4.2-计算机辅助教学(CAI)

中小学信息技术教学法——4.2 计算机辅助教学（CAI）

发布时间：2010-04-16 07:32

第四章信息技术与教学课件设计

第二节计算机辅助教学（CAI）

计算机辅助教学是将计算机作为教学媒体，学生通过与计算机的交互对话进行学习的一种教学形式。也就是说，教师把计算机系统中所包含的各种媒体包括系统资源、数据媒体、交互媒体、网络媒体等整个地进行逻辑集成与调度，为学生创设一个交互式的学习环境，尤其是在信息技术的教学中，教师开发的教学课件，应该要尽可能地创设出与真实情境相近的学习环境，逐步地引导学生通过交互与探究，理解原理、**********作技能和步骤。

计算机辅助教学应该能做到：

（1）学生拥有多种控制，包括课程结构控制、知识内容控制、交互方式控制等；

（2）实现因材施教，针对学生的不同能力调整学习进度与内容；

（3）根据教学目标的要求，以不同的表现形式，吸引、引导、集中学生的注意力，提高教学效果；

（4）收集学生在学习过程中的执行信息并保存这些信息，以期进一步利用。

虽然，就整个教学过程来说，计算机在一些教学环节上不同程度地发挥作用，但应该明确教师在计算机教学过程中，起的是设计师与指导员的作用，他是一个必不可少的角色。

图4-2是一个计算机基础教程辅助教学课件，可以帮助大家了解课件的一些功能。

图4-2 教学课件功能与环境示例

一、CAI与心理学实验

CAI的发展受到两个心理学实验的影响：教学机器和程序教学。

随着机器自动化的发展，人们试图尝试用机器来进行重复繁琐的工作。1924年美国心理学家锡德尼•普莱西设计了一台自动教学机器，可以自动送出多个供选择的问题，并跟踪学习者的回答。虽然因技术所限，这台机器未能引起人们的普遍重视，但是它的原理与后来发展起来的程序教学有着密切的联系。

程序教学是20世纪50年代发展起来的。当时美国教育心理学家斯金纳根据对动物实验引出的**********作条件反射和积极强化的理论，在普莱西教学机器的基础上，提出了学习材料程序化的想法，并设计了教学机器和程序教学，后来发展成不用教学机器只用程序教材的“程序教学”。

在程序教学中，教师根据教学逻辑和学习心理规律，将教学内容编制成供学生“自学”的程序教材，用于引导学生按照一定的逻辑顺序进行学习。在这种教学活动中，教师的“教”与学生的“学”是在不同的时间和空间中进行的，学生直接与所谓的程序教材交互，根据自身的基础来确定学习的步骤。程序教材由一系列的小段组成，这些小段称为帧（Frame）。在每一帧学习材料的后面有一个问题，要求学生回答，并根据回答的结果提供一个附加帧，使每一个学生能以与自己能力相适应的速度和方式进行学习。

到了20世纪50年代后期，程序教学形成了两种模式：直线式和分支式。

直线式将学习材料形成的帧组织成一个线性序列，要求每个学生按照相同的帧串进行学习，帧间的顺序是预先设定好的，以使帧

间包含尽量少的附加信息。由于简单，再加上帧间信息量少，学习者很容易完成。

分支式认为编制一种使学生完全避免错误的程序几乎是不可能的，必须根据学生可能出现的各种错误来编制程序。因此在分支式中，每一帧后，有多个选择问题供学生问答，对于选择错误答案的学生，引导其学习补救材料，以弄明白错误原因；对于选择正确答案的学生，引导其学习下一帧。

直线式与分支式的区别如图4-3所示。

这两种模式对后来发展起来的计算机辅助教学都有着直接的影响。不同的模式反映了对学习过程的不同的心理学理论观点。而存储和处理信息的计算机，是实现这些教学方法的理想工具。正是在这些理论的指导下，计算机成了辅助教学的重要工具，从而产生了计算机辅助教学。

二、CAI学习理论基础的三次大演变

自从1958年美国IBM公司研制成功的第一个CAI系统宣告CAI开始进入教育课堂以来，CAI的学习理论基础曾有过三次大的演变：

第一次从20世纪60年代初到70年代末是以行为主义学习理论为理论基础。这一时期的CAI是由程序教学发展而来，其创始人是行为主义心理学家斯金纳，因此在CAI应用的初期，不可避免地打上行为主义学习理论的深刻烙印。行为主义只承认可观察到的有机体的反应，主张应当用纯粹客观的自然科学的方法来研究有机体对刺激的反应，将刺激—反应公式奉为普遍原则。因此，基于框面的、小步骤的分支式程序设计，多年来一直是CAI的主要模式，并沿用至今。

第二次从20世纪70年代末到80年代末是以认知主义学习理论为理论基础。这一时期，在心理学领域经过20多年的论战，行为主义已逐渐退出历史舞台，认知心理学开始占据统治地位。认知主义主张研究认知活动本身的结构和过程，并且把这些心理过程看做是信息加工过程。在CAI中，人们开始注意学习者的心理过程，开始研究、强调学习者的心理特征与认知规律。

第三次从20世纪90年代至今是以建构主义学习理论为理论基础。建构主义主张建立认知结构是一个永恒的构造过程，主体是结构之间建立联系的中心，导致形成结构的主要是“同化作用”。因此，要强调以学生为中心，要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识的主动建构者，要求教师由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构学习的帮助者、促进者。这就意味着教师应当在教学过程中采用全新的教学模式、教学方法和全新的教学设计思想。

三、CAI课件的教学设计

CAI课件教学效果的提高，很大程度依赖于教学设计的水平。实际上，CAI是教学内容、教学策略及计算机特性三者的结合体。如果只注意发挥计算机特性，忽视教学内容和教学策略的分析与确定，忽略教学媒体的选择，就会减弱CAI的作用，浪费人力、物力与智力，不利于课件的普及与推广。

（一）教学设计的基本内容

教学设计就是应用系统方法分析研究教学问题和需求，确定解决它们的方法和步骤，并对教学结果作出评价的一种计划过程与