计算机辅助教育概况.ppt

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1、第一讲 计算机辅助教育概况,计算机辅助教育概况,计算机辅助教育是计算机技术在教学领域中的应用。为什么要在教育中引入计算机？信息时代的教育面临着三大矛盾：知识迅速更新与学生有限的学习时间的矛盾。培养的人才如何去适应人才需求的多元化和可变性。接受教育培训人员的激增与从教人员不足的矛盾。,一百万年的知识积累为100，而近三十年占90。,如一个大学生在学校学习的知识到社会上只用到10。工程师需半年内进行继续学习。,计算机辅助教育概况,计算机的特点：速度快、精度高、存储容量大、具有逻辑判断能力、自动化程度高、可与通信网络互联。计算机在各个领域中的应用：数值计算（科学计算）、数据处理、过程控制、计算机辅助

2、系统、人工智能(AI)、计算机网络等。计算机辅助教育应用先进的计算机技术来改革教与学的过程，提供高效而又适合个别化教育的教学手段，开拓新的教育方式，从而提高教学质量和效益，全面提高学生的素质。,计算机辅助教育的发展阶段,计算机辅助教育的发展自1958年在美国出现之后，经历了如下表所示的发展阶段。,IBM公司 1958年，用IBM650计算机开发二进制算术1961年，研制的CAI系统（心理学、统计学、德语）1966年，与斯坦福大学联合研制的IBM1500系统（算术、数理逻辑、外语、哲学、高等数学、音乐理论）特点：跟踪小学生学习轨迹，得出有关小学生的学习模式和基本活动模式。,1.形成阶段(1958

3、70年代末),TICCIT教学系统（德克萨斯大学、杨伯翰大学、MITR公司联合开发）小型机与电视技术相结合75MB磁盘存储系统128个终端英语、数学等教学系统特点：将教学目标、内容组成一个大的教学单元，学生有一 定的控制活动进展的能力。,1.形成阶段(195870年代末),PLATO系统（伊里诺斯大学、CDC公司联合开发）1960年，研制的PLATOI1975年，研制的PLATOIV（两台大型计算机组成通信网络；1100个终端分布200多个地区伊里诺斯大学300个终端；150多门课程，提供2万人大学四年制一年的教学学时包括（数学、天文、物理、化学、地理、历史、语言、心理学、法、德汉、日等）19

4、80年，研制的PLATOV（除以上外；4000个终端分布美国及世界各地；200多门课程，提供2万人大学四年制四年的教学学时）特点：从幼儿到研究生教育，用户众多，内容丰富，教育成本低。,1.形成阶段(195870年代末),其他国家CAI发展情况加拿大的“计算机辅助学习工程”由国家研究院、安大略教育研究所联合开发研制英国的“国家计算机辅助学习发展计划”，每年投资二百万英镑，47个单位690名教师参加，研制了20多个计算机辅助学习系统。日本香川大学自动教育系统KANECOMEI,1.形成阶段(195870年代末),美国：1980年用于中小学购买微机为470万美元。1983年迅速增加到25700万美元

5、。1985年约24的中学有15台以上的微机。1989年则有64的学校拥有15台以上的微机。英国：1980年提出“微电子教育计划”，6年中每年投资800万英镑。1986年每年又投资400万英镑“微电子教育补充计划”。日本：文部省拨出20亿日元（约2000万美元）在中小学普及应用计算机教育。,2.普及应用阶段（80年代）,国际信息处理联合会(IFIP)在1971、1976、1981、1985、1990年举行了5次世界计算机教育应用会议（WCCE），交流计算机教育应用方面的政策、系统的研究与开发、新技术在教育中的应用、计算机辅助教育的评价与实验研究等等。除此之外，还有各种地区性与专题性的学术会议。,

6、2.普及应用阶段（80年代）,第一时期:属于经验、理论引进阶段,第二时期:20世纪80年代自发探索阶段,第三时期:90年代CBE得到全面发展,我国计算机辅助教育的发展历程,一批教师依靠对计算机的兴趣，对计算机用于教学进行了探索与实践。教学系统有：华东师大“微机辅助教学BASIC语言教学系统”北京师大“高校课表自动编排系统”西北工大“排课表软件”,1.80年代初的自发探索阶段,以学科为群体进行CAI 理论与实践的交流与研究 1987年，成立全国计算机辅助教育（CBE）学会 1987年华东师大，1988年华南师大，1993年北京大学，1999年西南师大，2000年上海师大，2002年天津大学，20

