計算機輔助教學:在計算機輔助下進行的各種教學活動-中文百科頻道

定義

計算機輔助教學(Computer Aided Instruction ，簡稱CAI)是在計算機輔助下進行的各種教學活動，以對話方式與學生讨論教學内容、安排教學進程、進行教學訓練的方法與技術。

是用計算機幫助教師進行教學或用計算機進行教學的廣闊應用領域。它既是計算機在教育中的一個重要應用領域，又代表一種新的教育技術和教學方式。CAI為學生提供一個良好的個人化學習環境。綜合應用多媒體、超文本、人工智能和知識庫等計算機技術，克服了傳統教學方式上單一、片面的缺點。它的使用能有效地縮短學習時間、提高教學質量和教學效率，實現最優化的教學目标。

簡介

計算機輔助教學是教師将計算機作為教學媒體，使用計算機幫助教師進行教學或用計算機進行教學，為學生提供個别化的學習環境，學生通過與計算機的交互作用進行學習的一種教學形式。計算機輔助教學（Computer-Assisted Instruction）其英文縮寫為CAI。CAI是計算機科學、教育學、心理學等多門學科交叉形成的一門綜合性新興學科。它既代表一個十分廣闊的計算機應用領域，又是一項重要的教育技術。

計算機輔助教學的支撐理論智能化計算機輔助教學系統的研發是以計算機為平台,搭載教育理論,保證各類教學工作的開展,可以精準契合于整個教學系統中,以完成規範化教育、智能化教育等,減輕教育資源的投入力度,提高實際教學效用。

研究内容

計算機輔助教學模式：目前CAI系統通常采用的教學模式有以下6種：

(1)練習：包括編排題目、比較答案及登記分數，通常作為正常教學的補充；

(2)個别指導：包括教授規則、評估學生的理解和提供應用的環境等；

(3)對話與咨詢：又稱為“蘇格拉底”教學模式，允許學生與計算機之間進行比較自由的“談話”；

(4)遊戲：創造一個帶競争性的學習環境，遊戲的内容和過程與教學目标相聯系；

(5)模拟：用計算機模仿真實現象(自然的或人為的現象)，并加以控制，如模拟化學或物理實驗和飛機、車船駕駛訓練等；

(6)問題求解：讓學生以多種途徑運用規則和概念，得到問題的解，既要求學生不僅知道問題的正确答案，而且掌握其解答過程。在具體的教學過程中，根據教學内容表達的需要和教學目的的要求，需要在同一課程不同的内容或不同的教學環節中交叉使用這些教學模式。

2）計算機輔助教學課件的制作： CAI系統工程核心是課件。由課件設計者根據教學要求用CAI寫作工具或計算機語言編制而成。

3)計算機輔助教學寫作工具與環境：CAI寫作工具是提供給課程教師編制課件的寫作環境。良好的寫作系統和開發工具是提高CAI課件開發效率的關鍵。

發展曆史

計算機輔助教學，簡稱CAI，是英文COMPUTER ASSISTED INSTRUCTION的縮寫。

美國是進行計算機輔助教學研究和應用最早的國家，所以CAI的曆史基本上是以美國CAI發展曆史為主線。近四十年來，CAI的發展大體上經曆了五個階段。

（1）1958--1965年

這是CAI發展的初期階段。在這個時期，主要是以大學和計算機公司為中心開展的軟件硬件開發研究工作，并出現了一些有代表性的系統。如：PLATO系統。

（2）1965--1970年

這一時期的特點是研究規模擴大，并且将以前的研究成果投入應用。斯坦福大學在1966年研制了IBM1500教學系統。

（3）1970--1975年

這一時期，CAI的應用範圍不斷擴大，并進一步趨向實用化。開發的科目除了數學，物理之外，在醫學、語言學、經濟學、音樂等多種學科領域均開展了CAI的應用。

（4）1975--80年代後期

微型計算機進入教育領域之後，形成了極大的沖擊，使之成為多種教育環境中的理想工具。

（5）80年代末以後

80年代末和90年代初，多媒體計算機的出現，被稱為計算機的一場革命，它具有能夠綜合處理文字、圖像、聲音、圖形的能力，顯示了計算機在教育方面的非凡才能，很快成為CAI發展的重要方向。

階段

實驗起步階段

20世紀50年代末至70年代後期是CAI的試驗起步階段。這段時間研究各種可能的CAI類型，試驗新的CAI教學模型，并對其教學效果進行檢測和評價，同時進行了學習理論、教學理論等重要理論的探讨。早期的著名系統有PLATO（Programmed Logic for Automatic Teaching Operation）系統和TICCIT（Time-shared Interactive Computer Controlled Instructional Television）系統，這兩個系統都是美國的計算機公司和大學聯合研制的。其他一些國家（如英國、加拿大、日本等）出相繼開展CAI研究，并推出了自己的CAI系統。

中國的CAI試驗起步階段開始于20世紀70年代末期，一批高校和軟件公司從20世紀80年代初進行CAI系統的研制開發。

發展普及階段

CAI的發展普及階段從20世紀70年代末開始到80年代末約有10年左右的時間。這一時期許多發達國家（諸如：美國、日本、英國）開始普及CAI，中小學大量購置計算機設備，一些計算機教育軟件投入使用并形成産品。

