摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)CAI軟件是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的重要工具，采用邊學(xué)邊練，學(xué)練結(jié)合的設(shè)計(jì)模式非常行之有效。教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于以現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，應(yīng)用多媒體技術(shù)，創(chuàng)設(shè)一個(gè)良好的學(xué)習(xí)情境；同時(shí)盡量利用人機(jī)交互性，直接引導(dǎo)學(xué)生邊學(xué)邊模擬演練，促使學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行意義建構(gòu)，從而達(dá)到教學(xué)目的。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；CAI；現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論；CAI模式

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5913（2007）04-0049-03

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI（Computer Aided Instruction）是指將計(jì)算機(jī)作為教學(xué)媒體，為學(xué)生提供一個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)境。CAI借助多媒體、超媒體技術(shù)，以比電視、幻燈、投影等媒體更為豐富多樣的形式、靈活的可控性和強(qiáng)大的交互性而日益成為教師上課、學(xué)生課外學(xué)習(xí)的主要形式之一。進(jìn)入新世紀(jì)后，信息社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)提出了全新的要求，現(xiàn)代教育要求學(xué)生具備四種最基本的學(xué)習(xí)能力：即學(xué)會(huì)認(rèn)知，學(xué)會(huì)做事，學(xué)會(huì)共同生活和學(xué)會(huì)生存。我們培養(yǎng)的人才不僅要有淵博的知識(shí)，而且必須具有強(qiáng)能力、素高質(zhì)。這四種最基本的學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)很大程度上要依靠實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何引入和開發(fā)CAI教學(xué)或?qū)W習(xí)軟件就成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個(gè)重要內(nèi)容。

本文探索以現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)思想來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)CAI軟件設(shè)計(jì)的方法，以邊教邊練的模式促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，從而使實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件具有較好的輔助學(xué)習(xí)效果。

1經(jīng)典CAI學(xué)習(xí)理論對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的影響

所謂經(jīng)典CAI是相對(duì)于現(xiàn)代CAI而言的。對(duì)經(jīng)典CAI影響最大的是行為主義和認(rèn)知主義，而這兩種理論的認(rèn)識(shí)論基礎(chǔ)都是客觀主義^[1]。

客觀主義認(rèn)為，世界是客觀存在的，關(guān)于世界的知識(shí)是不依賴人腦而獨(dú)立存在的具體實(shí)體。知識(shí)可被人認(rèn)識(shí)，但只有在知識(shí)完全“遷移”到人的“大腦內(nèi)部”后，并進(jìn)入人的內(nèi)心活動(dòng)世界時(shí)，人們才能獲得對(duì)知識(shí)的真正理解。因而客觀主義的學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)“知識(shí)灌輸”，即學(xué)生是知識(shí)的接收者，教師作為知識(shí)擁有者的任務(wù)是如何向?qū)W生傳授知識(shí)，使知識(shí)成為學(xué)生頭腦中的東西。因此教師往往處于教學(xué)的中心地位。CAI應(yīng)以輔助教師知識(shí)傳授為中心，甚至讓計(jì)算機(jī)直接擔(dān)任傳授知識(shí)的教師的角色。

在傳統(tǒng)教學(xué)中，客觀主義的學(xué)習(xí)理論一直處于主導(dǎo)地位，CAI的實(shí)際應(yīng)用基本上以它為指導(dǎo)?，F(xiàn)在常見的CAI模式，如操練與練習(xí)、個(gè)別指導(dǎo)、輔助測(cè)試等，使用的CAI軟件幾乎都是把計(jì)算機(jī)作為知識(shí)傳授者、學(xué)生作為知識(shí)的接收者來設(shè)計(jì)開發(fā)的。例如，很多實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)CAI軟件（包括很多計(jì)算機(jī)軟件使用指導(dǎo)），除了用文字來呈現(xiàn)有關(guān)內(nèi)容外，涉及具體實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，基本上采用實(shí)驗(yàn)演示來傳送教學(xué)信息。盡管采用了動(dòng)態(tài)圖片、屏幕錄制軟件操作過程，甚至視頻錄像等多種媒體來體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)，但其實(shí)質(zhì)還是讓學(xué)生被動(dòng)地接受教育。應(yīng)用這種模式學(xué)習(xí)，學(xué)生普遍反映看過之后記不住，或者只記得其中的部分或片段，因而難以提高學(xué)習(xí)效果。有些軟件，例如著名的“開天辟地”，注意到了這種情況，在軟件中專門開辟了“邊學(xué)邊練”模塊，目的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)就能上機(jī)應(yīng)用，但是“邊學(xué)邊練”和操作內(nèi)容學(xué)習(xí)處于不同模塊的分離狀態(tài)，學(xué)生是在被動(dòng)學(xué)習(xí)后再主動(dòng)上機(jī)練習(xí)的，實(shí)質(zhì)上還是客觀主義的學(xué)習(xí)理論使然。

