信息化教育模式的分类

第三节　信息化教育模式的分类

信息化教育迅速发展，不断涌现新的教学模式，系统的分类是比较困难的。我们提出了一个信息化教学模式的文化分类框架，从哲学观角度考察信息化教学模式的文化取向问题，有助于从总体上了解信息化教育的概况与发展趋向。

在图4（下页）中列举了一些典型的信息化教学模式，并按照内在的教育哲学倾向进行分类。对某些模式来说，它们的哲学取向并不是那么单纯，往往结合了多种不同的哲学思想。如图所示，传统的CAI模式主要集中在Ⅰ区，强调个别化教学，从传统的以教师为中心转换为以教为中心（因为教师的直接教学任务被机器所替代）。到了20世纪80年代以后，由于建构主义学习理论在教育技术中的应用和多媒体技术的发展，国际上信息化教学模式的研究兴趣转移到Ⅱ区，强调以学为中心。20世纪90年代以后，由于网上教育的兴起，出现了以合作学习为中心的多种虚拟学习环境（Ⅳ区）。位于Ⅲ区的教学模式是从传统的电化教室发展而来的，增加了多媒体教学，而虚拟教室的出现则大大扩展了其概念。位于中心的是集成化教育系统，指综合了许多不同信息化教学模式的系统。

图4　信息化教学模式的文化分类

下面我们对这些模式作简要介绍：

一、个别指导

个别指导（Tutorial）是CAI的经典模式之一，该模式力图通过计算机在一定程度上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；计算机判别应答并提供反馈。应当指出，实际上存在两种不同性质的个别指导方法，一是程序式个别指导，二是对话式个别指导或称“苏格拉底法”（Socratic method）。一般情况下大多指前者。后者需借助人工智能技术来实现，因此又称为智能导师系统。在多媒体方式下，个别指导型CAI的教学内容呈示可变得图文并茂、声色俱全，并可使交互形式更为生动活泼。

二、操练与练习

操练与练习是应用最广而且发展历史最长的CAI模式，该模式并不向学生教授新的内容，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）之间存在一定概念区别的：操练基本上涉及记忆和联想问题，主要采用选择题和配伍题之类的形式；练习的目的重在帮助学生形成和巩固问题求解技能，大多采用短答题和构答题之类的形式。

三、学习监测

该模式从本质上说属于CMI（计算机管理教学）范畴，用于检验与调控学生的个别化学习进程，包括提供事前测试、分配学习任务、提供事后测试，以及进行测试分析和提供分析报告。

四、教学模拟

应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，为学生提供可供他们体验和观测的环境，这就是教学模拟。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。计算机化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5说明模型与模拟之关系。

教学模拟是一种有较高应用价值的CAI模式，在教学中应用比较广泛。比如，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。

在日常教学中，教学模拟软件有多种不同的用法，比如：

（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。

图5　模型与模拟

（2）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。比如，有一个叫做“虚拟果蝇”的模拟实验软件，可以让学生通过做果蝇交配实验来发现孟德尔遗传定律。学生首先选一只雄果蝇和一只雌果蝇作为亲本，它们有不同颜色的眼睛和不同形状的翅膀。过了几秒钟，这一对新婚果蝇就会繁殖出许多小果蝇，他们中有的像父亲，有的像母亲，有的是二者兼而有之。计算机提示学生仔细观察这些后代果蝇，记录不同形态果蝇的数目。然后，从这些果蝇中再选择一对作交配，看看它们会产生什么样的后代。就这样，经过几代交配实验后，学生最多花几小时就能独立地“发现”生物的遗传定律，而如果用真实果蝇做实验则需要几个星期。

（3）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。另一种做法是应用计算机模拟实验来替代真实实验。比如，有一个名叫电子实验台的模拟软件活像一个万能的电路试验室，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。

（4）游戏法：应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，如作为探险家怎样在蛮荒险地求生存，作为企业家怎样在市场竞争中取胜，作为见习教师怎样博得校长和学生的欢迎。

（5）体验法：应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。比如，有个名叫“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。

五、教学游戏

教学游戏与计算机模拟有密切关系，多数教学游戏从本质上来说也是一种模拟程序，只不过，做到“寓教于乐”。在教学游戏中应用多媒体技术，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。

