计算机辅助教学模式

五、计算机辅助教学模式

由于信息化教育发展如此迅速，新的教学模式不断涌现，要对它作一个系统的分类是比较困难的。本书提出了一个计算机辅助教学模式的文化分类框架，从哲学观角度考察该模式的文化取向问题。下面我们对这些模式作简要介绍:

1.个别指导

个别指导(Tutorial)是经典的CAI模式之一，此模式企图在一定程度上通过计算机来实现教师的指导性教学行为，对学生实施个别化教学。其基本教学过程为:计算机呈示与提问→学生应答→计算机判别应答→提供反馈。个别指导分为程序式个别指导和对话式个别指导两种。大多数情况下的个别指导是指程序式个别指导。对话式个别指导，因需要借助人工智能技术来实现，所以也叫智能导师系统。在多媒体方式下，个别指导型CAI课件，图文并茂、声色俱全，并且交互形式更为生动活泼。

2.情景化学习

情景化学习(Situated Learning)是当前盛行的建构主义学习的主要研究内容之一。建构主义认为，学习总是与一定的社会文化背景即“情境”相联系的，而在传统的课堂讲授中，由于不能提供实际情境所具有的生动性、丰富性、不能激发联想，难以提取长时记忆中的有关内容，因而将使学习者对知识的意义建构发生困难。情景学习就是利用多媒体计算机技术创设接近实际的情境进行学习，可以利用生动、直观的形象有效地激发联想，唤醒长期记忆中的有关知识、经验和表象，从而使学习者能利用自己原有认知结构中的有关知识与经验去同化当前学习到的新知识，赋予新知识以某种意义。

情景学习模式的主要方法有认知学徒、抛锚式学习等。认知学徒模式是从传统的师徒传技授艺模式中得到启发，认为可采取类似的方法，非常有助于培养学生的认知技能即解决问题能力，并提炼出几种基本的教学技法:

(1)示范法(Modeling):教师演示典型问题的解法，学生认真观察。

(2)教练法(Coaching):学生尝试解决问题，教师观察和发现问题，并随时给予指正。

(3)支架法(Scaffolding):教师与学生一起解决问题，教师起着“支架”作用(提供帮助)。视学生能力进展，教师应逐渐减少帮助，直至完全撤去“支架”，放手让学生自行解决问题。

其中教师的作用可由智能代理实现，也可在网络上由教师通过适当的教学通讯工具来提供示范、教练和帮助。

所谓抛锚式学习(Anchored Learning)，其实质是将教学“铆接”于(即安排在)有意义的问题求解环境中，这些有意义的问题求解环境被称作是“大环境”(Macrocontext)，因为它包括复杂的环境要素，要求学生系统地解决一系列相关的问题。每个环境能够支持学生进行持续的探索，学生能够在几个星期甚至几个月时间内从多种角度对其中的问题进行持续的求解，而且各个“锚点”(及其伴随的教学事件)都能够提供多课程的延伸。

3.教学模拟

教学模拟是利用计算机建模和仿真技术来表现某些系统(自然的、物理的、社会的)的结构和动态，为学生提供一种可供他们体验和观测的环境。建立教学模拟的关键工作是建立被模拟对象(真实世界)的模型(数学的、逻辑的、过程的)，然后用计算机程序描述此模型，通过运算产生输出。这些输出能够在一定程度上反映真实世界的行为。计算机模拟允许学生通过改变输入数据的范围来观测系统的变化状态。图2－3说明模型与模拟之间的关系。

图2－3　模型与模拟

教学模拟是一种十分有价值的CAI模式，在教学中有广泛的应用。例如，在物理课中可模拟电子运动、原子裂变、落体运动等;在生物课中可模拟遗传过程和生态系统;在化学课中可以模拟化合过程和各种实验;在社会和人文科学中可以模拟历史演变、政治外交等。

教学模拟软件在教学中可以有多种不同的用法，例如:

(1)演示法:在课堂讲授时，教师先向学生讲述某一系统的基本原理，接着用模拟程序进行演示，帮助学生加深对于原理的理解。

(2)实验法:让学生通过操纵模拟的系统掌握实验步骤，然后进入真实实验室，可以有效地减少实验中的操作失误，这时计算机模拟实验起到预备实验的作用。另一种做法是利用计算机模拟实验来替代真实实验。例如，“模拟电路试验室”，允许学生构建各种电路，并用仿真的仪表如电流表、电压表、示波器等来测量各个结点上的信号。

(3)探索法:让学生像科学家一样地工作，在模拟的情境中进行探索，去发现隐藏在其中的规律，实际上就是让他们自行找出该模拟的世界所依赖的模型。

(4)体验法:利用计算机模拟方法构造一种微型世界，让学生通过操纵其中的对象来形成操作技能和解决问题的能力。例如“模拟公园”的软件可以让学生设计一个公园，他可以选择地形，自主决定栽什么树、种什么花和草，以及养什么动物，还有建什么娱乐设施，而这些是要花钱的。当然，如果他的公园设计合理，经营得当，他可以很快得到“赢利”。这样的模拟系统需要学生综合运用动植物知识、生态知识和经营管理知识。有的模拟软件运用了虚拟现实技术。

(5)游戏法:利用计算机模拟技术还可以构造寓教于乐的环境，学生可以扮演某些角色，如作为探险家如何在蛮荒险地求生存，作为企业家如何在市场竞争中取胜，作为见习教师如何博得校长和学生的欢迎。

