计算机辅助教育 第二章

第一章计算机辅助教学

一、计算机辅助教学的基本原理

二、计算机辅助教学的系统构成

三、计算机辅助教育的教学模式

四、计算机辅助教育的教学策略◎传统的教学系统◎计算机辅助教学的基本原理◎不同流派的学习指导理论◎CAI的三大特点关键：及时反馈计算机辅助教学的基本原理 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。计算机学生图2CAI的基本过程学习新课或原内容关键：课件的设计，教学方法的体现不同流派的学习理论以美国心理学家斯金纳为代表的行为派学习理论。以瑞士心理学家皮亚杰为代表的认知派学习理论。建构主义学习理论。

以美国心理学家斯金纳为代表的行为派学习理论,认为学习的起因在于对外部刺激的反应，不关心刺激引起的内部心理过程，认为与此无关。人类学习过程被解释为被动接受外界刺激过程，教师向学生灌输知识，学生的任务是接受和消化知识。

以瑞士心理学家皮亚杰为代表的认知派学习理论,认为人的知识不是由外部刺激直接给予的，而是由外部刺激和认知主体内部心理过程相互作用的结果。学习过程被解释为每个人根据自己的态度、需要和兴趣爱好，并利用过去的知识与经验，对当前的外界刺激作出主动的有选择的信息加工过程。

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。（强化） 认知主义学习理论着眼于知识结构的建立。（兴趣的培养） 建构主义学习理论特别关心学习环境的设计。（与环境的交互）

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应用价值。

CAI与传统的课堂教学相比的特点是： 交互性 个别化 合作学习◎CAI系统构成的三部分◎教学软件与课件◎课件的三种类型◎CAI系统的软件构成CAI系统的构成

由硬件、系统软件和课件三部分组成。

硬件是CAI系统的物质基础，包括主机和外部设备。 主机包括CPU和内存，CPU主要进行信息处理和数据计算，内存是计算机工作时存放数据的地方。 外部设备包括外存、输入设备和输出设备。网卡、通信网络设备。图3硬件系统结构（1）图4硬件系统结构（2）硬件能力

通常我们说硬件能力是指数据处理能力、存储能力和人机会话能力。

数据处理能力，包括计算机CPU的字长、处理速度和指令系统。字长反映计算的精度和速度（尤其在复杂运算时），字长由8位发展到32位。普通微机处理速度达每秒百万条指令，指令系统是计算机处理信息的组织方式。

存储能力，内存越大计算机处理信息的能力越强，速度越快。外存储器用于存放各种教学材料、教学过程中所采集的信息及处理情况等大量的信息，当需要使用时即可把信息从外存储器调入内存。

人机会话能力，CAI的一个重要特点是交互性即通过人机会话完成教学和教学管理。硬件的人机会话能力大小，体现在硬件提供的输入设备和输出设备，使交互方式多样性，传播信息更为丰富。

系统软件，包括操作系统、程序设计语言、数据库管理系统以及开发计算机辅助教学系统所需的各种实用的工具软件等等。

操作系统的作用是监控和管理计算机系统的各硬件部分使其协同操作，调节各程序正确运行、管理用户文件的软件系统等。例如MS—DOS系统、WINDOWS系统等都属于操作系统。

程序设计语言指通用的程序设计语言如Basic、Pascal和C语言等，90年代开始流行面向对象的可视化程序设计语言如VisualBasic、VisualC++、Delphi等。还有专门用于开发CAI软件的著作语言和著作系统。

计算机辅助教学是以教学软件运行的方式进行的，教学软件在概念上泛指各种能为教学目的服务的应用软件，按照与课程内容的相关性对教学软件进行分类，可分为内容特定的教学软件、内容相关的教学软件以及内容无关的教学软件。

内容特定的教学软件是针对具体的课程设计的，称为课件。内容相关的教学软件是指课程论题以外的内容，称为学习资源。内容无关的教学软件是指支持学习活动的软件，称为学习工具。

课件，是计算计辅助教学系统中重要的应用软件。是指为了进行教学活动，采用计算机语言、写作系统或其他工具所产生的计算机软件及有关文档。

课件按结构组织来分，可分为固定型、生成型和智能型三种结构类型。◎计算机辅助教学的教学模式◎20世纪以来计算机辅助教学的发展过程◎CAI课件的七种基本模式（特点以及基本结果）◎五种网络教学模式（特点以及步骤）