中國在20世紀80年代中期開始了CAI的普及工作。

新型發展階段

從20世紀80年代末到現在，由于各種計算機新技術的出現和使用，使得CAI進入到一個全新的發展階段。其主要的新技術有：多媒體與超媒體技術、網絡技術、人工智能技術、面向對象的程序設計技術等。運用這些新技術，CAI向着網絡化、多媒體化、協同化、智能化的方向發展，這不但促進了CAI的普及，提高了CAI的水平，而且打破了傳統的課堂教學方式，帶來了教育思想、觀念、體制的重大變革，推動了教育的現代化。現代遠程教育的出現把計算機的教育應用推向了蓬勃發展的新階段。

基本原理

計算機輔助教學的基本過程如下：

首先由學習者向CAI系統提出所需學習内容的申請，由CAI受理後，檢索出相應的教學内容，通過顯示器展示給學習者，通過思維理解後再由CAI系統提出問題展現給學習者，當學習者接受刺激後做出應答，同時反饋給CAI系統，CAI經檢測評定後确認應答的正确、錯誤再反饋展示給學習者以強化理解，完成的是一個典型的交互過程。

選擇課題學生根據自己的興趣或教師的安排，從計算機中的CAI課件中選擇一個課題，計算機立即将相應的内容調入内存運行，并在顯示屏幕上顯示序言。從合理選拔教師、修訂培養方案和教學大綱、改進教學方式三方面入手,改革現有的教學模式,進而培養學生解決複雜工程問題的能力。

呈現信息計算機呈現一小段教學信息，可以用文字、圖形等形式表現。

注意教學信息學生集中注意力，理解和記住顯示器呈現出的教學信息。

提問計算機向學生提一些與剛才呈現的教學信息有關的問題，要求學生回答。在CAI中提問是十分重要的，它是為了測試學生對剛才所呈現内容的理解程度，對計算機随後的教學策略有重要影響。

反應學生通過思考和判斷，對計算機的提問做出反應，通常在鍵盤上或用鼠标器輸入他們的回答。

評價與反饋計算機接受學生的反應，判斷其正确程度，并提供适當的反饋信息。該信息通常包括關于問題結果的知識，對學生的表揚和勉勵、對錯誤原因的分析以及對進一步學習的建議等。

注意反饋信息學生對自己剛才反應的結果十分關心，計算機提供的結果知識幫助他确認結果，明白為什麼正确、為什麼錯誤以及出錯的原因等。此時，學生要根據計算機的提示信息進入下一步學習。

教學決策計算機根據對學生反應的判斷和某種教學策略，來決定下一步的教學行為，一般有下列選擇：

1．繼續：呈現新的教學信息。

2．複習：呈現同樣或類似的教學信息。

3．補習：提供與剛才内容有關的更詳細的說明材料信息。

4．提示：提供啟發信息，然後呈現剛才呈現的問題，讓學生反應。

5．測驗：提供一個小測驗，檢查是否達到目标，通常在一課結束後進行。

構成

CAI一般可分為計算機硬件、系統軟件和課程軟件三部分。

1.系統硬件（略）

2.系統軟件包括操作系統、語言處理系統、各種工具軟件和寫作系統。

工具軟件是指為了幫助和支持CAI課件的開發，提高CAI課件的質量，完成某種特定功能的專用軟件，如文字處理工具、表格處理工具、圖形處理工具和動畫制作工具等。

課件寫作系統是一種為了免除教師學習程序設計語言而設計的應用軟件。教??元之間的連接關系、問題與答案等，系統就能自動生成課件。這種課件寫作系統大大減輕了教師編程的負擔，有利于CAI的推廣。我們推薦PowerPoint、Authorware兩種軟件，簡便實用。

3.課程軟件它是教師或程序設計人員根據教學要求，用計算機語言或課件寫作系統編制的教學應用軟件。課件反映了教學内容、教學目标、教學策略和教學經驗。課件的開發要依靠教師，如果教師在硬件和技術上有困難，可以向電教中心提出。電教中心可以承擔技術方面的工作，與教師共同完成CAI課件的編制工作。

應用環境

進行多媒體計算機輔助教學，重要的是要構建與之相适應的教學環境。

（一）計算機輔助教學的制作環境

1.硬件

計算機輔助教學系統中所有的設備裝置稱為硬件（hardware）。硬件是CAI系統的基礎，在CAI活動中它們呈現具體的教學内容、接受學生的反應，并執行各種具體的教學信息的處理、分析，進行決策判斷和控制等等。除了常規的硬件如主機、内存、硬盤、顯示器、網卡之外，還有音頻信息處理硬件、視頻信息處理硬件及光盤驅動器等部分。

2.軟件

在計算機輔助教學系統中，計算機的軟件大緻可分為以下三類：

（1）操作系統軟件：如Window2000、Windows xp等。

（2）素材制作軟件：如繪圖軟件、圖像處理軟件、聲音編輯軟件、視頻編輯軟件以及動畫制作軟件等，用來完成圖像掃描輸入與處理、聲音錄制與編輯、視頻采集與壓縮編碼、動畫制作與生成等。

