学模式的教育工作者应努力实现的目标。三、计算机辅助教学中的常用技术1.文字处理技术文字（Text）处理技术包括对西文字符和中文汉字为输入、生成、编辑、格式编排、显示、打印和存储等。文字在课件中常用于表达科学原理、概念、公式、原则、命题、图象说明和各种功能菜单、使用说明等。文字数据的形式通常是文本文件

18、。文本文件可以在通用字处理软件中建立，这些字处理软件常用的有WPS、Word等。所建立的文本文件为TXT格式，大都可被多媒体课件开发工具软件所接受，用于多媒体课件的开发。在实际开发工作中，除了大篇幅的文字在字处理软件中建立较方便外，最常用的文字制作方式是在图形制作软件、图象处理软件和多媒体课件开发工具软件中直接制作。通常文字的显示属性有字的风格（Style）、字的定位（Align）、字体（Font）、字的大小（Size）、字的颜色（Color）等。以上属性的不同组合可以形成文字的不同显示方式，使文本编辑多样化，进而更好地表达文字内容。2.图形处理技术图形（Graphics）是对图象进行抽象。图

19、形处理技术是用计算机产生、处理存储图形并用矢量来表达它们。图形常用于表达形状、大小经常改变的画面，同时它们又有很高的精度要求。例如用于表达工程建筑图、电子线路图和各种统计图等。课件中简单图形的制作通常都在多媒体课件编制工具中直接进行。而稍复杂的图形则是在图形处理软件中进行制作的。常用的图形制作软件有Illustrator和CorelDraw，常用的图形文件格式有：AI、WMF等。图形的产生有时也采用将图象转换为图形的方法。3.图像处理技术图像（Image）是反映物体辐射或反射的电磁波强度的连续多维信息。图像处理技术是用计算机对图像信息进行数字化、编辑、图像数据编码、压缩与解压缩、增强与复原以及

20、图像识别等处理。在多媒体课件中，图像是被采用最多的媒体之一，常用于表达各种教学内容中的照片、透明胶片、单帧视频和数字化实物景象等。多媒体课件中的图像绝大多数是在图像处理软件中制作的，然后在课件开发工具中被调用。通常图像有黑白（二值）、灰度和彩色（真彩色、非真彩色）等种类。采用的文件格式有BMP、PCX 、TGA、GIF、JPG、TIF等。最常用的图像处理软件有Photoshop、PhotoStyler、CorelDraw等，这些软件都具有图像处理过程中所需的图像输入、处理、压缩、格式转换、编辑、特效滤镜、存储和输出等功能，可用于制作高质量的图像。常用的图像输入（数字化）设备有彩色扫描仪、视频捕

21、获卡、数字相机、笔输入器等。6.数字音频技术数字音频（Digital audio）技术是将多种音源（话筒、线路、光盘）的声音进行数字化录音、压缩与解压缩、混合、编辑、淡入淡出、放大、回放等处理的计算机技术。数字音频具有无损传输、复制与处理方便、精度高、可随机存取、数据文件易于保存等优点，它是多媒体课件中最常用的媒体之一。数字音频在多媒体课件中常用于表达人声、音乐、现场声、效果声等内容。例如在医学多媒体课件中可表达肺部呼吸、心跳声等教学内容。由于声音不仅可直接用于教学，而且具有帮助加强刺激、有利于记忆和增强效果的特点，因此在多媒体课件中被广泛采用。音频的制作包括：音频数字化采集（数字化录音）；数

22、字化的音频编辑和处理；增加各种特效；进行压缩和解压缩；按一定的格式存储等。音频的制作需要在计算机中安装专用硬件声卡。它的作用是模数（AD）、数模（DA）转换、数字信号处理、立体声合成、模拟混音、提供MIDI接口和CD-ROM接口以及进行输出功率放大。目前常用的是量化精度为16位的声卡。PC系列微机上最常用的音频数据有下列几种文件格式：以波形文件表示的声音，文件扩展名为WAV。文件中的数据是经AD转换后的声音数据，它一般不经压缩，因此占据较大的存储空间，播放时直接将声音数据经DA转换为模拟信号输出，使用方便。CD-DA是标准激光唱盘上的声音，它的取样频率是44.1KHz，量化精度为16位，双声道

