运用cai技术实现数字化学习

运用cai技术实现数字化学习

cai是一种现代的教育技术手段，随着科学技术的产生和发展而形成。这是改革传统教育模式、提高教育效率的重要方法。它还试图进一步推进对教育概念的深刻改革，为教育发展提供新的方法和想法。自美国早在五十年代推出CAI系统至今,从国际总的发展趋势看,CAI已完成了有用性测试阶段,在高等教育和初等教育中已得到广泛应用,并且有了突破性进展,成为教育信息时代的核心技术。但与传统的成熟的教育模式和手段相比仍有许多不完善之处,还处于辅助地位。而在另一领域――计算机辅助设计CAD已成为工程设计必不可少的手段,目前CAI的应用水平还不能与CAD相比,事实上CAD能达到的应用水平CAI也应达到。如何突破CAI的局限性,切实提高其实际效用,是当前亟待解决的问题。需要从教育理论、学习理论、教育技术、CAI方法等方面进行全方位的研究、探索和实践,推动CAI技术向更深层次发展,以期在新的理论指导下,在新技术的支持下,创造出更有效的、更具挑战性的学习环境——教育信息技术支撑的电子化教室,实现数字化学习(e-Learning)。教育技术的信息化与电子化是将来发展的方向,但能否完全用电子化教室取代传统的教学方式,仍是一个需要深入研究、有待于进一步实践才能断定的问题,然而用电子化教室部分取代传统教室功能,答案应是肯定的。为了实现这一功能,首先要做的基础性工作是知识载体和媒体的信息化、电子化。提供磁媒体的教科书作为新的知识载体,是实现电子化教室的基本前提,是CAI的一项基本内容。1992年12月11日,当时主持国家教委工作的李铁映同志在视察全国中小学计算机教育研究中心时曾说到:“计算机软件和中小学课本相结合,纸张文化和磁带文化相结合……争取把九年制中小学教材都编进计算机。”而此后不到十年的时间里,多媒体技术、网络技术、计算机性能、存储技术等方面都有了巨大的发展,为磁(光)媒体的教科书等电子教材的建设提供了方便条件和新技术。电子教材建设依赖于计算机软硬件平台和CAI教学环境。单机版装在个人机上,只供单用户使用;网络版通常采用客户/服务器方式,在网络方式下供多用户使用。基WEB的电子教材使用超文本和超媒体形式,在校园网或INTRANET环境下,可采用分布计算与集中处理相结合的方式,动态表示和展示知识点及其网状结构,为学生提供一个极好的学习环境,具有传统教材无法比拟的优势。以电子教材为基础,综合采用多种CAI技术,可在局域网上或INTRANET上实现虚拟教室,完成传统课堂的教学任务。以后本文所用术语“电子教材”若不加特殊说明,专指基于WEB的电子教材。1电子教材的功能电子教材不是简单的电子化图书,它具有以下一些基本特征。电子教材以超文本形式把课程内容所有知识点按层次和网状的逻辑结构有机地联系起来,能够真实清晰地反映各知识点之间的联系,而传统教材则以一维线性方式展现各知识点。因为传统教材的文本中知识与信息只能按线性顺序结构排列,这样不仅制约了阅读和检索的速度,而且也给理解造成一定障碍,难于从整体上把握知识的全貌。电子教材是以超文本方式阅读,大大提高了阅读和检索的效率。由于电子教材采用了超媒体技术,其中的阅读对象也从单一的文字形式扩展为声音、图形、三维动画及视频等多种媒体,彻底打破了传统的知识表达方式,超媒体与超文本这种跨越时空限制直观生动地再现知识方式十分有助于提高读者的阅读兴趣,使其准确完整地理解所学内容。实时交互性是电子教材的又一显著特性。由于电子教材表达的灵活性及WEB的动态和分布计算功能,使得一些在传统教材中无法单纯用文字来表达的内容,也能展示出来,部分地实现了教师的讲解职能,例如可以提问、答疑、解释、说明等等,在这个意义上可以说电子教材是教师与教材的结合,是课堂现场的‘讲义’。内容的广泛性与形式的多样性使电子教材具有一定的智能性。例如对于思考题或习题可根据学生的反馈信息判定对错,并能提供帮助,引导学生正确解题;还可以针对某些问题、重点与难点进行讨论、对比、分析、总结和综合。传统教材主要以文本形式表示、展现知识,电子教材不仅可以用不同的媒体形式再现学习内容,甚至可直接链到其它WEB服务器及本地WEB服务器中的各种学习材料和相关的电子书籍。