计算机辅助教育.docx
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计算机辅助教育
计算机辅助教育的作用
教师的作用。
学习伙伴的作用。
助手和工具的作用。
计算机辅助教育的意义
提供较低的教育成本。
创造比较好的教学环境。
提供丰富的教学模式。
计算机辅助教学的主要特点：
（1）主要特点：
自定步调与进度、难度适宜、人机交互、适时反馈、诊断补救及时、学习的追踪与记录、学习资源永续利用与及时更新、便于推广、效果独特、可事先规划。
（2）优缺点
优点：
可有效实施因材施教；
能及时了解学生状况；
可充分发挥教师主导与学生主动的作用；
可有效进行高强度训练且见效快；
节省教师，便于自学，能实施大范围高质量的教育。
缺点：
设备投资高，一次性投资较大且有技术落后的风险；
适应范围有限；智能化水平有待提高；
系统性的教学指导理论研究不够；
开发研制工作缺乏必要的组织、协调与合作；
开发工具功能不够强大，开发效率低；
与传统教学相协调、融合的问题尚未解决。
计算机辅助教育与教育改革
信息技术与教育变革
计算机辅助教育与学生教育
计算机辅助教育与教师教育
计算机辅助教育与终身教育
在信息技术应用于教育的实践中，人们渐渐认识到信息技术具有强大的潜在的能力，但是要充分利用和发挥信息技术在教育中的作用，首先要改变和更新教育观念，再是教育方法、教育模式以至于教育体制的改革，也就是说信息时代必将要对教育进行全方位的改革。
计算机辅助教育的发展，使人们对其从抵触、怀疑，到被越来越多的人们所接受。
事实能说明计算机辅助教育是信息社会教育改革的一个重要方面，也必将为信息社会的终身教育和学习化社会作出应有的贡献。
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。
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
大容量的非顺序式信息呈现
学生可以控制学习内容和学习进度
分析学生的能力和学习状况，调节学习过程，实现因人施教的教学原则和及时反馈原则
学生处于一种积极，主动的精神状态，可以取得较好教学效果，计算机可保留学生的学习进展记录，并进行学习进程分析，对教师或软件开发者提供教学决策支持
可获得群体的支持，解决个别化学习与群体学习的矛盾
案例型教学模式的研究
借助网络提供案例研究的学习环境，该环境中包含从实际案例中选取的资料，让学习者去调查案情，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。
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
课件设计原则
1.教育性原则
以教学大纲为依据，根据教学目标与要求
要明确教学目标
要突出重点难点
要灵活教学形式
教学对象要有针对性
2.启发性原则
帮助学习者能够自主学习，获得知识，提高能力
兴趣启发
比喻启发
设题启发
3.科学性原则
正确表达学科的知识内容
各种媒体信息的表达要一致
各知识点之间要形成具有学科特色的知识结构体系
引用或设计的资源内容要符合科学逻辑，运用正确、可靠
视、听效果要符合科学规律，准确合理
4.艺术性原则
表现在以声音、画面以及人机交互的传递信息上，呈现的信息刺激要能吸引学习者
挖掘教学内容的内在亮点，通过美工设计表现出来
塑造美观、鲜明、影音和谐，富有表现力和感染力的人机交互界面
解说与背景音乐悦耳协调，声音处理和画面造型相辅相成，视听同步
注意教学对象自身的特点
5.技术性原则
通过程序中各种数据结构，程序结构，控制技巧以及运行的可靠性来衡定
