计算机辅助教学

计算机辅助教学
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。

中文名
计算机辅助教学
外文名
Computer Aided Instruction
简称
CAI
简述
计算机辅助下进行的各种教学活动
简介
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、网络通信和知识库计算机辅助教学等计算机技术，克服了传统教学情景方式上单一、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。

概念
计算机辅助教学是指用计算机帮助或代替教师执行部
分教学任务，向学生传授知识和提供技能训练的教学方式。

研究内容
计算机辅助教学模式到2013年为止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。

(7)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。

(8)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COMPUTERASSISTED 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。

基本构成
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。

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。

教与学之间的连接关系、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）网络化发展
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）标准化发展
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）虚拟化发展
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；历史课将走入时间隧道，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）合作化发展
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。