7、04年贵州师范大学，2009年东北师范大学1986年，国家教委基教司成立了“全国中小学计算机教育研究中心”,2.80年代中期的学科群体活动及政府部门介入,学校中成立了CI实验室或CI中心19931994年高教司成立CAI协作组，组织和指导高校CAI的应用和研究目前我国已形成了具有一定规模的教学软件研制开发队伍，逐步形成了教学软件的登录、管理、评审到出版的各类组织，逐步走向教育软件的商业化、社会化。1999年，制定了加快中国教育信息化的“校校通”计划,3.90年代CBE得到全面发展,国内比较著名的CAI课件研制机构和产品科利化教育软件公司：CSC家庭教师、CSC校长办公系统等北京树人公司：中小学

8、教学软件北京洪恩电脑有限公司：开天辟地、万事无忧、网络学习软件、天问、震撼、辉煌。中国科技大学基础物理中心：基础物理学，大学物理仿真实验，由高教出版社发行。,3.90年代CBE得到全面发展,何克抗：是指以计算机为媒介所进行的教育活动，即使用计算机帮助教师组织教学活动和管理教学活动，帮助学生学习。师书恩：为了提高教育质量和效率,利用计算机技术,按照科学的方法解决教育过程中的问题,由此形成的一种新的教育技术称为计算机辅助教育。,计算机辅助教育的基本概念,计算机辅助教育（CBEComputer Based Education）,计算机辅助教育的研究领域,计算机辅助教学(CAIComputer Ass

9、isted Instruction）计算机管理教学（CMIComputer Managed Instruction）计算机辅助教育行政管理 计算机文化(Computer Literacy),何克抗：以计算机为主要媒介所进行的教学活动，即利用计算机帮助教师进行教学活动。师书恩：是计算机辅助教育（CBE）的重要组成部分，它是教师利用计算机作为教学媒体，为学生提供一个学习环境，学生通过与计算机的交互对话进行学习的一种教学形式。,1.计算机辅助教学(CAI）,是以计算机为主要手段所进行的教学管理活动，包括：计算机帮助教师监测和评价学生的学习进展情况收集反映学生的各种信息，提供帮助教学决策的信息指导学生

10、的学习过程存放和管理教学材料、教学计划及学生成绩记录，并向教师作出报告，等等。,2.计算机管理教学（CMI）,是以计算机为主要手段所进行的教育行政管理，包括：收集和汇总各种行政信息（财政、教师档案、学生档案、资源状况等），存放在数据库中，以备行政部门查询或向上级领导报告提供有关教育工作的计划、管理、调度、规划等方面建议和决策分析。,3.计算机辅助教育行政管理,这种文化修养就象现代人在文明社会中所必需具有的听、说、读、写能力和文化知识修养一样。计算机文化可以归纳为以下几个主要方面：普及计算机知识，使学生具有较强的计算机意识、一定的计算机应用能力和程序设计能力。,4.计算机文化(Computer

11、Literacy),CAI：计算机辅助教学CMI：计算机管理教学CSCL(Computer-Supported Cooperative learning)：计算机支持的学习资源,CBE概念范畴,CBE的三个重要子域,CAL（Computer Assisted leaning 计算机辅助学习）,CBL（Computer Based Learning 计算机化学习）,CAT（Computer Assisted Training 计算机辅助训练）,CBI（Computer Based Instruction 计算机化教学）,通常可作为CAI的同义词，CAL强调用计算机帮助“学”的方面甚于“教”的方面

12、。欧洲和美国东海岸地区倾向于使用CAL名称。,作为CAL的同义词或作为较高程度的计算机支持学习应用。,主要指计算机在职业技能训练中的应用，如：工业训练、军事训练等。其特点是学习目标十分明确，偏重于操作能力及应变能力的培养与训练。,作为CAI的同义词或作为较高程度的计算机支持教学应用。,计算机辅助教育的相关概念,有许多人把CBE和CAI混合使用，以CAI代替CBE的作法。CAI、CAL、CBI三个术语之间无太大差别。,需要说明的或注意事项,计算机辅助教育的作用,教师作用学习伙伴作用 助手与工具作用,（1）传授知识（2）帮助学生掌握知识和技能（3）构造和组织测验 试题库系统、联机考试（4）教学管理

