CAI課件工程系統(tǒng)方法研究
論文摘要:本文從教學論系統(tǒng)集成的研究角度出發(fā)，運用現(xiàn)代教學理論、學習理論、系統(tǒng)理論、控制論的方法來指導CAI課件系統(tǒng)工程的設計與開發(fā)。
論文關鍵詞:CAI課件 行為理論 認識理論 教學模型 教學系統(tǒng)集成 開發(fā)環(huán)境
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0引言
人類學習知識過程的演進曾經歷過兩次革命:早在公元300年前，以孔子創(chuàng)立私塾和蘇格拉底講學為標志的第一次革命，它從此開創(chuàng)了教育的先河;以夸美紐斯創(chuàng)立課堂學習體系為標志的第二次革命，它將工業(yè)生產方式導入教育，創(chuàng)立了一對多的教學方式。前兩次革命從信息傳媒上講，并沒有發(fā)生根本性變革，只是教學組織形式的變化而已。近年來，隨著信息技術尤其是互聯(lián)網的迅猛發(fā)展，一種新的教育理念—網絡遠程教育逐漸興起，這預示著第三次教育革命的到來。它無論是從教育方式、教育思想還是教育手段都將是對傳統(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(xiàn)狀及發(fā)展
計算機輔助教學(Computer AidedInstruction)簡稱CAI，是充分利用計算機及視音頻電子采錄設備組織開發(fā)教育資源，實現(xiàn)最優(yōu)化教學目標，達到最佳教學目的的教學輔助系統(tǒng)。教學系統(tǒng)集成就是依據教學理論，運用現(xiàn)代信息技術把各種有益于提高教育質量的資源達到最優(yōu)化配置的教學技術合成。隨著計算機信息技術的發(fā)展及教學方法的變革，CAI課件的設計與開發(fā)已成為教育科學與教育技術的重要內容，代表著教育改革的新方向，并成為教育科學研究的戰(zhàn)略性任務。
CAI在60-70年代的歐美國家已經開始普及到教學中，國際信息處理協(xié)會曾三次召開CAI課件國際會議，交流并推廣各國CAI經驗。到70年代末，美國教育實驗服務處開始對PLATO-IV等系統(tǒng)效果進行全面評估，其結果表明，在計算數(shù)學等理科教學及英語教學領域可取代教師的許多勞動。目前，從國際上看，CAI課件系統(tǒng)的發(fā)展正沿著網絡化、智能化、超媒體化方向發(fā)展。全球最大的CAI-CB-I或CBI網絡開發(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科技開發(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階段:
(1)基于高級語言的CAI編程制作階段，屬零星分散實驗探索時期(1980-1986年);
(2)以寫作系統(tǒng)為CAI工具的制作階段，并逐步推廣時期(1987年一1995年);
(3)由多媒體技術和網絡支持的CAI廣泛應用階段(1996年一1999年);
(4)進入專家系統(tǒng)和人工智能技術支持的深入發(fā)展的高級階段(200。年以后)。自1986年以來，我國一年一度的CBE(Computer Based Education)學會分別在北京、上海、廣州召開了近20次CAI經驗交流會，提交近200篇學術論文。
2學習理論與CAI設計
2.1.兩種學習理論
在教學理論體系中，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家奈塞爾的認知學習理論。
行為主義理論認為學習的起源是外界對人產生刺激，由刺激—反應使人腦發(fā)生記憶，通過刺激信號的加強實現(xiàn)學習這一目的，因此，只要教師有意控制行為就能控制學習結果，而計算機程序式教學正是利用了行為主義學習理論，該行為理論的學習過程用圖式表示為:
認知理論認為，人類的學習過程，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生支配外部行為的心理，認識過程才能被編碼、儲存、加工和操作。因此人的認識過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，其學習過程用圖式表示為:
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—長時記憶的學習理論特點�；诖死碚摰腃AI課件模型宜適用于記憶型知識的獲取學習環(huán)境，如公理、定律、概念、定義及語言的學習等。整個教學過程系統(tǒng)設計應遵循教學目標確定、明確強化信息、自我測試、實時反饋、控制程式的原則。設計方法中應充分利用文本、圖形、圖像、動畫、語言、開窗、加亮等多種變化方式來加強信號刺激，強化記憶效果，并靈活運用反復設定、邏輯測試等手段，配合訓練習題來鞏固學習和加強記憶成果。CAI系統(tǒng)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，人類的學習過程注重于S-R聯(lián)系的擴展，學習就是一個對知識進行編碼到儲存并轉向長時記憶的過程，編碼就是內部心理的主觀邏輯加工過程。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，找出由低級向高級遞進的內在邏輯關系，結合教學目標要求和提高個別化學習者操作能力的培養(yǎng)，更適用于理解型邏輯推理知識的學習。學習過程系統(tǒng)設計應基于確定教學目標、設定邏輯元素、明確推理方法、訓練理解測試、實時連接反饋的原則。其系統(tǒng)設計流程模式圖為:
