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多媒体计算机辅助的教学理论
多媒体计算机辅助教学理论
作者：
佚名 信息教学文章来源：
浙江师大网络课程
计算机辅助教学技术是一种新的教育技术，它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。
本章介绍计算机辅助教学的基本内容，其中包括计算机的教育应用方式、计算机辅助教学的基本模式、多媒体课件开发过程、人工智能的教育应用等。
5.1计算机的教育应用
5.1.1CAI与CBE
计算机技术在教育领域的应用内容十分广泛。
一般说来，我们可以从多个角度对它的应用方式进行分类。
从计算机应用的功能上来看，计算机在教育领域中的应用方式包括：
1、计算机辅助教学（ComputerAssistedInstruction,简称CAI）
CAI指的是用计算机帮助或代替教师执行部分教学任务，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（ComputerManagedInstruction,简称CMI）
目前人们对CMI的理解有两种：
从狭义上看，认为CMI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、学校其它资源管理等等。
从计算机应用的对象来看，计算机在教育中的应用又可以分成三个方面（3L）：
1、学习计算机（Learnaboutcomputer）。
即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、用计算机学习（Learnwithcomputer）。
即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。
3、从计算机学习（Learnfromcomputer）。
即教师把计算机作为一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。
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各个方面。
随着现代信息技术的发展，计算机在教育领域的应用引起了人们的充分重视并取得巨大的进展，它在国际信息处理协会（IFIP）八十年代中期对53项计算机应用课题发展前途的评选中就名列第六位。
5．1．2多媒体课件
“多媒体”一词译自英文“Multimedia”，而该词又是由mutiple和media复合而成的。
多媒体技术是指把文字、声音、图像、动画、视频等多种媒体的信息通过计算机进行交互式综合处理的技术。
即通过计算机,用多种媒体手段来存储、传播和处理信息的技术。
它涉及到计算机硬件、软件和图像处理、信号处理、人工智能、网络和通信等等广泛的技术领域。
多媒体技术的主要特点体现在它的集成性、交互性和多样性。
其中交互性也是多媒体技术与电视、电影等单向信息提供手段的主要区别。
采用多媒体技术来辅助教学，能使学生的多种感官得到刺激，最大限度地汲取信息与知识。
从教育心理学角度看，人们从听觉获得的知识能记忆大约15%，从视觉获得的知识能记忆大约25%，但如果同时使用这两种知识传递手段，就能够接受知识的65%。
又据美国的一项调查表明，采用多媒体教学方法后，成功率比普通教学方法提高38%，而教学时间却节省了31%。
在多媒体教学中，我们将用于执行教学任务的多媒体软件称为多媒体课件（MultimediaCourseware），简称课件。
超文本和超媒体是多媒体课件中两个十分重要的概念。
所谓超文本（Hypertext），就是一种用计算机来实现连接课件中相关页面的结构，这里的文本指得是文字信息，在一个课件页面中把某些文字用链接向其他页面，该文本以醒目的形式显示，读者在浏览页面时可以通过该链交叉引用其他相应页面。
在被链接的页面中又可以链接别的页面。
随着多媒体技术的发展，在超文本结构中，除文字外还可以链接图像、视频、声音等多媒体信息，因此人们引出了超媒体概念。
换言之，超媒体（Hypermedia）=超文本+多媒体。
5．2计算机辅助教学的模式
5．2．1分类框架
教学模式是在一定的教育思想指导下建立的比较典型、稳定的教学程序或构型。
从不同角度可以对教学模式作不同的分类。
例如，教学论学者根据教学过程的重心偏向教和学的不同方面，将教学模式分为：
问答模式、授课模式、自学模式、合作模式、研究模式等五种。
如表4－6所示，这5种模式自上向下模式构成一个顺序发展的序列，在该序列中学生的学习主动性逐渐增强，而教师的主导性则逐渐减弱。
表5－1基于教学论的教学模式
模式名称-主要特点-教学过程
问答模式-师生问答，启发教学-提问→思考→答疑→练习→评价
授课模式-教师中心，系统授课-授课→理解→巩固→运用→检查
自学模式-学生中心，自学辅导-自学→解疑→练习→自评→反馈
合作模式-互教互学，合作教育-诱导→学习→讨论→练习→评价
研究模式-问题中心，论文答辩-问题→探索→报告→答辩→评价
计算机辅助教学的模式也称信息化教学模式。
我国学者从认识论和价值观两个维度来考察教学模式，提出了信息化教学模式的一个分类框架（祝智庭，1996）。
我们知道，就认识论角度看，存在着两种较为对立的观点：
客观主义与建构主义，就价值观角度来看，也有两种较为对立的观点：
个体主义与集体主义。
借助二维坐标系，将个人主义—集体主义、客观主义—建构主义分别做为描述不同教育文化差别的维度，就得到如图5－1所示的关于计算机辅助教学模式的分类框架。
该分类框架将计算机辅助教学模式分为以下四类：
第Ⅰ类：
客观主义?
