计算机辅助教育

计算机辅助教育

主讲教师：殷群 计算机系信息楼317 qyin@cs.ecnu.edu.cn Tel: 54345121 助教：李明耀

课程教材： 《计算机辅助教育》（第2版）张琴珠、郁晓华编著高等教育出版社参考书：《计算机辅助教育》孙启美著科学出版社《计算机辅助教学实用教程》王建华著高等教育出版社《计算机辅助教育测量与评价》蔡旻君主编中国水利水电出版社《计算机辅助教学教程》林士敏主编广西科学技术出版社

课程基本安排 • 课程性质：专业必修、选修（2学分） • 课时数：每周2课时课堂教学(前7~8周) 和2~4课时上机 • 期末成绩评定：平时成绩20％（课堂练习），作品成绩80％（包括设计方案报告、作品、总结报告）

第一章概述 • 一、信息时代中的教育 • 1.信息时代的教育面临着严峻的挑战 • 知识迅速更新，怎样解决知识迅速更新与学生有限的学习时间的矛盾。 • 人才需求的多元化和可变性，培养的人才如何去适应这个需求。 • 要求接受教育培训的人员激增，如何克服由此而来的从教人员不足的问题。

2.计算机的引进所提供的教育新环境 • 提供高效而又适应个别化教育的教学手段。 • 开拓新的教育方式。

在管理方面的应用 • 在教学训练中的应用学习计算机——用计算机学习 • 在科研、创作中的应用 3.计算机在教育中的应用

二、计算机辅助教育发展历史 • 1.计算机辅助教育产生的基础 • 物质基础——计算机技术的飞速发展是计算机辅助教育赖以存在的物质基础 • 社会基础——信息社会对教育提出了新的要求，教育要进行相应改革

理论基础——教育心理学 • 影响很大的两个概念：教学机器和程序教学 • 教学机器：由Sidney Pressey设计出的自动教学机器，送出多个问题供学生选择，并能跟踪学生的回答，也称“机器教学”或“自动教学”

Y 正确否？概念1 提问回答概念2 N 给出正确答案程序教学：二十世纪五十年代发展起来，有以下几个主要模式： • Skinner程序：直线式程序，直线式—构答反应

概念 1 多重选择测验概念 2 N 正确否？ Y • Pressey程序：直线程序——多重次序反应

概念 M 多重选择测验概念 M+1 提示、补充详细知识 N 正确否？ Y • Crowder程序：分支程序

概念 M 概念 M+1 回答提问学习更详细的材料 N 正确否？ Y • Kag程序：分支程序——构答反应

2.促进发展的两大因素： • 硬件的发展和普及。 • 交叉学科的融入。

3.计算机辅助教育的发展简况 从二十世纪50年代末第一个计算机辅助教育系统问世至今已有60多年的历史了，期间计算机辅助教育的发展经历了三个阶段：研究试验阶段、普及应用阶段和综合发展阶段。

研究试验阶段（二十世纪50年代末—70年代末）研究试验阶段（二十世纪50年代末—70年代末）这一阶段主要进行各种类型的计算机辅助教育系统的研究和试用，探索各种可能的应用模式，对效果和作用进行测量与评价，并且进行了理论上的探讨。

1954年哈佛大学斯金纳主张用预先编好的“程序”(Program)指导或控制学习过程，并把程序（软件）装在教学机器（硬件）里，由机器进行教学。 1958年IBM公司沃斯顿研究中心设计了第一个计算机教学系统，利用一台IBM 650计算机带一台电传打字机向小学生讲授二进制算术。其后美国伊利诺斯大学与Control Data Corporation 公司合作开发PLATO系统，杨伯翰大学和 Miter公司合作研制TICCIT系统，斯坦福大学的IMSS系统等，讲授数学、物理、语言、逻辑等多种课程，取得成功。

普及应用阶段（二十世纪70年代末 —80年代末） 20世纪70年代至80年代，微型计算机出现，性能迅速提高、价格猛跌，普及到中、小学并进入家庭。CAI的进展、教育改革对教育新技术的需求，使CAI在许多国家得到政府的重视，加拿大、英国、法国、日本相继拨款给中、小学购买计算机，开展计算机教育。许多计算机公司直接生产各种教学系统，研制各种教学、训练软件，使课件逐步商品化。CAI进入了大规模实验阶段。

综合发展阶段（二十世纪80年代末— ) 20世纪90年代以来，多媒体技术和计算机网络技术的实际应用，计算机的性能继续提高、价格继续降低，使CAI在广度和深度方面都上了一个新的台阶。教育软件大规模开发和使用，多媒体网络教室陆续建立，图书馆的计算机网络化管理已经相当普遍。远程教育在一些国家开始实际应用或进行实验教学。

