计算机辅助教学(相关知识)

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。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。

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编辑本段基本内容

计算机辅助教学技术的主要研究内容包括：

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。

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编辑本段基本概况

CAI，被广泛译为“计算机辅助教学”，已基本得到教育界的认可。但从目前的实践来看，“计算机辅助教学”的范围远远大于英语中CAI（Computer Assisted Instruction）的本义，而随着现代教育技术的不断深化，这一领域的概念的内涵和外延还在发生着变化。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。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。

实际上，“计算机辅助教学”包含的范围大体有如下几个内容：

CAI——计算机辅助教学

CBE——计算机辅助教育

CAL——计算机辅助学

CBI——计算机化教学

CAC——计算机教育应用

CAI只是其中的一部分而已。但我国的近几年的实践却把CAI同计算机辅助教学这一概念划出了等号，应该说，这是对CAI的大胆扩展，是别具特色的一个方向。

编辑本段发展历史

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。

计算机辅助教学的原理受到心理学家B. F. Skinner的学习机(learning machine)的影响，虽然计算机辅助教学的原理早已形成，但其发展和普及都深受计算机科技的影响。在计算机辅助教学的发展史上，有两个重要的系统，对后来的发展影响深远，一是PLATO系统，这个系统是六十年代一群依利诺州立大学(U. of Illinois)的计算机工程师及教育学者共同研制而成；另一个是1972年Mitre公司开发的TICCIT系统。此两大系统所强调的互动性及学习者控制，充分表现了CAI的基本精神，可谓CAI发展史上的重要典范。不过，当时这些系统都运行在大型计算机上，并不十分普及。1978年Apple II 及1981年IBM个人电脑的出现和普及，对CAI的发展和普及影响很大。从此以后，大部分的CAI软件的运行环境均以个人电脑为平台。1984年Apple公司推出Macintosh 个人电脑，使鼠标开始流行，图形化用户界面的运用受到重视。除了个人电脑的日益发展外，文档编辑工具的发展也非常迅速，这些都是促使CAI蓬勃发展的有利条件。1991年，美国麻省理工学院MIT研究开发的Athena，开启了网络化CAI的新纪元。时至今日，多媒体的应用更是百花齐放，远距离教学也成为各方关注的焦点，CAI的研究又将进入一个新的时代。[2]

编辑本段基本原理

一、CAI与数学教学整合的基础

数学课堂教学是由多个要素所构成的一个复杂的系统。大量CAI课件进入数学课堂，使得原本就复杂的教学系统构成要素发生了变化，也使得教学系统的操作更加复杂化。如何使CAI与数学教学达到和谐与统一，这就需要对CAI与数学课程进行整合。

什么是整合？所谓整合是指一个系统内各要素的整体协调，相互渗透，使系统各要素发挥最大效益。CAI与数学课程融为一体，将CAI技术作为一种工具，以提高数学教学与学的效率，改善教与学的效果，改革传统的教学模式。课程整合的目的是减少知识体系的分割及学科间隔离，把不同的知识体系联系起来。CAI与数学课程的整合，不是简单的把CAI技术仅仅作为辅助老师课堂教学中的演示工具，而是把CAI看作是数学教学与学生学习的工具和培养学生各种素质的载体。CAI与数学课程的整合，要在现代教学理论指导下，把CAI作为促进学生自主学习的认知工具，丰富教学环境的创设工具，并将这些工具，丰富教学环境的创设工具，并将这些工具全面地应用到数学教学过程中，使数学教学资源，各个教学要素和

教学环节，经过整理、融合，在系统优化的基础上产生聚集反映，从而使传统的数学模式得到根本的变革。从传统教学观念中的重在“教”转移到重在学生的“学”。建构主义学习理论认为，学习过程是学习者在一定的学习环境中，与其他学习者协作、讨论等，建立自己的认识和理解的过程。利用多媒体技术和仿真技术制作的CAI课件，其许多特性和功能特别适合实现建构主义学习环境的建构。因此，在CAI课件设计和在课堂教学中的运用都围绕建构主义学习理论的四大环境要素进行，把多媒体计算机当作建构主义学习环境下的认知工具，在老师的指导下，使学生自主学习和求知，这就为CAI课件开发和应用以及CAI与数学课程的整合提供了理论依据。

二、CAI与数学教学整合的原则

CAI只是一种认知工具，CAI技术的发展仅为教学的改革提供了物质条件。要想充分发挥CAI生动形象、生动活泼、人机交互、及时反馈和个别化等优点。在教学课程中使用CAI，还应遵循以下原则：

（一）意义的建构原则

建构主义学习理论强调建构学习环境对学习者认识结构形成与发展的重要作用，在基于建构主义学习理论所构建的学习环境中，学生是认知的主体，是意义的主动构建者。因而整个学习过程的最终目的是完成学习者知识意义的构建，在这样的环境中，数学教学是从如何创设有利于学习者意义建构的情景开始。整个教学过程都要以“意义建构”为中心去设计和实施。

