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计算机辅助教学(CAI)概述第一章计算机辅助教学技术是一种新的教育技术，被认为是人类教育史上继文字出现、学校创立、活字印刷之后的第四次革命。它代表着一种新的教学思想与教学方式，反映了一所学校教学手段现代化的程度。CAI——一种新型的教学形式，是现代教育技术的重要组成部分。它的产生和发展必将

对21世纪教育的改革与发展产生巨大的推动作用。CAI的产生与发展CAI的基本概念CAI的教学模式CAI教学系统组成CAI的理论基础主要内容计算机辅助教学(CAI)1．计算机辅助教育（Comp

uterBasedEducation,简称CBE）是计算机技术在教育领域中的重要应用，也是当今教育现代化的一个重要标志。它涉及教学、科研和管理等教育领域的方方面面。定义：它是为了提高教育质量和效率，利用计算机技术（包括硬件技术和软件技术），按照科学的方法解决教育过程中的问题，而形成的一种新的教

育技术。计算机辅助教学的基本概念2．计算机辅助教学（CAI：ComputerAssistedInstruction）把计算机作为一种新型教学媒体，将计算机技术运用于课堂教学、实验课教学、学生个别化教学（人－机对话式）及教学管理等各教学环节，以提高教学质量和教学效率的教学模式。3.计算

机管理教学（CMI：ComputerManagedInstruction）是利用计算机来管理、指导和研究教学的自动化教学管理技术。计算机辅助教学的基本概念3.计算机管理教学目前，人们对CMI的理解有两种：从狭义上看，认为CMI就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；广义上看，则认为CMI就是计算机在学校管理中的各项应用，包括教学管理、学校行政管理、学校其它资源管理等等。计算机辅助教学的基本概念定义：把计算机作为一种新型教学媒体，将计算机技术运用于课堂教学、实验课教学、学生个别化教学（人－

机对话式）及教学管理等各教学环节，以提高教学质量和教学效率的教学模式。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。ComputerAssistedInstruction-CAI计算机辅助教学(CAI)投影计算机教师学生软件与课件计算机辅助教学计算机辅助教学虽然在形式上是以计算机为教学工具的一种教学形态，与传统的教学形态和以一般的电化教学设备为工具的教学形态相并列

。但是，计算机辅助教学在本质上是一种新的教学技术，它以运行在计算机上的课件来呈现教学内容，以灵活多样的交互手段和方式来控制教学的进程，更好地实现教学的目的，提高教学的效率、质量和水平。计算机在教学中的作用计算机首先表现为一种辅助教学的工具计算机辅

助教学既辅助“教”，也辅助“学”。计算机的作用需要运行在其上的教学软件来体现。1．计算机辅助教学的产生（1）物质基础（2）社会基础（3）理论基础2．计算机辅助教学的发展概况（1）1958年到1970年（2）1970年到1980年代（3）1980年到1990年代

（3）1990年以后3．我国计算机辅助教学的发展概况CAI的产生与发展1、物质基础:是计算机的诞生、发展和广泛应用计算机数目的增多，尤其是个人拥有计算机人数的增加1946年，第一台电子数字计算机诞生1950年，10台1970年，10万台1984年，4000万台1993年，1.

48亿台，其中1.35亿台为个人智能计算机和网络的发展CAI的产生CAI的产生2、社会基础:信息时代知识的大爆炸和知识更新加快，以及相应地社会对人们不断学习的要求信息社会对教育提出的要求（1）解决人们学习时间、接受能力和理解能力有限与知识激增之间的矛盾科学知识=（数万

年）10%+（近三十年）90%联合国教科文组织詹姆斯·马丁19世纪50年增加一倍20世纪10年增加一倍20世纪70年代5年增加一倍目前3年增加一倍（2）解决如何培养学生善于学习、善于思维、提高创造力与传统以“传授知识”为目标的矛盾CAI的产生3、理论基础:教育心理学的影响，

特别是学习理论、教学机器和程序教学等概念20世纪20年代，普莱西的“机器教学”20世纪50年代，斯金纳的“程序教学”模式：直线式（斯金纳）、分支式（克劳德）斯金纳的程序教学的基本过程与原则（反应）（刺激）下一步解释提问回答确认强化错答上一步图：程序