个体主义（即：
教师为中心?
个别化）；
第Ⅱ类：
建构主义?
个体主义（即：
学生为中心?
个别化）；
第Ⅲ类：
建构主义?
集体主义（即：
学生为中心?
集体化）；
第Ⅳ类：
客观主义?
集体主义（即：
教师为中心?
集体化）。
信息资源管理系统和网络通信系统是信息化条件下各类教学模式的共同基础。
图5－1计算机辅助教学的主要模式及其分类
5．2．2主要模式
下面我们对图5－1分类框架中的主要模式进行介绍。
需要指出的是，教学模式的划分是相对的，在具体的教学活动中，各种教学模式往往相互结合使用。
1）操练与练习
操练与练习（Drillandpractice）模式主要用于实现教学过程中学生练习阶段的功能，这是多媒体教学最常用的模式。
该模式并不向学生传授新知识和新技能，只是用来巩固和熟练某些知识和技能，这些知识和技能是学生已经通过其它途径学会了的。
图5-2是小学生加法运算的操练与练习课件的一个实例界面。
与传统的教师布置的操练与练习相比，采用多媒体手段进行操练与练习的主要优点在于：
（1）可以及时反馈相关的信息；
（2）能够以多媒体方式有效地激励学生；（3）可以将学生的成绩及时加以保存。
图5-2小学加法的操练课件
2）个别指导
个别指导型也称指导型（Tutorials），它是由计算机扮演讲课教师的角色，目的在于向学生传授新的知识或技能。
这是能较好体现计算机个别化教学特点的一种模式，常常用于学生自学或者补习功课。
多媒体教学个别指导模式的优点主要表现在以下三方面：
（1）学生参与程度高；
（2）有利于个别化教学的开展；（3）教学效率高。
3）教学测验
测验（Test）是教学过程的重要一环。
因此，计算机辅助测验（ComputerBasedTesting，简称CBT）也是CAI或多媒体教学的一个重要组成部分。
CBT的主要内容包括自动出试卷、联机测验或自动阅卷、测验数据分析等三个方面。
按照评分方式的不同，可以把测验分成主观性测验和客观性测验两类。
主观性测验包括口试、写作、翻译、回答问题等，其优点是有利于测定考生的综合认识能力，但评分标准不太好掌握，测验结果在较大程度上依赖于教师的主观判断。
客观性测试又称标准化测试（考试），它可以弥补主观性测验的上述缺点。
该种测试通常采用是非题、多项选择题、匹配题等形式，每个题目一般十分简短，答案唯一，而且题量较大，内容的覆盖面较广，所以客观性测验题的评分简单、准确，测验结果的可信度高。
事实上，用计算机来实现的测试正是这类客观性测验。
4）模拟
模拟（Simulation）也称为仿真，就是用计算机来模仿真实自然现象或社会现象。
模拟是科学家们常用的一种科学研究方法，而将模拟用于教学则是近十多年以来发展起来并越来越受到人们重视的新方法。
模拟在教学中的应用十分广泛，从自然科学、管理科学到工程技术的许多学科教学中都可以采用。
随着多媒体计算机技术的发展，模拟的效果更是令人叹止。
模拟在教学中的应用可以分为以下几个方面：
实验模拟，管理模拟,训练模拟。
在教学过程中采用计算机模拟手段，其优点主要表现在：
（1）高效、安全；
（2）低成本；（3）形象逼真，容易引起学生的兴趣。
图5－3电磁感应实验模拟实例
5）问题解决
问题解决也称问题求解（ProblemSolving），它是指在教学中运用计算机作为工具，让学生自己去解决那些与实际背景较接近的问题，其主要目的是培养学生解决实际问题的能力。
问题求解给学生提供创造性解决问题的机会，通过解决问题的过程来应用、检验和精炼已经掌握了的概念和知识。
问题求解模式通常有两种实施方法：
特定的问题求解。
工具性问题求解。
工具性问题求解所涉及的工具软件主要包括：
文字处理软件、数据库软件、绘图软件、符号计算软件、计算机高级语言等。
例如，“Mathematica”就是一个著名的符号运算软件，网站
图5－4Mathematica的运行实例