教学游戏还常常与一种称为“案例研习”（Case studies）的CAI模式相联系，埃林顿（H.Ellington，1981）等人提出一个模拟、游戏、案例研习三者之间的关系模型（图6a），有助于我们澄清概念。罗密佐斯基（Romiszoski，1984）则进一步刻画了它们各自本质的区别（图6）。

六、智能导师系统

智能导师系统（Intelligent Tutoring System，简称ITS）力图应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。

图6　教学模拟、游戏、案例研习之关系

七、问题解决模式

问题解决（Problem－Solving）是一个比较宽泛的概念。但由于历史的原因，问题解决作为一种CAI模式，是指应用计算机作为解题计算工具，让学生应用计算机的信息处理功能解决学科领域相关的问题。通常有两种不同的做法：一是让学生应用某种计算机语言来编制解决问题的程序，如Pascal、BASIC等，LOGO语言也可当作适合于儿童的问题求解语言；二是向学生提供问题求解软件包，如力学计算程序、化合分析程序、社会科学统计软件包（SPSS）、通用数学计算程序Mathematica、工程数学计算程序MatLab等。就CAI范畴而言，后一做法现已成为主流，因为它可使学生将精力集中于问题求解的方法而非编程细节。

八、微型世界

微型世界（Microworld）是指应用计算机构造一种可供学习者自由探索的学习环境，大多数微型世界是借助计算机化建模技术构造的。微型世界的基本特点是学生对模拟的环境可操纵、可建构。比如，有一个名叫“电子工作台”（Electronic Workbench；EWB）的软件系统允许学习者应用它提供的元件构造各种模拟电路和数字电路，并能动态测试电路的性能；还有一个名叫“交互性物理”（Interactive Physics；IP）的软件系统允许学习者构造属于经典力学系统的大部分实验。还有一种供儿童学习的LOGO语言，也被认为是一种微世界，因为它提供的“图龟”世界允许学习者进行操纵并观察其反应。

网络支持的微型世界是随着网络和通讯技术的发展应运而生。比如：由美国科学探索网络开发的学习化学酸碱度知识的“PH酸碱度”就是一个很好的网上微世界的例子。它为学习者学习酸碱度知识提供了一个良好的网络学习环境。

在这个微型世界中，学习分为七个步骤，称为7E模式。所谓7E是指趣味（Excite）、探索（Explore）、解释（Explain）、扩充（Expand）、延伸（Extend）、交流（Exchange）以及测验（Examine），这七个步骤的英文名词都是以E开头。这些学习步骤可以顺序进行，也可以各自独立。

九、虚拟实验室

所谓虚拟实验室，实际上是应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。有一个名叫“虚拟青蛙”的解剖实验室，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。

十、情境化学习

情境化学习是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”（context）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。情境学习就是应用多媒体计算机技术创设接近实际的情境进行学习，可以应用生动、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，从而使学习者能应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。

情境学习模式的主要方法有认知学徒模式、抛锚式学习模式等。

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：

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。

示范法（Modeling）：教师演示典型问题的解法，学生认真观察。

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。

该过程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），实质在于把教学“锚接”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。

十一、案例研习系统

案例研习（Case Studies）系统是为学生提供一种丰富的信息环境，系统中包含从实际案例中抽取的资料，让学生以调查员的角色去调查案情（犯罪案件、医疗事故、道德伦理问题等），通过资料收集、分析和决策，得出问题的结论。

十二、基于资源的学习系统

基于资源的学习（Resources－Based Learning）并不是信息化教育特有的，而是由来已久的。学习资源的概念非常广泛，基于资源的学习就是要求学生应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讯操作技能，就可以通过各种网上检索机制，方便快捷地获取自己所需要的知识进行高效的学习。

除信息资源外，人力资源也是很有价值的学习资源。所谓的人力资源，就是指可能有助于学生学习和使学生感兴趣的人。通过计算机网络，学习者可以不受时间与空间限制，接触到世界各地的人才，他们在不施加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、特定的技能和能力。

十三、问究学习系统

问究学习（Inquiry Learning）是让学生应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（图7），根据教师提供网上资源线索，通过调查明白什么是饥饿，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调查获得的信息整合成一份小组报告在网上发布。

