计算机辅助教学讲义

计算机辅助教学

（讲义）

内蒙古师范大学传媒学院

目录

第一部分理论部分

第一章绪论4

1.1计算机辅助教学的发展过程4

1.2计算机辅助教学的基本构成及应用环境8

1.3基本理论一一戴尔经验之塔9

第二章CAI的理论基础12

2.1行为主义理论12

2.2认知主义理论16

第三章计算机辅助教学的主要教学模式22

3.1计算机的教育应用及多媒体课件22

3.2计算机辅助教学模式24

第四章课件教学设计基础31

4.1课件教学设计的指导思想31

4.2课件教学设计的一般过程33

第五章课件的评价36

5.1课件评价概述36

5.2课件参考评价标准38

第二部分实践部分

第一章Flash的基本知识47

1.1Flash8使用界面47

1.2Flash制作过程59

1.3基本绘图案例61

第二章动画和图层在课件制作中的应用73

2.1关键帧及补间动画应用73

2.2文字变换及淡入淡出动画应用76

2.3逐帧动画的应用80

2.4图层及其应用83

2.5动画和图层综合应用案例90

第3章元件应用与课件导出105

3.1元件的类型105

3.2绘制元件106

3.3导入元件116

3.4按钮元件制作117

3.5构建交互课件120

3.6导出课件125

第四章课件中加入文字、公式、图像、图表、声音、视频126

4.1在课件中加入文字126

4.2在课件中导入图像128

4.3在课件中加入图表及艺术字132

4.4在课件中加入声音134

4.5在课件中导入视频137

第五章实现课件中的交互142

5.1场景142

5.2使用行为实现交互143

5.3使用脚本命令实现交互150

第一部分理论部分

第一章绪论

本章要求：

•掌握计算机辅助教学的基本概念

•了解计算机辅助教学的发展过程

•了解计算机辅助教学的发展方向

•理解计算机辅助教学的基本构成和应用环境

•理解戴尔经验之塔的理论

1.1计算机辅助教学的发展过程

计算机辅助教学在我国的教师教育中应该说已经有十多看的历史了。其实，

它在世界范围内已有了六十几年的发展历史，了解计算机辅助教学的发展历史，

会帮助你更好地认识它、理解它、运用它，帮助你解决教育教学中的许多问题，

有效地提高教育教学的质量对实施素质教育和进行新课程改革有着非常重要的

意义。

计算机辅助教学(ComputerAidedInstruction,简称CAI)是在计算机辅

助下进行的各种教学活动，以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进

行教学训练的方法与技术。CAI为学生提供一个良好的个人化学习环境。综合应

用多媒体、超文本、人工智能和知识库等计算机技术，克服了传统教学方式上单

一、片面的缺点。它的使用能有效地缩短学习时间、提高教学质量和教学效率，

实现最优化的教学目标。

1.1.1计算机的发展

了解CAI的发展我们必须要了解计算机的发展历史因为在人类几千年的文

化发展史上，没有哪一项大的革新如此依赖于科学技术的发展，对于CAI来说，

每一次计算机的划时代的发展都会带动CAI的发展，因此，CAI的发展在很大意

义上来讲是依赖于计算机的发展，所以要了解CAI的发展就必须了解计算机的发

展。下面我们就沿着这一线索来认识CAI的发展历史。

计算机的研制是从第二次世界大战后期开始的，当时的美国因为军事的需要

而开始研制计算机，在1946年冯诺依谩计算机诞生了，开创了人类信息处理的

先河，从此人类开始了计算机信息处理的历程，一次次地把人类带入了全新的信

息化时代！

1946年到1957年被认为是第一代计算机发展的时期，当时计算机的特点可

以归纳为：电子管计算机，体积大、耗电多、运算速度较低。1958年到1964年，

是第二代计算机的时代，其特点是：晶体管计算机、结构朝通用型发展。1965

年到1972年，是第三代计算机发展时期，特点为：固体组件计算机，中、小规

模集成电路，有操作系统，出现终端和网络，性能有很大提高。70年代后，进

入第四代计算机时代，最有意义的特点是：出现了微机，使用大规模集成电路，

体积变小，数量增多，价格下降。微机出现以来的20多年里，计算机发展更是

日新月异，特别是90年代后，计算机进入多媒体和网络化时代，半个世纪计算

机的发展，在硬件方面有以下几个重要特点：一是体积由大变小，第一台计算机

占地面积167平方米，现在一台笔记本电脑只有约40*30*3立方立方厘米大小，

3千克左右的重量，可随身携带。二是数量增多，1950年，全世界只有25台计

算机，现在仅我国已有83.57万台计算机（1995年数据）。三是性能不断提高，

功能不断增加，能让我们直接感受的就是计算机的型号变化。90年代初，人们

还刚刚熟悉苹果机，仅四五年的时间，586已成为主流机，多媒体已成为时鬣词

语，计算机的运算速度大幅度提高，存储容量也增大得很快。多媒体计算机和网

络的发展也使计算机的功能大增强。四是价格不断下降，1992年，1万多元人民

币只能买一台名牌286机，1996年，同样的价格，可以买到性能好得多的P2多

媒体机，如果买组装机，价格还会降低。由于计算机发展的上述特点，其用途已

由主要应用于科学研究转向到社会生活的方方面面，自然也包括进入教育教学领

域。

与计算机发展的历史相对应学校中使用计算机的宏观发展大致有以下几个

特点：一是从大学研究使用开始，逐渐进入中小学。例如：大型计算机教学系统

PLATO（程序教学系统）是由美国伊里诺斯大学在60年代初期研制的，用于高等

教育课程。到60年代中期以后，才有越来越多的计算机进入中小学。我国的情

况也大致如此。二是计算机在学校中的应用往往从学校管理中的应用开始，然后

逐步进入课堂教学领域。学校首先利用计算机管理学生成绩统计、教职工工资计

算等日常事物，这在大学和中小学情形是一样。从技术的角度看，计算机管理教

育教学比计算机辅助教学要容易得多，效果也更明显，易于为人们接受。三是计

算机公司介入辅助教学领域。由于计算机技术的特点，CAI从一开始就是政府、

学校和公司的联合行为。60年代初，也就是在美国大学研制计算机教学系统的

同时，美国著名的IBM公司也在研制计算机辅助教学软件。

从我国的情况看，不少计算机公司也直接介入教育教学领域。例如：北京科

利华公司，利用一批老教师丰富的教学经验，先是开发中学各科题库，现在又建

立了学校教育网，以更大的力度渗透到了中小学教育中。总部位于武汉的汉声公

司，借鉴国外多媒体编著系统的经验，研制了适合我国学校的多媒体编著工具软

件。联想集团利用自己在品牌电脑经销上的优势，组织科研人员开发了联想传奇

资源库等。当然，当人类进入到二十一世纪时,教育教学的形式也发生了质的飞跃,

除了传统的班级教学（小学、中学、大学、各种辅导班等）外，还出现了以网络

为教学资源的网上学校，更是以CAI为教育教学的模式，拓宽了教育教学的渠

道，以跨越时空的优势给教育教学以强有力的冲击，各种网络学校如雨后春笋般

地建立发展起来，也取得了令人瞩目的成就，如去年其总裁被选为CCTV年度人