4.教学游戏

教学游戏与计算机模拟有密切关系，多数教学游戏本质上也是一种模拟程序，只不过在其中刻意加入趣味性、竞争性、参与性的因素，做到“寓教于乐”。在教学游戏中利用多媒体技术，不但可使模拟的现象变得更加逼真，而且可创造在现实世界中难觅的“虚拟现实”情景。

5.操练与练习

操练与练习是发展历史最长而且应用最广的CAI模式，此类CAI并不向学生传授新的内容，而是由计算机向学生逐个呈示问题，学生在机上作答，计算机给予适当的即时反馈。运用多媒体，可将许多可视化动态情景作为提问的背景。应当注意，从严格意义上说，操练(Drill)与练习(Practice)之间是有一定概念区别的:操练基本上涉及记忆和联想问题，主要采用选择题和判断题之类的形式;练习的目的重在帮助学生巩固问题，形成求解技能，大多数情况下，采用简答题的形式进行练习。

6.基于资源的学习

基于资源的学习就是要求学生利用各类资源进行自学。但在信息化教育的范围内，基于资源的学习从量与质两方面来说都不可同日而语。现代信息技术，特别是多媒体与计算机网络技术的应用，为学习者提供了极为丰富的电子化学习资源，包括数字化图书馆、电子阅览室、网上报刊和数据库、多媒体电子书等。Internet上蕴藏着无穷无尽的信息海洋，学习者只要掌握了一定的网络通信技能，就可以通过各种网上检索工具，方便快捷地获取所需要的知识进行高效的学习。

除了信息资源外，人力资源也是极有价值的学习资源。这里的人力资源，主要是指对学生的学习能提供帮助的人。比如，通过计算机网络接触到的世界各地的人才，他们在没有任何压力的情况下给学习者以帮助，向学习者介绍自己所拥有的知识、经验、特定的技能。

7.计算机支持合作学习

计算机支持合作学习(简称CSCL)是与传统的个别化CAI截然不同的概念。个别化CAI注重于人机交互活动对学习的影响，CSCL强调利用计算机支持学习同伴之间的交互活动。在计算机网络工具的支持下，学生们可突破地域和时间上的限制，进行同伴互教、小组讨论、小组练习、小组课题等合作性学习活动。

8.问究学习

问究学习(Inquiry Learning)是让学生利用系统的信息服务功能，通过信息收集和推理之类的智力活动，得出对预设(通常由教师所给)问题的解答。有一个关于世界饥荒问题的调查学习范例:学生四个人一组，分别扮演营养学家、政治学家、历史学家和新闻记者(见表2－1)。

表2－1　问究学习的例子:世界饥荒

根据教师提供的网络资源，通过调查，学生明白了什么是饥饿，了解世界饥荒的现状与成因，寻求解决饥荒问题的可能方法，并提出自己的建议。最后，小组成员将从不同方面进行调查，将获得的信息整合成一份小组报告在网上发布。

问究学习、案例研习、资源学习三者的相似之处是都涉及信息检索技术的应用，区别是它们的数据组织与范围是不同的。问究学习的数据库通常按学科范围组织而成，案例研习的数据库是围绕有一定实际背景的事例来组织，而基于资源学习的资源通常无预定范围。

9.智能导师

智能导师系统(Intelligent Tutoring System，简称ITS)企图利用人工智能技术来模拟“家教”的行为，允许学生与计算机进行双向问答式对话。一个理想的智能导师系统不仅要具有学科领域知识，而且要知道它所教学生的学习风格，还能理解学生用自然语言表达的提问。然而，世界上迄今所建立的此类系统能达到实用水平的屈指可数。

10.协同实验室

网上协同实验室(Collaborator或简称Collab)是对真实实验环境和虚拟实验平台的集成，它实现了基于网络的问题求解过程。在协同实验室中，学生可以同学习伙伴一起设计实验，并通过模拟软件观看实验结果。通过网络实验室，验证了成熟的方案，再转移到真实的实验环境中去完成实验，以验证真实的情形。在网上协同实验室中的学生组成一个个学习小组，所有学习小组构成一个学习型社会，他们分工明确，各司其职，教师在整个实验过程中监控每一个成员的表现和实验结果。

11.虚拟实验室

所谓虚拟实验室，实际上是利用虚拟现实技术仿真或虚构某些情境，供学生观察与操纵其中的对象，使他们获得体验或有所发现。如“虚拟青蛙”解剖实验室，学生可以做非常逼真的青蛙解剖实验，他可以剥去青蛙的皮肤和肌肉，于是骨骼清晰可见，他还可以进一步解剖其眼睛和大脑。

12.虚拟学社

虚拟学社是指利用网上群体虚拟现实工具来实现实时或异时的学习交流活动。QQ群、公告牌(BBS)、新闻组(Newsgroup)、聊天室(Chat)、电邮列表(ListSev)等都是一些比较经典的虚拟学社支持工具，已被广泛地应用到教育教学中。虚拟学社引入房屋隐喻的概念，以“房间”单元，向用户提供虚拟社会环境，使得在实际地理位置上处于分离状态的用户能够在一个虚拟社会环境中进行交互和协作，从而给网上合作学习提供了新颖而有效的手段。