23、，所以它的音质较高。以MIDI（Musical Instrument Digital Interface）文件表示的电子乐器声音，其扩展名是MID。MIDI文件含有音符、定时和多通道乐器配器。它占用存储空间较少，但制作和播放MIDI数据文件对声卡有一定的要求。音频数据的制作是在有声卡及其相应制作软件的环境中进行，其数据文件在多媒体课件开发工具软件中被调用，在有声卡的环境中播放。7.数字视频技术数字视频（Digital video）技术是将传统模拟录像设备上产生的模拟视频转换为数字视频（实时采集），并进行编辑、特效、压缩与解压缩、传输、存储等处理的计算机技术。它具有随机存取、无损传输与复制、高比

24、率压缩与解压缩的优势，在多媒体课件中用于表达可用摄像机拍摄到的教学内容，例如：人体微循环显微摄像、胃镜检查录像等。由于数字视频内容来源丰富，在教学上的应用范围也很广，但由于数字视频占用资源多，在解压缩回放时对硬件性能有很大的依赖性，因此在较低能的应用环境中，它的应用受到了限制。数字视频的制作通常包括准备模拟视频素材、数字化采集、数字化编辑、压缩并存盘等步骤。上述步骤中，视频的采集和压缩由专用硬件视频卡来完成，同时需配以高速大容量硬盘用作存储视频数据；模拟视频源的输入由放像机、影碟机或摄像机等设备完成。常用的数字视频技术规范是Video for Windows，它的视频文件格式是AVI，其中包括

25、多种压缩算法，是目前多媒体课件中最常用的视频文件格式。另一种视频技术规范是Quick Time for Windows，其视频文件格式是MOV，它是由Macintosh系列机上的视频技术移植到PC系列机的Windows下，应用时需安装它的驱动程序。由于目前高性能CPU的普及使用（如Pentium MMX、Pentium II、Pentium III、K6等），使得以前依赖于专用硬件卡回放的MPEG-I视频文件（MPG格式）也越来越多的应用于软件回放的环境中，只是这种格式的视频数据制作仍需稍高投资的硬件才能完成，它的帧内、帧间压缩算法带来的高压缩比给视频技术的应用带来了很好的前景，但在多媒体课件

26、高交互性的要求下，MPG-I视频文件的交互性比AVI视频文件显得略逊一筹，但它的主观清晰度和画质比AVI好。8.数据库技术数据库（Data Base）技术是用数据库管理系统（DBMS）操纵和管理数据库，它提供建立、更新和查询数据库等可直接利用的功能。在计算机辅助教学中，数据库技术常用于各种题库和教学管理数据库系统等。常用的数据库管理系统有dBASE、FOXBASE、FOXPRO、Power Build、Oracle、Sybase等。在开发数据库系统时，应注意它的易使用性、数据安全性、使用权限及在网络上运行的分布式数据库的各种相关问题。由于现在的数据库管理系统大都支持多媒体技术，因此应根据应用要

27、求建立各种类型的记录段，充分发挥数据库管理系统支持多媒体的优势。9.计算机网络计算机网络（Computer Network）是以共享资源为目的、通过数据通信线路将多台计算机互联而成的系统。在计算机辅助教学中采用网络技术可以进行网上的CAI、网上教学管理和远程检索等。由于计算机网络可共享计算机硬件、软件和数据等资源，因此在进行网上CAI时，教师可象控制自己的计算机一样控制学生机和所执行的程序；教师可随时了解学生当前的程序运行情况，实时地指导学生操作；学生之间也可通过主机交换信息。目前最常用的网络有局域网（LAN）和因特网（Internet）。局域网可分为下列几类：以太网（Ethernet），它的