物候选人的“北京新东方网络学院”，早年成立的安徽新华电脑学校等，虽然参

加学习者大多为成年人，但是给传统教育教学带来的冲击是可想而知的。

1.1.2计算机辅助教学的发展

纵观CAI的发展历史与CAI功能与模式开发，我们可以把CAI的发展历史归结为

这样四个阶段：

(1)60年代

随着行为主义学习理论提倡的教学机器和程序教学的兴起而兴起。60年代

国外教学改革中又兴起了个别化教学的运动,要求学校里的教学能满足每个学生

的不同需要。程序教学和CAI在一定程度上满足了这种要求，因此很快得到流传

和发展。当时程序教学的主要原理也是CAI遵循的主要原理：(1)小步子；(2)自定

步调；⑶积极反应；(4)即时反馈；(5)低错误率。如大型计算机教学系统PLATO(程

序教学系统)，由于行为主义的学习原理是从实验室里动物学习实验中概括出来，

它不能全面反映人类学习的特点，因而在60年代后期它受到多方面的批评。加之

CAI所需硬件和软件价格昂贵，程序较刻板，缺乏质量上乘的教学软件,CAI也由

此受到批评而落入低潮。

(2)70年代

计算机技术的长足发展又为CAI的进一步发展准备了条件。计算机价格大

幅度下降，使一些大学和中学、小学有条件购买，用以作计算机管理教学，以及进

行程序设计语言的教学。特别是到70年代后期,微型机(microcomputer)的发明，

其价格之低廉,功能之增强,使一般学校甚至家庭都能买得起计算机,从而为CAI

的发展准备了物质条件。

(3)80年代

认知理论取代行为主义理论对计算机教育的指导作用。在80年代初，受行

为主义理论影响人们主张学校里用计算机应以被辅助者(TUTEE)模式。到80年代

中期,认知心理学对CAI产生重大影响，在教学软件开发中贯穿着帮助学习建构

其认知结构。教学软件中所传递的知识是经过严密组织和合乎逻辑地安排的；同

时又要把该知识结构与学习者原有的认知结构匹配,便于学习者在原有认知结构

的基础上通过计算机的辅助,经过同化或顺应,建构新的认知结构。

(4)90年代

CAI在两个方向上有了新的发展。一是以计算机为中心的多媒体技术的发展,

把先进的声像技术结合到CAI,为CAI的多种类型、多种功能的发展提供了技术

的可能。教学内容表达的方式，除了文本、图示、声音、图像以外,还可有动画、

电影录像等配合,更增加所学内容的生动性和真实性。另一方面,从教学改革讲，

如果说80年代认知心理学在学习理论上取代了行为主义占优势地位，但在教育

实践领域主要影响的还是行为主义的话,那末90年代，它已完成了在教育实践领

域占优势地位的转化。目前全世界计算机教育研究主要集中在多媒体技术所提供

的学习环境下如何培养学生的能力、学习过程的特点,学习策略的改变等。以计

算机为中心的多媒体技术也为个别化教学提供了更多选择的可能性。总之,认知

学习理论的发展和教学改革的进展为CAI的新发展注入了活力，反之，由于技术

进步,特别是多媒体技术的发展又为高级认知技能的训练和研究提供了物质条件,

从而促进了认知学习理论的发展。

1.1.3计算机辅助教学发展趋势

(1)向网络化方向发展

网络化是计算机辅助教学的重要发展趋势。“无机不联”正是当今计算机

使用情况的真实写照。因为计算机联网，才大大提高了计算机信息的共享和利用

率，在教育领域，网络也已大显身手，并继续大有作为。网络不但拥有从幼儿教

育到当前科学最前沿的所有知识资源，还提供了在校学生和教师通过网络在计算

机屏幕上进行公共讨论的场所，学生、教师和其他研究人员在教学科研中可通过

网络获取、交流更多的信息获得更完善的服务。四通八达、覆盖全球的网络和瞬

间千里的传输速度缩短了教育之间的距离，中国学生通过网络可以获得麻省理工

学院教师的指导。同时，网络也将在促进边远地区教育发展中扮演重要角色，中

小学的各种计算机网络也广泛建立起来了，每所中学都有其校内的局域网或和其

他学校相联的网络。通过网络，不同地区、不同学校学生和教师可以进行教学交

流或者跨地区、跨学校教学。

(2)向标准化方向发展

计算机辅助教学是一项复杂的系统工程，在设计开发过程中，必须制订和

遵守统一标准，保证系统的可扩展性。建立国家标准计算机辅助教学的数据编码

标准或规范，制订教学应用软件开发和建设规范，规范教学应用软件系统的开发

建设，保证应用的有机集成。

(3)向虚拟化方向发展

虚拟化是计算机辅助教学发展的另一主要趋向。随着计算机的运行速度的

快速提高，大容量、高速度的数据存储工具的发明以及各种人机界面技术和虚拟

现实技术的发展，计算机处理大批量的声音、图像信息将变得随心所欲。在计算

机辅助教学中，虚拟现实技术将得到广泛应用，学生不仅仅听到或看到各种信

息，而且可以进入到学习内容中去；地理课将身临其境地感受世界风土人情；历

史课将走入的时间道重温历史事件实验课将真实再现遗传变杲原子裂变……

总之，教学中的感性知识和理性知识隔裂，直接经验与间接经验脱节的情况随着

虚拟技术在计算机辅助教学中的推广运用一去不复返。

(4)向合作化方向发展

计算机网络为合作学习提供了广阔空间和多种可能，教室与教室、实验室

与实验室、学校与学校、国家与国家最终将形成一个巨大的计算机网络，将把各

国的学校和师生联结一起，计算机网络环境下的合作学习充分开发和利用了教学

中的人力资源，它把教学建立在了更加广阔的交流背景之上，教师与学生可以足

不出户进行教学、交流和讨论，学生可以自主、自助进行各种学习活动，根据自

身情况安排学习内容，通过交流、商议、集体参与等实现合作学习，提高了学生

学习的参与度，并在合作中提高学习兴趣和学习效率，通过贡献智慧、分享成果，

进而学会合作。

1.2计算机辅助教学的基本构成及应用环境

1.2.1计算机辅助教学基本构成

计算机辅助教学一般可分为计算机硬件、系统软件和课程软件三部分。

(1)系统硬件(略)

(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CAI课件的开发，提高CAI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。

设计者只要明确教学元素之间的连接关系、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CAI的推广。这类型

的软件主要包括PowerPoint、Authorware等多种软件，简便实用。

课程软件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。课件的开发要依靠教师，如果教师在硬件和技术上有困难，可以与专门进行

程序开发的人员合作，共同完成CAI课件的编制工作。

随着计算机软件技术的发展，应用型开发工具越来越多，FLASH的出现为课

件开发提供了新的技术支持，在课件设计的理论指导下，利用FLASH优秀的平面

设计能力与网络传播能力，可以制作出较好的课件，以利于提高教学效果。

1.2.2计算机辅助教学的应用环境

进行计算机辅助教学，重要的是要构建与之相适应的教学环境。其中包括:

计算机辅助教学制作环境和计算机辅助教学实施环境。

(1)计算机辅助教学的制作环境

①硬件

计算机辅助教学系统中所有的设备装置称为硬件(hardware)o硬件是CAI

系统的基础，在CAI活动中它们呈现具体的教学内容、接受学生的反应，并执行

各种具体的教学信息的处理、分析，进行决策判断和控制等等。除了常规的硬件

如主机、内存、硬盘、显示器、网卡之外，还有音频信息处理硬件、视频信息处

理硬件及光盘驱动器等部分。

②软件

在计算机辅助教学系统中，计算机的软件大致可分为以下三类：

•操作系统软件：如Window2000、Windowsxp等。

•素材制作软件：如绘图软件、图像处理软件、声音编辑软件、视频编辑

软件以及动画制作软件等，用来完成图像扫描输入与处理、声音录制与

编辑、视频采集与压缩编码、动画制作与生成等。

•多媒体创作软件：是处理和统一管理文本、图形、声音、静态图像、视

频图像和动画等多种媒体信息的创作工具，用来编制与生成各种多媒体

课件。

(2)多媒体计算机辅助教学的实施环境

①多媒体教室系统

多媒体教室的功能主要是利用教室内配备的多媒体计算机和大屏幕投影等

设备向学生呈现多媒体课件，辅助教师进行课堂教学。如果接入校园网，还可以

登录到各种教学网站和各种教学资源库，点播所需要的多媒体课件或者下载所需

的多媒体课件并在本地进行呈现。

多媒体教室的硬件设备主要包括一台由主讲教师控制的多媒体计算机和相

应的投影设备，以及教师所利用的各种教学资源。

②交互式多媒体教室系统

交互式多媒体教室不仅能实现对多媒体课件的点播功能，而且教师和学生

之间可以通过多媒体教室内各自的多媒体计算机进行交流。在交互式多媒体教室

中，教师通过自己控制多媒体计算机播放所需的多媒体教学课件，每台学生用机

能同时显示教师用主控机上所播放的教学内容，主讲教师还可以通过主控计算机

的控制平台监视每一台学生用机的具体情况。更重要的是每个学生可以通过学生

机根据自己实际的学习情况与教师进行必要的交流。

交互式多媒体教室的设备主要包括教师主控的多媒体计算机、学生用的多

媒体计算机、多媒体教学控制设备等。

1.3基本理论一一戴尔经验之塔

计算机辅助教学是在计算机技术发展的基础之上发展起来的，计算机作为

一种综合媒体出现在了教育中，而多媒体的应用及网络媒体的应用也是遵循“经

验之塔”的理论指导的。

1.3.1戴尔的经验之塔的理论

美国视听教育家戴尔1946年写了一本书《视听教学法》，其中提出了“经

验之塔”的理论，对经验是怎样得来的，认为经验有的是直接方式、有的是间接

方式的来的。各种经验，大致可根据他的抽象程度，分为三大类(抽象、观察和

做的经验)、十个层次。如图1.1所示。

1.1经验之塔

（1）做的层次，包括：

•直接的有目的的经验（指直接地与真实事物本身接触取得的经验，是通

过对真实事物的看、听、尝、摸和嗅，即通过直接感知获得的具体经验）

•设计的经验（指通过模型、标本等学习间接材料获得的经验。模型、标

本等是通过人工设计、仿造的事物，都与真实事物的大小和复杂程度有

所不同，但在教学上应用比真实事物易于领会）

•演戏的经验（指把一些事情编成戏剧，让学生在戏中扮演一个角色，使

他们在尽可能接近真实的情景中去获得经验。参加演戏与看戏不同，演

戏可以使人们参与重复的经验，而看戏是获得观察的经验）

（2）观察的经验，包括：

•观摩示范（看别人怎么做，通过这种方式可以知道一件事是怎么做的。

以后，他可以自己动手去做）

•野外旅行（可以看到真实事物的各种景象）

•参观展览（展览是供人们看的，使人们通过观察获得经验）

•电视和电影（银屏上的事物是真实事物的替代，通过看电视或看电影，

可以获得一种替代的经验）

•静态画面、广播和录音（它们可以分别提供听觉的与视觉的经验，与电

影、电视提供的视听经验相比，抽象层次更高一些）

（3）抽象的经验

•视觉符号（主要指图表、地图等。它们已看不到事物的实在形态，是一

种抽象的代表，如地图上的曲线代表河流，线条代表铁路等）

•言语符号（包括口头语言与书面语言的符号。言语符号是一种抽象化了

的代表事物或观念的符号）

在“经验之塔”中，我们看到，学习者开始是在实际经验中作为一名参与

者，然后是作为一名真实事件的观察者，接着是作为一名间接事物的观察者（提

供一些媒体来呈现这些事件），观察到的是真实事物的替代者，最后，学习者观

察到的是一个事件的抽象符号。戴尔认为，学生积累了一些具体经验，并能够理

解真实事物的抽象表现形式，在这个基础上，才能有效地参加更加抽象的教学活

动。

L3.2“经验之塔”理论的基本观点

（1）宝塔最底层的经验最具体，越往上升则越抽象。但不是说秋去任何经

验都必须胫骨从底层到顶层的阶梯，也不是说下一层的经验闭上一层的经验更有

用。化分阶层是为了说明各个经验的具体或抽象的程度。

（2）教育教学应从具体经验下手，逐步升到抽象。有效的学习之路应该充

满具体经验。教育教学最大的失败，在于使学生记住许多普通法则和概念时，没

有具体经验作它们的支柱。

（3）教育教学不能止于具体经验，而要向抽象和普遍发展，要形成概念。