图片清晰、逼真，文件不能太大
程序结构简洁，控制可靠，视听同步，不能影响课件的存储、传输和运行
可移植性、可兼容性，开发环境与运行环境无关
配上安装、卸载程序
明确目的（需求分析）
要想开展CAI教学活动，首先要明确为什么要使用CAI课件？
教什么？
教谁？
设备条件？
效益予测？
教学设计——形成课件脚本
教学设计的任务是对原始教材进行再创造，将原来静止的教学材料转变成一系列教学交互活动，就好象剧作家将文学原著改编成电影剧本一样，称它为课件脚本，也就是说，教学设计的主要任务是解决如何从教学法上保证课程的教学目标实现。
信息设计
在CAI中，多数教学任务都是在频繁的人-机对话中实现的。
信息设计就是创作教学对话的内容，又称对话设计。
通常涉及以下几类信息：
（1）介绍信息
（2）提问
（3）予期的应答
（4）反馈和补习信息
（5）其他
介绍信息
向学生介绍有关教学任务的内容，可以是概念、规则、原理以及事例。
信息形式可以是文字、图形、动画、声音等。
提问
CAI中提问既能测试学生的理解程度，也能诱发学生参与学习的积极性。
问题的提出应具有针对性、明确性和启发性，其形式通常采用选择题、填充题、短答题等。
予期的应答
指予先估计学生可能会作的几种应答，包括予期正答和予期错答
反馈和补习信息
反馈信息主要包括对学生应答的肯定或否定，可以适当地带一些勉励、赞扬及批评性的词语。
补习信息是指当学生应答被判为不正确时向学生提供附加的学习材料。
其他
指定应答判别的匹配方法，规定予期外应答处理措施，设定允许最多的重答次数等。
显示设计
由教学设计阶段得到的课件稿本离开计算机显示要求还有很大的距离，因此需要进行显示设计，具体规定在什么时候、以什么形式、按什么方式、显示什么内容等，即在屏幕上的再现，一幕幕的镜头，相当于影视摄制技术中的“分镜头”设计。
显示器屏幕功能区的划分
目的是使屏幕上各信息项都有各自相对稳定的显示区，在计算机与学生之间形成一种默契，让学生在显示信息流程中集中注意力。
交互界面的设计
交互界面是人机进行信息交换的通道，用户通过交互界面向计算机输入信息，进行操作，计算机通过交互界面向用户提供信息，以供阅读、分析和判断，因此要设计一个良好友善的人机交互界面。
交互界面的设计要考虑以下内容：
色彩的配置
画面间的交换和动画效果
声音的处理和解说词
屏幕信息容量
网络课程特征
网络课程是基于网络的教育课程。
既包含一般课程的特点，又包含网络载体的特征。
网络课程是通过网络表现的某门学科的教学内容及实施的教学活动的总和，它包含按一定的教学目标、教学策略组织起来的教学内容和网络教学支撑环境两个组成部分。
其中网络教学支撑环境特指支持网络教学的软件工具、教学资源以及在网络教学平台上实施的教学活动。
网络课程的特点
打破地域和国界
教学单元模块化
多媒体化的载体
人机交互的多向互动
容易发挥学习者的学习热情
网络课程开发的过程：
分为确定教学大纲、确定教学内容、总体设计、制作原型、教学设计、脚本设计、素材准备和课程开发等八个主体阶段，以及几个测试和修正的辅助阶段。
确定教学大纲
教学大纲是以纲要的形式规定出学科的内容、体系和范围，它规定课程的教学目标和课程的实质性内容，是编写教科书的直依据，也是检查教学质量的直接尺度，对教学工作具有直接的指导意义。
教学大纲举一般由以下几个部份构成：
说明：
扼要介绍本学科的目的和任务，选材的主要依据，以及有教学与学习的原则性建议。
本文：
列出按层次结构自治的知识点条目（一般是编章节目），知识点的简要说明，知识点的教学要求、教学时数、教学活动及其所用时间说明。
实施要求：
列出编写教材的专考书目，教学环境要求，教学仪器设备，辅助教学手段、说明等等。