6）教学游戏
教学游戏（InstrutionalGames），就是计算机以游戏的形式呈现教学内容，产生一种带有竞争性的潜在的学习环境，从而激发学生积极参与，起到“寓教于乐”的作用。
7）智能授导
智能授导系统（IntelligentTutoringSystem；ITS）旨在通过学生与计算机进行双向问答式对话，利用人工智能技术来模拟“家庭教师”的行为。
一个理想的智能授导系统应能理解学生用自然语言表达的提问，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。
8）微型世界
微型世界（Microworld）是指利用计算机系统构造一种可供学习者自由探索的学习环境。
其基本特点是学生可操纵模拟环境中的对象，可建构自己的实验系统、测试实验系统的行为。
例如，一个名为“电子工作台”（ElectronicWorkbench；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，并能动态测试电路的性能。
有一种适合儿童学习的LOGO语言，由于它提供的“图龟”世界允许学习者进行操纵并观察其反应，因此也被认为是一种微型世界。
一般说来，微型世界和教学模拟、教学游戏有密切的关系。
9）情景化学习
情景化学习（SituatedLearning）就是在多媒体技术创设的接近实际的情境下进行学习，利用生动、直观的形象有效地激发联想，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。
情景化学习是建构主义学习的主要研究内容之一，它的主要方法包括抛锚式学习、认知学徒等。
认知学徒模式主要采用示范、教练、扶助等方法，类似于传统的师徒传技授艺模式。
在这里，教师的作用可以由智能代理来实现。
10）案例学习
案例学习（CaseStudies）为学生提供来自实际案例的资料，在丰富的信息环境中让学生以调查员的角色去搜集资料、调查案情，进行分析和决策。
而教学查询系统本质上是数据库系统和信息检索技术的教学应用。
11）基于资源的学习
基于资源的学习（Resources－BasedLearning）就是要求学生利用各类资源进行自学。
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、数字化学习资源，例如数字化图书馆、电子阅览室、多媒体电子书等。
此外，因特网上也蕴藏着无穷无尽的学习资源，学习者可以通过各种检索机制，方便快捷地获取自己所需要的知识进行高效的学习。
在第6章6.3节中，我们将介绍基于因特网的资源性学习。
12）探究性学习
探究性学习（InquiryLearning）要求学生利用计算机或网络系统的信息服务功能，从学科数据库中检索出所需的信息，通过信息收集和推理之类的活动，得出对预设（通常由教师所给）问题的解答。
探究性学习与案例学习、基于资源的学习相比，它们的实质都是数据库系统和信息检索技术的教学应用，但是它们的数据组织与范围是不同的。
探究性学习的数据库通常按学科范围组织而成，案例学习的数据库是围绕有一定实际背景的事例来组织的，而基于资源学习的资源通常无预定范围。
13）认知工具
一般认为，计算机作为学习工具，按照它们对学习者支持作用的不同，可以分为效能工具和认知工具两大类。
效能工具（productivitytools），重在帮助人们提高工作效率，例如文字处理系统、电子报表系统等。
认知工具（Cognitivetools）也称为智力工具，乔纳森（Jonassen,1996）认为，认知工具是指可以帮助学习者发展批判性思维、创造性思维和综合思维能力的软件系统。
乔纳森还提出了鉴别一个软件工具是否可作为认知工具的9项标准：
