让CAI深入课堂

――多媒体计算机辅助教学有感

内容提要：本文概述了CAI的理论基础，CAI的作用，CAI的“三要素”，CAI课件的开发，CAI课件存在的问题以及CAI的新思路。

关键词语：计算机辅助教学 ( CAI)、课件、积件、网络教育

　　随着科学技术的发展，信息时代的到来，传统的教学媒体如黑板、教科书等承载信息的种类和能力都十分有限，远远满足不了现代教学的需要。伴随着电子技术的飞速发展，出现了大量媒体，如幻灯机、投影仪、录音机、录象机、影碟机、计算机、计算机网络等，这些媒体承载信息的能力大大提高，已被广泛地应用于教育教学领域。计算机辅助教学 ( Computer Assisted Instruction，简称CAI)，是将当代先进的电子技术、计算机技术、多媒体技术等应用于教学过程，是提高教学质量和教学效率、实现教学过程最优化的一种技术手段，是现代教育科学和现代教育技术的重要组成部分。

一、计算机辅助教学的理论基础

众所周知，自从１９５９年，美国IBM公司研制成功第一个计算机辅助教学（CAI）系统，从而宣告人类开始进入计算机教育应用时代以来，计算机辅助教学的理论基础曾有过三次大的演变：第一次是以行为主义学习理论为理论基础。时间是从６０年代初至７０年代末，这是计算机辅助教学的初级阶段。第二次是以认知主义学习理论为理论基础。时间是从７０年代末至８０年代末，这是计算机辅助教学的发展阶段。第三次是以建构主义理论为理论基础。时间是从９０年代初至今，这是计算机辅助教学的成熟阶段。

二、计算机辅助教学的作用

CAI系统是由硬件、软件和课件三个要素构成的，它是提高教学质量，提高学习效率，使学习者实现有效学习为根本目的，这亦是构成基于CAI系统设计CAI课件的根本。

１、 收集多媒体资料信息

教师在准备教案是，需要大量的资料及信息源。在传统的教学中，这种资料重要是通过书本、图片、录音和录象等有限的手段向学生传输信息，这样的信息来源显然是非常有限的，而且缺乏灵活性、方便性和交互性。随着电脑技术的普及，教师可以通过电脑自己制作，或通过光盘、网络等途径获取文字、图象、声音、动画、视频，甚至三维虚拟现实等多方位信息用于课件制作，使教学内容更丰富，教学方法更多样、更灵活。

２、 全面优化课堂教学

通过精心准备，运用大量的多媒体手段，教师创作出严谨而丰富的CAI课件。教学中，教师不必象以前那样，携带地球仪、三角板、化学试剂等烦琐的教具，而是借助电脑、投影仪等先进的多媒体手段，向学生展示图、文、声、像相结合的丰富多彩的教学内容，从而可以优化课堂教学，增大课堂容量，提高教学效果。

３、 激发学生学习兴趣

计算机不仅是一种文化，而且也是教学过程中的理想的认知工具。计算机可以激发学习兴趣，帮助形成学习动机，可以提供图文声像并茂的交互式学习环境，有利于学生主动发现、主动探索；加上计算机网络可以提供协作学习模式，因而能有效地促进学生对所学知识的意义建构。

４、 提供全方位的训练

众所周知，人类是通过听觉、视觉和运动待等诸多方面来获得新的知识。我们看书、看报可以获得知识，我们听收音机、听报告也可以获得知识。我们通过这种比较单纯的视觉或听觉所获得的知识信息是很容易被遗忘的。然而，我们通过看电视、看电影所获得的知识信息相对就不那么容易遗忘了，这是因为电视、电影综合利用了视觉和听觉的作用。我们学会骑自行车、学会游泳为什么会长久不忘呢？那是因为我们在学习骑自行车、学习游泳的时候，首先是听"老师"讲明要领，再看“老师”做示范动作，最后自己又进行一些反复地实践，才学会的。这种通过听觉、视觉和运动所获得的知识技能是持久的。通过多媒体辅助教学手段，我们可以充分利用多媒体电脑的图、文、声与一体的特点进行视、听、说全方位的训练，可以起到事半功倍的教学效果。

５、 全面提高学生综合素质

通过计算机辅助教学，使学生参与计算机操作，进而可以培养学生们的观察能力、记忆能力、操作能力和分析和解决问题的能力。这些能力的提高，最终归结为思维品质的提高：有助于培养学生的创造性思维、有助于发展学生的抽象思维、有利于强化学生思维训练，促进学生思维品质的优化。

三、计算机辅助教学的“三要素”