教学的基本过程积极反应原则小步子原则及时强化原则自定步调原则低错误率原则1．1传统的教学模式1．教学过程教学过程是教师根据教学目的、任务和学生身心发展的特点，通过指导学生有目的、有计划地掌握系统的文化科学基础知识和基本技能

，发展学生智力和体力，形成科学世界观及培养道德品质、发展个性的过程。2．传统的教学系统在整个教学过程中，传统上是教师面对学生进行的教学活动。在这一活动中，教师和学生构成一个教学系统，教师和学生对教学信

息进行处理和传递，以完成教与学的任务。计算机辅助教学的基本模式传统教学系统的特点•整个教学系统中学生处于一种被动的地位。•学生的反馈处于一种迟滞、不及时的状态。•对学生的评价不能反映学生的能力。•教学内容传播的途径相对较少。1.CAI的一般过程CAI教学的过程，是由教师通过计算机辅导和学生通过

计算机独立地学习所组成的互动式双边活动过程。多数形式的CAI教学可大致分为以下五个阶段：（1）计算机呈现信息，提出问题。（2）学生接受信息，做出反应，回答问题。（3）计算机判断答案，提供反馈。（4）学生接受反馈，得到强化。（5）计算机针对学生的学习情况，做出教学决策，提出下一步教学的

建议。计算机辅助教学的基本模式在计算机辅助教学中，教师居于教学活动的主导地位。教师的这种主导地位表现在教师通过教学软件的设计和制作来体现教学大纲、教学计划、教学内容和教学目的的要求，教师根据学生的个体差异设计和制作不同的教学软件来指导学生的学习，教师根据学生的学习情况及时调整

学教学内容和教学方法，教师对学生在教学过程中遇到的问题及时给予解答和指导等。教师在计算机辅助教学中的地位和作用CAI应遵循的原则首先，CAI课件的编制应注意最大限度地发挥学生的学习主动性和积极性。其次，CAI应特别注重个别化教学功能的发挥。第三、

要充分发挥CAI的人机交互功能。第四、CAI应充分发挥计算机的模拟与推理功能，使它能够呈现仿真环境，重演自然现象的模拟人工智能等。计算机辅助教学的原理CAI的特点：1.大容量的非顺序式信息呈现；学生可以控制学习内容和学习进

度；2.CAI系统可通过提问、判断、转移等交互活动，分析学生的能力和学习状况，调节学习过程，实现因人施教的原则和及时反馈原则。3.学习者在整个CAI过程中处于主动、积极的状态，利于好的学习效果的获得。4.可以实现群体的学习，解决个别化学习与群体学习的矛盾。计算机辅助教学的原理计算机

辅助教学的优势1、提供丰富、直观的感性材料，减低教学的难度，提供教学决策支持2、创建教学情景，激发学习兴趣，寓教于乐，调动学生的学习积极性3、多媒体的有机结合，有助于知识的记忆4、变抽象为形象，帮助认识事物运

动和变化的规律5、通过人机交互，获得教学反馈（交互的实时性）6、因材施教，让每个学生都得到发展（实现个别化教学学生可以控制学习内容和学习进度）7、利用计算机和网络进行探索性学习，实现非顺序式信息呈现，有利于创新能力的培养。计算机辅助教学模式5.2.2主要模式1．基

本模式（1）操练与练习主要用于实现教学过程中学生练习阶段的功能，这是多媒体教学最常用的模式。该模式并不向学生传授新知识和新技能，只是用来巩固和熟练某些知识和技能，这些知识和技能是学生已经通过其它途径学会了的。优点：①

可以及时反馈相关的信息；②能够以多媒体方式有效地激励学生；③可以将学生的成绩及时加以保存。（2）个别指导也称指导型，它是由计算机扮演讲课教师的角色，目的在于向学生传授新的知识或技能。通常将教学内容划分成一些较小的教学单元，每个单元只讲