教学大纲的编写应注意如下原则
科学性、思想性、主观联系实际、基础性、系统性等等。
如果开发的课程已有教学大纲，应尽可能选用现有大纲，如果没有，要编写一个，编写的大纲要经过学科专家审查。
确定教学内容
根据教学大纲，选择课程的教学内容和配套的书面材料，如教材、练习册、实验手册等。
尽可能选用已有的优秀教材。
教学内容选择时，要选择切合实际社会需求、反应本学科最新发展动态的教材，对于那些已经过时或陈旧的内容要坚决地删除。
教材不是教学内容的简单堆砌，而是教学内容的的机组合。
配套练习册是诊断与巩固教学内容测验试题的集合，可以是纸质的，也可是电子化的。
对于技能培养目标类的课程，还需考虑必要的实验。
总体设计与原型实现
总体设计是设计过程中最重要的一环，它是形成软件设计总体思路的过程，决定了后续开发的方方面面。
既要考虑学科教学的特点，又要考虑网络技术的合理应用。
软件设计过程所要遵循所有原则，都要在这一阶段得到充分体现。
按照总体设计的方案，设计和制作原型时，可选择一个相对完整的教学单元，设计出一个教学单元的软件原型。
通过原型设计，确定软件的总体风格、界面、导航风格、素材的规格以及脚本编写的内容。
然后，在一定范围内征求意见，尤其是征求最终用户（学生）的意见，并根据征求的意见进行修订优化。
在进行总体设计时，应注意：
²内容组织：
采用模块化的组织方法
²内容表现：
内容对媒体选择的限制
²内容导航：
对可能产生迷航的地方，或必须返回的地方要有导航说明。
教学设计
是细化网络课程的内容组织、内容表现和内容导航的重要阶段，由了解网络技术的学科专家完成。
包括教学内容设计、教学活动设计和教学环境设计。
设计网络课程教学时，要遵循如下教学设计原则：
注重教学目标及教学内容分析
设计教学活动时注意情境创设，强调“情境”在学习中的重要作用
注意信息资源设计，强调利用各种信息资源来支持“学”（而非支持“教”）
强调以学生为中心，注重自主学习设计
强调“协作学习”，要注重协作学习环境设计
注重基于网络教学策略设计
脚本设计
描述了学生将要在计算机上看到的细节，相当于详细设计。
是设计阶段的总结，又是开发和实施阶段的依据。
从其内容来看，它是网络课件中教学内容和教学方法的载体，而不是课本或教案的简单复制。
参加脚本设计的人员应该是懂教学的软件设计专家。
应遵循以下基本原则：
明确教学目的和各教学单元的教学目标
根据教学目标，使用的教学内容应准确无误。
根据教学目标和教学内容，选择适当的教学方法（CAI模式）和传递教学信息的媒体。
学习理论的应用。
无论采用什么样的模式，都必须注意学习理论的应用，以提高软件的教学效果。
应考虑计算机的输出和显示能力。
使用的格式应该规范。
脚本内容
脚本可以使用不同的格式，但必须规范，而且便于对脚本各项内容的表达，这些内容包括：
显示信息。
指屏幕上将要显示的教学信息，反馈信息和操作信息。
注释信息。
说明显示信息呈现的时间、位置和条件以及连接要求。
逻辑编号。
显示信息常常是以屏幕为单位来表述的，为了说明它们之间的连接关系，每一个显示单位应有一个逻辑编号，以便说明连接时使用。
媒体、交互信息和“热字”的表示。
为了清楚地表示教学信息中使用的不同媒体（文字、声音、图形或图象等）、教学信息中的“热字”以及交互过程中呈现的各种信息，脚本中常用不同的符号表示它们。
脚本设计阶段得到的网络课程的脚本是编程或写作的蓝本，需要进行修改和“试运行”。
脚本包括文字脚本和制作脚本。
文字脚本是学科教师按照教学过程的先后顺序，将知识内容的呈现方式描述出来，目的是帮助软件开发者将所要传授的知识清晰化，并对软件的总体框架有一个明确的认识。
文字脚本包括以下内容：