概念可供推理之用，是最经济的思维工具，他把人们探求真理的智力简单化、经

济化。

（4）在学校中，应用各种教学媒体，可以使学习更为具体，从而导致更好

的抽象。

（5）位于宝塔中层的视听媒体，较语言、视觉符号更能为学生提供具体和

易于理解的经验，并能冲破时空的限制，弥补其他直接经验方式之不足。

当今，随着网络媒体的利用与推广，参照“经验之塔”为我们提供的理论指

导。可以帮助我们找到网络媒体在教学中的位置，即它所使用的教学层次，我们

可以很方便的把新的教学手段加入到“塔”的适当位置上。但要注意的是，网络

对教学中的影响应该与课程相结合才能很好的利用这一新型媒体。

第二章CAI的理论基础

本章要求：

•了解行为主义、认知主义学习理论的基本观点。

•能够区分两种不同学习理论的特点和适用范围。

•理解在不同学习理论指导下计算机辅助教学的基本原则和规律。

学习理论是对学习规律和学习条件的系统阐述，是心理学的一门分支学科,

它主要研究人类与动物的行为特征和认知心理过程。由于学习过程的复杂性，到

目前为止还没有一种学习理论能与所有的学习情况相吻合，人们从不同的角度对

其进行研究，产生了各种不同的学习理论流派，这些不同的理论各有特点并相互

补充，适用于各种不同的情形，为我们提供了探讨学习中基本问题的不同视角，

使之有可能较为全面地理解学习的性质、条件和规律，从而为教学实践的开展提

供科学的基础。

教学理论以学习理论为基础，依据人的学习过程来研究如何教的问题。学

习理论为教学的一般原理提供了最切实的起点，如何才能有效地控制教学情境中

的关键因素，其可靠的答案大多来自学习理论的研究。虽然一种合适的学习理论

并不是改进教学的充分条件，但是一种有效的教学理论必须建立在有关的学习理

论的基础上。

本模块对行为主义学习理论和认知主义学习理论进行阐述，并就两种学习

理论对计算机辅助教学的影响作初步论述，旨在使读者对这些理论的作用有一个

初步的了解。对于教学理论由于在教育学相关课程中已有详细的阐述，这里基本

不再涉及。

2.1行为主义理论

行为主义认为.学习是刺激与反应的联结，有机体接受外界的刺激，然后

做出与此相关的反应，这种刺激与反应之间的联结(S—R)就是所谓的学习。早期

的行为主义忽视内部心理活动的作用，认为心理活动是无法进行研究的，因此被

称为“暗箱”。

2.1.1行为主义理论的基本观点

(1)学习是刺激一反应的联结

巴甫洛夫(PavlovI.P.)在1890年首先发现条件反射机理，从而开辟了

高级神经活动的研究领域。对于他的经典实验人们都很熟悉，当狗嘴里放入食

物后将产生唾液分泌：食物是无条件刺激，唾液分泌是无条件反射。用任意刺激

如铃声与食物的呈现相结合，经多次重复后铃声在没有食物情况下也能引起唾液

分泌。这时铃声已经成为条件刺激，对铃声的反应则称为条件反射。

条件反射概念揭示了学习现象最基本的生理机制，对学习理论的发展产生

了深远的影响。

华生(JohnB.Watson)在巴甫洛夫条件反射的基础上，提出人的学习是塑

造行为的过程，这种学习可以通过上述替代的“刺激一反应(S—R)”的联结来

实现，并提出：“知道了反应就可以推测刺激，知道了刺激就可以预测反应”。

从而形成了刺激一反应学习理论。

(2)学习是尝试错误的过程

桑代克(EdwardL.Thorndike)是美国著名的心理学家，受达尔文进化论

的影响，他认为人类是由动物进化来的，动物和人一样进行学习，只是复杂程度

不同而已。因此，他通过动物实验来研究学习，提出了联结主义的刺激一反应学

习理论。他所设计的最为成功的实验之一就是“猫开门”的实验，如图2.1所示。

把饿得发慌的猫关进被称为迷笼的笼子，笼外放着食物，笼门用活动的门闩关着。

被放进笼里的猫在笼子里躁动不安地乱碰乱抓过程中，偶然碰到那个活动的门

闩，门被打开了，猫吃到了食物。如此反复，猫从笼中出来吃到食物的时间会越

来越短。实验表明，所有猫的操作水平都是相对缓慢地、逐渐地和连续不断地改

进的。由此，桑代克得出了一个非常重要的结论：猫的学习是经过多次的试误，

是由刺激情境与正确反应之间形成的联结所构成的。

图2.1桑代克迷笼

(3)学习成功的关键依靠强化

斯金纳(B.F.Skinneo)用"操作性反应(operant)”来解释笼子里动物的

行为，以区别巴甫洛夫和华生等人的观点。他认为，巴甫洛夫等人的实验对象的

行为是由刺激所引起的反应，称为''应答性反应(respondents)”；而他的实验

对象的行为是有机体自主发出(emitted)的，称为“操作性反应(operant)”。前

者往往是种不随意的行为，后者则大多是随意的或有目的的行为。在大多数情况

下，被动引出的反应在重要性程度上比主动发出的反应要逊色得多。因为，在应

答性行为中，有机体是被动地对环境做出反应；而在操作性行为中，有机体是主

动地作用于环境。经典条件作用只能用来解释基于应答性行为的学习，斯金纳把

这类学习称为“S(刺激)类条件作用”。另一种学习模式，即操作性(或工具

性)条件作用的模式，则可用来解释基于操作性行为的学习，他称为“R(强化)