授一个概念或知识点。在每个教学单元的教学中，计算机先在屏幕上讲解概念、知识或技能，然后向学生提问并检查他们的掌握情况。每隔若干个教学单元或学习结束时，计算机就针对所学过的内容来提问，这相当于平时的单元复习或总复习检查。优点：(1)学生

参与程度高；(2)有利于个别化教学的开展；(3)教学效率高。计算机辅助教学模式计算机辅助教学模式（3）教学测验计算机辅助测验(ComputerBasedTesting，简称CBT)是CAI或多媒体教学的一个重要组成部分。CBT的主要内

容包括自动出试卷、联机测验或自动阅卷、测验数据分析。测验分成主观性测验和客观性测验两类。主观性测验包括口试、写作、翻译、回答问题等。客观性测试又称标准化测试(考试)，通常采用是非题、多项选择题、匹配题等形式。5.2计算机辅助教学模式(

4)教学模拟用计算机来模仿真实自然现象或社会现象。模拟在教学中的应用可以分为以下几个方面：(4)教学模拟管理模拟。计算机模拟在管理领域的应用非常有助于学生在管理决策方面的能力和素质的培养。训练模拟。由计算机控制的模拟训练器能够产生

逼真的训练、操作环境，可以在节约很多训练时间和经费的前提下达到同样的训练目的。计算机模拟的优点：①高效、安全；②低成本；③形象逼真，容易引起学生的兴趣。计算机辅助教学模式(5)问题解决指在教学中运用计算机作为工具，让学生自己去解决那些与实际背景较接近的问题，其主要目的是培养学生解

决实际问题的能力。问题求解给学生提供创造性解决问题的机会，通过解决问题的过程来应用、检验和精炼已经掌握了的概念和知识。问题求解模式的两种实施方法：1.特定的问题求解。2.工具性问题求解。计算机辅助教学模式(6)教学游戏以游戏的形式呈现教学

内容，产生一种带有竞争性的潜在的学习环境，从而激发学生积极参与，起到“寓教于乐”的作用。与一般的电子游戏类似，教学游戏通常都有一套明确的规则，具有竞争性，最后一定有赢家和输家。计算机辅助教学的理论基础第二章行为主义学习理论认知主义学习理论第

一部分行为主义学习理论行为主义认为:学习是刺激与反应的联结，有机体接受外界的刺激，然后做出与此相关的反应，这种刺激与反应之间的联结(S—R)就是所谓的学习。早期的行为主义忽视内部心理活动的作用，认为心理活动是无法进行研究的，因此被称为“暗箱”。行为主义理论1．4．1行为

主义学习理论20世纪20年代在美国产生，60年代以前一直占主导地位。代表人物：桑代克、巴甫洛夫、华生和斯金纳。斯金纳巴甫洛夫主要观点：学习是一个刺激―反应（S-R）过程。它把环境视为是“刺激”，把刺激后产生的具体行为

看成“反应”。•主张将人的外显行为作为研究对象，反对内省，认为行为是多次的愉快的或痛苦的后果，改变了学习者个体的行为，使学习者模仿他人的行为。•因此，他们重视环境在个体学习中的重要性，强调对刺激和反应的联结。强调刺激--反应，把学习者看作是对外部刺激作出被动反应、即作为知识灌输对象

行为主义理论行为主义理论的基本观点（1）学习是刺激---反应的联结巴甫洛夫(PavlovI．P．)在1890年首先发现条件反射机理，从而开辟了高级神经活动的研究领域。对于他的经典实验人们都很熟悉，当狗嘴里放入食物后将产生

唾液分泌：食物是无条件刺激，唾液分泌是无条件反射。用任意刺激如铃声与食物的呈现相结合，经多次重复后铃声在没有食物情况下也能引起唾液分泌。这时铃声已经成为条件刺激，对铃声的反应则称为条件反射。条件反射概念揭示了学习现象最基本的生理机制，对学习理论的发展产生了深远的影响

。•华生(JohnB．Watson)：用巴甫洛夫的经典性条件反射理论来解释人类的学习。•华生在巴甫洛夫条件反射的基础上，提出人的学习是塑造行为的过程，这种学习可以通过上述替代的“刺激---反应(S—R)”的联结来实现