使用对象与使用方式的说明；
教学内容与教学目标的描述；
网络课件的总体结构；
知识单元的教学结构。
文字脚本还只是一种概要设计，还不能作为多媒体教学软件制作的直接依据。
制作脚本包含学习者将在计算机的屏幕上看到的细节，各种信息内容呈现的位置、大小、特点、交互方式等。
素材准备
素材包括文字、图片、声音、动画、视频、案例等。
素材准备工作包括素材采集和素材整理。
素材准备：
根据脚本的要求，准备所需要的素材，特别是声音和视频素材，通过录音和摄像得到。
通常这些素材保存的是模拟信息，需经过转换才能使用。
素材采集：
把准备好的音频和视频素材，通过音卡和视频采集卡，转换为计算机可识别的数据文件。
课程开发
网络课程的开发工作是由软件制作人员完成的。
可以完全按照脚本设计制作，也可以对脚本设计中未展开的部分加以设计并制作。
具体的开发过程中要注意：
网页的格式；合理构图；影像的使用；网页信息的呈现量以及控制等。
完成软件的制作以后，还要编写相应的文字材料，例如软件的内容适于何种程度的学生使用，软件的使用环境，使用的机型，软件的使用方法，以及其它配套使用的文字材料等。
调试和试运行
通过调试修正，达到预期设计目标的网络课程才能正式上网运行，并在运行过程中，仍要不断地进行修订。
教学环境设计
基本教学环境包括与网络课程学习直接有关的课程大纲、练习题、答疑系统、课程学习讨论系统和作业提交与管理系统，主要指在统一的教学支持平台下的教学内容设计，而不是教学系统的设计。
所有内容直接在统一的网络教学平台界面中录入，或通过标准的TXT或RTF文件提供，属性项说明见《现代远程教育资源建设技术规范》，格式为：
属性名=属性值。
人机界面的设计
要求具有舒适和容易使用的特点，成为系统好坏的重要标志之一。
（1）用户界面分析
包括任务分析和学习者特点分析。
学习者特点分析目的是为了获得有关学习者技能和经验的全部信息，预测学习者对不同界面设计的反应，使界面的复杂性符合学习者的能力。
关键是对学习者类型的分类：
生手，新手，熟手，专家。
学习者特点的度量标准：
使用频次
使用随意性
计算机的熟练度
学习者知识
学习者智能
学习者人体操作能力和技能
（2）界面设计形式
界面设计标准：
易用性
易学性
操作速度
复杂性
控制
易开发性
对话设计的形式：
问答式
菜单
图符
填表
命令语言
自然语言
交互类型
界面对话设计
注意以下方面：
反馈（Feedback）：
随时将正在做什么的信息告知用户，尤其是响应时间十分长的情况下。
状态（Status）：
告诉用户正处于系统的什么位置，避免用户在错误环境下发出了语法正确的命令。
脱离（Escape）：
允许用户中止一种操作，且能脱离该选择，避免用户死锁发生。
默认值（Default）：
只要能预知答案，尽可能设置默认值，节省用户工作。
尽可能简化对话步序：
使用略语或代码来减少用户击键数。
求助（Help）：
尽可能提供联机在线帮助。
复原（Undo）：
在用户操作出错时，可返回并重新开始
（3）人机交互界面的设计原则
界面上内容明了，信息区、交互区的排列位置合理
界面结构设计美观合理，主题突出
交互图标意义明确，使用方便，易于接受
动画的变化速度合理
支持键盘、鼠标双重操作
具有帮助功能
数据输入界面设计
总目标：
简化用户的工作，并尽可能降低输入出错率，还要容忍用户错误。
实现方法：
尽可能减轻用户记忆，采用列表选择
使界面具有预见性和一致性
防止用户出错：
对删除确认，对错误建议
提供反馈：
能查看他们已输入的内容
按用户速度输入和自动格式化
允许编辑
屏幕显示设计
布局：
遵循如下五项原则（6分）
平衡原则：
注意屏幕上下左右平衡。
不要堆挤数据，过分拥挤的显示也会产生视觉疲和接收错误。