事实上电子教材是把教学大纲、学习指导、习题与实验操作、可视材料、参考资料等有机结合起来,构成一个所有教学材料的集合。2建立电子教材的组织规范一门课程的电子教材应包含以下基本内容:以多种媒体形式表示的单元教学内容和知识点。各知识点和教学单元的链接关系。一是WEB设计本身提供的自然顺序关系和层次目录;二是超链点实现的层次与网状链接,这种链接可突破时空局限性而链接到其它WEB服务器甚至远程的WEB站点。单元总结与练习、思考、提问。教学大纲,其中包括对课程教学的整体处理、教师手册、教学管理、教学设备、实验要求等。与其它教学材料与相关电子书籍的链接,包括参考资料、学习与习题指导、实验操作模拟、综合复习与测试,这部分是可选、可扩充的。电子教材是实现电子教室的基础,是最基本的CAI教学素材。它是由计算机软件实现的,除遵循软件工程一般原则外,还应满足教学理论、认识规律和教学方法的基本原则和要求。首先必须在教学理论指导下按照系统工程的观点方法进行电子教材的建设。制定符合程序教学思想、电子教室特点的教学大纲,并根据教学大纲和传统教学实践、教学过程的组织原则,作为系统、规范的CAI软件来研究和建设,目标是建立以网络为基础的多媒体教学环境——电子教室。其次是协作学习与个别化教学结合的原则。电子教材的编写应该宜于实现教学的个别化,允许学生根据个人的基础条件和兴趣自行选择学习的形式和内容,依据当时的情况调整学习的步调与速度。以利于突破传统的以教师为中心、以书本为中心、以课堂为中心的束缚,使学生成为学习的主体和中心,充分调动学生学习的主动性与自觉性。同时还应该实现集体学习、协作学习的功能,形成课堂的整体学习氛围、团队意识和共鸣效应。强化素质教育、突出创新的原则。电子教材使学习内容数字化、信息化,再按联想式思维方式组织教学内容;另外还借助计算机获得了教学判断能力和解答能力、且具有交互性。系统本身能根据学习现场情况进行设问、归纳、判定,并能及时反馈信息,调整学习策略,提出指导性建议。从而提供了一个创造性的学习环境,非常易于实现启发式、研讨式教学,有利于创新人才的培养。科学性与趣味性兼顾原则。电子教材综合运用各种媒体形式,使得知识的展现精彩有趣,具有引发学习兴趣和动机的特征,但切忌过分花俏,片面最求新奇有趣。否则将使学生无法保持持久的学习注意力,并冲淡积极的思维活动。必须合理地编排,恰当地运用各种媒体手段,使学生的兴趣和注意力指向课程所包含的知识与未来的学习。电子教材的建设必须根据教学大纲和学科特点,围绕重点、难点构建科学的课程内容和知识体系,准确反映课程所包含的科学基础知识和现代发展水平。课程教师参与也是电子教材建设必须遵守的原则。不同的学校、不同的教师、不同的课程都有各自不同的特点,正是这些个体差异造成了不同的教学层次和教学风格。电子教材虽有通用性,但是它明显不同于传统的统编教材。电子教材作为直接进入课堂的讲授内容,更具有个案性,是针对特定对象的‘教案’或‘讲义’。另一方面,电子教材的有限‘智能性’,使其成为能履行部分教师职能的半独立知识授体,必须加入教师的个人理解和教学艺术处理内容。因此课程教师必须是电子教材的主要参与者,并以其个体经验融入其中形成特色,决不能只由软件人员来建设某一课程的电子教材。另外还有一个电子化学习所带来的情感淡化与学习失控的问题,在电子教材建设中也应予以足够的重视。3系统建设与实现电子教材是课程教学中所传授或输送的知识信息以磁(光)媒体为载体的物质形式,在逻辑上可看成是由数据信息和程序两部分组成的处于存储状态的教育信息,电子教材是在一定硬件上由计算机软件生成并由计算机软件重现的。基于WEB浏览器的电子教材是一种软件系统,网络(Intranet)环境是实现本软件的基本前提,在此前提具备的条件下,按以下步骤建设基于WEB浏览器的电子教材。(1)制定教学大纲,分解知识点,剖析重点、难点,完成知识点链接的逻辑关系图(包括前导课程)设计。(2)在教育理论和程序教学思想指导下,结合行为主义和建构主义两种学习理论,根据‘二’中所述的原则与功能,编写文字脚本,确定必要的参考材料,进行系统设计与功能设计。(3)设计系统的数据结构、逻辑模块、接口和超连点。(4)用动态网页、分布处理和网络数据库等技术实现本系统。(5)调试纠错与发布。需要注意,电子教材的实现要充分考虑可扩充性、可维护性和人机接口这两