，并提出：“知道了反应就可以推测刺激，知道了刺激就可以预测反应”。从而形成了刺激一反应学习理论。他认为，学习就是以一种刺激代替另一种刺激来建立相应的条件反射的过程。行为主义理论（2）学习是尝试错误的过程行为主义理论的基本观点桑代克迷笼（3）学习成功的关键依靠强化

行为主义理论的基本观点斯金纳箱•贡献：对人类的学习研究确实起过重要作用，尤其是关于创设合适环境和强化刺激对学习的重要作用。•局限性：忽略人的主观能动性。•指导作用：运用多种教学媒体，为学生提供引起必要反应和形成强化刺激的材料及条件，引起学生的多种反应

，为学生建立起刺激与反应间的牢固联结，并培养学生的多向思维和发散思维。行为主义理论比利时罗汶大学校园雕塑行为主义的教育理念----知识灌输行为主义理论对CAI的影响行为主义理论认为,学习起因于对刺激的反

应，而所有的反应都由刺激引发的。约翰·化生的名言“知道了反应就可以推测刺激，知道了刺激就可以预测反应。”形象地描述了行为主义的学习理论基础。由于行为主义主要通过可观察的行为来描述普遍的行为规律，因而行为主义理论理解起来相对较为简单。其正强化和负强化技巧在实践中往

往十分有效，比如：在教学过程中，教师（或课件）常常运用行为主义原理来奖励或惩罚学生的行为。行为主义学派曾经在心理学领域长期占据统治地位，并在教育方面有过极大影响。行为主义理论虽然也受到各方面的指责，但行为主义方法所包含的许多合理部分如强化规律等，在教学中特别是语

言教学中仍然在发挥着重要作用。在教育技术领域，斯金纳仍然是最受推崇的学习理论先驱之一。斯金纳的程序教学法一.程序教学对计算机辅助教学的影响斯金纳认为，只有通过机械装置才能提供必要的大量的强化系列。这就是斯金纳设计教学机器、提倡程序教学的主要出发点。程序教学是一种个别化的自动教学的方式，由于经常

用机器来进行，也称为机器教学。斯金纳正是由于对程序教学理论所做出的杰出贡献而被称之为“程序教学之父”。•积极反应原则•小步子原则•及时强化原则•自定步调原则•低错误率原则斯金纳的程序教学法程序教学原则：程序教学不主张完全由教师授课的方式进行教学，而是以问题的形式

，通过教学机器或教材给学生呈现知识，使学生对一个个问题做出积极的反应。即要求学生通过程序教材和教学机器，能自己动脑，自己动手去学习。这一观点为信息技术环境下设计开发自主学习课件提供了理论支持。①积极反应原则将教学内容按内在的联系分成若干小的步子编成程序。材料一步一步地呈现，步子由易到难排列，

每步之间的难度通常是很小的。学生每次只走一步，做对了才可走下一步，每完成一步就给予一次强化，这就使强化的次数提高到最大限度，从而能促使学生主动、积极地学习。②小步子原则斯金纳的操作性条件反射的规律认为，一个操作发生后，紧接着呈现一个强化刺激，那么这个操作力量就会得到增强。遵循这

一规律，在课件中做到及时强化，也就成为程序教学中的一个原则。这一原则要求在每个学生做出反应后，必须使学生立即知道其反应是否正确。告知学生结果，也就是给予学生反应的及时强化，这也是CAI中最常用的强化方式。③及时

强化原则以学生为中心，不强求统一进度，鼓励每一个学生以他自己最适宜的速度进行学习。这样，学生可按各自不同的思维方式、速率来处理问题而不受其他人的影响。同时，通过一次次的强化，能够激发学生的学习兴趣，使他们能够稳步前进。当然这一原则是以个别化教学方式为基本前提的。④自

定步调原则要求在教学过程中尽量避免学生出现错误的反应，错误的反应会得到令人反感的刺激，过多的错误会影响学生的情绪和学习的速度。少错误或无错误的学习可以增强学生学习的积极性，提高学习效率。⑤低错误率原则第二部分认知主义学习理论认知主义学习理论认为，学习在于内部认知的变化