预期原则：
屏幕上所有对象，如窗口、按钮、菜单等处理应一致化，使对象的动作可预期。
经济原则：
在提供足够的信息量的同时还要注意简明，清昕。
特别是媒体，要运用好媒体选择原则。
顺序原则：
对象显示的顺序应依需要排列。
通常应最先出现对话，然后通过对话将系统分段实现。
规则化：
画面应对称，显示命令、对话及提示行在一个应用系统的设计中尽量统一规范。
屏幕显示设计
文字与用语：
除作为正文显示媒体出现外，还在设计题头、标题、提示信息、控制命令，会话等功能时要展现。
考虑如下方面：
要注意用语简洁性：
如，尽量用肯定句而不要用否定句；用主动语态而不用被动语态；对不同的用户，实施心理学原则使用用语；英文词语尽量避免缩写；等。
格式：
如，一幅画面不要文字太多，若必须有较多文字时，尽量分组分页；同行文字尽量字型统一；英文词除标语外，尽量采用小写和易认的字体；等。
信息内容：
如，采用用户熟悉的简单句子，尽量不用左右滚屏；重要字段可用粗体和闪烁吸引注意力和强化效果；等。
人机界面设计的一般过程
界面设计形式：
屏幕显示设计
颜色的使用
限制同时显示的颜色数。
一般同一画面不宜超过4或5种，可用不同层次及形状来配合颜色，增加变化。
画面中活动对象颜色应鲜明，而非活动对象应暗淡。
对象颜色应尽量不同，前景色宜鲜艳一些，背景则应暗淡。
尽量避免不兼容的颜色放在一起，如黄与蓝，红与绿等，除非作对比时用。
若用颜色表示某种信息或对象属性，要使用户懂得这种表示，且尽量用常规准则表示。
控制界面设计
遵循原则：
为用户提供尽可能大的控制权，使其易于访问系统设备，易于进行人机对话。
主要内容：
控制会话设计：
每次只提一个问
菜单界面设计：
宽度、深度权衡处理
图标设计：
逼真、易于辨认
窗口设计：
不可重叠太多或一次性开太多
直接操作界面：
让用户看到直接操作的对象的代表
命令语言界面设计：
尚在实验研究中
界面设计评价
4个基本要求：
界面设计是否有利于用户目标的完成
界面学习和使用是否方便
界面使用效率如何
设计的潜在问题有哪些
人机界面的设计
研究人机交互界面的目的是要从学生的行为模式、心理认知模式等方面分析什么样的人机界面才能使学生与计算机之间能进行轻松便利的交互，让学生更有兴趣并取得最佳的学习效果。
发展中的自动化语言识别技术、触摸浏览器、虚拟现实技术以及人工智能技术等将不仅改善人与计算机接触时计算机对人的感应，而且将会进一步改进人机界面的物理设计，使得计算机更好地为教育服务。
人机教学环境中的学习效果
（1）合作学习对学习效果的影响
探讨不同程度的合作学习所营造出的不同目标导向模式对参与学员学习效果的影响。
组间不同依存关系所产生的不同合作程度：
组内合作组间竞争、组内合作组间不竞争、组内组间合作。
研究：
结果：
组间竞赛有助于学习成就的提高，且无害于参与学员社交上的发展，是教学者可考虑运用之多元教学策略之一。
（2）多媒体组合信息与学习效果
如何利用多媒体产生的组合信息使学习者获得最有效的学习信息量。
±媒体组合信息与学习注意
±动态背景对阅读速度的影响
±动画对学习记忆的影响
人机交互活动的设计
（1）网上互动课程设计
主要功能模块：
网上课程内容讲座、课程内容精品集、典型问题评析、课程BBS、课程信息库等。
要突出以下几个特点：
±交互性
±多样性
±开放性
±共享性
（2）网络论坛上教师引导设计
论坛主持人不只是问题的发现者及信息的组织者，也是学习活动的促进者、教学者、设计者及训练者。
论坛支持人扮演的角色：
技术性角色、组织者角色、社会性角色、教学性角色。
论坛主持人的问答技巧
论坛主持人的沟通语气
主持人引导设计的研究方法
数据挖掘（名词解释/简答方法/举例分析）