（二）必要性原则

在数学教学中运用建构主义运用CAI的目的是服务与教与学。提高数学课堂教学效率，构建新形式下的数学教学模式。CAI在数学教学中是在为需要用而用，而不是用来为课堂教学而点缀，更不是公开课上的昙花一现，而是要发挥CAI的技术力量，去做传统教学器具或手段不能做或做得不完善的工作，从而更合理地优化教学资源，构建互动式、多样化的学习环境，激发学生学习数学的兴趣和对数学知识意义的理解，领悟数学的本质。

（三）实用性原则

在数学教学中运用CAI可以使许多抽象的数学概念和难以理解的逻辑关系变得生动有趣、直观形象，在数学中收到了事半功倍的效果。因此，CAI技术应用与数学教学应力求简捷、方便、实用。数学教学中并不是提倡每堂课都使用CAI，但教学中运用时，力求选择经典的适用于计算机辅助教学的教材内容（函数概念引入，圆锥曲线概念的引入等），可以通过计算机模拟演示突破学生思维瓶颈。在CAI课件的制作上，力求简捷、方便、实用，在界面设计上力求简捷、明快，在课件演示的操控上力求进退自如。

（四）启发性原则

建构主义学习理论认为，学习者的学习过程就是建立自己的认识和理解的过程，教师是这一过程中所提供的学习资源至关重要一环。如果CAI课件只是用来验证知识的结论，而只能增加学习者对知识的理解和记忆，而不能培养和启迪学生的创新意识和创新精神，所以，CAI课件在设计和制作上都要从创新的角度出发，围绕教师的主导作用和学生的主体地位来进行。

通过CAI提供的生动、直观的学习材料，激发学生的联想，唤醒学习者长期记忆中的有关知识、经验或表象，去同化新知识，从中培养学习者的创新意识。因而CAI运用数学教学还应遵循启发创新原则。

三、CAI与数学教学整合的应注意的问题

（一）CAI不能替代老师，更不能代替课堂教学

CAI只是师生用来创设教学情境，组织学习材料，帮助数学思维，相互协作交流的认知，

他本身不具有替代老师教学的思维与理论。在数学教学中，教师是教学情境的设计者，而非CAI教学系统。教学的实施和调控仍由教师掌握。尽管CAI有许多优势和强大的生命力，引领着数学教学发展的趋势，也绝不能否定课堂教学的作用，它不可能完全取代常规的数学课堂教学。

（二）个别化学习与协作学习的统一

由于习惯了讲授式这样一传统的教学模式，因此，教师在教学中往往对学生的个体差异没有给予应有的重视，已导致学生的数学能力不能普遍提高。CAI为我们提供了一个开放性的平台，利用它可以实现个体差异下相同的目标。根据建构主义学习理论，学习者的学习经验和知识结构不相同，数学课件在设计制作上应有多个起点和多条学习路径以利于学习者从多层次、多角度地进入数学学习活动。数学目标固定后，可以通过整合不同的任务来实现，每个学生都可以采用不同的方法、工具来完成同一个任务。

（三）CAI应用于教学要体现观念的更新

现代教学论认为，学生不是教会的，而是自己学会的，学生是学习的主体。在数学教学过程中，教师应该与学生共同构建出一种民主、平等。和谐、愉悦的师生关系。尽管现代增长率技术给数学教学带来很大帮助，但我们不能只关注它的工具性，而忽视了教学的艺术化和人格化。在信息技术的冲击下，教师应该逐渐从教学知识的传播与灌输者的角色转变为学生学习数学的导师、意义建构的促进者、监控，甚至是数学知识研究与探索的共同参与者。编辑本段重要作用

（1）有助于观察能力的培养。计算机辅助教学可以根据学生观察的需要把事物化静为动、化虚为实、化繁为简，使难以观察到的事物清晰地呈现在学生面前，从而使学生可以细致、全面地进行观察，启发积极思考。计算机不但为学生的观察提供了丰富的画面，而且还教给了学生分析问题、解决问题的方法。计算机能提供生动形象的声像信息，可以不受时间、空间的限制，在教学中显示所要观察的自然事物，同时，还能对时间进行缩放，在显示事物变化发展过程中有独特的功能。在展现宇宙星体运动变化、动植物运动情况方面优势很大。

（2）有助于概括能力的培养。思维活动有许多的特点，概括能力是其中最基本的特点。概括的过程是把个别事物的本质属性推及为同类事物本质属性的过程，也就是思维由个别通向一般的过程。掌握概念，就是对一类事物加以分析、综合、比较，从中抽象出共同的、本质的属性或特征，然后把它们概括起来。所有的学习活动都离不开概括。概括是一切科学研究的出发点，是掌握规律的基础，任何科学研究的结论都来自于概括过程。从教学实践上说，学习和运用知识的过程是概括过程，利用表象可以概括出科学概念，并发展学生的概括、推理能力。计算机能提供直观生动、清晰的表象，有利于引导学生根据表象概括出同类事物的共同特征。

（3）有助于逻辑思维能力的培养。小学生的思维处于具体形象思维向抽象逻辑思维的过渡阶段，就具体教学来说，利用表象形成概念是培养学生概括思维能力的主要方法，巩固知识和应用知识是培养学生推理思维的主要方法。由于自然知识之间如链条一样连接着，本身就具有科学的逻辑关系。我们在设计计算机软件时完全可以依据这些关系，将本来就有密切内在联系的知识有机地沟通起来。在进行教学实践的同时，学生的认知结构也不断地组建，逻辑推理能力也就在学生增长知识的同时得以发展起来。