类条件作用”。

斯金纳认为，人类从事的绝大多数有意义的行为都是操作性的。例如，步

行上学、读书写字、回答问题等，都是操作性行为的例子。当然，也许有人会说,

事实上存在着许多引发这些反应的刺激。对此，斯金纳坚持认为，即便存在引出

这些反应的刺激，它们在学习中也并不占主要地位。

操作性条件作用模式认为，不管有没有刺激存在，如果一种反应之后伴随

一种强化，那么在类似环境里发生这种反应的概率就增加。而且，强化与实施强

化的环境一起，都是一种刺激，我们可以以此来控制反应。这样，任何作为强化

的结果而习得的行为，都可以被看作是操作条件作用的例子。人们由此把斯金纳

的理论称为强化理论。在斯金纳看来,重要的刺激是跟随反应之后的刺激（强化）,

而不是反应之前的刺激，因此反应之后要给予及时强化。

斯金纳用条件作用的原理来解释学习，是基于这样一种观点：人们通常都

是以一种增加愉快、减少痛苦的方式来行事的。但是，“愉快”和“痛苦”都是

一种主观性的东西。斯金纳认为，强化是指“使反应发生概率增加或维持某种反

应水平的任何刺激”。也就是说，凡是提高反应概率的任何事件都可以起强化作

用。这样，强化并不一定是一种令人愉快的刺激。而月.，在一种情境中起强化作

用的刺激，在另一种情境中并不一定起强化作用。同样，对某一个人起强化作用

的刺激，对另一个人并不一定起强化作用。

2.1.2行为主义理论对CAI的影响

由于行为主义主要通过可观察的行为来描述普遍的行为规律，因而行为主

义理论理解起来相对较为简单。其正强化和负强化技巧在实践中往往十分有效，

不管是对动物，还是治疗人类行为失调（如孤独症和反社会行为）。在教学过程

中，教师（或课件）常常运用行为主义原理来奖励或惩罚学生的行为。

行为主义学派曾经在心理学领域长期占据统治地位，并在教育方面有过极

大影响。行为主义理论虽然也受到各方面的指责，但行为主义方法所包含的许多

合理部分如强化规律等，在教学中特别是语言教学中仍然在发挥着重要作用。在

教育技术领域，斯金纳仍然是最受推崇的学习理论先驱之一。

（1）程序教学对计算机辅助教学的影响

斯金纳认为，只有通过机械装置才能提供必要的大量的强化系列。这就是

斯金纳设计教学机器、提倡程序教学的主要出发点。程序教学是一种个别化的自

动教学的方式，由于经常用机器来进行，也称为机器教学。斯金纳正是由于对程

序教学理论所做出的杰出贡献而被称之为“程序教学之父”。

斯金纳提出的程序教学原则是：

①积极反应原则

程序教学不主张完全由教师授课的方式进行教学，而是以问题的形式，通

过教学机器或教材给学生呈现知识，使学生对一个个问题做出积极的反应。即要

求学生通过程序教材和教学机器，能自己动脑，自己动手去学习。这一观点为信

息技术环境下设计开发自主学习课件提供了理论支持。

②小步子原则

将教学内容按内在的联系分成若干小的步子编成程序。材料一步一步地呈

现，步子由易到难排列，每步之间的难度通常是很小的。学生每次只走一步，做

对了才可走下一步，每完成一步就给予一次强化，这就使强化的次数提高到最大

限度，从而能促使学生主动、积极地学习。

③及时强化原则

斯金纳的操作性条件反射的规律认为，一个操作发生后，紧接着呈现一个

强化刺激，那么这个操作力量就会得到增强。遵循这一规律，在课件中做到及时

强化，也就成为程序教学中的一个原则。这一原则要求在每个学生做出反应后，

必须使学生立即知道其反应是否正确。告知学生结果，也就是给予学生反应的及

时强化，这也是CAI中最常用的强化方式。

④自定步调原则

以学生为中心，不强求统一进度，鼓励每一个学生以他自己最适宜的速度

进行学习。这样，学生可按各自不同的思维方式、速率来处理问题而不受其他人

的影响。同时，通过一次次的强化，能够激发学生的学习兴趣，使他们能够稳步

前进。当然这一原则是以个别化教学方式为基本前提的。

⑤低错误率原则

要求在教学过程中尽量避免学生出现错误的反应，错误的反应会得到令人

反感的刺激，过多的错误会影响学生的情绪和学习的速度。少错误或无错误的

学习可以增强学生学习的积极性，提高学习效率。

斯金纳的教学原则引领和推动了20世纪50〜60年代风行美国乃至其他许

多国家的程序教学运动，不仅促进了学习理论的科学化，加速了心理学和教育

学的有机结合，而且也推动了教学手段的科学化和现代化。同时，也重新激起了

人们对个别化教学研究的兴趣，使个别化教学在中断多年后又重新活跃起来。

为了实现程序教学的思想，人们设计了各种各样的教学机器。但是到了20

世纪60年代末，由于技术水平一时跟不上，且由于教学内容的复杂而难以实施,

程序教学落入低潮。到了20世纪70年代，随着高性能计算机的普及应用，程序

教学方法开始广泛应用于计算机辅助教学（CAI）o计算机能够对大量信息进行存

储、加工、输入和呈现，并能在程序的控制下自动工作，是实现程序教学思想和

功能的最合适的程序教学机。因此，在美国这个计算机技术先进的国家首先出现

计算机辅助教学这一新的教学技术是历史的必然。

CAI的产生与应用，不仅仅是教学手段和方法上的变化，更重要的是教学观

念上的革命。计算机辅助教学系统通过课件的优化设计来实现个别化学习，从而

提高教学效率和质量。因此，计算机辅助教学的初期实际上是程序教学的延续，

同时程序教学也为计算机辅助教学的发展打下了良好的基础。现在计算机辅助教

学的内容和方法虽然有了很大的扩展，但基于程序教学的个别指导模式仍然是计

算机辅助教学的重要模式之一。

(2)程序教学对教学设计的影响

教育技术以视听教学为开端，系统思想和程序教学的融入促使了教育技术