13、,（1）鼓励和调动学生的学习积极性（2）启发与促进学生去“发现”规律和知识（3）帮助培养学生解决问题的能力,（1）教师备课和教学研究的帮手（2）学习中易于使用的工具（3）实验中的“万能”仪器,计算机辅助教育的意义,计算机辅助教育给教育带来的是一场教育生产力的革命，它所引起的是整个教育观念、教育环境、教学方法、教学组织形式、教学手段、教育中人与人的关系、教与学中各种行为的变化。计算机辅助教育能提供较低的教育成本-电子教材，模拟实验 提供丰富的教学模式 创造比较好的教学环境,（1）传统教学模式 传统教学提供的教学模式主要使用语言与文字，基本上属于人人系统，采用教师学生的面对面教学方式。,1.提供丰

14、富的教学模式,（2）常规媒体教学模式,1.提供丰富的教学模式,（3）计算机辅助教学模式,1.提供丰富的教学模式,巨大存储容量 多种人机会话手段模拟功能 丰富的教学活动模式,2.创造比较好的教学环境,计算机辅助教育给教育带来了巨大改革：计算机辅助教育与学生教育计算机作为学生学习的工具计算机参与学生的素质教育网络大学的学生现状计算机辅助教育与教师教育教学目标的创新教材的创新教师的作用,计算机辅助教育给教育带来了巨大改革：计算机辅助教育与终身教育 E-learning带来的职业培训网络带给老年人又一个春天人机交流给残疾人更多的自信,1.理论化由于计算机辅助教育是一门新兴的交叉学科，它的发展一直受到教

15、育心理学、计算机、信息科学等多种学科的制约和推动，新的教育心理学理论也层出不穷，比较有代表性的有以下几种：,行为主义学习理论,认知学习主义理论,建构主义学习理论,计算机辅助教育的发展趋势,行为主义学习理论,以行为主义学习理论作为理论基础，是计算机辅助教学的初级阶段，早期的CAI是由“程序教学”发展而来，以美国心理学家斯金纳为代表。行为主义学习理论认为，人类的思维是与外界环境相互作用的结果，即“刺激反应”，刺激和反应之间的联结叫做强化。把“强化”看作是程序教学的核心，认为只有通过强化，才能形成最佳的学习环境，才能增强学生的学习动力。,将教学内容分解为一系列小的教学单元，在强化的帮助下对教学单元的

16、内容进行学习行为主义学习理论认为，只有在斯金纳条件反射实验的基础上，根据刺激（提问）反应（回答）强化（确认）的原理，才能使强化的频率被最大限度地提高，将出错带来的消极反应降低到最小限度。,一.课件设计理论,学习过程被解释为被动接受外界刺激过程，教师向学生灌输知识，学生的任务是接受和消化知识。,计算机的存储器包括内存储器 和 外存储器。计算机的存储器包括 和。内存储器 外存储器计算机的存储器包括 和。,行为主义学习理论,行为主义学习理论提供的原则,接近原则：反应必须在刺激之后立即出现。重复原则：重复练习能加强学习和促进记忆。反馈与强化原则：与反应正确性有关的信息可以促进学习。提示及其衰减原则：在

17、减少提示的条件下，朝着期望的反应引导学生，从而完成学习。,认知主义学习理论,以认知主义学习理论作为理论基础，是计算机辅助教学的发展阶段。强调学习者内部的认知过程。以瑞士心理学家皮亚杰为代表。认知主义者认为学生的学习是在具有一定逻辑结构的学习资料与学生本身所具有的某种认知结构相互关联、相互作用的过程中进行的。学习过程被解释为每个人根据自己的态度、需要和兴趣爱好，并利用过去的知识与经验，对当前的外界刺激作出主动的有选择的信息加工过程。,行为主义学习理论提供的原则,1981年加涅、维格和罗杰斯等人指出，学习的内部过程与学习周期的几个阶段是一致的。若能将人-机交互过程与学习的内部过程相一致，会明显地增

