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3.计算机辅助教育中包括了两个重要的分支领域:
计算机辅助教学和计算机管理教学。
五、教学方法手段
讲授法、演示法
六、教学内容与过程
1.1.1计算机辅助教育发展历史
计算机辅助教育是一门新兴的交叉学科,它研究计算机在教育领域中的应用。
包括所有以计算机为主要媒介进行的教育活动,也就是使用计算机来帮助教师教学,帮助学生学习,帮助教师管理教学活动和组织教学活动,等等。
在教育领域中,计算机有着广泛的应用,包括教学、研究和管理的各个方面。
随着时间的推移,CBE的研究对象和实践内容将不断地发展变化。
CBE中包括了两个重要的分支领域:
计算机辅助教学(ComputerAssistedInstruction简称CAI)和计算机管理教学(ComputerManagedInstruction简称CMI)。
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,直接为学生服务。
用于执行教学任务的计算机程序称为教学软件或课程软件,简称为课件(CourseWare)。
作为一种教学媒体,计算机与教科书、投影仪、电视机和录像机等一样,具有帮助教师提高教学效果、扩大教学范围和延伸教师功能的作用。
然而,由于计算机具有存储和处理信息的能力,不仅能够呈现教育信息,还能接受学生的应答并进行判断,进而对学生进行学习指导,计算机辅助教育可以做到根据学生的特点,实施因材施教。
与CAI有关的术语还有:
CAT(ComputerAidedTraining,计算机辅助训练),CAL(ComputerAssistedLearning,计算机辅助学习)计算机辅助训练指用于职业培训的计算机辅助教学,其特点是学习目标十分明确,偏重于操作能力和应变能力的培养和训练。
计算机辅助学习含义通常与计算机辅助教学相同,只是更加强调学生的自我学习。
计算机管理教学是指计算机在学校管理中的各种应用,包括教学管理、学校行政管理和图书资料管理等。
目前用的比较多的是利用计算机指导整个教学过程的教学管理系统,它的功能包括管理教学计划和教学资源以及帮助教师构造测验和评分等。
计算机辅助教育如同其它科学的研究产物一样经历了从研究试验阶段走向普及应用阶段的发展历程。
有资料表明,世界上第一个计算机辅助教育系统的诞生是受到美国心理学家发明的程序教学的影响。
1926年美国心理学家S.L.普雷西设计了自动教学机器。
他力图使人们相信,在教育中利用教学机器以节省劳动力是完全可能的。
但是由于机器比较原始,又缺乏理论说明,所以没有发挥对教学法的革新作用。
后来,另一位美国心理学家B.F.斯金纳观察到班级教学忽视了学生的个别差异、限制学生发展的情况,并从动物实验中得到启示,研制了适用于建立操作性条件反射教学方法,提出了学习材料程序化的设计。
1951年,他在《哈佛教育评论》上发表了《学习的科学与教学艺术》一文,在该文中.斯金纳从理论上阐释程序教学的意义和作用,从而使程序教学在美国广泛发展。
60年代初,这种教学方法传到苏联、英国和日本,成为一种流行很广的新型教学方法。
程序教学的形式一般分为两种:
一种是斯金纳提出的直线式程序,一种是1960年N.A.克劳德提出的分支式程序,如图1.1。
直线式程序把学习内容分成一系列连续的小步子,学生学完内容1,答对后继续呈现学习内容2,这样按顺序前进到达目标。
如果答案错了,机器呈现正确的答案后,再进行下一步。
分支式程序把学习内容分成小单元,比直线式程序的步子大些。
学生学完单元1后,进行测验,测验通过进入新单元5的学习。
如果测验不能通过,就要进行单元9或单元13分支的补充学习,纠正错误后再回到单元1重学,直至通过单元5再向单元14前进。