的更新和发晨。教学过程的系统化设计一一教学设计是教育技术的重要组成部

分，虽然系统化设计教学过程的思想很早就有，但真正推动系统化设计，并且取

得良好效果的是程序教学思想。程序教学以其精确组织的个别化、自定步骤的学

习，确立了许多有益的指导原则。它建立的一系列学习原则和开发程序教材的系

统方法，直接影响了教学设计理论与实践的发展。

2.2认知主义理论

认知主义学习理论认为，学习在于内部认知的变化，这是一个远比”刺激

一反应”联结要复杂得多的过程。他们注重解释学习行为的中间过程，即目的、

意义等，认为这些过程才是控制学习的可变因素。

认知主义学习理论的主要特点是：重视人在学习活动中的主体价值，充分

肯定学生的自觉能动性；强调认知、意义理解、独立思考等意识活动在学习中的

重要地位和作用；重视人在学习活动中的准备状态，即一个人学习的效果，不仅

取决于外部刺激和个体的主观努力，还取决于一个人已有的知识水平、认知结构、

非认知因素。

2.2.1苛勒的顿悟说

苛勒(W.Kohler)以黑猩猩为对象进行了历时7年的18个实验，在此基础

上于1917年撰写《猩猩的智慧》一文提出了顿悟说。

(1)学习是组织一种完形，而不是刺激与反应的简单联结

苛勒认为.学习并非是简单的刺激一反应联结，也不是侥幸的试误，而是

通过对学习情境中事物关系的理解构成一种完形而实现的，是通过有目的的主动

的了解和顿悟而组织起来的一种完形。

例如，在黑猩猩连接几根短棒从高处打下香蕉的实验中，黑猩猩在未解决

这个难题之前，对面前情境的知觉是模糊和混乱的。当它看出几根短棒接起来与

高处的香蕉的关系时，它便产生了顿悟，从而解决了这个问题。猩猩的行为往往

是针对目的，而不仅针对短棒，这就意味着猩猩领悟了目的物与短棒的关系，在

视野中构成了目的物与短棒的完形，才发生连接短棒获取香蕉的动作。因此，学

习在于发生一种完形的组织，并非各部分间的联结。

(2)学习是顿悟，而不是通过尝试错误来实现的

猩猩在学会了连接几根短棒以取得高处香蕉以后，在类似情境中(例如，

利用一根竹竿探取笼外手臂所不能及的香蕉，将多个箱子叠起来借以摘取悬在笼

顶的香蕉等)将会运用已经“领悟”了的经验。苛勒把这种突然的学会叫顿悟，

学习就是由于对情境整体关系作了仔细了解后豁然开朗，是经过“突变”学会的,

学习是知觉的重新组织和构造完形的过程。这种知觉经验变化的过程不是渐进的

尝试与发现错误的过程，而是一种领悟，是由不能到能的突然转变。而经过顿悟

学会的内容，由于学生在学习情境的观察中加深了理解，既能保持，又能灵活运

用，这是一种对问题的真正解决，与试误中的偶然的解决是不一样的。

总之，顿悟说重视的是刺激和反应之间的组织作用，认为这种组织表现为

知觉经验中旧的组织结构的豁然改组或新结构的顿悟。

2.2.2布鲁纳的认知发现说

布鲁纳(J.S.Bruner)认为学习是一个认知过程，是学生主动地形成认知

结构的过程，此即布鲁纳的认知发现说，其基本观点主要包括以下三个方面。

(1)学习是主动地形成认知结构的过程

认知结构是指一种反映事物之间稳定联系或关系的内部认识系统，或者说

是某一学生的观念的全部内容与组织。

人的认识活动按照一定的顺序形成，发展成对事物结构的认识后，就形成

了认知结构，这个认知结构就是类目及其编码系统。

布鲁纳认为，人是主动参加获得知识的过程的，是主动对进入感官的信息

进行选择、转换、存储和应用的。换言之，人是积极主动地选择知识的，是记住

知识和改造知识的学生，而不是被动的知识接受者。布鲁纳认为，学习是在原有

认知结构的基础上产生的，不管采取的形式如何，个人的学习都是通过把新得到

的信息和原有的认知结构联系起来，去积极地建构新的认知结构。

布鲁纳认为，学习包括三种几乎同时发生的过程：新知识的获得，知识的

转化，知识的评价。上述过程实际上就是学生主动地建构新认知结构的过程。

(2)强调对学科的基本结构的学习

布鲁纳认为，无论教师教什么学科，务必要使学生理解学科的基本结构，

即概括化了的基本原理或思想，也就是要求学生以有意义地联系起来的方式去理

解事物的结构。布鲁纳之所以重视学科的基本结构的学习，是受其本人的认知观

和知识观影响的。他认为，所有的知识都具有一种层次的结构。人脑的认知结构

与教材的基本结构相结合会产生强大的学习效益。如果把一门学科的基本原理弄

通了，有关这门学科的特殊课题也就不难理解了。

在教学当中，教师的任务就是为学生提供最好的编码系统，以保证这些学

习材料具有最大的概括性。布鲁纳认为，教师不可能给学生讲遍每个事物，要使

教学真正达到目的，教师就必须使学生能在某种程度上获得一套概括了的基本思

想或原理。这些基本思想或原理，对于学生而言就构成了一种最佳的知识结构。

知识的概括水平越高，知识就越容易被理解和迁移。

(3)通过主动发现形成认知结构

布鲁纳认为，教学一方面要考虑人的已有知识结构、教材的结构，另一方

面要重视人的主动性和学习的内在动机。学习的最好动机是对所学材料的兴趣，

而不是奖励竞争之类的外在刺激。因此，他提倡发现法学习，以便使学生更有兴

趣、更有自信地主动学习。

布鲁纳认为发现学习的作用有以下几点：提高智慧的潜力；使外来动因变

成内在动机；学会发现；有助于对所学材料保持记忆。发现法的特点是关心学习

过程胜于关心学习结果。具体知识、原理、规律等让学生自己去探索、去发现，

这样学生便能积极主动地参加到学习过程中去，通过独立思考，改组教材。“学

习中的发现确实影响着学生，使之成为一个‘构造主义者'。”学习是认知结构

的组织与重新组织。他既强调已有知识经验的作用，也强调学习材料本身的内在