虽然计算机辅助教学具有很多优越性，但是这些优越性的发挥，要受到教师、硬件、软件等要素的影响。只有正确处理好这些要素的关系，计算机辅助教学才能取得良好的教学效果。

1、教师要素

在教学活动中，教师起主导作用，对计算机辅助教学的成功与否起到关键作用。

1）算机应用水平

教师要利用计算机辅助教学，就必须熟练掌握计算机基本知识和操作技能，学会利用多媒体创作系统如Powerpoint、Authorware等编写适用于教学的简单课件。个别教师应消除对计算机的恐惧感，其实，计算机也好CAI课件也好，并不象他们想象的那么难。

2）调整固有的教育思想和教学方法

计算机辅助教学在课堂中所发挥的作用，是同教师的教育思想和教学方法密不可分。计算机辅助教学要求教师不仅要有先进的教育家学理论、学科修养和熟练的计算机操作技能，更重要的是要改变以前固有的教育思想和教学方法，要有突破精神和创新意识。

2、硬件要素

“巧妇难为无米之炊”，具备了教师这一能动的第一要素，还无法是计算机辅助教学正常进行，还必须具有计算机硬件。

1）建立多媒体演播室

进行计算机辅助教学，必须有一个合适的教学环境，其最低要求是一套多媒体计算机系统，即一套多媒体计算机、操作系统和应用软件（CAI课件）。在此基础上，如果能够再配上实物投影仪、录象机、影碟机、扩音系统等多媒体设备，就可以构成一个完整的多媒体演播室。在这里可以进行计算机辅助教学，把那些难于理解的过程、抽象的概念、历史的事件等教学重点难点内容展示给学生。多媒体演播室的缺点在于学生基本处于被动接受信息，他们很难参与教学。

２）建立计算机网络教室

计算机网络教室就是把计算机室内所有的计算机通过局域网络连接起来，形成资源共享，利用多媒体网络教学系统，进行网络教学。在网络教学过程中，学生人手一机，直接参与教学。他们可以随时根据需要提取合适的学习材料进行学习，并可以直接在计算机上完成作业。每个学生的学习情况都可以由网络传递给教师和同学，师生们可以就某一个内容开展讨论，形成一种交互式的教学。

３、软件要素

如果说硬件是计算机的躯体，软件则是计算机的灵魂。计算机软件又可以分为操作系统和应用软件。计算机辅助教学课件（Courseware）是指在一定的学习理论指导下，根据教学目标设计的、反映某种教学策略和教学内容的计算机软件。课件的基本模式有练习型、指导型、咨询型、模拟型、问题求解型、发现型和游戏型等等。

四、CAI课件的开发

计算机辅助教学课件的开发过程，就是课件的设计者把自己对教学的想法，包括教学目的、内容、实现教学活动的教学策略、教学的顺序、控制方法等，用计算机程序进行描述，并输入计算机，经过调试成为可以运行的程序。一个好的教学课件既要优学（能更好地辅助学生掌握知识），又要优教（有利于教师使用、推广），除具备常规教学必须具备的特点之外，还应体现以下几个方面：１）必须与学生的思维同步，循序渐进；２）充分利用二维、三维动画，以弥补常规教学之不足。动画速度应能有效地实施控制；３）尽可能地提供一题多解；４）可以随时改变题设的条件，以利于学生更好地理解概念、掌握方法，使例题发挥更好的效能；５）信息传递适当（不要乱加插图、音乐、背景等）；６）课件无论在视觉、听觉、与结构上都比较完美；７）课件应是多功能、开放式的，以利于根据对象不同，进行适当的改动和调整。

那么，如何开发融教育性、思想性、科学性、艺术性于一体的多媒体计算机辅助教学课件呢？

1、明确目的

制作多媒体课件要有明确的目的：是为了激发学生学习兴趣，调动其学习积极性，还是为了解决重点、难点；是为了帮助理解，加深印象，促进记忆，巩固知识，还是为了扩大知识面，丰富教学内容，启迪想象力，培养技能技巧。

2、准备素材

明确了开发课件的目的，就要依据教学大纲和教材教学目的和要求，教学重点和难点进行准备素材。制作课件所需的素材应包括用来完成教学目的要求，突破教学重点难点必要的文本、数据、表格、图片、声音、动画、视频影象等等。素材可以来源于教材（教科书、教学参考书）、光盘软件、网络素材库等，也可以自行开发制作。为了节省时间，提高效率，缩短开发周期，建议尽可能利用一些比较成型的课件素材。（９９年２月，我国现代教育信息资源库已开通上网，网址：http://www.cmet-irb.gov.cn）

