| 词条 | 计算机辅助教学 |
| 释义 | § 定义 计算机辅助教学(Computer Aided Instruction ，简称CAI)是在计算机辅助下进行的各种教学活动，以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术。是用计算机帮助教师进行教学或用计算机进行教学的广阔应用领域。[1]它既是计算机在教育中的一个重要应用领域，又代表一种新的教育技术和教学方式。CAI为学生提供一个良好的个人化学习环境。综合应用多媒体、超文本、人工智能和知识库等计算机技术，克服了传统教学方式上单一、片面的缺点。它的使用能有效地缩短学习时间、提高教学质量和教学效率，实现最优化的教学目标。 § 简介 计算机辅助教学是教师将计算机作为教学媒体，使用计算机帮助教师进行教学或用计算机进行教学，为学生提供个别化的学习环境，学生通过与计算机的交互作用进行学习的一种教学形式。计算机辅助教学（Computer-Assisted Instruction）其英文缩写为CAI。CAI是计算机科学、教育学、心理学等多门学科交叉形成的一门综合性新兴学科。它既代表一个十分广阔的计算机应用领域，又是一项重要的教育技术。[1] § 相关名词 计算机辅助学习（Computer-Assisted Learning），简称CAL，CAL强调用计算机帮助"学"的方面甚于"教"的方面。一般来说，欧洲和美国东海岸地区偏向于CAL名称。 计算机辅助训练（Computer-Assisted Training），简称CAT，主要指计算机在职业技能训练中的应用，如工业训练、军事训练等。 计算机辅助教育（Computer- Based Education），简称 CBE，其基本出发点是：利用计算机的先进技术促进教育的发展，以计算机为主要工具帮助教育工作者进行教学和管理。 中国的计算机教育应用实践始于80年代初，习惯上将计算机的各类教育应用统称为CBE，将计算机直接支持教与学的各类应用统称为CAI，将计算机用于实现教学管理任务的各类应用统称为CMI（Computer Managed Instruction，计算机管理教学），并且将CAI和CMI看作为构成CBE领域的两个大的方面。[1] § 研究内容 计算机辅助教学 1)计算机辅助教学模式：目前CAI系统通常采用的教学模式有以下6种： (1)练习：包括编排题目、比较答案及登记分数，通常作为正常教学的补充； (2)个别指导：包括教授规则、评估学生的理解和提供应用的环境等； (3)对话与咨询：又称为“苏格拉底”教学模式，允许学生与计算机之间进行比较自由的“谈话”； (4)游戏：创造一个带竞争性的学习环境，游戏的内容和过程与教学目标相联系； (5)模拟：用计算机模仿真实现象(自然的或人为的现象)，并加以控制，如模拟化学或物理实验和飞机、车船驾驶训练等； (6)问题求解：让学生以多种途径运用规则和概念，得到问题的解，既要求学生不仅知道问题的正确答案，而且掌握其解答过程。在具体的教学过程中，根据教学内容表达的需要和教学目的的要求，需要在同一课程不同的内容或不同的教学环节中交叉使用这些教学模式。 2）计算机辅助教学课件的制作： CAI系统工程核心是课件。由课件设计者根据教学要求用CAI写作工具或计算机语言编制而成。 3)计算机辅助教学写作工具与环境：CAI写作工具是提供给课程教师编制课件的写作环境。良好的写作系统和开发工具是提高CAI课件开发效率的关键。 § 发展历史 计算机辅助教学，简称CAI，是英文COMPUTER ASSISTED INSTRUCTION的缩写。 美国是进行计算机辅助教学研究和应用最早的国家，所以CAI的历史基本上是以美国CAI发展历史为主线。近四十年来，CAI的发展大体上经历了五个阶段。 （1）1958--1965年 这是CAI发展的初期阶段。在这个时期，主要是以大学和计算机公司为中心开展的软件硬件开发研究工作，并出现了一些有代表性的系统。如：PLATO系统。 （2）1965--1970年 这一时期的特点是研究规模扩大，并且将以前的研究成果投入应用。