CAI課件工程系統方法研究
論文摘要:本文從教學(xué)論系統集成的研究角度出發(fā)，運用現代教學(xué)理論、學(xué)習理論、系統理論、控制論的方法來(lái)指導CAI課件系統工程的設計與開(kāi)發(fā)。
論文關(guān)鍵詞:CAI課件 行為理論 認識理論 教學(xué)模型 教學(xué)系統集成 開(kāi)發(fā)環(huán)境
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0引言
人類(lèi)學(xué)習知識過(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)習體系為標志的第二次革命，它將工業(yè)生產(chǎn)方式導入教育，創(chuàng )立了一對多的教學(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(zhù)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 )遠程教育逐漸興起，這預示著(zhù)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傳統教育模式的挑戰。而CAI以它的可控制性、交互性、有效性、矯正性、個(gè)別化、重復性和自適性成為第三次教育革命的靈魂。
1 CAI課件的現狀及發(fā)展
計算機輔助教學(xué)(Computer AidedInstruction)簡(jiǎn)稱(chēng)CAI，是充分利用計算機及視音頻電子采錄設備組織開(kāi)發(fā)教育資源，實(shí)現最優(yōu)化教學(xué)目標，達到最佳教學(xué)目的的教學(xué)輔助系統。教學(xué)系統集成就是依據教學(xué)理論，運用現代信息技術(shù)把各種有益于提高教育質(zhì)量的資源達到最優(yōu)化配置的教學(xué)技術(shù)合成。隨著(zhù)計算機信息技術(shù)的發(fā)展及教學(xué)方法的變革，CAI課件的設計與開(kāi)發(fā)已成為教育科學(xué)與教育技術(shù)的重要內容，代表著(zhù)教育改革的新方向，并成為教育科學(xué)研究的戰略性任務(wù)。
CAI在60-70年代的歐美國家已經(jīng)開(kāi)始普及到教學(xué)中，國際信息處理協(xié)會(huì )曾三次召開(kāi)CAI課件國際會(huì )議，交流并推廣各國CAI經(jīng)驗。到70年代末，美國教育實(shí)驗服務(wù)處開(kāi)始對PLATO-IV等系統效果進(jìn)行全面評估，其結果表明，在計算數學(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，從國際上看，CAI課件系統的發(fā)展正沿著(zhù)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)者計劃首推歐共體DELTA工程。
我國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的許多課題列入國家重點(diǎn)科技開(kāi)發(fā)項目，加大資金投入，我國的CAI課件的發(fā)展大體可以分成幾個(gè)階段:
(1)基于高級語(yǔ)言的CAI編程制作階段，屬零星分散實(shí)驗探索時(shí)期(1980-1986年);
(2)以寫(xiě)作系統為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廣泛應用階段(1996年一1999年);
(4)進(jìn)入專(zhuān)家系統和人工智能技術(shù)支持的深入發(fā)展的高級階段(200。年以后)。自1986年以來(lái)，我國一年一度的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)驗交流會(huì )，提交近200篇學(xué)術(shù)論文。
2學(xué)習理論與CAI設計
2.1.兩種學(xué)習理論
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:美國斯金納的行為主義理論和美國心理學(xué)家奈塞爾的認知學(xué)習理論。
行為主義理論認為學(xué)習的起源是外界對人產(chǎn)生刺激，由刺激—反應使人腦發(fā)生記憶，通過(guò)刺激信號的加強實(shí)現學(xué)習這一目的，因此，只要教師有意控制行為就能控制學(xué)習結果，而計算機程序式教學(xué)正是利用了行為主義學(xué)習理論，該行為理論的學(xué)習過(guò)程用圖式表示為:
認知理論認為，人類(lèi)的學(xué)習過(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)境提供的信號刺激只有產(chǎn)生支配外部行為的心理，認識過(guò)程才能被編碼、儲存、加工和操作。因此人的認識過(guò)程不是由外界刺激直接給予的，而是外部刺激和認識主體內部心理相互作用的結果，其學(xué)習過(guò)程用圖式表示為:
2.2.行為理論與CAI設計模型
依據行為理論的刺激—反應和強化刺激—強化反應—長(cháng)時(shí)記憶的學(xué)習理論特點(diǎn)�；诖死碚摰腃AI課件模型宜適用于記憶型知識的獲取學(xué)習環(huán)境，如公理、定律、概念、定義及語(yǔ)言的學(xué)習等。整個(gè)教學(xué)過(guò)程系統設計應遵循教學(xué)目標確定、明確強化信息、自我測試、實(shí)時(shí)反饋、控制程式的原則。設計方法中應充分利用文本、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)加強信號刺激，強化記憶效果，并靈活運用反復設定、邏輯測試等手段，配合訓練習題來(lái)鞏固學(xué)習和加強記憶成果。CAI系統設計流程模式圖為:
2.3.認知理論與CAI設計模型
依據認識理論，人類(lèi)的學(xué)習過(guò)程注重于S-R聯(lián)系的擴展，學(xué)習就是一個(gè)對知識進(jìn)行編碼到儲存并轉向長(cháng)時(shí)記憶的過(guò)程，編碼就是內部心理的主觀(guān)邏輯加工過(guò)程。于是，基于認識理論的CAI課件設計模型應注重將新舊知識有機聯(lián)系起來(lái)，找出由低級向高級遞進(jìn)的內在邏輯關(guān)系，結合教學(xué)目標要求和提高個(gè)別化學(xué)習者操作能力的培養，更適用于理解型邏輯推理知識的學(xué)習。學(xué)習過(guò)程系統設計應基于確定教學(xué)目標、設定邏輯元素、明確推理方法、訓練理解測試、實(shí)時(shí)連接反饋的原則。其系統設計流程模式圖為:
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(zhù)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)展方向和趨勢有以下幾個(gè)方面。
3.1面向對象的設計方法
面向對象(()()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(guān)性和可理解性。因此，把此方法作為建立客觀(guān)世界模型的軟件具有良好的結構性和重用性，因而可支持課件的可擴充性。
3.2.可視化環(huán)境開(kāi)發(fā)(人一機界面專(zhuān)家系統)
直觀(guān)界面(Visual Interface)用圖符集合來(lái)表示任務(wù)結構，允許用戶(hù)通過(guò)操縱圖符而實(shí)現其工作目標�，F在出現的寫(xiě)作軟件大多開(kāi)始采用此類(lèi)界面，直觀(guān)界面又引發(fā)了直觀(guān)程序設計(可視化程序設計)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
此系統旨在減少由于媒體多樣性而造成的信息操作復雜性，為作者提供一致性操作，且允許用戶(hù)運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的應用開(kāi)發(fā)有賴(lài)于適當的寫(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，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)結構，使得作者可以調用其中的任務(wù)而組成適當的規劃方案。
3.5.微機自動(dòng)化教學(xué)開(kāi)發(fā)系統
現有的大多數寫(xiě)作工具都是從軟件工程方法出發(fā)的，很少體現教學(xué)系統集成設計思想，即使有，也不過(guò)是程序教學(xué)思想。今后的寫(xiě)作系統將會(huì )越來(lái)越多地嵌入某些教學(xué)系統集成設計思想，美國的MERILL教授是這一方面的倡導者，他于80年代初推出了面向CAI的教學(xué)設計理論—部件設計理論，稱(chēng)為第一代教學(xué)設計理論。90年代初，他又提出了第二代教學(xué)設計理論—教學(xué)事務(wù)理論，并據此開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為T(mén)ransactionShellsr的教學(xué)設計專(zhuān)家系統。
4設計實(shí)例
在進(jìn)行實(shí)際的CAI系統設計時(shí)，我們應從教學(xué)系統集成的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)并結合具體的學(xué)科特點(diǎn)，對一個(gè)特殊的對象應有針對性地對其設計一個(gè)完整的輔助環(huán)境，并總結出在該環(huán)境中應突出體現的方方面面，抽象出行為理論和認識理論所描述的對象，采取有效的知識回顧或鮮艷色彩圖案的配合達到最佳的刺激效果。例如，在設計“在一個(gè)有序數列中插入一個(gè)數后還保持有序”的問(wèn)題分析輔助環(huán)境中，突出兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:一是設計思路和方案，二是程序的具體實(shí)現。表現在方法論上，對于設計思路的教學(xué)，我們可以利用行為理論的觀(guān)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)描述元素對象，并用加亮、色彩對比方式描述不同狀態(tài)的元素，把當前移動(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，加深和強化執行過(guò)程的印象，增強理解的深度過(guò)程描述的程序實(shí)現是設計技巧和編程能力的綜合運用，因此要充分利用認知理論的方法，根據第一步過(guò)程的分析而把涉及到的程序設計技巧進(jìn)行統一的組織和回顧，把執行過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節用不同的程序段描述，并結合具體的一組數據來(lái)描述程序執行過(guò)程的動(dòng)態(tài)演示流程，把原有知識和最新技術(shù)相結合形成一種新的設計方法。然后把程序執行過(guò)程和k1.休數據功態(tài)變化演示進(jìn)行協(xié)調統一，使學(xué)生不僅能通過(guò)接收加強的刺激信號而加深理解過(guò)程的變化，并從數據對象的不斷動(dòng)態(tài)變化中而潛移默化地接收了其執行的規律，從而為程序設計的思想奠定基礎。另一方面，通過(guò)程序設計技巧的分析而加深鞏固了原有知識，而原有知識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)境中的統一協(xié)調配合則達到雙重效果，能全面地對該問(wèn)題進(jìn)行綜合的分析和解決而達到教學(xué)目的。
5結束語(yǔ)
CAI課件設計是我國乃至世界都正在研究的一個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域，其系統方法的研究是指導CAI課件開(kāi)發(fā)的基礎，可以提供理論性、方法性指導。如何充分利用當代信息媒體使其能達到最優(yōu)的教學(xué)效果是我們在實(shí)際設計中的具體目標。一方面要合理布局知識信息，另一方面要充分結合學(xué)科特點(diǎn)，設計出生動(dòng)、直觀(guān)的模擬環(huán)境以實(shí)現最佳的教學(xué)效果，這是CAI課件工程系統方法研究的最終目標。
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