数据挖掘（DataMining），又称为数据库中的知识发现（KnowledgeDiscoveryinDatabase,KDD），就是从大量数据中获取有效的、新颖的、潜在有用的、最终可理解的模式的非平凡过程，简单的说，数据挖掘就是从大量数据中提取或“挖掘”知识。
并非所有的信息发现任务都被视为数据挖掘。
例如，使用数据库管理系统查找个别的记录，或通过因特网的搜索引擎查找特定的Web页面，则是信息检索（informationretrieval）领域的任务。
虽然这些任务是重要的，可能涉及使用复杂的算法和数据结构，但是它们主要依赖传统的计算机科学技术和数据的明显特征来创建索引结构，从而有效地组织和检索信息。
尽管如此，数据挖掘技术也已用来增强信息检索系统的能力。
教学信息的挖掘
（1）数据挖掘
数据挖掘指从数据仓库中提取隐含的、事先未知的和潜在有用的信息，从而帮助决策者提出问题、发现问题、解决问题等。
具有两种能力：
自动预测倾向和行为，允许使用者实现知识驱动的决策；自动发现未知模式。
数据挖掘目前较多地应用在商业上的市场分析和Internet的资源挖掘上。
应用于学习上的数据挖掘技术是一个高级的学习过程，它实现了对未知知识的发现，体现了建构主义所追求的知识构建目标。
数据挖掘的功能任务有：
总结规则挖掘、关联规则挖掘、分类规则挖掘、聚类规则挖掘、预测分析、趋势分析等。
实现数据挖掘的方法有：
统计分析方法、聚类分析、归纳、决策树、神经网络、可视化技术等。
（2）数据挖掘系统结构及数据分析过程
数据挖掘又称从数据库中的知识发现，数据挖掘的过程可以说是一个知识构建的过程。
把数据挖掘作为以知识构建的手段，要注意以下设计要点：
±数据挖掘不能完全替代学习者的思考，否则失去建构主义要求自主学习的意义
±数据挖掘是一项技术，而非立即可用的解决方案。
±实施数据挖掘的各种软件包设计简单，能使最终的学习者方便使用；界面设计上要充分发挥数据挖掘可视化技术的威力
±数据源要按数据仓库的特征设计，按相关的学习主题组织。
±与CSCL结合，支持个人和群体的数据挖掘。
教育评价形成性评价与总结性评价的比较
信息收集的方法
从开发者处收集信息
从试验运行收集信息
从现场教学收集信息：
Ø观察记录法
Ø联机结果记录法
教学活动后收集信息
Ø调查法
Ø测试法
评价标准（五个方面）
教育性：
1.选题恰当，适应教学对象的需要；
2.突出重点，分散难点，深入浅出，易于接受；
3.注意启发，促进思维，培养能力；
4.作业典型，例题、练习份量适当，善于引导。
科学性：
1.内容正确，逻辑严密，层次清楚；
2.模拟仿真形象举例贴切、准确真实；
3.场景设置、素材选取、名词术语、操作示
范符合有关规定。
技术性：
1.图象、动画、声音、文字设计合理；
2.画面清晰，动画连续，色彩逼真，文字醒目；
3.声音清晰，音量适当，快慢适中；
4.交互设计合理，智能性好。
艺术性：
1.媒体多样，选用适当，设置恰当，创意新颖，构思巧妙，节奏合理；
2.画面悦目，声音悦耳。
使用性：
1.界面友好，操作简单、灵活；
2.容错能力强；
3.文档资料齐备。
教学监控系统的功能
能对学生的个别化学习活动进行系统的控制与管理
能跟踪学生的学习行为并记录相应的学习数据
能根据学生的学习记录诊断学生的学习情况并给出学习处方
能为教师提供报告和各种服务
课堂教学信息处理系统
（ClassroomInstructionInformationProcesssystem，CIIPS）是一种能自动采集、处理和分析课堂教学中学生反应数据的实时处理系统。
◎CIIPS的基本结构
硬件组成
软件结构
工作过程
◎CIIPS的处理
升级会员 