3、选择平台

面对琳琅满目的多媒体开发平台选择一个合适的平台显得尤为重要。开发平台的选择应本着易用、高效、开放等原则，同时选择开发平台还受课件类型以及教师计算机应用水平等因素的影响。

如果所要开发的课件主要是以展示为主的讲义式、幻灯式、练习式等，建议选择Microsoft公司的办公组件之一――Powerpoint97/2000即可。这个平台的特点是操作极其简单，易于上手，系统所提供的创作模板和即时帮助能使你在几分钟内就可以开发出一个生动美观的课件，比较适合于计算机操作水平较低一般教师。该套系统的缺点是特殊效果不够灵活，动画制作能力太差，环境依赖性比较强，虽可编译但编译后的文件过大，不易移植。

如果要开发的课件是以交互为主的指导型、咨询型、模拟型、问题求解型、发现型等，建议选择Macromedia公司的Authorware 4.0/5.0系统。这是一套基于流程图的多媒体创作系统，特点是功能强大，配以丰富的函数可实现灵活多变的媒体编排和系统导航，可对文件进行编译，编译后文件比较小，不依赖于原开发环境，便于移植，还可以进行网上交流，是目前比较理想的多媒体课件开发平台。操作比较容易，较适合具有一定计算机操作经验的教师。缺点是对多媒体本身的制作能力欠缺，加之大量的函数和变量不易掌握，对处学者比较难。

此外，还有美国人编的《几何画板》、国人自己开发的《方正奥思》、《发烧积木》、《洪图》、《银河》、《摩天》等多媒体创作平台。多媒体课件的开发平台的选择可以根据课件的类型、教师的水平和手头现有的开发平台而定。每个都有其优点，也有一定的局限性。平台的选择不应是单一的，应充分利用各个平台的优点，相互搭配，相互调用，取长补短，提高效率。一位优秀的课件开发者会尽可能地利用有限的资源，开发出最完美的课件。

4、创作合成

多媒体课件创作合成的过程，也就是根据创作目的的要求，利用已选择的开发平台，通过艺术加工，把已经准备好的创作素材， 按照一定的逻辑顺序有机地组织起来，通过反复运行和调试，并经过编译最终形成一个可供课堂使用的课件的过程。多媒体课件可以是多种多样、丰富多彩的，但是也应防止课件花里胡哨、华而不实，呆板单调、索然无味，更要防止课件出现知识性的错误，事与愿违。

一个多媒体课件应该以充分发挥学习者的浅能，强化教学效果，提高教学质量为重心。因此教师应不断积累经验，努力探索制作技巧，开发出更多图文并茂，形声俱佳的优秀多媒体课件，努力获得最佳的教学效果。

五、CAI课件存在的问题

优秀CAI课件适当运用于课堂教学，可以激发学生学习兴趣，渲染教学氛围，购置特定的教学环境。更重要的是可以有效地突破教学重点难点，收到事半功倍的效果。但是在教学实践中我深深感到有些CAI课件存在着许多问题。

１、简单重复教材，缺乏创新精神

　　２、脱离教学大纲，制造超纲题库

３、违背教学规律，不讲教学方法

４、交互性能简单，忽略电脑优势

５、注重局部完整，忽略整体联系

６、强调表面华丽，缺乏实质内容

７、过分依赖环境，移植性比较差

８、课件重复开发，缺少资源共享

六、CAI的新思路

无论多么优秀的教育专家和特级教师根据科学的学习理论和丰富的教学经验设计开发的课件，也只能适应某一特定的教学环境，无法适应千变万化的教学情况。计算机辅助教学需要从课件思想向一种更灵活的，适应不同教师、不同教学情境的方向发展。

１、积件CAI

积件（Integrable ware）是由教师和学生根据教学需要自己组合运用多媒体资源的教学软件系统。积件思想作为一种关于CAI发展的系统思路，是对多媒体教学信息资源和教学过程进行准备、检索、设计、组合、使用、管理、评价的理论与实践。它不仅仅是在技术上把教学资源素材库和多媒体著作平台进行简单的叠加，而是从课件的经验中发展出来的现代教材建设的重要观念转变，是继第一代教学教学软件之后的新一代教学软件系统和教学媒体理论。积件的主要特点是：

１） 注重人的主体性。积件将教学信息资源与教学思想、教法、学习理论相结合的主动权交给了师生，将过去课件设计者从事的教学设计回归到师生自己的手中，成为教师和学生教学活动的工具，因而适应任何类型的教师和学生，具有高度的灵活性和可重组性，充分体现了尊重人，一人为主体的教育思想。