计算计辅助教学中的教学模式是学习理论、计算机技术、网络技术和教学实践的有机结合，是为完成现代教学与学习任务而采用的相对稳定的，用以设计、组织、实施、评估、优化教学与学习的策略方法和结构的简化形式。时间20世纪50－70年代20世纪70－90年代20世纪90年代至今学习理论行为主义学习理论认知主义学习理论建构主义、人本主义、社会化学习理论核心技术问－答式教学程序编制技术分支式课件编制技术，智能CAI技术网络技术、多媒体技术、人工智能技术教学类型程序化教学单机课件化教学网络化教学适用范围知识呈现和简单技能训练个别学习与课堂演示远程自主式学习与基于资源的学习、协作学习、问题型学习、专题型学习等，适应范围广主要优点程序编制简单，学习中不会迷航模拟部分课堂教学，可编制多分支系列课件，适应性教学课件学习资源全球一体化，能进行在线多向讨论与发现学习，能自主建构有效的学习环境，便于因材施教主要缺点教学结构呆板，学习效率低课件可修改性差，难以适应教学变化学习中易于迷航，信息传输受带宽限制CAI课件的七种基本模式 根据教学活动的特点通常分为：操练与练习，指导，模拟，游戏，咨询，问题求解和发现学习。*操练与练习型模式(DrillandPractice)*指导型模式(Tutorial)*咨询型模式(Inquiring)*模拟型模式(Simulation)*游戏型模式(Gaming)*问题求解型模式(ProblemSolving)*微型世界(Microworld)CAI课件的七种基本模式教学目标不是向学生传授新知识，而是让学生通过做大量的习题以达到巩固所学的知识和形成熟练技能的目的。提问是核心，问题的内容、形式、出现的顺序等都会影响课件的教学效果。提问与回答过程反复进行，直至到达学习目标。操练与练习型

操练是一种联想性的学习活动，目的在于促进快速记忆和反应，如单词拼写、见词生义、乘法九九表和珠算口诀等操作。练习则属于一种掌握理论和方法的思维性的学习活动，其目的在于培养和训练学生解决问题的技能和速度，显示运用已学到的知识来解决问题的全过程。图6操练和练习的基本结构以学生个人为中心，模拟教师对学生个别化教学的情景，适合传授新概念、新公式、新规律等新知识为教学目标的教学活动。教学内容系列显示，根据不同学生的特点采取相应的教学策略进行自适应。指导型图8指导型课件的结构

学生提出问题和要求，计算机回答并讲解有关的教学内容。控制权掌握在学生手中。适合学生随意发现和探索知识，作为一种扩大学生知识面的补充学习模式。咨询型图9咨询型课件的常见结构对教学内容建立相应的模型进行模拟。课件主要成分是“场景”的变化，这种变化不能简单说对错。学生的学习不仅是记忆，而且还包括分析、综合、运用与评价，全面培养了学生的能力。模拟型图10模拟型课件的基本结构寓教学于游戏之中。游戏组织强调教学性，有明确的教学目标和具体的教学内容，并包含教学策略。要有竞争目标与游戏规则。游戏型图11操练和练习方式的游戏型课件的常见结构图12模拟方式的游戏型课件的常见结构提供问题解答的环境，通常有计算问题求解软件包和模型问题求解软件包。由计算机完成复杂或繁琐的计算任务，学生把主要精力放在提高分析问题和解决问题的能力上。问题求解型创设一种让学生“摆弄”的极好的学习环境。发现学习

微型世界是在60年代后期，美国教育心理学家佩珀特提出一种新的计算机教育应用观点。他认为儿童是自己认知结构的构造者，儿童的认识不应靠教师灌输而成，而是在与生活和现实环境的接触过程中，经历从具体认识到抽象认识，形成知识结构的发展中得到的。 虚拟现实是采用计算机技术生成一个逼真的，具有视、听、触、味及嗅等多种感知的虚拟环境，虚拟现实技术是仿真技术的高级发展和突破，其基本特征是“沉浸”（immension)和“交互”（interaction)。学生（受训者）可以从这种虚拟空间的内部向外观察，而不是只能作为一个旁观者由外部向内观察。而且，学生可以沉浸其中，这里的所谓“沉浸”指的是虚拟场景可以随着人的视点作全方位的运动。

总结：各种模式之间是相互交叉相互联系的。一个优秀的CAI课件，往往是课件开发者综合利用各种模式的长处，组成一个理想的课件结构。如：把咨询模式和指导模式相结合，形成一种称作对话型模式的课件，即在指导型模式的CAI课件中，允许学生提问和查询。回顾：

如果要进行新知识的学习，会选择哪种类型的CAI课件模式？为什么？ 如果是培养学生的综合能力，又会选择哪些模式？为什么？ 如果是作《微机原理》课程的CAI课件，你又会进行怎样的设计？网络教学模式研究

网络教学模式是计算机辅助教学模式发展的新阶段，这些模式不是非常成熟，它们将随着网络教学的发展而被不断地加以改进、完善。探究型教学模式的研究

Web-BasedQueryLearning,WBQ，是指让学生根据学习任务和学习需要，自定学习步调，自主选择学习媒体内容和学习方式，独立地进行探索性学习的活动。 学习者的整个探究学习活动是自我驱动，自我引导的，具有明确的认知需要和学习方向，是一种内在的学习行为。特点：

学习者的学习过程是自我识别，自我选择，自我培养，自我控制的活动过程。教师的主要职责是设计教学过程，组织学习资源，解答学习者学习中的疑难问题，帮助、指导学习者进行自主学习。步骤：