3.CAI開發(fā)環(huán)境
CAI課件工程方法的技術實現(xiàn)是由開發(fā)工具來完成的。目前，CAI課件開發(fā)工具正朝著集成化開發(fā)環(huán)境方向發(fā)展，其寫作語言與寫作系統(tǒng)間的界限愈來愈模糊，主要開發(fā)技術的發(fā)展方向和趨勢有以下幾個方面。
3.1面向對象的設計方法
面向對象(()()一()bject-oriented)方法通過抽象和屬性繼承來建立實體之間的聯(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)境開發(fā)(人一機界面專家系統(tǒng))
直觀界面(Visual Interface)用圖符集合來表示任務結構，允許用戶通過操縱圖符而實現(xiàn)其工作目標�，F(xiàn)在出現(xiàn)的寫作軟件大多開始采用此類界面，直觀界面又引發(fā)了直觀程序設計(可視化程序設計)的思想，PCWindows支持下的Visual BASIC(V一BA-SIC)即屬此類語言。V-BASIC之類的語言可被CAI開發(fā)者用作通用型寫作語言。
3.3.超媒體寫作系統(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雜性，為作者提供一致性操作，且允許用戶運用超文體框架合成超信息綜合環(huán)境。
3.4.ITS寫作環(huán)境
ICA/ITS的應用開發(fā)有賴于適當?shù)膶懽鞴ぞ�，ITS寫作環(huán)境可看作是面向問題領域的通訊系統(tǒng)，其中嵌入式技術成為解決某一領域所必需的基本任務結構，使得作者可以調用其中的任務而組成適當?shù)囊?guī)劃方案。
3.5.微機自動化教學開發(fā)系統(tǒng)
現(xiàn)有的大多數(shù)寫作工具都是從軟件工程方法出發(fā)的，很少體現(xiàn)教學系統(tǒng)集成設計思想，即使有，也不過是程序教學思想。今后的寫作系統(tǒng)將會越來越多地嵌入某些教學系統(tǒng)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的教學設計理論—部件設計理論，稱為第一代教學設計理論。90年代初，他又提出了第二代教學設計理論—教學事務理論，并據此開發(fā)了一個名為TransactionShellsr的教學設計專家系統(tǒng)。
4設計實例
在進行實際的CAI系統(tǒng)設計時，我們應從教學系統(tǒng)集成的觀點出發(fā)并結合具體的學科特點，對一個特殊的對象應有針對性地對其設計一個完整的輔助環(huán)境，并總結出在該環(huán)境中應突出體現(xiàn)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“在一個有序數(shù)列中插入一個數(shù)后還保持有序”的問題分析輔助環(huán)境中，突出兩個關鍵問題:一是設計思路和方案，二是程序的具體實現(xiàn)。表現(xiàn)在方法論上，對于設計思路的教學，我們可以利用行為理論的觀點，由于插入的重點操作是元素位置的動態(tài)移動，可以把文本、語言、圖像等配合起來來描述元素對象，并用加亮、色彩對比方式描述不同狀態(tài)的元素，把當前移動位置的元素用鮮亮的顏色形象表示其動態(tài)的移動過程，這樣可以鮮明突出插入過程的實現(xiàn)，加深和強化執(zhí)行過程的印象，增強理解的深度過程描述的程序實現(xiàn)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，根據第一步過程的分析而把涉及到的程序設計技巧進行統(tǒng)一的組織和回顧，把執(zhí)行過程中的關鍵環(huán)節(jié)用不同的程序段描述，并結合具體的一組數(shù)據來描述程序執(zhí)行過程的動態(tài)演示流程，把原有知識和最新技術相結合形成一種新的設計方法。然后把程序執(zhí)行過程和k1.休數(shù)據功態(tài)變化演示進行協(xié)調統(tǒng)一，使學生不僅能通過接收加強的刺激信號而加深理解過程的變化，并從數(shù)據對象的不斷動態(tài)變化中而潛移默化地接收了其執(zhí)行的規(guī)律，從而為程序設計的思想奠定基礎。另一方面，通過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題的策略，二者在一個環(huán)境中的統(tǒng)一協(xié)調配合則達到雙重效果，能全面地對該問題進行綜合的分析和解決而達到教學目的。
5結束語
CAI課件設計是我國乃至世界都正在研究的一個熱門領域，其系統(tǒng)方法的研究是指導CAI課件開發(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)的教學效果是我們在實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科特點，設計出生動、直觀的模擬環(huán)境以實現(xiàn)最佳的教學效果，這是CAI課件工程系統(tǒng)方法研究的最終目標。
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