28、传输率为10-100Mbps，传输距离为2.5km；令牌环网（TOKEN Ring），它的传输速率为16Mbps，传输距离为10km；光纤分布式数据接口（FDDI），它的传输速率为100Mbps，传输距离为100Km。局域网的连线有以下几种：双绞线（UTP、STP），同轴电缆（CC），光缆（OC）。因特网是将全球各种网络联在一起，形成巨大的共享资源，这些网络的联接遵守一个共同的传输控制协议互联网协议（TCPIP）。因特网的常用功能有：远程登录、文件传送、电子邮件（E-mail）、电子公告牌、信息查询工具和全球万维网（World Wide Web）。基于因特网的计算机辅助教学具有下列主要优势：丰

29、富的信息资源、不受时空限制、人机优势互补。因特网上的信息文件结构是用超文本标识语言HTML（Hyper Text Markup Language）来描述的。因特网上的CAI课件也是用HTML来描述的，它是以网页形式由网络浏览器来下载解释执行的。因特网上的课件可用HTML直接编写，也可用网页编写工具编写，例如：Frontpage、Dreamweaver等。还有一种简便的方法，就是将多媒体课件开发工具开发的课件转换为可在因特网上传输的形式，例如：Authorware开发的课件可经其因特网打包器分段和映射，再嵌入HTML编写的网页中，就可在因特网中传输，并可在有Shockwave插件的浏览器中下载显

30、示。由于因特网上的课件是以HTML的网页形式在远距离上作传输的，这种传输受到通信线路质量、调制解调器速度、服务器拥塞状况等因素的影响，所以在设计是应尽可能减少其数据量，以保证应用时下载的速度。要做到这点，还应注意图象、动画、视频、声音的大小，并采用网上支持的算法进行压缩。10.虚拟现实技术虚拟现实（VR-Virtual Reality）是通过多媒体技术与仿真技术相结合生成逼真的视、听、触觉一体化的虚拟环境，用户以自然的方式对虚拟环境中的对象进行体验和交互。以键盘、鼠标和显示器等常规输入输出设备在客户机浏览器中构成交互环境的网络VR技术却日趋成熟和完善，这些以Web 3D技术为基础的网络VR技术

31、同样以模拟自然、体验逼真和交互极强为目标，在相当程度上高效、经济地实现了VR系统的目标。网络VR技术具有以下特点：l 临场感用户感觉到沉浸于在浏览器中所呈现的虚拟环境中。l 多感知性用户能以视觉、听觉等多种形式感知信息。l 交互性用户能以接近自然的习惯，用常规的输入输出设备对虚拟环境中的物体或场景进行操作和得到反馈。l 真实性虚拟环境中的物体运动接近符合物理定律。l 高效率虚拟环境中三维空间的建立和显示不过分依赖客户机的硬件性能并可实时渲染，所需传输的数据量小且可流式传输。目前网络VR技术大多是基于Web 3D技术的，而Web 3D技术主要由实时3D建模和动态显示两部分组成。通常实时3D建模和

32、动态显示分为两种类型，一种是基于几何模型，另一种是基于图像。1这两种技术方案各有其特点，前者可方便地建立以任意角度进行观察的3D空间，但计算量大，因而对硬件要求较高，对复杂模型的建模过程较为困难；后者采用图像镶嵌方式实现实时建模，开发成本低，计算量小且效果逼真，但数据量较大。11.光盘技术光盘（Optical disc）是采用激光在极小光点上高度集中的能量写入或读出信息的圆盘。它用于存储大量信息。在计算机辅助教学中用光盘来存储课件的程序和数据，也可用它进行开发数据的备份。它最突出的特点就是存储容量巨大。多媒体课件通常存储在CD-R光盘上，由于它容量大（650MB），可以在多媒体计算机的普通CD