图7　问究学习系统的例子：世界饥荒

问究学习系统与案例研习系统、基于资源的学习系统既有相似之处，又有区别。虽都有涉及信息检索技术的应用，但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的，而基于资源学习的资源通常无预定范围。

十四、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强调应用计算机支持学生同伴之间的交互活动。在计算机网络通讯工具的支持下，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。

十五、虚拟学伴系统

虚拟学伴系统（简称VLCS）是应用人工智能技术，让计算机来模拟教师和同级学生的行为。关于人工智能在CAI中作用，存在着一个认识不断发展的过程。20世纪80年代初提出智能导师系统的概念，即力图用计算机模拟教师的行为；20世纪80年代中期提出让计算机扮演学习者的角色，而不是当教师；80年代末期更进一步提出了让计算机同时模拟教师和学生（多个或至少一个）的行为，从而形成一个虚拟的社会学习系统（参见图8）。台湾学者陈德怀是目前研究虚拟学伴系统方面的代表人物。

图8　虚拟社会学习模式

十六、虚拟学社系统

虚拟学社系统的概念是应用网上群体虚拟现实工具MUD/MOO来支持实时或异时的学习交流。公告牌（BBS）、新闻组（Newsgroup）、聊天室（Chat）、电邮列表（ListSev）是一些比较经典的虚拟学社支持工具。MUD/MOO是20世纪90年代中期才开始在Internet上流行起来的多用户异步通讯系统，MUD代表虚拟的多用户空间（Multi User Dimension）。MOO（Multi user dimension Object－Oriented）是由MUD发展而来的，是一种面向对象的MUD，它通过对由各种MOO对象构成的核心数据库的共享来向用户提供虚拟社会环境。每一个用户通过自己的客户机程序进入MOO。MOO提供实时的在线通讯，它引入房屋空间隐喻的概念，一个“房间”有一个议论主题，使得在实际地理位置上处于分离状态的用户能够在一个共同概念空间中进行交互和协作。MUD/MOO本来是为支持网上虚拟社会中的交际活动而设计的，但近年来，MUD/MOO越来越多地被应用于教育和研究工作中，它给网上合作学习提供了新颖而有效的手段。

十七、网上协同实验室

网上协同实验室（Collaboratory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到实验结果。直到他们认为方案成熟，就可以转移到真实的实验环境中完成实验，以验证真实的情形。学生的所有行为都会被系统记录，以供进一步研究找出最佳学习路径或分析实验中的交互行为。

该系统中学生组成一个个的学习小组，所有的学习小组构成一个学习型社会。在实验过程中，只有组长能够控制实验器材，获取实验数据。其他成员只是向组长提供想法和观察实验结果。当然，组内的每一名成员都进行了明确的分工，他们各司其职。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。

十八、计算机支持讲授系统

计算机支持讲授（Computer－Supported Lecturing）包括计算机多媒体在课堂教学中的多种应用，比如：电子讲稿制作与演示；用网络化多媒体教室支持课堂演示、示范性练习、师生对话、小组讨论等。计算机在课堂教学中的应用使传统的教学形式得到新生，并且有助于教师在信息化时代的教学过程中继续发挥其应有的作用。

十九、虚拟教室

虚拟教室（Virtual Classroom，简称VC）是指在计算机网络上应用多媒体通讯技术构造的学习环境，允许身处异地的教师和学生互相听得着看得见，不但可以应用实时通讯功能实现传统物理教室中所能进行的大多数教学活动，还能应用异步通讯功能实现前所未有的教学活动，如异步辅导、异步讨论等。

二十、认知工具

认知工具（cognitive tools）也即那些能帮助学习者锻炼思维能力的软件系统，可以起到这种作用的软件很多。值得一提的是有一种所谓概念映象（concept mapping）工具，是专门用来建立“概念地图”的。概念地图实际上是语义网络的可视化表示，图中有许多节点，节点与节点之间的关系用加语义标记的连线来表示。比如，有一个名叫“灵感”的概念造象软件很受教师欢迎，可以让学生把课程中的所学知识元素按语义建立关联，有助于知识的系统化。