计算机辅助教学及其原理.ppt
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1、第二章 计算机辅助教学及其原理,计算机辅助教学(Computer Assisted Instruction简称 CAI)的研究与应用始于1958年,至今已有四十多年的历史。它得到了迅速发展,并对教育教学改革产生了深刻的影响,而它自身也已发展成为有着广阔应用前景的新兴学科。,1.1 计算机辅助教学的发展概况 1.2 计算机辅助教学的作用 1.3 计算机辅助教学的基本形式,第二章 计算机辅助教学及其原理,1.1 计算机辅助教学的发展概况,1.1.1 计算机辅助教学的兴起 1.1.2 计算机辅助教学的发展,1.1.1 计算机辅助教学的兴起,同其它学科一样,CAI的产生和发展具有广泛的基础,归纳起来主
2、要有三方面,即计算机辅助教学产生和发展的:物质基础 社会基础 理论基础,总结,一、CAI产生和发展的物质基础(2),另一个特点是对社会的发展影响深刻。,首先是发展得快,表现在数量增加得快和性能提高得快。,二、CAI产生和发展的社会基础(1),信息社会的基本特点:随着科学技术和信息产业的迅速发展,信息将成为科学技术进步和社会经济发展的重要智力资源。传统工业将为知识密集型的“高技术工业”所代替,从事信息产业的人口比例越来越大。社会价值的增加主要靠知识,劳动技能主要不是靠体力,而是以智力和知识为基础。不断地提高人们的智力,已成为决定生产和经济增长的关键因素。,二、CAI产生和发展的社会基础(2),1
3、.信息社会对教育提出的要求 2.教育作出的相应的改革,二、CAI产生和发展的社会基础(3),信息社会对教育提出的要求,主要表现在:(1)“知识更新”加速,“知识激增”,形成所谓的“知识爆炸”。知识更新的速度越来越快。根据联合国教科文组织的统计,人类有史以来,数万年积累的科学知识占10,而近三十年积累的占90。英国技术预测专家詹姆斯马丁的测算结果也表明了同样的趋势。他测算出人类知识在19世纪是每五十年增加一倍,20世纪每十年增加一倍,70年代每五年增加一倍,而目前大约每三年增加一倍。这就向教育提出了这样的要求:如何解决人们的学习时间、接受能力和理解能力有限与知识激增的矛盾。,二、CAI产生和发展
4、的社会基础(4),(2)职业更新频繁“知识更新”的加快,必然会影响到职业的更换。由于科学技术发展带来的知识密集型的生产具有科学技术高度分化又高度综合的特点,新产业的不断涌现,老的产业不断变更,要求人们必须具有较广泛的知识基础才能适应职业更换的需要。在工作实践中要不断学习。特别是在信息时代,由于知识更新周期缩短,职业更换频繁。这就要求教育进行必要的改革,以适应职业更换频繁的要求。,二、CAI产生和发展的社会基础(5),(3)高度发展智力 信息时代不仅要求人们具有丰富的知识,更要求有高度发展的智力,否则将很难适应和推动社会的进步。教育专家的研究表明,信息时代的教学活动不应以发展人的记忆为主要目标,
5、而应以发展人的智力、创造力和提高学生的信息素养为主要目标。因此,信息时代向教育提出了如何培养学生善于学习、善于思维、提高创造力和获取信息、处理利用信息的要求。,二、CAI产生和发展的社会基础(6),2.教育作出的相应的改革 为了适应信息社会的需要,教育作出了相应的改革:(1)从以学校教育为中心向终身教育转变,从培养记忆力 向培养创造力转变许多国家,尤其是美、日等有影响的国家,都提出了教育概念的“扩大”和“更新”问题。认为学校只能为一生的教育打下“基础”,即培养学生的“自我教育”能力;要通过“终身教育”获得各种知识和技术。随着教育功能逐渐地向整个社会扩展,以及信息时代对知识和智力的要求,转变学校
6、的职能,由传授现有的知识和技能为主要目标,转变为培养人们具有丰富的创造力为主要目标。,二、CAI产生和发展的社会基础(6),(2)学习新技术,使用新技术 1981年由国际信息处理协会主持召开的第三届世界计算机教育会议正式提出,人类具备对文字的阅读和写作能力称为“第一文化”,而将阅读和编写计算机程序的能力称为“第二文化”。就是说,在信息社会,掌握计算机知识及其应用,同掌握语文及数理化一样重要,应从中小学开始进行教育,使青少年及早掌握新的信息处理工具的使用,造就有新知识、能适应各种变化和富有创新精神的一代新人。为此,许多国家纷纷制定政策,开展计算机教育。其目的如奥地利教育部长莫里斯所说,在普通中学
