教育软件工程概述

教育软件工程概述

一、与教育软件工程相关的基本概念界定

1、教育软件

广义上,教育软件是基于计算机多媒体技术以服务于教育为目的的软件产品，包括计算机知识教育软件、语言教育软件、科普教育软件以及与学生课本内容紧密结合的学生教育软件等。此外，还包括为实现教育信息化、数字化开发制作的校园管理教学软件、学校行政办公软件等与教育行业相关的各类软件产品,如图1所示。狭义上，教育软件是指根据教学目标设计的、表现特定的教学内容、反映一定教学策略的计算机教学程序。它可以用来存贮、传递和处理教育的信息。当教师用这些程序进行教学时，称为教学辅助软件;当学习者使用它来达到学习目的时,称为自学辅助软件，如图1所示。狭义上定义的教育软件是一种具有特定教学内容和教学策略的计算机教育程序，是广义教育软件的子集。

教育软件不同于一般软件的主要特点是：

（1）它需要面向基础不同、能力各异和有不同学习要求的用户或学习者；

（2）它需要对所教授学科知识体系作出透彻的理解、分析与合理的组织；

（3）它需要对人类最复杂的大脑活动——学习过程和认知活动进行认识与分析；

（4）它需要涉及大量的人机交互活动，对人机界面、人机对话和媒体表现的要求很高；

（5）它需要对学习者的学习活动及时跟踪，并进行准确的测试与评价；

（6）它对可维护性要求较高(因为学科知识、教学法和教学目标可能在不断地变动)；

（7）它需要特殊的评审标准，必须建立在本国语言、文化、道德传统和教育标准之上；

（8）它的研制开发需要教育、认知、动画音像、计算机和管理等多类专家的密切合作。

2、软件工程

软件工程（Software Engineering，简称为SE）是一门研究用工程化方法构建和维护有效的、实用的、高质量的软件的学科。它涉及到程序设计语言、数据库、软件开发工具、系统平台、标准、设计模式等方面。

（1）软件工程思想

其基本思想就是将软件当作一种工程产品来处理，从时间角度对软件开发和维护的复杂问题进行分解，把软件生命的漫长周期依次划分为若干个相对独立的阶段，并给每个阶段赋予明确而有限的任务。

（2）软件生命周期

典型的生命周期阶段可划分为问题定义、可行性研究、需求分析、概要设计（总体设计）、详细设计、编码与单元测试、综合测试、维护等八个阶段，总体由软件定义、开发和维护三个时期组成。（下图为软件生命周期模型）

（3）软件工程的核心方法

从方法论的角度来看，软件工程的核心方法有如下几种：

①自顶向下逐步求精的设计方法；

②模块化的程序设计方法；

③结构化的程序设计方法；

④标准化的程序设计方法。

软件工程和教学设计一样，都体现一种系统的思想方法。采用软件工程的思想和原则可明显提高软件的可靠性、复用性和可维护性。

3、教育软件工程

软件工程是指导计算机软件开发和维护的工程学科,而教育软件工程( Educational Software Engineering ) 是研究如何用工程的技术和方法,开发和维护作为工程化产品的教育软件。

教育软件的开发不同于一般的软件。研制开发教育软件不能仅仅依靠软件专业的技术人员,因为开发设计教育软件的人员必须具有某学科的知识结构 ( 如物理、化学等 ) 、学生认知结构、教学法、软件工程和计算机技术等知识结构和能力结构,即需要具有多学科交叉的学术背景才能胜任教育软件的开发工作。

4、教育软件生存周期

教育软件生存周期 ( Educational Software LifeCycle ) 就是从提出教育软件产品到被淘汰的整个过程。归纳为6个阶段：计划阶段、教育实现阶段、软件实现阶段、测试阶段、实验阶段和运行维护阶段。

5、软件原型

（1）软件原型

软件原型(prototype)即把系统主要功能和接口通过快速开发制作为“软件样机”，以可视化的形式展现给用户，及时征求用户意见，从而明确无误地确定用户需求。同时，原型也可用于征求内部意见，作为分析和设计的接口之一，可方便于沟通。

（2）软件原型的主要价值

原型法主要价值是可视化，强化沟通，降低风险，节省后期变更成本，提高项目成功率。一般来说，采用原型法后可以改进需求质量；虽然投入了较多先期的时间，但可以显著减少后期变更的时间；原型投入的人力成本代价并不大，但可以节省后期成本；对于较大型的软件来说，原型系统可以成为开发团队的蓝图；

另外，原型通过充分和客户交流，还可以提高客户满意度。

（3）制作软件原型的一般方法

6、人机工程思想

人机工程学又称人机工效学，是一门让技术人性化的科学，是研究“人——机——环境”系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解决系统中人的效能，健康问题提供理论与方法的科学。也就是让技术的发展围绕人的需求来展开，把人作为产品和环境设计的出发点，使其性能、色彩更好的适应和满足人类的生理和心理的需要，从而使人们在工作中更安全、便捷和舒适，工作效率更高。根据人机工程学的思想，在教育软件的设计中设计者也需要从让学习者操作更便捷、更舒适、更高效的角度去考虑。

7、教育软件的开发过程

（1）从具体开发过程的角度看

教育软件的开发需要在现代教育思想和教育理论的指导下，做好教学设计、系统结构模型设计、导航策略设计和交互界面设计等工作，并在教学实践中反复使用、不断修改才能使开发的软件符合教学规律，取得良好的教学效果。教育软件开发流程包括环境分析、教学设计，系统设计、脚本编写，软件编写和使用评价等环节。

1) 环境分析

教育软件的环境分析主要包括教学目标分析、使用对象分析和开发成本估算等任务。

教学目标不仅包括学科领域以及教学内容的范围，而且应对教学提出具体要

求。

使用对象分析，即分析学习者在从事新的学习或练习时，其原有知识水平或原有的心理发展水平对新的学习的适应性。

该分析通常涉及以下三个方面：

①学习者的一般特征：包括年龄、性别、文化程度、工作经历、学习动机以及文化背景等；

②学习者对学习内容的态度以及已经具备的相关基础知识与技能；

③学习者使用计算机的技能；

开发成本估算一般也是必不可少的。开发的总费用一般包括开发组成员的劳务费、各种参考资料费，磁盘、打印纸等各类消耗材料费以及软件维护费等。

2) 教学设计

多媒体软件的教学设计，就是要应用系统科学的观点和方法，按照教学目标和教学对象的特点，合理的选择和设计教学媒体信息，并在系统中有机的组合，形成优化的教学系统结构。

它包括如下基本工作：教学目标和教学内容的确定、学习者特征的分析、媒体信息的选择、知识结构的设计、诊断评价的设计等。

3) 系统设计

教育软件的系统设计包括封面导言的设计、屏幕界面的设计、交互方式的设计、导航策略的设计、超文本结构的设计等内容。

4) 脚本设计

脚本是在教学设计基础上所作出的计算机与学生交互过程方案设计的详细报告。是下一阶段进行软件编写的直接蓝本。从所描述的内容来看，多媒体教育软件的脚本可分为文字脚本和制作脚本两类。前者是由教师按照教学要求对教学软件所要表达的内容进行的文字描述。后者则是在文字脚本的基础上改写而成的能体现教育软件结构和教学功能，并作为软件编制的直接依据的一种具体描述。

5) 教育软件的制作

由软件制作人员利用多媒体制作工具完成对各类媒体对象的创作和合成。

6) 教育软件的使用

在实际的教学环境中进行多媒体教学实践，按教学过程结构设计中规划的环