２） 积件与教材版本无关性。积件是一知识点为分类线索，这样，无论教材课程体系如何变化，教材版本如何改变，积件都可以被师生应用于当前教学活动中。

３） 基元性与可积性。教学资源素材愈是基本的，附加的边界约束条件愈少，其重组的可能性也就愈大。例如，一般下雨的素材（图片，动画，视频），语文教师讲解散文、古诗用来作语境；生物教师可用来讲生态；地理教师可用来讲气候；物理教师可用来自由落体运动；化学教师可用来水的状态等等。

２、 智能CAI（ICAI）

智能计算机辅助教学(Intelligence Computer Assisted Instruction,简称ICAI)以认知学为理论基础，将人工智能技术应用于CAI，是智能化的CAI。

ICAI将教学内容与教学策略分开，根据学生的认知模型提供的信息，通过智能系统的搜索与推理，动态生成适合于个别化教育的内容和策略；通过智能诊断机智判断学生的学习水平，分析学生产生错误的原因，同时向教师提供教学重点、难点、方法测试、题型的建议；为教师提供友好的教学内容、测试内容维护界面，无需改变软件的结构即可调整教学策略；通过对学生认知模型、教学内容、测试结果的智能分析，向教学督导人员提供对任课教师教学业绩评价的参考意见。

一般认为，只要具备下列一个或几个特征的CAI系统就可以称之为ICAI系统。

１） 能自动生成各种问题与练习；

２） 根据学生的学习水平与学习情况选择与调整学习内容和进度；

３） 在了解教学内容的基础上自动解决问题，生成解答；

４） 具有自然语言生成与理解能力，以便实现比较自由的教学问答系统，提高人机交互的主动性；

５） 对教学内容有解释咨询能力；

６） 能诊断学生错误，分析原因并采取纠正措施；

７） 能评价学生的学习行为；

８） 能评价教师的教学行为。

３、 网络CAI

网络CAI(Netwok Based Computer Assisted Instruction，简称NBCAI)是学生和教师通过计算机网络进行课程内容的讲授、学习、练习和测试。网络CAI的实现主要有两种：基于WWW的CAI和基于Client/Server的CAI。

基于WWW的CAI是教师将教学内容制成超文本文件，发布到Internet或Intranet的WWW服务器上，学生通过使用WWW浏览器，登陆相应的网站以实现远程教学（Distance learning）内容的学习。它的主要优点是不受地域的限制，能够方便地做到资源共享。缺点就是目前速度较慢，缺乏智能性。

基于Client/Server的CAI是教师和学生通过各自的客户端软件，组织教学内容和学习课程知识。其优点在于功能开发灵活方便，软件运行速度快，易于研制ICAI。但不足之处是Client端计算机应装有特定的Client端软件。

近年来，随着网络技术的日趋成熟，Internet以前所未有的速度发展和延伸，具有较高传输率的校园网普遍建立。这使得智能CAI和网络CAI得以有机结合，构成了一个网络化智能计算机辅助教学系统（Netware Based Intelligence Computer Assisted Instruction，简称NBICAI）。

在BNICAI系统中，学生通过计算机登陆到NBICAI的Server端，NBICAI会按其不同的认知水平为其准备不同难度得的学习内容。完成学习时，系统通过各自适应的测试（CAT）确定学生新的认知水平，作为下一次登陆学习时为其准备学习内容的依据，并向学生提出进一步安排学习内容的建议。学生在学习过程中，可以实时地与其他在线同学或老师进行讨论与交流。教师通过计算机登陆到NBICAI的Server端，检查学生的学习进度，学习情况，并根据学生的实际情况，有针对地对教学内容、测试内容进行更新。教学督导人员也可以通过计算机，对教学过程进行监督，对教学效果按一定的教育统计学规则进行测评。

计算机辅助教学（CAI）自从其产生之日起，经历了初期阶段、发展阶段和成熟阶段，从传统的CAI发展到积件CAI，从积件CAI发展到智能CAI、网络CAI，基于构建主义学习与教学理论的NBICAI是网络CAI和智能CAI的完美结合，是CAI的生命力和发展方向。计算机辅助教学以人为根本，以硬件为前提，依托优秀的软件，来突破教学中的中的重点、难点，优化课堂教学，提高学生学习兴趣，激发学生的求知欲，全面提高学生综合素质。计算机辅助教学对教育和教学的影响是巨大的，是一次教育教学的革命。让我们把握现在，着眼未来，为教育的腾飞而努力。

大庆石油高级中学

牛志录

2000年8月18日