7、进行信息技术教育不是为了培养一代专家,而是为了使青年人了解这门将席卷几乎所有生活领域的新的科学技术。今天学生们在学校所学的,将是今后他们就业时所不可缺少的。,二、CAI产生和发展的社会基础(7),(2)学习新技术,使用新技术 在信息时代,科学技术以前所未有的速度向前发展,其中微电子技术、计算机、光纤通信技术发展的尤为迅速。这一方面向人们提出了要不断学习新技术的要求,另一方面也向人们提供了发展教育的新的手段。计算机辅助教育就是人们利用计算机这一现代技术解决教学中的许多问题的成功试验。目前,许多学校配置的计算机,不仅用于训练学生如何使用计算机,面且还将它用于学校教学和管理,帮助或代替教师的部分工作
8、,为学生学习构成一定的学习环境和提供学习工具。从而发展起来了一种很有发展前途的教育技术,受到了人们的普遍重视。,三、CAI产生和发展的理论基础(1),计算机辅助教育的产生和发展,受到多方面理论的影响,其中最重要的是教育心理学的影响。CAI思想的形成受到两个概念的影响:教学机器和程序教学。程序教学是20世纪50年代发展起来的。当时美国教育心理学家斯金纳(B.F.Skinner)根据从实验室中对动物实验引出的操作条件反射和积极强化的理论,设计了教学机器和程序教学。他是在普莱西的教学机器的基础上提出了学习材料程序化的想法,后来就发展成为不用教学机器只用程序教材的“程序教学”。,结论:,计算机辅助教学
9、的产生和发展有其重要的基础:1.计算机的出现和迅速发展,为教学中应用计算机提供了必要的物质基础;2.信息社会的到来,对人才培养提出了新的要求,改革教学和教育,培养适合社会的发展的人才,成为社会普遍关注的热门话题,为计算机辅助教学的产生和发展提供了强有力的社会基础;3.新的学习理论的出现和应用,为计算机辅助教学的产生和发展提供了坚实的理论基础。,由计算机辅助教学的产生,引发的对当前计算机教育应用的思考,CAI是在教学改革中产生和发展的,应用时应坚持它革新性;应有一定的物质基础,有适当的信息技术设备并有较高的使用率,坚持高效性;应有学习理论的指导,使其能够有效地促进学生的学习,坚持应用的有效性;应
10、顺应社会对人才培养的要求,坚持应用的适应性。,计算机辅助教学的发展,一、美国CAI的发展概况二、我国CAI的发展概况三、CAI 的发展方向,一、美国CAI的发展概况,根据计算机技术的发展和应用、社会对人才培养的新要求以及新学习理论的应用,CAI的发展可按四个阶段来说明。(一)1958年至1970年(二)1970年至1980年(三)1980年至1990年(四)1990年以后,(一)1958年至1970年 1.基本情况 2运用的学习理论 3.使用的计算机技术,美国CAI的发展概况,1.基本情况 这是 CAI发展的初期阶段。在这个时期,主要是以大学和计算机公司为中心开展的软件、硬件开发研究工作,并出
11、现了一些有代表性的系统。(1)美国 IBM公司的研究工作。这个公司于1958年设计了第一个计算机教学系统。1961年,该公司研制了心理学,统计学和德语阅读等内容的计算机辅助教学系统。1966年之前,IBM公司还开发了专门为教学使用的程序设计语言(COURSEWRITER),利用这种语言能够方便地开发出交互式学习课件。IBM公司还作出了更大的努力,制作了系统1500(System1500)教学系统。这个系统支持32个学生工作站(Student stations),每个工作站安装一个显示终端、一个图像投影仪和一个声音装置。,美国CAI的发展概况,(2)大学的研究 斯坦福大学是开展计算机辅助教育最早
12、的大学之一,在帕特里克萨贝斯的指导下,进行了大量的研究工作。伊里诺斯大学的PLATO(Programmed Logic for Automatic Teaching Operation)设计在唐纳德比德泽的指导下加快了速度。1960年,比德泽成功地将一个(后来是两个)交互式终端与该校的 ILLIAC I计算机连接起来,从此,在政府的支持下,PLAT0系统很快就发展成为一个有很强功能的大型计算机网络。加利福尼亚大学 Irvine分校建立了教育技术中心(EducationaL Techonology Center),该中心在阿尔弗雷德沃克的指导下,开发了大量的物理及自然科学中的计算机辅助教学课件。