问题分析阶段(提出解决问题的设想，形成一个行动方案)信息收集阶段(利用网络展开行动,搜集有关信息资料)综合阶段(对信息进行鉴别，加工整理，提出实际方案，解决问题)抽象提炼阶段(归纳，总结，抽象概括，建立同类问题的解决方法)反思阶段(反思问题的求解过程，思考在问题过程中运用的方法和遇到的困难)原则：

自主能动原则。知识建构原则。灵活性原则。社会性建构原则。案例：

“如何在沙漠中生存”问题型教学模式的研究

是以问题驱动学生学习的一种方式，学生学习知识是从问题开始，以问题为导向，整个学习过程是在不断探索研究中发现问题，解决问题。特点：

以问题为中心设计真实性任务。以多种学习途径相结合鼓励自主探究。强调支持与引导激发学习者高水平的思维。强调社会性交流与合作的作用，鼓励对学习内容和学习过程的反思。步骤：

理解问题，鉴别、确定问题的组成部分。探索学习，深入研究。（创设互动氛围）解决问题，自主反思。（要有创意性）案例：弗吉尼亚公共教育网PEN

“问题解决角”协作型教学模式的研究

是指在计算机多种通信技术的支持下，由处于不同地理位置的多个学习者，在交互与合作中共同完成某项学习任务与学习活动。 强调学习者之间的沟通与交流，有利于培养人际交往能力、协作能力，增强团体意识。 不仅涉及技术因素，也涉及社会、心理、组织、学习效果等方面的问题。特点：

自发性。（由内在的兴趣、需要而自发的）合作性。高效性。（团体目标的实现促进个人目标的达成）交互性。原则：

活动原则。交往原则。个性原则。步骤：学习者学习者学习者协作学习小组协作学习小组协作学习网络环境资源沟通亲和，构建协作主题协商切磋，谋和协作方案探索讨论，展开合作行动认同感染，取得合作成果反思评价，总结协作学习效果组内协作组内协作组间协作案例：美国西北大学CoVisProject教授型教学模式的研究

指在网络技术的支持下，以教师讲授为主的教学方式。 按教学时间特性，主要有实时讲授和非实时讲授两种。 是一种适用于大面积提高教学质量的教学模式，是当前我国远程教学中常用的一种教学模式。模拟黑板麦克风摄像机电子白板（教学资源服务器）教师所在区远程学习区1远程学习区2远程学习区N组成及结构模型：特点：

实时性、双向交互性、多媒体性、大范围实施教学、支持协作。案例型教学模式的研究

指借助网络向学习者提供案例研究的学习环境，该学习环境中包含从实际案例中选取的资料，让学习者以调查员的角色去调查案情，通过对资料的收集、分析、决策，做出对问题的解决，得出可行的结论。 是一种具有启发性，实践性，能开发学生智力，提高学生决策能力和综合素质的新型教学方法。 十分重视学生的主体活动，强调学生理论联系实际，培养学生实际解决问题的能力。特点：

高度的拟真性。（案例要有典型性、代表性、非偶发性）灵活的启发性。（把握问题的深度与层次，启发学生深入思考）鲜明的针对性。（促使学生分析问题、解决问题能力的升华与质变）原则：

能力原则。（了解一定的知识，知道如何行动）实践原则。（从实践中来，在实践中练，到实践中干）参与原则。（学习者的参与程度是成败的标志）步骤：

明确问题。案例分析。案例讨论研究，确定自己的方案。得出决策，评价方案。总结：将教学模式从认识论和价值观两个维度进行考察。认识论：客观主义——建构主义价值观：个体主义——集体主义个人学习集体学习教为中心学为中心客观主义建构主义个体主义群体主义探究学习微世界问题求解虚拟实验室教学测试操练与练习个别指导模拟与游戏智能导师系统课堂信息处理计算机支持合作学习虚拟教室认知工具虚拟学伴案例学习情景化学习虚拟学社协同实验室基于资源的学习电子讲演课堂作业情景演示小组讨论个别授导类合作学习类情景模拟类调查研究类课堂授导类远程授导类学习工具类集体系统类◎计算机辅助教学的教学策略◎宏观、微观上的分类◎教学活动组织者的教学策略（类型、目的、特点）◎学习者的学习策略（类型、原则）◎教学策略与学习策略的交互关系

教学策略是在教育学、心理学理论下拟定的，是一些能使教学活动的参与者们在规定的时间达到教学效果的原则和方式方法。

微观上，分为主动性策略、社会性策略、协作性策略、情景性策略。 宏观上，分为教学活动组织者的教学策略和学习者的学习策略。群体授课策略教学活动组织者的教学策略目的：让尽可能多的学生共享最好的教师资源。

特点：

有统一的授课时间，能让学习者感受到集体上课的氛围，但是学习者可以在任何地点上网学习。有实时互动或延时互动。根据学习者人数配有助教。有自己的评测系统。选配策略：指导型策略，认知学徒策略