33、-ROM 驱动器上读取，所以在计算机辅助教学中应用很广泛。将数据存储到CD-R光盘的过程通常称为光盘刻录，它需要硬件设备的支持，即光盘刻录机。光盘刻录机有内置和外置的二种，其接口也有SCSI、IDE和EPP等几种。SCSI接口的刻录机速度较快，但需SCSI接口卡；而IDE和EPP则速度稍慢，但不需另加接口卡。光盘刻录的操作是由刻录软件完成的，常用的刻录软件有Easy CD、Win On CD等。第三节 计算机辅助教学的模式与结构一、计算机辅助教学的基本过程 传统的教学系统，它是由教师和学生构成的一个统一体。在这个统一体中对教学信息进行处理和传递，完成教和学的任务。首先是由教师对教学信息进行加工

34、处理（备课），并把教学信息通过语言、板书和其他辅助材料呈现给学生。学生通过自己的感觉器官接受教师呈现的教学信息，并对接受到的内容进行理解，作出反应。为了确定学生是否真正理解了教师传授的内容，教师还应提出各种问题让学生回答，或通过解决实际问题，使学生对所学的内容真正理解。其次是教师对学生的反应进行诊断和评价，这里的评价是指学生学习情况与教学目标之间的差距，即对学习过程作出的评价，并把诊断和评价的结果及时吿诉学生，这种及时反馈在传统教学中做起来相当困难。 计算机辅助教学（CAI）是以计算机为教学媒体，完成教学过程中对教学信息的处理和传递。计算机在程序控制下，通过输出设备（显示器）向学生呈现各种教学

35、信息，学生通过输入设备（键盘）输入各种信息（反应），通常是对计算机教师提出的各种问题的回答信息，经教学网络将学生的各种反应传递至计算机教师端，计算机将对输入信息进行判断和分析，根据分析判断结果进行转移和提供有针对性的提示信息（反馈）。因此把具有教学功能的软件（课件）配置到计算机上，计算机将扮演人类教师角色，与学生构成教学系统，完成规定的教学任务。这就是计算机辅助教学的基本原理。如图6-1所示。图6-1计算机辅助教学（CAI）的基本过程呈现教学信息教学开始教学结束提出问题判断和反馈进一步决策选择学习内容接受教学信息反 应接受反馈强化学习新课和其它内容计算机 学生补习 上面描述的是一个典型的CAI

36、过程，当然各种具体的CAI系统将具有各自的特色，采用不同的教学方法，在不同流派学习理论的指导下，其过程也不尽相同。90年代兴起建构主义的学习理论，认为学习者的知识应该是他们与环境的交互作用中自行建构的，而不是灌输的。行为主义学习理论注重于外部刺激的设计，认知主义学习理论着眼于知识结构的建立，建构主义学习理论特别关心的是学习环境的设计。指导CAI的理论的多样性表明，CAI学科日趋成熟。新理论的出现并不意味着旧理论的失效，恰恰相反，它们在很大程度上是互相补充的，我们应该全面了解、合理地综合和利用各种学习理论的精华。不论哪种流派都认为，计算机在贯彻实施其学习理论所指导的教学过程中是一种良好的教学媒体

37、。目前各种各样的CAI系统在不同程度上反应了这些流派的教学原理。计算机辅助教学（CAI）与传统的课堂教学相比具有特点，一是个别化，二是交互性，三是合作性学习活动。当今计算机的大容量可以存储非常巨大的信息量，可包括一门课程或与某个领域有关的全部知识，学习者既可浏览所有知识，也可按需要获取其中感兴趣的一部分。学生可以自己控制学习内容和学习进度， CAI系统通常都允许学生选择学习内容，根据需要有时也可设置同步措施，仅当学生学习了前一部分知识后才可进入下一步的学习。学生学习进程可不受时空的限制，按学生学习的实际情况决定最佳的学习速度。CAI系统通过提问、分析、判断、转移等交互活动，分析学生的能力和学习