计算机化、现成的应用软件、用户（在经济上）可承担、可用于表示知识、可泛化（可用于不同领域）、可支持批判性思维、学习可迁移、简单而功能强大的知识表示形式、易学易用。
乔纳森认为，数据库、电子报表、语义网络工具、专家系统外壳、计算机化通讯工具、超媒体工具等都是认知工具。
其中有些工具如数据库软件通常都被作为处理数据的有力工具，但它们完全可作为认知工具来用。
14）计算机支持协作学习
计算机支持协作学习（Computer-SupportedCooperativeLearning或Computer-SupportedCollaborativeLearning;CSCL）强调利用计算机网络支持学生同伴之间的交互活动，例如，在计算机网络的支持下，学生们可突破地域和时间上的限制，进行学伴互教、小组讨论与练习、小组课题等协作性学习活动。
而个别化CAI则注重于人机交互活动对学习的影响。
15）计算机支持讲授
计算机支持讲授（Computer－SupportedTutoring）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、小组讨论等。
计算机在课堂教学中的应用使传统的教学形式得到新生，并且有助于教师在信息化时代的教学过程中继续发挥其应有的作用。
16）虚拟教室
虚拟教室（VirtualClassroom，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。
5．3多媒体课件的开发
一个高质量课件的开发是一项复杂的系统工程，需要开发小组中全体人员的通力合作，因此需要对开发过程的各个步骤和任务作出具体的规定以作为行动的指南。
由于不同的课件开发人员对开发的理解程度、文化背景，以及兴趣爱好等方面所存在的差异，导致了各种不同的多媒体课件开发模型的出现。
一般说来，多媒体课件开发的以下几个阶段：
环境分析、教学设计、脚本设计、软件编写、评价与修改是最为基本的，由此所构成的多媒体课件开发步骤如图5-5所示。
图5－5多媒体课件的开发步骤
5．3．1环境分析
多媒体课件的环境分析主要包括课件目标分析、课件使用对象分析和开发成本估算等任务。
在这里，教学目标不仅包括该学科领域以及教学内容的范围，而且应对教学提出具体要求。
比如，学习新概念；巩固已经学过的知识；训练求解某种问题的能力；要求掌握的程度及检查方法等等。
课件使用对象分析，即分析学习者在从事新的学习或进行练习时，其原有知识水平或原有的心理发展水平对新的学习的适合性。
该项分析通常涉及以下三个方面：
①学习者的一般特点，包括年龄、性别、文化程度、工作经历、学习动机，以及文化背景等；
②学习者对学习内容的态度以及已经具备相关的基础知识与技能；
③学习者使用计算机的技能。
开发多媒体课件的成本估算通常也是不可缺少的。
在这里，开发的总费用一般包括开发组成员的劳务费用；各种参考资料购买；磁盘、打印纸等各类消耗材料；以及软件维护费等。
5．3．2教学设计
教学设计是课件开发过程中最能体现教师教学经验和教师个性的部分，也是教学思想最直接和具体的表现。
该阶段的主要任务包括详细分析教学内容、划分教学单元、选择适当的教学模式等。
教学内容分析指的是根据前述确定的教学目标，具体划分出教学内容的范围，揭示教学内容各组成部分之间的联系。
根据教学内容将课程教材按段落和时间分成若干课，此即课分配。
因为在多媒体教学过程中不再考虑黑板书写及教师的思考等时间，所以多媒体教学的每课时间应比传统的课堂教学课时短一些。
接着，把每课内容按单纯的教学目的划分成若干个相对独立的小块，一个小块就是一个教学单元。
教学单元划分的依据是教学大纲，应当仔细地分析教材和参考书，把教学目标逐步演化成一系列的教学单元。
并根据教学内容的难易程度和知识体系情况，选择控制教学单元前进的策略，即确定课件的结构方式。
上述一个教学单元的功能，就是进行一小段相对独立的教学活动。
