CAI課件工程系統(tǒng)方法研究

　　論文摘要:本文從教學(xué)論系統(tǒng)集成的研究角度出發(fā)，運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)理論、學(xué)習(xí)理論、系統(tǒng)理論、控制論的方法來(lái)指導(dǎo)CAI課件系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

　　論文關(guān)鍵詞:CAI課件  行為理論  認(rèn)識(shí)理論  教學(xué)模型  教學(xué)系統(tǒng)集成  開(kāi)發(fā)環(huán)境

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　　0引言

　　人類(lèi)學(xué)習(xí)知識(shí)過(guò)程的演進(jìn)曾經(jīng)歷過(guò)兩次革命:早在公元300年前，以孔子創(chuàng)立私塾和蘇格拉底講學(xué)為標(biāo)志的第一次革命，它從此開(kāi)創(chuàng)了教育的先河;以夸美紐斯創(chuàng)立課堂學(xué)習(xí)體系為標(biāo)志的第二次革命，它將工業(yè)生產(chǎn)方式導(dǎo)入教育，創(chuàng)立了一對(duì)多的教學(xué)方式。前兩次革命從信息傳媒上講，并沒(méi)有發(fā)生根本性變革，只是教學(xué)組織形式的變化而已。近年來(lái)，隨著信息技術(shù)尤其是互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，一種新的教育理念—網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育逐漸興起，這預(yù)示著第三次教育革命的到來(lái)。它無(wú)論是從教育方式、教育思想還是教育手段都將是對(duì)傳統(tǒng)教育模式的挑戰(zhàn)。而CAI以它的可控制性、交互性、有效性、矯正性、個(gè)別化、重復(fù)性和自適性成為第三次教育革命的靈魂。

　　1 CAI課件的現(xiàn)狀及發(fā)展

　　計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(Computer AidedInstruction)簡(jiǎn)稱(chēng)CAI，是充分利用計(jì)算機(jī)及視音頻電子采錄設(shè)備組織開(kāi)發(fā)教育資源，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)，達(dá)到最佳教學(xué)目的的教學(xué)輔助系統(tǒng)。教學(xué)系統(tǒng)集成就是依據(jù)教學(xué)理論，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)把各種有益于提高教育質(zhì)量的資源達(dá)到最優(yōu)化配置的教學(xué)技術(shù)合成。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展及教學(xué)方法的變革，CAI課件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)已成為教育科學(xué)與教育技術(shù)的重要內(nèi)容，代表著教育改革的新方向，并成為教育科學(xué)研究的戰(zhàn)略性任務(wù)。

　　CAI在60-70年代的歐美國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始普及到教學(xué)中，國(guó)際信息處理協(xié)會(huì)曾三次召開(kāi)CAI課件國(guó)際會(huì)議，交流并推廣各國(guó)CAI經(jīng)驗(yàn)。到70年代末，美國(guó)教育實(shí)驗(yàn)服務(wù)處開(kāi)始對(duì)PLATO-IV等系統(tǒng)效果進(jìn)行全面評(píng)估，其結(jié)果表明，在計(jì)算數(shù)學(xué)等理科教學(xué)及英語(yǔ)教學(xué)領(lǐng)域可取代教師的許多勞動(dòng)。目前，從國(guó)際上看，CAI課件系統(tǒng)的發(fā)展正沿著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、超媒體化方向發(fā)展。全球最大的CAI-CB-I或CBI網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)者計(jì)劃首推歐共體DELTA工程。

　　我國(guó)CAI起步于1980年，華東師范大學(xué)成立首家CBE研究中心，“七·五”期間，將CBE的許多課題列入國(guó)家重點(diǎn)科技開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，加大資金投入，我國(guó)的CAI課件的發(fā)展大體可以分成幾個(gè)階段:

　　(1)基于高級(jí)語(yǔ)言的CAI編程制作階段，屬零星分散實(shí)驗(yàn)探索時(shí)期(1980-1986年);
　　(2)以寫(xiě)作系統(tǒng)為CAI工具的制作階段，并逐步推廣時(shí)期(1987年一1995年);
　　(3)由多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)支持的CAI廣泛應(yīng)用階段(1996年一1999年);
　　(4)進(jìn)入專(zhuān)家系統(tǒng)和人工智能技術(shù)支持的深入發(fā)展的高級(jí)階段(200。年以后)。自1986年以來(lái)，我國(guó)一年一度的CBE(Computer Based Education)學(xué)會(huì)分別在北京、上海、廣州召開(kāi)了近20次CAI經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)，提交近200篇學(xué)術(shù)論文。

　　2學(xué)習(xí)理論與CAI設(shè)計(jì)

　　2.1.兩種學(xué)習(xí)理論
　　在教學(xué)理論體系中，世界教育史上最富有影響力的兩種理論是:美國(guó)斯金納的行為主義理論和美國(guó)心理學(xué)家奈塞爾的認(rèn)知學(xué)習(xí)理論。

　　行為主義理論認(rèn)為學(xué)習(xí)的起源是外界對(duì)人產(chǎn)生刺激，由刺激—反應(yīng)使人腦發(fā)生記憶，通過(guò)刺激信號(hào)的加強(qiáng)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)這一目的，因此，只要教師有意控制行為就能控制學(xué)習(xí)結(jié)果，而計(jì)算機(jī)程序式教學(xué)正是利用了行為主義學(xué)習(xí)理論，該行為理論的學(xué)習(xí)過(guò)程用圖式表示為:
　　認(rèn)知理論認(rèn)為，人類(lèi)的學(xué)習(xí)過(guò)程，雖然外界的刺激非常重要，但不能解釋行為的原因外部環(huán)境提供的信號(hào)刺激只有產(chǎn)生支配外部行為的心理，認(rèn)識(shí)過(guò)程才能被編碼、儲(chǔ)存、加工和操作。因此人的認(rèn)識(shí)過(guò)程不是由外界刺激直接給予的，而是外部刺激和認(rèn)識(shí)主體內(nèi)部心理相互作用的結(jié)果，其學(xué)習(xí)過(guò)程用圖式表示為:

　　2.2.行為理論與CAI設(shè)計(jì)模型
　　依據(jù)行為理論的刺激—反應(yīng)和強(qiáng)化刺激—強(qiáng)化反應(yīng)—長(zhǎng)時(shí)記憶的學(xué)習(xí)理論特點(diǎn)。基于此理論的CAI課件模型宜適用于記憶型知識(shí)的獲取學(xué)習(xí)環(huán)境，如公理、定律、概念、定義及語(yǔ)言的學(xué)習(xí)等。整個(gè)教學(xué)過(guò)程系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循教學(xué)目標(biāo)確定、明確強(qiáng)化信息、自我測(cè)試、實(shí)時(shí)反饋、控制程式的原則。設(shè)計(jì)方法中應(yīng)充分利用文本、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、語(yǔ)言、開(kāi)窗、加亮等多種變化方式來(lái)加強(qiáng)信號(hào)刺激，強(qiáng)化記憶效果，并靈活運(yùn)用反復(fù)設(shè)定、邏輯測(cè)試等手段，配合訓(xùn)練習(xí)題來(lái)鞏固學(xué)習(xí)和加強(qiáng)記憶成果。CAI系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程模式圖為:

　　2.3.認(rèn)知理論與CAI設(shè)計(jì)模型
　　依據(jù)認(rèn)識(shí)理論，人類(lèi)的學(xué)習(xí)過(guò)程注重于S-R聯(lián)系的擴(kuò)展，學(xué)習(xí)就是一個(gè)對(duì)知識(shí)進(jìn)行編碼到儲(chǔ)存并轉(zhuǎn)向長(zhǎng)時(shí)記憶的過(guò)程，編碼就是內(nèi)部心理的主觀邏輯加工過(guò)程。于是，基于認(rèn)識(shí)理論的CAI課件設(shè)計(jì)模型應(yīng)注重將新舊知識(shí)有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，找出由低級(jí)向高級(jí)遞進(jìn)的內(nèi)在邏輯關(guān)系，結(jié)合教學(xué)目標(biāo)要求和提高個(gè)別化學(xué)習(xí)者操作能力的培養(yǎng)，更適用于理解型邏輯推理知識(shí)的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)過(guò)程系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)基于確定教學(xué)目標(biāo)、設(shè)定邏輯元素、明確推理方法、訓(xùn)練理解測(cè)試、實(shí)時(shí)連接反饋的原則。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程模式圖為:
　3.CAI開(kāi)發(fā)環(huán)境