斯坦福大学在1966年研制了IBM1500教学系统。 （3）1970--1975年 这一时期，CAI的应用范围不断扩大，并进一步趋向实用化。开发的科目除了数学，物理之外，在医学、语言学、经济学、音乐等多种学科领域均开展了CAI的应用。 （4）1975--80年代后期 微型计算机进入教育领域之后，形成了极大的冲击，使之成为多种教育环境中的理想工具。 （5）80年代末以后 80年代末和90年代初，多媒体计算机的出现，被称为计算机的一场革命，它具有能够综合处理文字、图像、声音、图形的能力，显示了计算机在教育方面的非凡才能，很快成为CAI发展的重要方向。 § 阶段 实验起步阶段 20世纪50年代末至70年代后期是CAI的试验起步阶段。这段时间研究各种可能的CAI类型，试验新的CAI教学模型，并对其教学效果进行检测和评价，同时进行了学习理论、教学理论等重要理论的探讨。早期的著名系统有PLATO（Programmed Logic for Automatic Teaching Operation）系统和TICCIT（Time-shared Interactive Computer Controlled Instructional Television）系统，这两个系统都是美国的计算机公司和大学联合研制的。其他一些国家（如英国、加拿大、日本等）出相继开展CAI研究，并推出了自己的CAI系统。 中国的CAI试验起步阶段开始于20世纪70年代末期，一批高校和软件公司从20世纪80年代初进行CAI系统的研制开发。 发展普及阶段 CAI的发展普及阶段从20世纪70年代末开始到80年代末约有10年左右的时间。这一时期许多发达国家（诸如：美国、日本、英国）开始普及CAI，中小学大量购置计算机设备，一些计算机教育软件投入使用并形成产品。 中国在20世纪80年代中期开始了CAI的普及工作。 新型发展阶段 从20世纪80年代末到现在，由于各种计算机新技术的出现和使用，使得CAI进入到一个全新的发展阶段。其主要的新技术有：多媒体与超媒体技术、网络技术、人工智能技术、面向对象的程序设计技术等。运用这些新技术，CAI向着网络化、多媒体化、协同化、智能化的方向发展，这不但促进了CAI的普及，提高了CAI的水平，而且打破了传统的课堂教学方式，带来了教育思想、观念、体制的重大变革，推动了教育的现代化。现代远程教育的出现把计算机的教育应用推向了蓬勃发展的新阶段。[1] § 基本原理 计算机辅助教学的基本过程如下： 首先由学习者向CAI系统提出所需学习内容的申请，由CAI受理后，检索出相应的教学内容，通过显示器展示给学习者，通过思维理解后再由CAI系统提出问题展现给学习者，当学习者接受刺激后做出应答，同时反馈给CAI系统，CAI经检测评定后确认应答的正确、错误再反馈展示给学习者以强化理解，完成的是一个典型的交互过程。 选择课题 学生根据自己的兴趣或教师的安排，从计算机中的CAI课件中选择一个课题，计算机立即将相应的内容调入内存运行，并在显示屏幕上显示序言。 呈现信息 计算机呈现一小段教学信息，可以用文字、图形等形式表现。 注意教学信息 学生集中注意力，理解和记住显示器呈现出的教学信息。 提问 计算机向学生提一些与刚才呈现的教学信息有关的问题，要求学生回答。在CAI中提问是十分重要的，它是为了测试学生对刚才所呈现内容的理解程度，对计算机随后的教学策略有重要影响。 反应 学生通过思考和判断，对计算机的提问做出反应，通常在键盘上或用鼠标器输入他们的回答。 评价与反馈 计算机接受学生的反应，判断其正确程度，并提供适当的反馈信息。该信息通常包括关于问题结果的知识，对学生的表扬和勉励、对错误原因的分析以及对进一步学习的建议等。 注意反馈信息 学生对自己刚才反应的结果十分关心，计算机提供的结果知识帮助他确认结果，明白为什么正确、为什么错误以及出错的原因等。此时，学生要根据计算机的提示信息进入下一步学习。 教学决策 计算机根据对学生反应的判断和某种教学策略，来决定下一步的教学行为，一般有下列选择： 1．继续：呈现新的教学信息。 2．复习：呈现同样或类似的教学信息。 3．