38、状况，调节学习过程，因人施教和及时反馈的教学原则。因为教学进度由学生控制，学习过程中有不断地提问-反馈或操作-反应等交互活动，学生在CAI的教学活动中处于一种积极、主动的精神状态，从而可以取得较好的教学效果。计算机可记录学生的学习进程和学习情况，并可对学生个体和群体的学习进行分析，为教师和教学管理人员的教学决策提供支持条件。计算机网络技术的迅猛发展，使CAI的合作学习获得了支持，学习者可突破地域和时间上的限制，进行同伴互教、小组讨论、小组练习和小组课题等合作性学习活动，把学习者潜在的能力充分发挥出来，更好地解决了个别化教学和群体教学的关系。同时网络通信又提供了远程教育的条件，没有围墙的空中大学

39、校已成为现实。但是计算机本身不会自发带来上述的优点，只能说它是一种“潜在的”优势。一个好的CAI系统需要人们在CAI课件上下很大的功夫。许多好的CAI课件都是在教学经验丰富的教师、心理学家和计算机程序员等共同协作下完成的，不然就会使计算机成为废料进废料出的机器。二、计算机辅助教学的模式与结构针对不同的教学内容和教学对象，在计算机辅助教学中可采用以下一些常用的方式，合理地运用这些方式，可有效地发挥计算机辅助教学的作用，提高教学质量。1.交互学习型这是一种以个别化交互学习为目标的课件类型，它应具有完整的教学内容和教学策略及相应的逻辑结构。这种课件常采用选择型的程序结构，将教学内容分成若干个独立的模

40、块，它的运行流程由学生控制，也可由计算机通过诊断性提问后再自动决定流程。它应具有友好的交互界面，让学生可进行充分的人机交互，处于个别化的教学环境中进行主动的学习。 交互学习型课件常用于辅助教授新知识，将其应用于适合采用计算机辅助教学的教学内容时，常可取得很好的教学效果。在开发这种类型的课件时应充分正确地估计学生在学习过程中可能会出现的问题和困难，并应在课件中设计随时解决这些问题和困难的方案，同时尽可能详尽地提供联机帮助信息。要注意合理地安排课件中各模块的教学内容，充分利用计算机的技术特点。2.练习复习型练习复习型课件是利用计算机给学生提供练习的机会（刺激），在学生作出回答（反应）后，由计算机判

41、断其正误。答错了给予提供进一步的教学措施或再次练习的机会；答对了则给予鼓励（增强），然后进一步练习。练习复习型课件常用于复习某种规律性的知识，也可用于检测学生的学习情况或作为学生的学习效果自我评价，进而调节学习进度和内容，巩固新学的知识。这种类型课件的教学效果取决于人机交互作用的程度。练习的类型、数量和难易程度应按教学策略决定由学生控制的程度。实现练习复习型课件需建立一个相当规模的习题库，并可依实际教学内容采取随机取题、按类取题、排队取题和按难度取题等取题方法。 3.资料咨询型资料咨询型课件是通过交互界面，以人机对话的形式让学生选取他要学习的内容或查询有关的资料。这种类型的课件适用于对数据库的

42、查询，如情报资料、文献等的检索等。它有助于启发学生的思维，培养学生独立钻研的能力；同时也有利于教学资源的共享。这种课件的开发常采用数据库、网络或人工智能技术，后者难度较大，对计算机硬件要求较高。这类课件提供给学生的信息很大，应着重信息的分类、检索方法和信息获取及输出等技术细节。4.模拟仿真型模拟仿真型课件是用计算机来表达不易观察、不易再观或有危险的现象。如人体的各系统的机理、各种超微结构的变化等。摸拟仿真型课件常分为操作模拟、状态模拟和信息模拟三类。这类课件开发时对内容模拟的真实性是提高其质量的关键。这类课件在表达医学教育内容时，最常用的是计算机动画、数字音频和数字视频等多媒体技术。其中动画、

