计算机辅助教学（CAI）的应用

4.2.1　计算机辅助教学（CAI）的应用

计算机辅助教学就是利用计算机技术辅助或代替部分或全部教师的教学活动，达到教学效果、学习效果最优化。

下面，从教学活动的过程着手，介绍计算机辅助教学技术在教学过程中的应用。

1．CAI的教学过程

如何通过计算机来进行教学？要回答这个问题，必须先弄清楚教师教学活动的全过程。

教学活动本质上是教师与学生之间信息交流的过程。首先，教师根据教学目标对教材进行分析和处理，决定采用什么教学方法和教学形式来呈现教学内容，对学生学习过程中可能出现的问题、存在的疑问给予充分的估计，并作出相应的知识储备。这个过程实质上是教师头脑中的一个信息加工处理的过程，其表现形式通常是教案、图片、挂图等形式。对学生来讲，要接受教师传授的信息，理解其内容，并作出适当的反应。然后，教师根据学生作出的反应进行判别，并给出相应的反馈信息。在一定的时候，还要用某种测量手段评价教与学的成绩，检查是否已达到规定的教学目标以及达到教学目标的程度。如图4.1所示的是教学活动过程示意图。

图4.1　教学活动基本过程

利用计算机进行教学，完成教学活动的软件称为课件（Courseware）。课件是在教学活动进行之前由任课教师或课件制作者根据教学目标设计完成的计算机软件，使用课件的过程就是学生学习的过程。如图4.2所示。

图4.2　CAI教学基本过程

在计算机课件中，根据教学内容内在联系，把其划分成许多小的教学单元，每一单元介绍一个概念或一个事实。学生在学习课件的过程中，可以根据课件给出的学习单元自主选择学习内容，自定学习步调（从而实现因材施教），如果需要，对学习内容还可反复进行训练和学习。其教学或反馈信息可用文字、图片、声音或音乐、动画等形式呈现出来，使学生能从视觉和听觉两方面得到刺激，便于其对知识的记忆和掌握。在检测学生学习情况时，往往通过由课件给出问题，学生回答的方式进行。课件在检测到学生的回答时，对学生回答进行判别，根据不同的回答结果给出不同的反馈信息。例如，在某课件中给出有如下问题，由学生从供选答案中选出正确答案。

问题：下列存储介质中，（　）的单元成本最低。

供选答案：（A） 软盘　　（B） 硬盘　　（C） 光盘　（D） 无法确定

当学生回答错误时，给出提示并允许学生重新选择答案，且最多有两次选择机会，如果两次都答错，记录一次答错题数，当整个问题学生答错比例在50%以上时，建议学生重新学习这部分知识以及和这部分知识相关的更基础的知识；错误在40%～50%时，建议学生重新学习这部分知识；错误在30%～40%时，建议学生回答问题应仔细；错误在30%以下时，建议学生可以继续学习新的内容。

2．CAI的教学模式

通常情况下，CAI的教学模式被分为6种：操练与练习、个别指导、对话或咨询、模拟、问题求解和教学游戏。在具体课程教学中，可以根据实际情况选择其中的一种或几种模式。

（1）操练与练习

这种教学模式是由计算机向学生逐个显示问题，要求学生联机解答。此模式的教学目的不是向学生传授新的知识，而在于使学生通过做大量的习题，达到巩固已学知识的目的。

（2）个别指导

这种教学模式是模拟个别讲授的教学情景，即利用计算机扮演讲课教师的角色，把教学内容分解成一系列教学单元，每一单元介绍一个概念或一个事实。计算机先向学生呈现一小段教学内容供学生学习，然后向学生提出有关问题，以检验其理解情况。如果回答正确，则转入下一单元学习；否则，采取适当补救措施（如重学、给出学习重点等），直至帮助学生正确掌握当前教学单元的内容为止。

（3）对话或咨询

这种教学模式的教学目的与个别指导的目的相同，但允许学生与计算机之间进行比较自由的“对话”。一方面，当计算机提问时，允许学生以自然语言回答问题；另一方面，又允许学生主动提出与课程有关的问题，由计算机给予解答，从而在学生与计算机之间形成真正的“对话”。这种教学模式、教学方法与苏格拉底倡导的“谈话法”相似，因此又称为苏格拉底教学模式。

（4）模拟

模拟又叫仿真，是指用模型来模仿真实的现象。在教学方面，模拟模式通常用于：模拟实验，即用计算机模仿真实的实验环境，以此代替或加强传统的实验手段。这种实验方法具有费用低、耗时少等优点。例如，在用果蝇实验给学生讲解遗传定律时，应事先在计算机中编好程序，并存储好带有不同特征果蝇身体的头、眼睛、双翅、胸、腹等部件图。当学生需做一次果蝇交配实验时，计算机能根据孟德尔定律，按照一定的概率随机选取带有正常特征和异常特征的身体部件组成后代果蝇。这样，学生用几分钟就能完成好几代果蝇的交配实验，并能独立“发现”孟德尔遗传定律。教学演示，即利用计算机产生动态图形来模拟某些实验室难于实现或难于观察的动态变化过程，这种演示非常形象逼真。例如，电子跃迁过程、电子加速器、核反应过程、细胞分裂过程等等。

（5）问题求解

是指利用计算机技术解决各学科教学中的计算问题的一种教学模式。具体操作上通常有两种方法：其一，由教师事先编制好程序，在学生使用程序时，根据提示输入各类数据由计算机计算出最后结果。这种方法较适合于中小学学生。例如，有一个画三角函数曲线的程序，学生可以选择不同的三角函数，输入相应的显示周期、角度、倍角数、平移距离等，计算机即可动态地画出相应的三角函数曲线，给出对应的三角函数形式，直观方便，便于学生理解记忆；其二，给出问题，由学生自己动手编制程序，教师加以指导，使学生学会独自利用计算机知识解决实际问题的本领。

（6）教学游戏

是利用计算机产生一种带有竞争性的学习环境，它把科学性、趣味性和教育性溶于一体，让学生在趣味情景中、在游戏娱乐中学习知识、训练技能，这种学习模式能大大激发学生的学习兴趣，起到“寓教于乐”的作用。

不同的学习内容，或不同的学习目的、学习策略，应选择不同的教学模式，有时单独使用上述某一种教学模式，有时选择其中的几种混合使用

3．CAI系统的构成

CAI系统是一个由计算机、学生、教师和课件制作者（也可以是任课教师）构成的人机系统，如图4.3所示，系统各构成元素之间存在着较为复杂的关系。

图4.3　CAI系统的构成

在CAI系统中，由课件制作者负责制作、维护课件，向教师提供课件使用说明书；学生借助计算机使用课件而展开学习，同时也可以对课件提出自己的改进意见，在有课件无法解答的特殊问题时可向教师提问，由教师给予解答；教师对学生的学习情况进行指导，并对课件制作者提出课件使用情况，同时解答学生提出的特殊问题；计算机负责存储课件，向学生展示学习内容，提出相应问题，对学生的回答进行评价并给予适当的信息反馈，记录学生学习历史并同时展示给教师，为教师进一步指导学生学习提供支持。