补习：提供与刚才内容有关的更详细的说明材料信息。 4．提示：提供启发信息，然后呈现刚才呈现的问题，让学生反应。 5．测验：提供一个小测验，检查是否达到目标，通常在一课结束后进行。[1] § 构成 CAI一般可分为计算机硬件、系统软件和课程软件三部分。 1.系统硬件 （略） 2.系统软件 包括操作系统、语言处理系统、各种工具软件和写作系统。 工具软件是指为了帮助和支持CAI课件的开发，提高CAI课件的质量，完成某种特定功能的专用软件，如文字处理工具、表格处理工具、图形处理工具和动画制作工具等。 课件写作系统是一种为了免除教师学习程序设计语言而设计的应用软件。教??元之间的连接关系、问题与答案等，系统就能自动生成课件。这种课件写作系统大大减轻了教师编程的负担，有利于CAI的推广。我们推荐PowerPoint、Authorware两种软件，简便实用。 3.课程软件 它是教师或程序设计人员根据教学要求，用计算机语言或课件写作系统编制的教学应用软件。课件反映了教学内容、教学目标、教学策略和教学经验。课件的开发要依靠教师，如果教师在硬件和技术上有困难，可以向电教中心提出。电教中心可以承担技术方面的工作，与教师共同完成CAI课件的编制工作。 § 应用环境 进行多媒体计算机辅助教学，重要的是要构建与之相适应的教学环境。 （一）计算机辅助教学的制作环境 1.硬件 计算机辅助教学系统中所有的设备装置称为硬件（hardware）。硬件是CAI系统的基础，在CAI活动中它们呈现具体的教学内容、接受学生的反应，并执行各种具体的教学信息的处理、分析，进行决策判断和控制等等。除了常规的硬件如主机、内存、硬盘、显示器、网卡之外，还有音频信息处理硬件、视频信息处理硬件及光盘驱动器等部分。 2.软件 在计算机辅助教学系统中，计算机的软件大致可分为以下三类： （1）操作系统软件：如Window2000、Windows xp等。 （2）素材制作软件：如绘图软件、图像处理软件、声音编辑软件、视频编辑软件以及动画制作软件等，用来完成图像扫描输入与处理、声音录制与编辑、视频采集与压缩编码、动画制作与生成等。 （3）多媒体创作软件：是处理和统一管理文本、图形、声音、静态图像、视频图像和动画等多种媒体信息的创作工具，用来编制与生成各种多媒体课件。 （二）多媒体计算机辅助教学的实施环境 1.多媒体教室系统 多媒体教室的功能主要是利用教室内配备的多媒体计算机和大屏幕投影等设备向学生呈现多媒体课件，辅助教师进行课堂教学。如果接入校园网，还可以登录到各种教学网站和各种教学资源库，点播所需要的多媒体课件或者下载所需的多媒体课件并在本地进行呈现。 多媒体教室的硬件设备主要包括一台由主讲教师控制的多媒体计算机和相应的投影设备，以及教师所利用的各种教学资源。 2. 交互式多媒体教室系统 交互式多媒体教室不仅能实现对多媒体课件的点播功能，而且教师和学生之间可以通过多媒体教室内各自的多媒体计算机进行交流。在交互式多媒体教室中，教师通过自己控制多媒体计算机播放所需的多媒体教学课件，每台学生用机能同时显示教师用主控机上所播放的教学内容，主讲教师还可以通过主控计算机的控制平台监视每一台学生用机的具体情况。更重要的是每个学生可以通过学生机根据自己实际的学习情况与教师进行必要的交流。 交互式多媒体教室的设备主要包括教师主控的多媒体计算机、学生用的多媒体计算机、多媒体教学控制设备等。 § 发展趋势 （一）向网络化方向发展 网络化是计算机辅助教学的重要发展趋势。“无机不联”正是当今计算机使用情况的真实写照。因为计算机联网，才大大提高了计算机信息的共享和利用率，在教育领域，网络也已大显身手，并继续大有作为。网络不但拥有从幼儿教育到当前科学最前沿的所有知识资源，还提供了在校学生和教师通过网络在计算机屏幕上进行公共讨论的场所，学生、教师和其他研究人员在教学科研中可通过网络获取、交流更多的信息获得更完善的服务。四通八达、覆盖全球的网络和瞬间千里的传输速度缩短了教育之间的距离，中国学生通过网络可以获得麻省理工学院教师的指导。同时，网络也将在促进边远地区教育发展中扮演重要角色，中小学的各种计算机网络也广泛建立起来了，每所中学都有其校内的局域网或和其他学校相联的网络。