18、加软件的有效性。为此，人们建立了与学习内部过程相一致的相应的活动序列。,学习过程的不同阶段,计算机辅助教育提供的相应环境,接受,引起注意,期待,告诉学生目标,提取信息到短时记忆,刺激学生对先前学习的回忆,选择感觉信息,呈现刺激材料,语义编码,提供学习指导,反应,诱发期待的行为,强化,提供反馈,激发信息的保持,评定行为,形成概念,增强记忆和学习迁移,利用能体现软件内容且具有强烈感染力的图形序列(或图像)，或者利用智能性的询问，如询问学习者的名字，当学习者回答他们的名字后，计算机显示：“同学，我很高兴和你一起学习课程!”，以此来激发学习者的学习兴趣，博得学习者的注意。,应当让学生了解学习目标，知道

19、他们学习之后将会做什么，从而激起学生对学习的期望。引导学生的期待，使他们把注意力集中到关键部分，为此可以对那些重要的内容加以明显的标记，例如采用彩色、反显或划底线等方法来吸引学生的注意。,例如,通过测试，刺激学生回忆以前的学习，如果缺少这些预先要求的知识和技能，就在新课开始之前进行补救。同时这也使学生意识到自己已掌握的知识和技能与学习目标的关系，使他们有可能充分利用他(她)的认知结构中已有的合适的概念来同化新知识。,呈现的刺激材料应具有鲜明的特征，以促进选择性知觉的内部过程。如学习概念和规则时，使用各种各样的实例作为刺激材料；要求学生掌握规则的使用时就安排各种例题，让学生看到这些规则的应用。,

20、对学生进行有针对性的指导，通过一系列的提示或问题，为学生提供思考问题的思路，启发学生去寻求问题的答案，达到对新知识的理解。,为了检验学生对新知识的理解程度，要求学生“做一下”，以表明他们已经理解“怎么做”。,在学生作出反应、表现出行为之后，应及时让学生知道其反应的正确性及正确程度，即向学生提供反馈信息。,对学生进行测试，并评定成绩，使成功的意义建构加以强化。,为学生布置新的任务，这些任务的完成必须应用已学过的概念和知识。,建构主义学习理论,20世纪90年代初开始以建构主义作为理论基础，计算机辅助教学走向成熟阶段。建构主义认为：学习是建构内在的心理表征的过程，学习者并不是把知识从外界搬到记忆中，

21、而是以已有的经验为基础，通过与外界的相互作用来建构新的理解。,建构主义的学习观主要有以下几点：1）科学学习不是从零开始，而是基于原有知识经验背景的建构。建构主义认为，在学习科学课程之前，学生的头脑里并非是一片空白。通过日常生活的各种渠道和自身的实践，学生对客观世界中各种自然现象已经形成了自己的看法，建构了大量的朴素概念或前科学概念。这些前概念形形色色，共同构成了影响学生学习科学概念的系统。学生的前概念是极为重要的，它是影响科学学习的一个决定性的因素。前概念指导或决定着学生的感知过程，还会对学生解决问题的行为和学习过程产生影响。2）科学学习不是接受现成的知识信息，而是基于原有经验的概念转变。3）

22、科学学习既是个体建构过程，也是社会建构过程。,根据建构主义学习理论和教师在学习中的角色和任务，人们开发出了一些比较成熟的教学模式，为课件软件设计提供了实用的指导模型。支架式教学(Scaffolding Instruction)抛锚式教学(Anchored Instruction随机进入教学(Random Access Instruction),建构主义学习理论,理论知识报告内容1：简述上述三种教学模式的特点,小结,行为主义学习理论注重于外部刺激的设计。（强化）认知主义学习理论着眼于知识结构的建立。（兴趣的培养）建构主义学习理论特别关心学习环境的设计。（与环境的交互）,新理论的出现并不意味着旧理

23、论的失效，恰恰相反，它们在很大程度上是互相补充的，我们应该全面了解、合理地综合和利用各种学习理论的应用价值。,网络化,网络技术的发展把计算机辅助教育推向了新阶段。网络化教学更有利学习者进行建构学习。网络教学系统,计算机辅助教育的发展趋势,多媒体化,多媒体技术的应用极大地丰富了人与计算机之间的交互内容和交互手段，把计算机辅助教育的发展及应用推向了更高阶段，是一种较理想的教学系统，成为教育教学改革研究的热点。,计算机辅助教育的发展趋势,智能化,计算机辅助教育的智能化发展首先通过ICAI研究人类学习思维的特征和过程，寻求学习认知模式和教学过程的智能化。,计算机辅助教育的发展趋势,ICAI的基本结构,本讲结束,