13、,美国CAI的发展概况,2运用的学习理论 在这一时期开发的计算机辅助教学软件基本上体现了行为主义学习理论,即斯金纳的刺激-反应理论。使用的模式主要是个别指导型和操练型。,美国CAI的发展概况,3.使用的计算机技术 在这一时期,主要使用的是大型计算机或小型计算机,人-机交互基本上是通过文本方式实现。,美国CAI的发展概况,(二)1970年至1980年1.基本情况2.智能CAI的出现3.微型计算机的应用,美国CAI的发展概况,1.基本情况 这一时期,CAI的应用范围不断扩大,并进一步趋向实用化。开发的科目除了数学、物理、音乐以及弱智儿童教育、情报处理教育等多种学科领域均开展了 CBE的应用。在不断
14、改进和发展好的软件的同时,还逐渐淘汰掉了实验性的教学软件。(1)1971年,在国家科学基金的资助下,MITRE公司与德克萨斯大学、杨伯翰大学合作,开发了TICCIT(Timeshared Interactive ComputerControlled Information Television)教学系统,它将小型计算机与电视技术结合起来,带有75兆字节的磁盘存储器和128个终端。(2)1975年以后,大型的计算机辅助教学系统进一步完善。经过20年的不断扩充和完善,PLATO已经发展成为PLATOIV系统。(3)另外,由于微型机的出现,使 CAI的发展有了突破性变化。,美国CAI的发展概况,2.
15、智能CAI的出现 在70年代,对 CAI发展有重大意义的一个事件是 ICAI(Intelligent Computer Assisted Instruction)的出现。当时有一批人工智能专家投入了 CAI的研究,在了解知识表示、学生模型、自然语言理解、教学策略等问题的基础上,创造出称职的“计算机导师”,即利用人工智能的原理和技术开发CAI软件,这就是通常所说的 ICAI。,美国CAI的发展概况,第一个有影响的 ICAI系统是 JR卡玻尔在1970年研制成功的教南美洲地理的 Scholar系统;后来又有一些 ICAI软件相继出现,比较著名的有 SOPHIE、WEST、GVIDON等。计算机技术
16、的迅速发展,为ICAI的发展提供了良好的条件,已发展成为 CAI的一个重要方向。虽然,智能型CAI的出现是这一时期CAI发展的一个重要特点,但其数量和应用范围十分有限。而体现行为主义学习理论的传统的CAI 仍占居统治地位。,美国CAI的发展概况,3.微型计算机的应用 微型机进入教育之后,形成了比以往在课堂上使用过的任何机器都大得多的冲击。低廉的价格,可靠的性能和相对容易操作的使用方法,使之成为在多种教育环境中的理想工具。最早打入教育市场的计算机公司有:Tandy公司的 TRS80微型机、APPLE公司的计算机,CBM公司的 PET计算机。后来,传统上生产和出售大型机的公司也开始进入教育市场,I
17、BM公司的 PC机系列广泛打入教育部门是最明显的例证。由于微型机所具有的特点和销售部门的大量出售及良好的服务,使教育部门拥有的计算机数量迅速增加,应用也日益广泛。在这一时期,人-机的交互除了文本方式外,还增加了图形及其它媒体方式。,美国CAI的发展概况,(三)1980年至1990年1.基本情况2.多媒体计算机的应用3.新学习理论的应用,美国CAI的发展概况,1.基本情况 80年代美国拥有微型计算机的中小学校明显增加,而且每个学校拥有的计算机数量也大幅度提高。美国全国教育协会向各级政府和所有学校发出呼吁:为了提高教育水平,跟上日新月异的高技术发展速度,为21世纪培养更好的人才,必须在两年内为每一
18、位教师配备一台微机,并提供必要的培训机会和利用微机进行教学研究的时间。微型计算机的广泛应用,使得CAI迅速发展,在这期间无论是发展规模,还是应用水平都有显著地提高,并成为各类教育的重要组成部分。,美国CAI的发展概况,2.多媒体计算机的应用 20世纪80年代末和90年代初,多媒体计算机的出现,被称为是计算机的一场革命,它具有的能够综合处理文字、图形、声音、图象的能力,显示出在教育和人才培训方面的非凡才干,使 CAI发展到一个新的阶段。多媒体技术的出现和应用,使CAI产生了巨大变化。在人-机交互方式上更加多样化,通过图、文、声、视频图象等多种形式表达教学信息;在信息组织方式上采用了超文本技术,形
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- 计算机辅助教学 及其 原理
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