一般说来，在一个教学单元中主要进行一个新概念或一个知识点的教学，然后从学生那里取得回答信息，并对回答作出反馈。
为此，需要具体确定要传授的教学内容，详细规定呈现教学内容的信息形式、向学生提出的问题，以及对学生回答问题的各种可能答案作出预计并准备相应的反馈信息。
一般说来，个别指导型模式主要适用于呈现信息和引导学习两个阶段；操练与练习型模式适用于练习和评价阶段；模拟型模式则适用于上述四个阶段的任意组合；教学游戏模式主要用于练习阶段；问题求解模式通常适用于呈现信息、引导学习以及练习这三个阶段。
一般地，我们也可在一个教学单元中同时采用多种教学模式进行有机结合，从而适应不同的教学需要。
有关教学设计的详细内容请参见本书第9章。
5．3．3脚本设计
脚本是在教学设计基础上所作出的计算机与学生交互过程方案设计的详细报告，是下一阶段进行软件编写的直接蓝本，是课件设计与实现的重要依据。
因此，脚本设计阶段也是课件开发过程中由面向教学策略的设计到面向计算机软件实现的过渡阶段。
从脚本所描述的内容来看，多媒体课件的脚本可分为文字脚本和制作脚本两种。
前者是由教师按照教学要求对课件所要表达的内容进行的文字描述；后者则犹如影视制作中的分镜头脚本，是在文字脚本基础上改写而成的能体现软件结构和教学功能，并作为软件编制的直接依据的一种具体描述。
换言之，一般认为：
文字脚本是多媒体课件“教什么”、“如何教”和“学什么”、“如何学”的文字描述，它包括教学目标的分析、教学内容和知识点的确定、学习者特征的分析、学习模式选择、教学策略的制订、媒体的选择等任务。
制作脚本是在文字脚本的基础上，依据教育科学理论和教学设计思想，进行课件交互式界面以及媒体表现方式的设计，将文字脚本进一步改编成适合于计算机实现的形式。
脚本的描述并无规定格式，但所包含的内容是基本一致的，即在脚本中应注明计算机屏幕上要显示的内容（包括文字、动画、图像和影像等）、音响系统中所发出的声音，以及这些内容输出的具体顺序与方式。
在多媒体课件的脚本设计中，计算机屏幕布局的合理与否，在一定程度上反映了课件的质量。
在脚本设计中，通常都将屏幕划分为若干个功能区，使得同一个课件中各种类型的信息都有相对固定的位置，以避免学生每次化时间在屏幕上寻找而无法集中精力学习教学内容。
图5－6给出了一种适合于指导型和练习型课件的典型的屏幕功能区划分，当然，图中的划分也不是一成不变的，它可以随着信息容量的变化而作相应调整。
图5-6课件界面布局的例子
5．3．4软件编写
该阶段的任务是将教学设计阶段所确定的教学策略，以及脚本设计阶段所得出的制作脚本用某种计算机语言或多媒体软件工具加以实现。
为了提高效率，应该尽量收集、利用现有的多媒体素材，根据课件内容需要进行编辑加工。
在多媒体素材采集、编辑完成后，就可以用多媒体创作（编辑）工具进行集成。
若所制作课件的结构或处理流程十分复杂，或者准备做为商品化软件发行，则可采用计算机高级语言进行编程，例如，VisualBasic、C＋＋语言等。
课件程序编写完成后应当进行仔细的调试，调试的目的是为了找出程序中隐含的各种可能错误并加以排除，其中包括教学内容上和计算机语言文法上的各种错误。
一个完整的课件，除了在程序中包含联机帮助功能以外，还必须提供相关的文档，例如学生手册、教师手册、技术手册等。
因此，在课件程序编写和调试结束后，还必须编写相应的文档。
此外，课件评价与修改是课件开发过程中的一个重要内容，该项工作实际上存在于课件开发的环境分析、教学设计、脚本设计、软件编写的每一个阶段之中。
由于多媒体课件类型、应用对象的多样性，目前国内外评价多媒体课件质量的指标体系不尽相同，但是其基本内容还是比较一致的。
具体内容我们将在第10章10.4节中做详细介绍。
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