在班级中,程度高的学生可以沿单元1->
单元5->
单元14的直线式程序前进;
学习慢的学生,可以经过单元9、单元13、单元10、单元18的补充学习后完成1->
5->
14的主程序学习。
程序教学必须按小步子循序前进,进度快慢由学生自己掌握。
为了不使步子发生错乱,通常要用程序设计器进行提示。
程序设计器逐渐减少提示,加大步子。
在循序前进时,逐渐减少项目中的辅助刺激,还记录学习者的反应,作为修改程序的根据。
只有在学习者出现积极反应时,才给予强化。
程序教学在计算机诞生之后进入了新时期。
计算机辅助教学取代了最初的教学机器和程序课本。
但是人们还是公认斯金纳的程序教学机器和程序课本是世界上第一个自动化机器辅助教学的个别化教学系统。
1958年IBM公司开始进行计算机教学实验。
他们以一台IBM650计算机连接一台打字机作为教学终端,向小学生讲授二进制算术。
该系统特点是计算机模仿教学机器。
硬件是个核心,比如:
如何把终端、幻灯机以及其他输入和输出设备与计算机相连以实现教学中的相互作用。
理论上还是程序教学思想占统治地位。
产生了四种程序教学模式为:
斯金纳程序、普莱西程序、克劳德程序和凯伊程序。
这个阶段的许多研究成果,特别是一些重要的计算机辅助教育应用系统,从理论和方法上都为以后的普及和发展奠定了基础。
1960年美国伊里诺斯大学研制了PLATO(ProgrammedLearningandTeachingOperation),在校园中设立了300个终端給教师和学生使用,提供150个专业涉及各种学科约7000课时的教材。
这是一个多用户系统,一台大型机连接了许多教学终端。
其教学方式也比较多样化,包括模拟和游戏等。
该系统的设计思想已经比较明显地脱离了教学机器的限制,逐渐走向了以认知过程理论代替强化理论的道路。
1966年美国斯坦福大学和IBM公司合作开发出IBM1500教学系统,该系统除了为正常人开设教学课程外,还为聋哑人等特殊学生设计课程。
1972年在美国国家科学基金的资助下,MITRE公司与德克萨斯大学及杨伯翰大学合作,研制出一个TICCIT教学系统。
这个系统除了有计算机外,还有经过改装的配有键盘的彩色电视机,主机通过同轴电缆与各彩色电视机终端连接。
主要用于社会大学的教学和英语教学。
在TICCIT项目中,教学软件的开发是通过学科专家、教学设计人员以及计算机程序设计人员相结合的小组来进行的。
TICCIT系统没有PLATO系统那么大,相对来说,它是能安装在学校或一般机关单位内的小型系统。
70年代,PLATOIV系统以两台CDC公司制作的大型机为中心,通过数据通信网络连接了1000多台教学终端,其中大部分分布在系统中心150英里的广阔区域内,形成了一个大型的计算机辅助教育网络系统。
如果系统充分运转的话,一年可提供向1000万人提供教学,这相当于一所拥有24000名学生的全日制大学的教学能力。
以上的这几个系统中除了反映出各自的设计特点外,也反映了从常规的学校教育到社会化教育;
从正常学生教学到特殊学生的教学,计算机辅助教育的范围在不断地扩大。
为了检验在这个阶段计算机辅助教育所取得的教育效果,也为了衡量这种新的教育手段的教学价值,有许多组织和机构对计算机辅助教育进行了评价和实验研究。
总的反映是好的,如美国教育考试中心对PLATOIV系统和TICCIT系统的评价,都从各方面说明了计算机辅助教育大有作为。
在大型计算机辅助教学系统建立以后,教学软件设计已成为CAI进一步发展的瓶颈。
为了实现1小时的计算机教学,需要数百小时的设计和编程工作。
因此这个阶段人们开始了设计写作语言。
60年代中期,就出现了数种写作语言,著名的有:
系统发展公司的PLANIT;
IBM公司的COURSEWRITER;
伊里诺依大学的CATO。
另外,一些学者还设计了LOGO程序语言,为儿童创造了计算机学习环境,以培养儿童问题求解的技能。