（3）多媒體創作軟件：是處理和統一管理文本、圖形、聲音、靜态圖像、視頻圖像和動畫等多種媒體信息的創作工具，用來編制與生成各種多媒體課件。

（二）多媒體計算機輔助教學的實施環境

1.多媒體教室系統

多媒體教室的功能主要是利用教室内配備的多媒體計算機和大屏幕投影等設備向學生呈現多媒體課件，輔助教師進行課堂教學。如果接入校園網，還可以登錄到各種教學網站和各種教學資源庫，點播所需要的多媒體課件或者下載所需的多媒體課件并在本地進行呈現。

多媒體教室的硬件設備主要包括一台由主講教師控制的多媒體計算機和相應的投影設備，以及教師所利用的各種教學資源。

2. 交互式多媒體教室系統

交互式多媒體教室不僅能實現對多媒體課件的點播功能，而且教師和學生之間可以通過多媒體教室内各自的多媒體計算機進行交流。在交互式多媒體教室中，教師通過自己控制多媒體計算機播放所需的多媒體教學課件，每台學生用機能同時顯示教師用主控機上所播放的教學内容，主講教師還可以通過主控計算機的控制平台監視每一台學生用機的具體情況。更重要的是每個學生可以通過學生機根據自己實際的學習情況與教師進行必要的交流。

交互式多媒體教室的設備主要包括教師主控的多媒體計算機、學生用的多媒體計算機、多媒體教學控制設備等。

發展趨勢

（一）向網絡化方向發展

網絡化是計算機輔助教學的重要發展趨勢。“無機不聯”正是當今計算機使用情況的真實寫照。因為計算機聯網，才大大提高了計算機信息的共享和利用率，在教育領域，網絡也已大顯身手，并繼續大有作為。網絡不但擁有從幼兒教育到當前科學最前沿的所有知識資源，還提供了在校學生和教師通過網絡在計算機屏幕上進行公共讨論的場所，學生、教師和其他研究人員在教學科研中可通過網絡獲取、交流更多的信息獲得更完善的服務。四通八達、覆蓋全球的網絡和瞬間千裡的傳輸速度縮短了教育之間的距離，中國學生通過網絡可以獲得麻省理工學院教師的指導。同時，網絡也将在促進邊遠地區教育發展中扮演重要角色，中小學的各種計算機網絡也廣泛建立起來了，每所中學都有其校内的局域網或和其他學校相聯的網絡。通過網絡，不同地區、不同學校學生和教師可以進行教學交流或者跨地區、跨學校教學。

（二）向标準化方向發展

計算機輔助教學是一項複雜的系統工程，在設計開發過程中，必須制訂和遵守統一标準，保證系統的可擴展性。建立國家标準計算機輔助教學的數據編碼标準或規範，制訂教學應用軟件開發和建設規範，規範教學應用軟件系統的開發建設，保證應用的有機集成。

（三）向虛拟化方向發展

虛拟化是計算機輔助教學發展的另一主要趨向。随着計算機的運行速度的快速提高，大容量、高速度的數據存儲工具的發明以及各種人機界面技術和虛拟現實技術的發展，計算機處理大批量的聲音、圖像信息将變得随心所欲。在計算機輔助教學中，虛拟現實技術将得到廣泛應用，學生不僅僅聽到或看到各種信息，而且可以進入到學習内容中去；地理課将身臨其境地感受世界風土人情；曆史課将走入的時間道，重溫曆史事件；實驗課将真實再現遺傳變異、原子裂變……總之，教學中的感性知識和理性知識隔裂，直接經驗與間接經驗脫節的情況随着虛拟技術在計算機輔助教學中的推廣運用一去不複返。

（四）向合作化方向發展

計算機網絡為合作學習提供了廣闊空間和多種可能，教室與教室、實驗室與實驗室、學校與學校、國家與國家最終将形成一個巨大的計算機網絡，将把各國的學校和師生聯結一起，計算機網絡環境下的合作學習充分開發和利用了教學中的人力資源，它把教學建立在了更加廣闊的交流背景之上，教師與學生可以足不出戶進行教學、交流和讨論，學生可以自主、自助進行各種學習活動，根據自身情況安排學習内容，通過交流、商議、集體參與等實現合作學習，提高了學生學習的參與度，并在合作中提高學習興趣和學習效率，通過貢獻智慧、分享成果，進而學會合作。

作用

輔助教師

計算機輔助教學能夠在許多方面模仿人類教師，幫助學生理解、掌握、鞏固知識，輔助教師進行教學。由于計算機具有多種呈現教學内容的方式，并能模拟許多自然、實驗現象，所以應用計算機輔助教學有助于學生對知識的理解和掌握。而利用計算機強大的數據庫系統則可為學生提供多層次、多類型的習題、通過有目的的練習，學生所學的知識能夠得到鞏固和強化。通過計算機輔助教學提供的多種學習方式和教學策略，還能夠培養學生的學習能力。