　　CAI課件工程方法的技術(shù)實(shí)現(xiàn)是由開(kāi)發(fā)工具來(lái)完成的。目前，CAI課件開(kāi)發(fā)工具正朝著集成化開(kāi)發(fā)環(huán)境方向發(fā)展，其寫(xiě)作語(yǔ)言與寫(xiě)作系統(tǒng)間的界限愈來(lái)愈模糊，主要開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展方向和趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面。

　　3.1面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法
　　面向?qū)ο?()()一()bject-oriented)方法通過(guò)抽象和屬性繼承來(lái)建立實(shí)體之間的聯(lián)系，具有良好的直觀性和可理解性。因此，把此方法作為建立客觀世界模型的軟件具有良好的結(jié)構(gòu)性和重用性，因而可支持課件的可擴(kuò)充性。

　　3.2.可視化環(huán)境開(kāi)發(fā)(人一機(jī)界面專(zhuān)家系統(tǒng))
　　直觀界面(Visual Interface)用圖符集合來(lái)表示任務(wù)結(jié)構(gòu)，允許用戶通過(guò)操縱圖符而實(shí)現(xiàn)其工作目標(biāo)�，F(xiàn)在出現(xiàn)的寫(xiě)作軟件大多開(kāi)始采用此類(lèi)界面，直觀界面又引發(fā)了直觀程序設(shè)計(jì)(可視化程序設(shè)計(jì))的思想，PCWindows支持下的Visual BASIC(V一BA-SIC)即屬此類(lèi)語(yǔ)言。V-BASIC之類(lèi)的語(yǔ)言可被CAI開(kāi)發(fā)者用作通用型寫(xiě)作語(yǔ)言。

　　3.3.超媒體寫(xiě)作系統(tǒng)
　　此系統(tǒng)旨在減少由于媒體多樣性而造成的信息操作復(fù)雜性，為作者提供一致性操作，且允許用戶運(yùn)用超文體框架合成超信息綜合環(huán)境。

　　3.4.ITS寫(xiě)作環(huán)境
　　ICA/ITS的應(yīng)用開(kāi)發(fā)有賴(lài)于適當(dāng)?shù)膶?xiě)作工具，ITS寫(xiě)作環(huán)境可看作是面向問(wèn)題領(lǐng)域的通訊系統(tǒng)，其中嵌入式技術(shù)成為解決某一領(lǐng)域所必需的基本任務(wù)結(jié)構(gòu)，使得作者可以調(diào)用其中的任務(wù)而組成適當(dāng)?shù)囊?guī)劃方案。

　　3.5.微機(jī)自動(dòng)化教學(xué)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)
　　現(xiàn)有的大多數(shù)寫(xiě)作工具都是從軟件工程方法出發(fā)的，很少體現(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)思想，即使有，也不過(guò)是程序教學(xué)思想。今后的寫(xiě)作系統(tǒng)將會(huì)越來(lái)越多地嵌入某些教學(xué)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)思想，美國(guó)的MERILL教授是這一方面的倡導(dǎo)者，他于80年代初推出了面向CAI的教學(xué)設(shè)計(jì)理論—部件設(shè)計(jì)理論，稱(chēng)為第一代教學(xué)設(shè)計(jì)理論。90年代初，他又提出了第二代教學(xué)設(shè)計(jì)理論—教學(xué)事務(wù)理論，并據(jù)此開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為T(mén)ransactionShellsr的教學(xué)設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)。