43、视频的播放在拟真时应做到实时播放，并要求声画同步等。同时依据教学策略，还应进一步提供交互性播放。5.课堂演示型课堂演示型课件是将课件表达的教学内容在课堂讲课时作演示，并与教师的讲授或其他教学媒体相配合。这种类型课件一般与学生间无直接交互作用。这种类型的课件要求有大屏幕显示器或高亮度投影仪等硬件设备，开发时是以教师的教学流程为设计原则，应充分表现教师的教学思想，也要考虑课堂演示时的环境因素对演示效果的影响，选择可突出主题的屏幕显示属性。同时也要求使用课堂演示型课件的教师对课件内容有深入的了解。在实际的计算机辅助教学中，往往一个课件兼有上述中的一种或多种类型特征，这样可有利于拓展课件的用途和综合教

44、学效果。也要注意将单一类型课件用于不同的教学目的的情况下会产生削弱课件教学效果的情况。总之，应按具体的教学内容和使用对象及环境，来选择设计开发课件的类型。 6个别指导个别指导（Tutorial）是经典的CAI模式之一，此模式企图在一定程度上通过计算机来实现教师的指导性教学行为，对学生实施个别化教学，其基本教学过程为：计算机呈示与提问 学生应答 计算机判别应答并提供反馈。应当指出，实际上存在两种不同性质的个别指导方法，一是程序式个别指导，二是对话式个别指导或称“苏格拉底法”（Socratic method）。一般情况下大多指前者。后者需借助人工智能技术来实现，因此又称为智能导师系统。在多媒体方式

45、下，个别指导型CAI的教学内容呈示可变得图文并茂、声色俱全，并可使交互形式更为生动活泼。7学习监测此模式本质上属于CMI（计算机管理教学）范畴，用于检验与调控学生的个别化学习进程，包括提供事前测试、分配学习任务、提供事后测试，以及进行测试分析和提供分析报告。8教学游戏教学游戏与计算机模拟有密切关系，多数教学游戏本质上也是一种模拟程序，只不过在其中刻意加入趣味性、竞争性、参与性的因素，做到“寓教于乐”。在教学游戏中利用多媒体技术，不但可使模拟的现象变得更加逼真，而且可创造在现实世界中难觅的“虚拟现实”情景。9智能导师智能导师系统（Intelligent Tutoring System，简称ITS

46、）企图利用人工智能技术来模拟“家教”的行为，允许学生与计算机进行双向问答式对话。一个理想的智能导师系统不仅要具有学科领域知识，而且要知道它所教学生的学习风格，还能理解学生用自然语言表达的提问。然而，世界上迄今所建立的此类系统能达到实用水平的屈指可数。10问题解决问题解决（Problem-Solving）是一个十分广泛的概念。但由于历史的原因，问题解决作为一种CAI模式，是指利用计算机作为解题计算工具，让学生利用计算机的信息处理功能解决学科领域相关的问题。通常有两种不同的做法：一是让学生利用某种计算机语言来编制解决问题的程序，如Pascal、BASIC等，LOGO语言也可当作适合于儿童的问题求解

47、语言；二是向学生提供问题求解软件包，如力学计算程序、化合分析程序、社会科学统计软件包（SPSS）、通用数学计算程序Mathematica、工程数学计算程序MatLab等。就CAI范畴而言，后一做法现已成为主流，因为它可使学生将精力集中于问题求解的方法而非编程细节。11微型世界微型世界（Microworld）是利用计算机构造一种可供学习者自由探索的学习环境，大多数微型世界是借助计算机化建模技术构造的。微型世界的基本特点是学生对模拟的环境可操纵、可建构。例如，有一个名叫“电子工作台”（Electronic Workbench； EWB）的软件系统允许学习者利用它提供的元件构造各种模拟电路和数字电路

48、，并能动态测试电路的性能；还有一个名叫“交互性物理”（Interactive Physics； IP）的软件系统允许学习者构造属于经典力学系统的大部分实验。还有一种供儿童学习的LOGO语言，也被认为是一种微世界，因为它提供的“图龟”世界允许学习者进行操纵并观察其反应。随着网络和通讯技术的发展，网络支持的微型世界也应运而生。例如：由美国科学探索网络开发的学习化学酸碱度知识的“PH酸碱度”（在上有新加坡科学馆的汉化版）就是一个很好的网上微世界的例子。它为学习者学习酸碱度知识提供了一个良好的网络学习环境。在这个微型世界中，学习分为七个步骤，即7E模式。所谓7E是指趣味（Excite）、探索（Expl