從技術(shù)角度來說，具有多媒體呈現(xiàn)功能和強(qiáng)大的人機(jī)交互功能應(yīng)該是CAI的兩大特色。然而，依據(jù)傳統(tǒng)CAI學(xué)習(xí)理論來設(shè)計(jì)的軟件，只是較多地調(diào)用了計(jì)算機(jī)多媒體表現(xiàn)功能，界面非常美觀，引人入勝，信息量也非常豐富，能將一些學(xué)生難以理解的或者非常抽象的實(shí)驗(yàn)過程直觀地呈現(xiàn)出來。這都有利于學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)知識(shí)與技能。另一方面，它們卻沒有用到或者很少用到人機(jī)交互性來解決學(xué)生學(xué)習(xí)的問題。人機(jī)交互性只是較多地用于學(xué)習(xí)內(nèi)容選擇、導(dǎo)航控制、問題解答（如正確選擇答案等）、資源鏈接等方面。

2 基于現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論構(gòu)建新的CAI學(xué)習(xí)環(huán)境

進(jìn)入上一世紀(jì)九十年代，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論又將CAI引向新的飛躍^[2]。

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，知識(shí)是個(gè)體建構(gòu)的，它內(nèi)在于人的心靈之中；科學(xué)活動(dòng)是一種創(chuàng)造意義的活動(dòng)，這種活動(dòng)像人類的其他活動(dòng)一樣，也是帶有偏見并經(jīng)過人的價(jià)值觀念的過濾的；個(gè)體在知識(shí)的建構(gòu)中必須依靠意義的共享或協(xié)商，人際關(guān)系最基本的形式應(yīng)該是合作而不是權(quán)威的命令或控制。也就是說，知識(shí)是個(gè)體與外部環(huán)境交互作用的結(jié)果，學(xué)習(xí)者并不是接受知識(shí)并將他們存儲(chǔ)在頭腦中，而是從外部世界吸收信息，然后建構(gòu)自己的知識(shí)領(lǐng)域。人們對(duì)事物的理解與個(gè)體的先前經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，因而知識(shí)是學(xué)習(xí)者在與情景（包括其他個(gè)體）的交互過程中自行建構(gòu)的。這樣建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)的主動(dòng)探索、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和對(duì)所學(xué)知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)，并把“情境、協(xié)作、會(huì)話與意義建構(gòu)”作為學(xué)習(xí)環(huán)境中的四大要素，從而確立學(xué)習(xí)者在教學(xué)中的主體地位，即以學(xué)為中心，教師只是意義建構(gòu)的幫助者。

建構(gòu)主義引入我國(guó)，得到了我國(guó)教育界的廣泛重視。我國(guó)學(xué)者運(yùn)用馬克思主義辯證唯物主義的觀點(diǎn)，積極消化國(guó)外各派建構(gòu)主義的有益觀點(diǎn)，緊密結(jié)合計(jì)算機(jī)信息技術(shù)整合于教育的實(shí)際問題，提出辯證建構(gòu)主義觀點(diǎn)。今天，我國(guó)教育界廣泛倡導(dǎo)的現(xiàn)代素質(zhì)教育，強(qiáng)調(diào)“以提高國(guó)民素質(zhì)為根本宗旨，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為重點(diǎn)，造就有理想、有道德、有文化、有紀(jì)律、德智體美等全面發(fā)展的社會(huì)主義事業(yè)建設(shè)者和接班人”，其中借鑒了建構(gòu)主義的合理內(nèi)核，重在學(xué)生素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，主張學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展。