计算机辅助教学—国内方面 我国CAI的研究始于20世纪60年代，由于“文化大革命”而夭折，1980年重新起步。1981年清华大学、华东师范大学、西安交通大学、华中工学院、大连工学院等一批高等院校和研究所相继推出一批CAI研究成果。1985年9月，在原国家教委和中国人工智能学会支持下，召开了全国第一届计算机辅助教育学术交流会，少数中小学开始了计算机辅助教学试验。

20世纪90年代，中、小学CAI有了较快的发展。至1999年，我国开展CAI的中、小学已有7万多所，装备计算机80万台，掌握计算机操作的中、小学生超过1000万人。中国科研教学网CERNER与数百所大学联网。1999年，清华大学、浙江大学等四所大学开始远程教育的实践。计算机公司投入大量资金和技术力量进行教育软件开发，大批面向中、小学的系列化、商品化教育软件推向市场。先进地区的一些中学建立了自己的网站，对校内和校外学生进行远程教学。我国的计算机辅助教育可以用“起步晚、起点高、进展快”来概括。20世纪90年代，中、小学CAI有了较快的发展。至1999年，我国开展CAI的中、小学已有7万多所，装备计算机80万台，掌握计算机操作的中、小学生超过1000万人。中国科研教学网CERNER与数百所大学联网。1999年，清华大学、浙江大学等四所大学开始远程教育的实践。计算机公司投入大量资金和技术力量进行教育软件开发，大批面向中、小学的系列化、商品化教育软件推向市场。先进地区的一些中学建立了自己的网站，对校内和校外学生进行远程教学。我国的计算机辅助教育可以用“起步晚、起点高、进展快”来概括。

4.发展现状 计算机多媒体技术、人工智能技术、视听数字化技术和网络通信技术有了突飞猛进的发展，使计算机辅助教育系统的研制向多媒体环境和超文本信息组织的方向发展，可称谓超媒体的新型教育技术。

网络通信技术发展弥补了个别化学习的不足，提供了合作学习的可能，同时网络通信又提供了远程教育的条件。网络通信技术发展弥补了个别化学习的不足，提供了合作学习的可能，同时网络通信又提供了远程教育的条件。人工智能技术、软件工程方法、面向对象的程序设计方法等新技术大大促进和提高了教学软件生产的质量和效率。

5.发展趋势 • 虚拟教学研究。 • 视频点播研究及其应用。 • 网络合作学习研究。

三、新兴的教育技术——计算机辅助教育 1.计算机辅助教育的内容计算机辅助教育CBE (Computer-Based Education) 是指以计算机为主要媒介所进行的教育活动，是计算机在教育中的重要应用，是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。

计算机辅助教育通常包括： • 计算机辅助教学 CAI（Computer-Assisted Instruction） • 计算机管理教学 CMI（Computer -Managed Instruction） • 计算机教育行政管理CMEA (Computer Managed Educational Administration)

CBE CAI CMI 关系如图：其中计算机辅助教学(CAI)是教育领域进行信息革命的最有代表性的产物，涉及问题的深度和广度超过了任何一种教育技术，成为研究的热点。

2.计算机辅助教育的作用 • 教师的作用; • 学习伙伴的作用; • 助手和工具的作用;

3.计算机辅助教育的意义 • 提供较低的教育成本。 • 创造比较好的教学环境。 • 提供丰富的教学模式。计算机辅助教育的目标是在教育中运用现代科技、提供最优的手段和方法(成本最低、教学环境最佳、教学活动模式最合适)，以达到既定的教育目标。

四、计算机辅助教育与教育改革 1. 信息技术与教育在某种意义上说，教育是一种信息获取、加工、存储、传输、施用的过程。

2.信息时代的教育与创新型人才 • 信息时代的教育 ——开放性、多样性、离散化、创新性、高效益、高效率 • 创新型人才：广博的知识、创新的能力、坚强的意志、高尚的情操 • 以计算机为核心、以计算机网络为依托的高智能的分布式实时交互教学环境 • 校园信息化建设——基础设施建设，从通讯网到资源网，到高智能的分布式实时交互教学环境。

教师教师专家专家同伴同伴信息资源库信息资源库学生面对计算机，背后却有无数的专家和海量的信息资源。学生面对计算机，背后却有无数的专家和海量的信息资源。现实世界现实世界信息工具信息工具虚拟实验室虚拟实验室 E-Learning 传统教学方式传统教学方式一个教师面对一群学生讲课。