49、ore）、解释（Explain）、扩充（Expand）、延伸（Extend）、交流（Exchange）以及测验（Examine），这七个步骤的英文名词都是以E开头。这些学习步骤可以顺序进行，也可以各自独立。12虚拟实验室所谓虚拟实验室，实际上是利用虚拟现实技术仿真或虚构某些情境，供学生观察与操纵其中的对象，使他们获得体验或有所发现。有一个名叫“虚拟青蛙”的解剖实验室，学生可以做非常逼真的青蛙解剖实验，他可以剥去青蛙的皮肤和肌肉，于是骨骼清晰可见，他还可以进一步解剖其眼睛和大脑。13情景化学习情景化学习（situated Learning）是当前盛行的建构主义学习的主要研究内容之一。建构主义认为

50、，学习总是与一定的社会文化背景即“情境”（context）相联系的，而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、不能激发联想，难以提取长时记忆中的有关内容，因而将使学习者对知识的意义建构发生困难。情景学习就是利用多媒体计算机技术创设接近实际的情境进行学习，可以利用生动、直观的形象有效地激发联想，唤醒长期记忆中的有关知识、经验和表象，从而使学习者能利用自己原有认知结构中的有关知识与经验去同化当前学习到的新知识，赋予新知识以某种意义。情景学习模式的主要方法有认知学徒、抛锚式学习等。认知学徒模式是从传统的师徒传技授艺模式中得到启发，认为可采取类似的方法，非常有助于培养学生的认知

51、技能即解决问题能力，并提炼出几种基本的教学技法：示范法（Modeling）：教师演示典型问题的解法，学生认真观察。教练法（Coaching）：学生尝试解决问题，教师观察和发现问题，并随时给予指正。支架法（Scaffolding）：教师与学生一起解决问题，教师起着“支架”作用（提供帮助）。视学生能力进展，教师应逐渐减少帮助，直至完全撤去“支架”，放手让学生自行解决问题。其中教师的作用可由智能代理实现，也可在网络上由教师通过适当的教学通讯工具来提供示范、教练和帮助。所谓抛锚式学习（Anchored Learning），其实质是将教学“锚接”于（即安排在）有意义的问题求解环境中，这些有意义的问题求解

52、环境被称作是“大环境”（macrocontext），因为它包括复杂的环境要素，要求学生系统地解决一系列相关的问题。每个环境能够支持学生进行持续的探索，学生能够在几个星期甚至几个月时间内从多种角度对其中的问题进行持续的求解，而且各个“锚点”（及其伴随的教学事件）都能够提供多课程的延伸。14案例研习案例研习（Case Studies）系统为学生提供一种丰富的信息环境，系统中包含从实际案例中抽取的资料，让学生以调查员的角色去调查案情（犯罪案件、医疗事故、道德伦理问题等），通过资料收集、分析和决策，得出问题的结论。15基于资源的学习基于资源的学习（Resources-Based Learning）由来

53、已久，不是信息化教育特有的。正如我们在第四章所介绍，学习资源的概念非常广泛，基于资源的学习就是要求学生利用各类资源进行自学。但在信息化教育的范围内，基于资源的学习从量与质两方面来说都不可同日而语。现代信息技术，特别是多媒体与计算机网络技术的应用，为学习者提供了极为丰富的电子化学习资源，包括数字化图书馆、电子阅览室、网上报刊和数据库、多媒体电子书等。Internet上蕴藏着无穷无尽的信息海洋。学习者只要掌握了一定的网络通讯操作技能，就可以通过各种网上检索机制，方便快捷地获取自己所需要的知识进行高效的学习。除了信息资源外，人力资源也是极有价值的学习资源。这儿所谓的人力资源，就是指可能有助于学生学习