逻辑结构。

综上所述，布鲁纳的认知发现说是值得重视的一种学习理论。认知发现说

强调学习的主动性，强调已有认知结构、学习内容的结构、学生独立思考等的重

要作用，它对培养具有创新能力的现代化人才有着积极的意义。

需要指出的是，布鲁纳的认知发现说与完形说理论是有区别的，最大的区

别在于：完形说是建立在对动物学习进行研究的基础上的，所涉及的是知觉水平

上的认知，布鲁纳的认知发现说则建立在对人类学习进行研究的基础上，所涉及

的是抽象思维水平上的认知。

2.2.3加涅的信息加工学习论

(1)信息加工模式

20世纪50年代后，计算机科学技术的兴起与发展，为心理学家分析和

推断心理过程提供了一个重要的工具，信息加工应运而生。该理论认为，学习实

质上是由获得信息和使用信息构成的，而人的行为是由有机体内部的信息流程决

定的。因而，他们关注两个问题：人类记忆系统的性质；记忆系统中知识表征和

储存的方式。

加涅(R.M.Cagne)根据信息加工理论提出了学习过程的基本模式，认

为学习过程就是一个信息加工的过程，即学生对来自环境刺激的信息进行内在的

认知加工的过程，并具体描述了典型的信息加工模式如图2.2所示。

图2.2信息加工模式

这一模式表明，来自外界环境的刺激通过学生的感受器，以映像的形式输

入到感觉记录器，形成瞬时记忆，借助注意将这些信息以语义的形式储存在短时

记忆中，短时记忆区是信息加工区，在这里经过复述、精细加工、组织编码等，

再进入长时记忆。长时记忆的信息要转变为人能清晰意识到的信息，这就需要将

它们提取进入短时记忆。因此短时记忆是信息加工的主要场所，因此也称为工作

记忆。它将来自感觉记录器和长时记忆中提取出来的信息进行处理加工，加工的

结果，一方面送至长时记忆，另一方面送至反应发生器。反应发生器将信息转化

成行动，也就是激起效应器的活动，作用于环境。在这个模式中，执行控制和期

望系统是两个重要的结构，它们可以激发或改变信息流的加工。前者是已有的经

验对当前学习过程的影响，起调节作用；后者是动机系统对学习的影响，起定向

作用，它们可以对整个信息加工过程起调节和监督的功能。

(2)信息加工的基本原理

①信息流是认知行为的基础

信息加工理论的实质，是要探讨有机体内部的信息流。根据这种观点，信

息加工论者把人看作是一架非常复杂的机器，并试图发现这个“暗箱”内部所发

生的情况。因此，他们常常把人类认知系统表述为代表信息加工和储存的一系列

方框(或称箱子)，是它们在来回传送信息。每一个方框都代表一种人头脑中发

生的信息转换。

认知心理学家试图用其他学科(如计算机科学)使用的方法来勾勒有机体

内部的信息流程。由于目前还不可能直接进入有机体内部的信息加工流程，所以

只能推测各种可供选择的信息流程，然后确定哪种假设的流程更符合所观察到的

行为。信息加工论者通常把重点放在检验各类模式上，而不是放在某种模式的具

体细节上，这可能会有助于了解哪一种模式更有利于解释某一种学习过程。

②人类加工信息的容量是有限的

从香农(C.Shannon)等人设计的电话通信系统的模式研究中发现，一根电

缆在某一时刻只能从事有限的通信，也就是说，它传递信息的容量是有限的。信

息加工论者由此认为人的信息加工的容量也是有限的。这种观点对注意与记忆领

域的研究影响极大。例如，人们在某一时刻只能把注意力集中在某些刺激上，因

而必然会摒弃其他刺激。而短时记忆与长时记忆之间的区分，主要是基于容量的

差异。一般认为，长时记忆储存信息的容量是无限的，而大量实验表明，短时记

忆一次只能记住7±2个组块。所谓组块，就是在记忆中把许多小单位组合成较

大单位的信息加工过程。例如，让学生记忆“1491625364964”这样一个数目是

很困难的，但如果告诉学生这是由1至8的平方数构成的，记忆就会很方便。

③记忆取决于信息编码

记忆信息加工有点类似档案分类系统，即首先要对外来信息的轻重缓急加

以分类整理，而且所使用的分类方法和程序必须始终一致。

编码是一个涉及觉察信息、从信息中抽取--种或多种分类特征，并对此形

成相应的记忆痕迹的过程。信息编码的方式对以后提取信息的能力有很大影响。

如果知觉有误，或特征分类不清，或形成的记忆痕迹与客观事物相差很远，那么

在提取信息时就会非常困难。

对信息编码的方式往往取决于学习任务的性质。如果学生知道某门学科的

要求，他们会以最能满足这一要求的方式来编码。例如，教师如果告诉学生这门

课的考试形式是选择题，学生就会以便于再认的方式来编码，而不是以有助于问

题解决的方式来编码。

编码还涉及组块问题。心理学家们认为，尽管记忆同时出现的一系列信息

的能力是有限的，但如果把一些信息组织成块，就可以大大提高记忆能力，而月

组块中所包括的信息量可以是很不同的。另外，如果把信息组织成有意义的组块,

不仅可以增加信息摄取量，而且还有助于保持记忆。

大量研究表明，编码过程常常涉及信息的积极转换或改变。编码不仅仅是

一种消极的过程，不只是消极地把环境事件机械地记录在某种记忆痕迹上。

④回忆部分取决于提取线索

用适当的编码进行信息储存，这仅仅是问题的一半，如果没有适当的提取

信息的线索作为补充，一个人是难以回想起某一事件的。例如，可能常常有这样

的体验：试图想回忆某件事情，但开始时就是想不起来，就把它搁在一边；后来

再试，似乎当时也没有什么新信息，但成功地回想起来了。很显然，这方面信息

是储存在记忆申的，最初回忆失败是由于提取的失败，因为在第二次回忆时成功

了。研究这类简单事件(例如，回忆一系列图片或单词)的心理学家已观察到同