总之，计算机辅助教学的运用对促进学生的思维能力发展效果是显著的。计算机进课堂，为学生的思维提供了具体生动的客体形象，可以激发学生学习的兴趣，培养学生积极发现问题、提出问题的能力，并在丰富学生表象方面起到积极作用。从学习兴趣对比实验的结果看出：计算机进课堂（1）对学生长时记忆效果明显；（2）培养学生简单应用知识能力效果明显；（3）能激发学生学习兴趣，提高学生学习积极性；（4）对培养学生思维能力效果明显。

编辑本段实践应用

计算机辅助教学在通用技术中的应用

通用技术课程是一门充满活力的新课程，它立足与实践、注重创造、讲究综合、体现科学与人文融合的课程。它以设计学习和操作学习为主要特征，是培养学生创新精神和实践能力的重要载体，但是由于通用技术的教学理论尚处于摸索阶段、实验室建设的缺位、实验器材的不足以及通用技术教师的专业培训缺乏使得这门课程教学存在课堂效率低，学生厌学等问题。实践证明，如果把计算机引人教学过程中，让学生积极参与，不仅教学内容精简实用，教学方法灵活多样，而且更能调动学生学习的主动性，提高教学的质量。通用技术学科的特性，使的通用技术教师能充分利用多媒体计算机收集技术素材，制作出图文并茂，形象生动，图、声、文交互性强，界面友好，操作简捷方便、灵活易用，易于控制的技术课件，利用多媒体计算机技术在通用技术教学中可以发挥其优势，使通用技术课堂教学更加多姿多彩，也可暂时缓解通用技术实验室缺位器材不足的的矛盾。

一、计算机辅助教学的运用可以激发学生的学习兴趣。

兴趣是学生进行自主学习的最好的“老师”，有了兴趣才可能产生欲望。在这里一定要关注学生的体验，创设的情景必须有利于每个学生都能在学习中获得适应自己的发展。教师根据学生已有的知识结构和将要学习的知识，精心设计富于启发性的导语或与同学生活紧密联系的事例导入新课，能激发学生的兴趣和刨根问底的热情，为教学顺利地进行奠定基础。激发学生的学习兴趣关键是创设良好的教育环境和氛围，激发学生的学习动机和情感。而在学习活动过程中，特别是在问题解决过程中，学生的学习动机是复杂的，情感又受制于多种因素的影响不断变化，因此，他们采用的学习策略也是多样的。研究表明：学生课堂的学习动机主要表现为成就动机，低成就动机者学习策略运用水平低；成就动机高的学生，他们会相应调整自己的学习方法和策略，采用较积极的策略形式，即具有较高的策略水平。学习策略运用水平越高，反过来会增强学生的自信心，进而提高成就动机水平。所以，如何激发及培养学生积极的学习动机，保持稳定的情绪、情感具有非常重要的意义。计算机辅助教学的运用，可以利用视听互动的功能，通过大量的文字、图片、声音、影视资料等素材和丰富的转场效果，创设一种与课堂内容相适应的气氛，能使学生产生身临其境的感觉，调动学生学习的积极性。它通过大屏幕展示出清晰的画面，对学生来讲，上课好似看电影，且画面不停变化，学生的注意力不容易涣散，在不知不觉中学生就可以学到画面所展示的丰富的内容，这样就毫无疑问地激发了学生的学习兴趣。如在讲到《技术的两面性》这一节时，如果教师仅仅是选几个常见的案例来讲解的话，学生对它理解就仅处于表象，而没有对它形成全面的认识，为了使学生更深屋次的理解技术这一双刃剑带给人类社会的好处和危害，我给同学们精选了日本漫画改编的哆啦a梦长篇之《白铁皮饭店》动画，在大屏幕上进行播放，之前我给同学精心设计了几个问题，让同学们在观看的过程中去思考。通过维美的画面，精妙的故事，随着故事情节发展的问题，让同学们在轻松，愉悦，沉思中学习。观看完动画后，又让同学们根据问题展开，深入讨论，每人书写一篇观看感。在阅读同学们的观感时我看到每一个学生在本节知识的学习当中获益匪浅，对技术的两面性都做了深入剖析，看到了同学们思想的闪光点。这样的一堂课借助多媒体教学，将单调的知识变的活泼，学生易于接受，乐于学习，兴趣更为浓厚，我们为什么不去大力推广呢。

二、运用多媒体计算机进行通用技术课堂教学有利于培养学生的观察力和创新能力

现在各个学校由于对通用技术课程的不重视，大多都没有配备专门的通用技术实验教室，但学校一般都配有专门的多媒体教室，因此我们可以充分利用多媒体教室。如多媒体计算机能把各种通用技术所涉及到的结构进行全方位的展示：平面的和立体的、空心的实体的、外部的形态和内部的结构等展现在学生眼前，而且计算机的可控性，使学生能够有选择地更