值得指出的是,智能型计算机辅助教育系统(ICAI)在这个时期也有所发展。
第一个有影响的ICAI系统是卡玻耐尔在1970年研制成功的SCHOLAR系统,它用于教授南美洲地理,在该系统中学生可以向计算机提问。
七十年代末到八十年代后期随着试验成果不断公认,和微型计算机迅速普及,促进了计算机辅助教育系统的普及应用。
由于微型计算机的高性能价格比、使用维护方便、具有一定容量和丰富的人机交互手段。
许多微型计算机如Apple、Commodore、IBM等迅速显示出其教育应用价值。
许多中、小学完全有能力购置了一定数量的机器,用于教学、教育行政管理与辅助教学中。
在美国,从1989年霍普金斯大学的一项调查统计结果来看,许多学科的计算机辅助教学的应用比例已达到三分之一以上。
在语言教学中,计算机已经成为正规教学的一部分。
这些表明了计算机辅助教育已被许多学科的教师所接受,达到了一定的普及阶段。
除许多发达国家越来越重视计算机在教育领域应用的同时,许多发展中国家在这一阶段也认识到计算机辅助教育的现实意义和发展战略意义,作为提高国民素质的重要措施,相继提出了自己的计算机辅助教育发展计划。
为了在各国之间广泛地交流计算机教育应用方面的政策、系统的研制与开发方法、新技术在教育中的应用等方面的经验,国际信息联合会还先后举行了多次世界计算机辅助教育应用会议。
1.1.2计算机辅助教育发展现状
20世纪90年代以后,随着计算机技术、人工智能、多媒体处理技术的高速发展,同时由于把信息理论引入教育科学,使教育理论的研究也有了新的突破,计算机辅助教育开始摆脱程序教学的单一模式开始进入到综合性网络化教育的发展阶段。
1.促成网络化教育发展的因素
单机化计算机辅助教育向网络化教育发展的因素很多,主要的有一下几个方面。
(1)多媒体与超媒体技术的发展
80年代末90年代初,随着微型计算机能力的扩展和多媒体技术特别是视听技术的迅速发展,具有综合处理文字、图形、图像、声音和视频能力的多媒体教学软件的出现,将使计算机辅助教育发展到一个更高的阶段。
其中超文本、超媒体的信息组织技术的实用化。
也使得教学内容的组织和呈现更加符合人类的思维模式,计算机辅助教学的方式、方法更加合理、更加有效。
(2)网络技术的发展
计算机辅助教育从机械的机器教学脱胎而出,经历了程序教学、单独的课件开发到PC机集成系统构成的漫长过程。
现今以国际互联网络、局域网络为代表的全球性联网系统,从根本上改变了个人计算机的功能和意义,网络计算机和终端节点已经成为主流。
其特点表现在如下方面:
①网络技术使得教育资源共享的空间和范围从狭窄的教室向全球化领域扩展,学习效率的提高和教育的大众化普及已成为现实。
②学习者之间交往的范围无限扩大,以往受地点、时间、媒体限制的计算机辅助教育目前已经可以为更多的用户提供充分的适时互动,使得以庞大建筑物为特征的传统学校沿着神经网络般的网络系统向无限延伸。
③由于网络技术的日益扩展和普及,传统计算机辅助教学仅局限于个别地区、学校甚至班级使用的局面得到根本改善,对促进计算机辅助教学规模化发展起到积极的推动作用。
(3)新技术的实践
许多新技术在这个阶段,已经成功地融入计算机辅助教育的研制、开发和应用中。
例如:
①自1975年以“认知科学”为正式名称的学科第一次面世以来,标志着计算机辅助教学的研究走向了广泛综合心理学、人工智能、教育学和信息科学的集成发展道路。
其中人工智能研究的深入,机器翻译系统的开发,专家系统和决策支持的引入,模糊诊断和算法的应用,以及神经网络系统和仿真技术的新进展等等都为智能化计算机辅助教学ICAI的开发和应用提供了良好的条件。
②软件工程方法已经深入到计算机辅助
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