通过网络，不同地区、不同学校学生和教师可以进行教学交流或者跨地区、跨学校教学。 （二）向标准化方向发展 计算机辅助教学是一项复杂的系统工程，在设计开发过程中，必须制订和遵守统一标准，保证系统的可扩展性。建立国家标准计算机辅助教学的数据编码标准或规范，制订教学应用软件开发和建设规范，规范教学应用软件系统的开发建设，保证应用的有机集成。 （三）向虚拟化方向发展 虚拟化是计算机辅助教学发展的另一主要趋向。随着计算机的运行速度的快速提高，大容量、高速度的数据存储工具的发明以及各种人机界面技术和虚拟现实技术的发展，计算机处理大批量的声音、图像信息将变得随心所欲。在计算机辅助教学中，虚拟现实技术将得到广泛应用，学生不仅仅听到或看到各种信息，而且可以进入到学习内容中去；地理课将身临其境地感受世界风土人情；历史课将走入的时间道，重温历史事件；实验课将真实再现遗传变异、原子裂变……总之，教学中的感性知识和理性知识隔裂，直接经验与间接经验脱节的情况随着虚拟技术在计算机辅助教学中的推广运用一去不复返。 （四）向合作化方向发展 计算机网络为合作学习提供了广阔空间和多种可能，教室与教室、实验室与实验室、学校与学校、国家与国家最终将形成一个巨大的计算机网络，将把各国的学校和师生联结一起，计算机网络环境下的合作学习充分开发和利用了教学中的人力资源，它把教学建立在了更加广阔的交流背景之上，教师与学生可以足不出户进行教学、交流和讨论，学生可以自主、自助进行各种学习活动，根据自身情况安排学习内容，通过交流、商议、集体参与等实现合作学习，提高了学生学习的参与度，并在合作中提高学习兴趣和学习效率，通过贡献智慧、分享成果，进而学会合作。 § 作用 辅助教师 计算机辅助教学能够在许多方面模仿人类教师，帮助学生理解、掌握、巩固知识，辅助教师进行教学。由于计算机具有多种呈现教学内容的方式，并能模拟许多自然、实验现象，所以应用计算机辅助教学有助于学生对知识的理解和掌握。而利用计算机强大的数据库系统则可为学生提供多层次、多类型的习题、通过有目的的练习，学生所学的知识能够得到巩固和强化。通过计算机辅助教学提供的多种学习方式和教学策略，还能够培养学生的学习能力。 教学工具 从教师的角度看，计算机辅助教学中的辅助备课系统、辅助测验系统等教育应用软件能够作为教学工具有效在帮助教师提高工作效率，而在课堂上利用计算机辅助教学，可以模拟、演示一些传统教学工具不可能表现的过程、情景、现象等，能够加强学生的感性认识，提高教学效果。 学习工具 针对学生而言，在计算机辅助教学中，计算机可以作为帮助学生学习的工具，例如：计算机强大的存储能力可以为学生提供丰富的信息，学生可以获取大量的知识和信息，不仅利于日常学习，而且开阔眼界、拓宽知识。[1] § 特点 大致归纳为以下几点： 交互性强 在CAI中，学生与计算机之间通过双向通讯的交互活动进行教学。按双方在交互活动中的控制权不同，有计算机控制为主、学生控制为主、混合控制三种方式。CAI的交互性使学生与计算机之间、学生与教师之间、学生与学生之间进行广泛的教学交流和及时的反馈，形成了开放、积极的交互教学环境。 个性化教学 CAI通过对教学信息、教学策略、教学路径的决策，提供了自定步调、难度调整、适应个性等因材施教的方式，为个别化教学的开展提供了条件。 学时短、效率高 CAI提供的教学环境，激发学生的学习兴趣，提高了学生的注意力；CAI提供的教学内容表现丰富多彩，解决了传统课堂教学不便表示或无法表示的一些过程、现象、事件……；CAI提供的教学手段多样化，使学生能积极地思维和培养逻辑判断力；与传统教学相比，CAI提高了学习效率，缩短了学习时间、学习效果更巩固。 科学性强 CAI中的教学软件是经过优秀教师与课件制作人员的共同努力编制而成的，并有严格的评测标准，因而可以避免由于单个教师个人条件限制所带来的教学水平差异，保证了教学的科学性。 在CAI中，要注意发挥它的优势，克服其不足带来的影响。[1] |
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