，这是一个远比“刺激一反应”联结要复杂得多的过程。他们注重解释学习行为的中间过程，即目的、意义等，认为这些过程才是控制学习的可变因素。认知主义学习理论的主要特点是：重视人在学习活动中的主体价值，充分肯定学生的自觉能动性；强调认知、意义理解、

独立思考等意识活动在学习中的重要地位和作用；重视人在学习活动中的准备状态，即一个人学习的效果，不仅取决于外部刺激和个体的主观努力，还取决于一个人已有的知识水平、认知结构、非认知因素。认知主义学习理论认知学习理论是通过研究

人的认知过程来探索学习规律的学习理论。主要观点包括：1、人是学习的主体，主动学习。2、人类获取信息的过程是感知、注意、记忆、理解、问题解决的信息交换过程。3、人们对外界信息的感知、注意、理解是有选择性的。4、学习的质量取决于

效果。认知主义学习理论综述从认知理论来看，教学不是知识的“传递”，而是学生积极主动的“获得”。教师要为学生创造良好的学习条件和环境，激发学生的学习动机，提供合理的学习策略，从而促进学生的学习，教师不再是知识的传递者，而是学习的促进者。认知主义学习理论1．用直观的形式向学习者

显示学科内容结构，让学生了解教学内容中涉及的各类知识之间的相互关系。2．学习材料的呈示适合学习者认知发展水平，按照由简到繁的原则来组织教学内容。这里所说的由简到繁是指由简化的整体到复杂的整体。3．学习与理解才能有助于知识的持久和可迁移。4．向学生提供认知反馈可以确认他们的正

确知识和纠正他们的错误学习。5．学习者自定目标是学习的重要促动因素。6．学习材料既要以归纳序列提供，又要以演绎序列提供。7．学习材料应体现辩证冲突，适当的矛盾有助于引发学习者的高水平思维。根据认知学习理论，CAI设计的原

则：•行为主义基本观点：可以用刺激——反应——强化来概括。认为学习的起因在于外再刺激的反应，而不是关心刺激引起的内部心理过程，认为学习与内部心理无关。•认知主义的基本观点：认为人的认识不是由外界刺激直接给予的，而是外界刺激和认知主体内部心理过程相互作用

的结果。认知学习理论主要在于解释如何使客观的知识结构通过个体而内化为认知结构。行为主义与认知主义关于学习观的区别认知主义学习理论关注学习的内部心理过程，成为各种教学理论的基础，对教育技术中的教学设计产生了巨大的影响。教学设计中的学习任务分析、学习者分析、教学策略制定都离不开

认知理论对学习规律的描述。认知主义学习理论也促进了CAI向智能教学系统的转化，通过对人类的思维过程和特征的研究，可以建立起人类认知思维活动的模型，使得计算机能够在一定程度上完成人类教学专家的工作。认知主义理论对CAI的影响“鱼牛故事“体现建构主义这样一个理念•理解依赖于个人经验，即由于人们对世

界的经验各不同，对于世界的看法也必然各不相同。知识是个体与外部换环境交互作用的结果，人们对事物的理解与个体的先前经验有关。•知识不是通过教师传授得到的，而是通过学习者在与情景的交互作用过程中自行建构的，

因而学生应该处于中心地位，教师是学习的帮助者。建构主义学习理论是认知主义的进一步发展，该学习理论将学习看成是学习者主动地建构内部心理表征的过程。建构主义学习理论认为，学习是在一定的社会文化背景下，借助其他人（包括

教师和学习伙伴）的帮助，实现的意义建构的过程。“情景”、“协作”、“会话”、“意义建构”是学习的四大要素。情景——社会文化背景。协作——学习过程中发生的他人的帮助、人际间的交流、讨论活动。会话——是协作过程的不可缺少的环节，且贯穿于协作的全过程。意义

建构——学习者对当前所学内容反映的事物的性质、规律以及该事物与其他事物之间的内在联系有较深刻的理解。建构主义学习理论