3.信息时代的教育改革 • 教育体制和结构的多样化、离散化 • 新知识剧增，知识更新周期缩短。传统的一次性教育已不能适应社会生产和科技发展的需要，因而提出继续教育、终身教育的要求。 • 用培养能力为主的教育改造以传授知识为主的教育，以启发演练式的教学，代替灌输讲授式的教学，提高教学效率，缩短教学周期，降低教育的成本，是教育改革的主要任务。 • 教育改革的关键：教育观念的更新和教育手段的改革。 • 改革旧的教学方法、教学形式和教学手段，采用现代教育技术是教育改革的突破点。

4.教育技术与教育科学 • 教育技术(Educational Technology)—综合应用信息论，控制论，教育学，心理学，生理学，传播和信息技术，行为科学等，研究实现教育目标的最优手段和方法的一门交叉边缘学科。 • 教育技术是关于学习过程和学习资源的设计、开发、利用、管理和评价的理论与实践。 • 与传统的教育科学相比，教育技术在研究教育理论，教育结构，教育内容的同时，更重视教育手段、教育方法、教育形式的革新，以及教育系统的组织实现和教育过程的优化。

现代教育技术—在原有教育技术的基础上吸收现代科技成果，以使用计算机技术和通讯等先进技术为特征。现代教育技术—在原有教育技术的基础上吸收现代科技成果，以使用计算机技术和通讯等先进技术为特征。信息传输网络化普遍使用多媒体信息组织非线性化信息表示、存储、加工数字化教学过程智能化现代教育技术对比传统教育技术现代教育技术的特征

与教育有关的信息技术依照其使用的普遍性从左到右排列，分别是：与教育有关的信息技术依照其使用的普遍性从左到右排列，分别是：多媒体技术计算机网络技术数据库技术人工智能技术虚拟现实技术计算机文字处理技术与教育技术有关的信息技术与教育技术有关的信息技术

5.新兴的教育技术—新的教育思想 在计算机诞生的初期，计算机可以作为教育工具来使用的思想就产生了，并在20世纪50年代进行了计算机教学的试验。 CAI适合于个别化教学、远距离教学，适应教育体制和结构的多样化、离散化。它为实现高水平的教育和多层次、多种形式社会化学习教育训练提供了一种先进的教学和现代化管理的手段与工具。 CAI体现了新的教育技术，在改革传统教育中会起到重要的作用，甚至会成为教育改革的突破口之一。以传授知识为主的灌输讲授式教育方式，被发挥到了极至，已经没有多少潜力可挖。

6. 计算机辅助教育与终身教育 计算机辅助教育的发展，使人们对其从抵触、怀疑，到被越来越多的人们所接受。事实能说明计算机辅助教育是信息社会教育改革的一个重要方面，也必将为信息社会的终身教育和学习化社会作出应有的贡献。

第二章计算机辅助教学 一、计算机辅助教学的基本原理 CAI是一种实施个别化、交互性的个别指导型的教学活动。作用：从局部看，使用CAI，学生可以脱离教师的指导，但从整体看，CAI只是体现了计算机在一些教学环节上程度不同地发挥作用，许多重要的工作仍需有教师完成。

社会/教育目的 总的课程目标内容选择内容分析行为目标教学设计教学发送评价传统教学的基本过程 • 传统的教学系统

传统的教学系统 关键：及时反馈

2. 新兴的教育技术—CAI的基本过程 学生向计算机登录注册计算机提供教学资料（提供刺激）计算机就所教内容提问、测试（提问）学生根据所学回答计算机的问题（反应）计算机检查、评价学生的回答（评价反馈）计算机决定下一步教学的内容

计算机 学生学习新课或原内容 CAI的基本过程关键：课件的设计，教学方法的体现

计算机辅助教学人－机交流 要点：把知识或技能“分解”为一些较小的“片段”，并选择适合学生能力的“片段”提供给不同的学生学习。

教师讲授、提问、答疑学生人-人交流

回答、提问 教师讲授、提问、答疑学生人-人交流

计算机 讲授、提问学生人-机交流

回答、请求帮助、控制命令 计算机讲授、提问学生讲授、提问人-机交流

3.计算机辅助教学的基本原理 把具有教学功能的软件（课件）配置到计算机上，计算机将扮演人类教师角色，与学生构成教学系统，完成规定的教学任务。

Internet主干网 CERNET I S P 电话网/宽带网校园网单位局域网用户终端用户终端用户终端 CAI网络教学系统二、计算机辅助教学的系统组成随着计算机辅助教学的不断发展和完善，其组成方式已由原来的单机CAI系统，发展成为网络CAI系统。下图是利用Internet和校园网建立的CAI教学系统。

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