样的现象。当给被试对象就同样信息进行重复测验时，常常可以看到，被试对象

当时不能马上回想起来的信息最终被回忆起来了。

2.2.4认知主义理论对CAI的影响

认知主义学习理论关注学习的内部心理过程，成为各种教学理论的基础，

对教育技术中的教学设计产生了巨大的影响。教学设计中的学习任务分析、学习

者分析、教学策略制定都离不开认知理论对学习规律的描述。认知主义学习理论

也促进了CAI向智能教学系统的转化，通过对人类的思维过程和特征的研究，可

以建立起人类认知思维活动的模型，使得计算机能够在一定程度上完成人类教学

专家的工作。

加涅的信息加工理论在以下几方面对CAI设计是有启迪的：

(1)刺激选择不是一种随机的过程，因此，不能仅仅考虑到刺激的特征，

而且还要关注学生已有的信息或认知图式(scheme)0因此在CAI中的媒体设计

时要充分考虑引导学生的注意力。

(2)人类记忆加工信息的容量是有限的，如果一味要求学生在短时间内掌

握大量的信息，不给他们留有加工或思考的时间，结果必然会产生信息过载。因

此，在CAI信息设计的时候必须注意短时记忆的容量，在教学设计上留有相应的

信息加工时间。

(3)“组块”理论的应用，为了尽可能使学生在短时间内学习较多的知识,

必须把知识组织成有意义的块状，减少机械学习。因此在CAI设计时必须提供线

索，即把相关的知识联系起来。

(4)信息编码不仅有助于学生的理解，而且也有助于信息的储存和提取。

教师在帮助学生使用各种策略来编码方面是可以大有作为的。因此在CAI中可以

利用媒体，用形象的方法进行表征编码或语义编码,便于学生信息的储存和提取。

根据认知学习理论，不少专家们提出了关于CAI设计的原则，这里将它们

归并如下：

①用直观的形式向学习者显示学科内容结构，应该让学习者了解教学内容

中所涉及的各类知识元之间的相互关系。

②学习材料的呈示应与学习者认知发展水平相适应，应当按照由简到繁的

原则采组织教学内容。这里所说的由简到繁是指由简化的整体到复杂的整体。

③学习以求理解才能有助于知识的持久和迁移。

④向学生提供认知反馈可以确认他们的知识正确和纠正他们的学习错误。

虽然行为主义理论也强调反馈的重要性，但认知主义理论一般将反馈看作为一种

假设检验。

⑤学习者自定目标是学习的重要促进因素。

⑥学习材料既要以归纳序列提供，又要以演绎序列提供。

⑦学习材料应体现辩证冲突，适当的认知冲突有助于引发学习者的高水平

思维。

第三章计算机辅助教学的主要教学模式

本章要求：

•了解计算机辅助教学的基本概念、教学模式及其特点。

•理解虚拟现实、人工智能等新技术应用于教育的特点与优势。

3.1计算机的教育应用及多媒体课件

计算机辅助教学是一种新的教育技术，被认为是人类教育史上继文字出现、

学校创立、活字印刷之后的第四次革命。它代表着一种新的教学思想与教学方式,

反映了一所学校教学手段现代化的程度。本模块介绍计算机辅助教学的主要应用

模式及新技术的教育应用等。

3.1.1计算机的教育应用

计算机辅助教育(computerbasededucation,简称CBE)是计算机技术在

教育领域中应用的统称，它涉及教学、科研和管理等教育领域的方方面面。

随着以计算机为代表的现代信息技术的迅速发展，计算机技术在教育领域

的应用内容十分广泛，并引起了世界各国的充分重视。早在20世纪80年代中期，

国际信息处理协会(IFIP)组织对53项计算机应用课题发展前途的评选中，计算

机在教育领域的应用就名列第六位。

对于计算机在教育中的应用方式，可以从不同角度进行分类：

(1)从应用功能的角度看计算机的教育应用

从计算机应用的功能来看，计算机在教育领域中的应用方式包括以下两个

方面：

①计算机辅助教学：计算机辅助教学(ComputerAssistedInstruction,

简称CAI)指的是用计算机帮助或代替教师执行部分或全部教学任务，传递教学

信息，对学生传授知识和训练技能，直接为学生服务。

②计算机管理教学：计算机管理教学(ComputerManagedInstruction,

简称CMI)是计算机在教育领域的另一项重要功能。目前，人们对CMI的理解有

两种：从狭义上看，认为CMI就是利用计算机指导整个教学过程的教学管理系统,

它的功能包括管理教学计划和教学资源，以及帮助教师构造测验和评分等；从广

义上看，则认为CMI就是计算机在学校管理中的各项应用，包括教学管理、学校

行政管理、学校其他资源管理等等。

(2)从认知工具的角度看计算机的教育应用

Jonassen(1996)曾从认知工具角度出发，认为计算机在教育教学中有三个

层次的应用，它们分别是(3L)：

①学习计算机(Learnaboutcomputer)：把计算机作为学习对象，其内容

包括计算机的基础知识、基本技能及其对社会的影响等三部分。

②从计算机学习(Learnfromcompute)：教师把计算机作为••种辅助的教

学工具来辅助教学、辅助测试、管理教学与辅助备课等工作。

③用计算机学习(Learnwithcomputer)：学生可以把计算机作为学习工具，

主要包括用计算机来完成获取和保存信息、处理和交流处理等任务。

与上述三个层次相关的课程分别是：计算机文化(Computerliteracy).

计算机辅助教学(CAI)、信息技术与课程整合(Technologyimplementation)0

事实上，计算机在教育中应用方式的上述分类只是相对的。人们对于计算

机在教育中的应用方式还有许多其他的说法，这里不一一列举。

目前'，计算机辅助教育的内