　4設(shè)計(jì)實(shí)例

　　在進(jìn)行實(shí)際的CAI系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我們應(yīng)從教學(xué)系統(tǒng)集成的觀點(diǎn)出發(fā)并結(jié)合具體的學(xué)科特點(diǎn)，對(duì)一個(gè)特殊的對(duì)象應(yīng)有針對(duì)性地對(duì)其設(shè)計(jì)一個(gè)完整的輔助環(huán)境，并總結(jié)出在該環(huán)境中應(yīng)突出體現(xiàn)的方方面面，抽象出行為理論和認(rèn)識(shí)理論所描述的對(duì)象，采取有效的知識(shí)回顧或鮮艷色彩圖案的配合達(dá)到最佳的刺激效果。例如，在設(shè)計(jì)“在一個(gè)有序數(shù)列中插入一個(gè)數(shù)后還保持有序”的問(wèn)題分析輔助環(huán)境中，突出兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:一是設(shè)計(jì)思路和方案，二是程序的具體實(shí)現(xiàn)。表現(xiàn)在方法論上，對(duì)于設(shè)計(jì)思路的教學(xué)，我們可以利用行為理論的觀點(diǎn)，由于插入的重點(diǎn)操作是元素位置的動(dòng)態(tài)移動(dòng)，可以把文本、語(yǔ)言、圖像等配合起來(lái)來(lái)描述元素對(duì)象，并用加亮、色彩對(duì)比方式描述不同狀態(tài)的元素，把當(dāng)前移動(dòng)位置的元素用鮮亮的顏色形象表示其動(dòng)態(tài)的移動(dòng)過(guò)程，這樣可以鮮明突出插入過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，加深和強(qiáng)化執(zhí)行過(guò)程的印象，增強(qiáng)理解的深度過(guò)程描述的程序?qū)崿F(xiàn)是設(shè)計(jì)技巧和編程能力的綜合運(yùn)用，因此要充分利用認(rèn)知理論的方法，根據(jù)第一步過(guò)程的分析而把涉及到的程序設(shè)計(jì)技巧進(jìn)行統(tǒng)一的組織和回顧，把執(zhí)行過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)用不同的程序段描述，并結(jié)合具體的一組數(shù)據(jù)來(lái)描述程序執(zhí)行過(guò)程的動(dòng)態(tài)演示流程，把原有知識(shí)和最新技術(shù)相結(jié)合形成一種新的設(shè)計(jì)方法。然后把程序執(zhí)行過(guò)程和k1.休數(shù)據(jù)功態(tài)變化演示進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使學(xué)生不僅能通過(guò)接收加強(qiáng)的刺激信號(hào)而加深理解過(guò)程的變化，并從數(shù)據(jù)對(duì)象的不斷動(dòng)態(tài)變化中而潛移默化地接收了其執(zhí)行的規(guī)律，從而為程序設(shè)計(jì)的思想奠定基礎(chǔ)。另一方面，通過(guò)程序設(shè)計(jì)技巧的分析而加深鞏固了原有知識(shí)，而原有知識(shí)的新式組合又提供了另一種解決問(wèn)題的策略，二者在一個(gè)環(huán)境中的統(tǒng)一協(xié)調(diào)配合則達(dá)到雙重效果，能全面地對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行綜合的分析和解決而達(dá)到教學(xué)目的。

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　CAI課件設(shè)計(jì)是我國(guó)乃至世界都正在研究的一個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域，其系統(tǒng)方法的研究是指導(dǎo)CAI課件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，可以提供理論性、方法性指導(dǎo)。如何充分利用當(dāng)代信息媒體使其能達(dá)到最優(yōu)的教學(xué)效果是我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中的具體目標(biāo)。一方面要合理布局知識(shí)信息，另一方面要充分結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出生動(dòng)、直觀的模擬環(huán)境以實(shí)現(xiàn)最佳的教學(xué)效果，這是CAI課件工程系統(tǒng)方法研究的最終目標(biāo)。

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