54、和使学生感兴趣的人。通过计算机网络，学习者可以不受时间与空间限制，接触到世界各地的人才，他们在不施加任何压力的情况下给学习者以帮助，向学习者介绍自己所拥有的知识、经验、特定的技能和能力。16计算机支持合作学习计算机支持合作学习（Computer-Supported Cooperative Learning 或Computer-Supported Collaborative Learning； CSCL）是与传统的个别化CAI截然不同的概念。个别化CAI注重于人机交互活动对学习的影响，CSCL强调利用计算机支持学生同伴之间的交互活动。在计算机网络通讯工具的支持下，学生们可突破地域和时间上的限制，

55、进行同伴互教、小组讨论、小组练习、小组课题等合作性学习活动。17虚拟学伴、虚拟学社、虚拟教室虚拟学伴系统（Virtual Learning Companion System；简称VLCS）是利用人工智能技术，让计算机来模拟教师和同级学生的行为。关于人工智能在CAI中作用，存在着一个认识不断发展的过程。八十年代初提出智能导师系统的概念，即企图用计算机模拟教师的行为；八十年代中期提出让计算机扮演学习者的角色，而不是当教师；八十年代末期更进一步提出了让计算机同时模拟教师和学生（多个或至少一个）的行为，从而形成一个虚拟的社会学习系统。虚拟学社是指利用网上群体虚拟现实工具MUD/MOO支持实时或异时的学

56、习交流。公告牌（BBS）、新闻组（Newsgroup ）、聊天室（Chat）、电邮列表（ListSev）是一些比较经典的虚拟学社支持工具。MUD/MOO是90年代中期才开始在Internet上流行起来的多用户异步通讯系统，MUD代表虚拟的多用户空间 （Multi User Dimension）。MOO（Multi user dimension Object-Oriented）是由MUD发展而来的，是一种面向对象的MUD，它通过对由各种MOO对象构成的核心数据库的共享来向用户提供虚拟社会环境。每一个用户通过自己的客户机程序进入MOO。MOO提供实时的在线通讯，它引入房屋空间隐喻的概念，一个“房间

57、”有一个议论主题，使得在实际地理位置上处于分离状态的用户能够在一个共同概念空间中进行交互和协作。MUD/MOO本来是为支持网上虚拟社会中的交际活动而设计的，但近年来，MUD/MOO越来越多地被应用于教育和研究工作中，它给网上合作学习提供了新颖而有效的手段。虚拟教室（Virtual Classroom，简称VC）是指在计算机网络上利用多媒体通讯技术构造的学习环境，允许身处异地的教师和学生互相听得着看得见，不但可以利用实时通讯功能实现传统物理教室中所能进行的大多数教学活动，还能利用异步通讯功能实现前所未有的教学活动，如异步辅导、异步讨论等。18协同实验室网上协同实验室（Collaboratory或

58、简称Collab）是对真实实验环境和虚拟实验平台的集成，它实现了基于网络的问题求解过程。在协同实验室中，学生可以同学习伙伴一起设计实验，并通过模拟软件观看到实验结果。直到他们认为方案成熟，就可以转移到真实的实验环境中完成实验，以验证真实的情形。学生的所有行为都会被系统记录，以供进一步研究找出最佳学习路径或分析实验中的交互行为。网上协同实验室中的学生组成一个个学习小组，所有学习小组构成一个学习型社会。在实验过程中，只有组长能够控制实验器材，获取实验数据。其他成员只是向组长提供想法和观察实验结果。当然，组内的每一名成员都进行了明确的分工，他们各司其职。教师在整个实验过程中监控每一个成员的表现和实验结果。19计算机支持讲授计算机支持讲授（Computer-Supported Lecturing）包括计算机多媒体在课堂教学中的多种应用，例如：电子讲稿制作与演示；用网络化多媒体教室支持课堂演示、示范性练习、师生对话、小组讨论