筆者認(rèn)為，現(xiàn)代CAI教學(xué)應(yīng)是以現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)的教學(xué)過程，與傳統(tǒng)CAI不同，它突出表現(xiàn)在如下兩點(diǎn)：

1.1 CAI寫作情境化

情境化教學(xué)的優(yōu)越性就在于情境能提供直觀、生動(dòng)、豐富的學(xué)習(xí)信息，有助于學(xué)習(xí)者利用自己原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)去同化和索引當(dāng)前學(xué)習(xí)到的新知識(shí)，從而賦予新知識(shí)某種意義。隨著多媒體計(jì)算機(jī)和基于Internet的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在教育領(lǐng)域的深入應(yīng)用，情境化教學(xué)的實(shí)際應(yīng)用已日趨成熟。應(yīng)用多媒體計(jì)算機(jī)可以設(shè)計(jì)出高度逼真的虛擬情境，這種虛擬情境應(yīng)用于教學(xué)，可以提供直觀、生動(dòng)、豐富的學(xué)習(xí)信息，使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生身臨其境的感受，有助于學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的意義建構(gòu)。因此，CAI的情境化，必將成為CAI教學(xué)的一種主要的形式，從而成為理想的認(rèn)知工具。

2.2 強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心

（1）強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)，而非教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)。這意味著支持學(xué)習(xí)者進(jìn)行自由探索，意味著注重學(xué)習(xí)者積極主動(dòng)的意義建構(gòu)，而非側(cè)重于“教”。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)軟件不僅應(yīng)模擬具體的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，而且這種環(huán)境應(yīng)該為學(xué)生所用。例如，一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)所用到的儀器、試管、量杯、酒精燈等應(yīng)該是學(xué)生可以在屏幕上“搬動(dòng)”的。一個(gè)電路實(shí)驗(yàn)，構(gòu)成電路的各項(xiàng)設(shè)施如開關(guān)、用電器、導(dǎo)線等，學(xué)生可以“支配”其位置。

（2）教學(xué)策略中，要充分采用啟發(fā)式教學(xué)法、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法、范例教學(xué)法、演示教學(xué)法等教學(xué)方法，營(yíng)造一個(gè)利于學(xué)生主動(dòng)探索的學(xué)習(xí)情境。這就要求軟件設(shè)計(jì)者收集大量實(shí)驗(yàn)教學(xué)范例，從中篩選出最有學(xué)習(xí)意義的實(shí)例。例如，圖1是在C語言編譯排錯(cuò)實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)簡(jiǎn)單的乘法程序^[3]。

圖1一個(gè)簡(jiǎn)單的C語言乘法程序

執(zhí)行時(shí)，若給x輸入30，給y輸入40，則輸出結(jié)果是正確的；若給x輸入300，給y輸入400，則輸出結(jié)果是錯(cuò)誤的。為什么錯(cuò)？系統(tǒng)引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)據(jù)的類型、表達(dá)式的類型、輸入輸出格式符與輸入輸出數(shù)據(jù)類型的配合等角度逐步排錯(cuò)。通過這一實(shí)例的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅掌握了編譯、聯(lián)接、執(zhí)行、單步調(diào)試、斷點(diǎn)調(diào)試等典型上機(jī)操作，而且對(duì)強(qiáng)類型的C語言有了更深入的認(rèn)識(shí)。

（3）強(qiáng)調(diào)利用各種信息資源來支持“學(xué)”，而非支持“教”。這意味著各種信息資源是為了支持學(xué)習(xí)者的主動(dòng)探索和完成意義建構(gòu)，而非傳統(tǒng)意義上的“教學(xué)資料”。一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)課件，應(yīng)能提供多方面的學(xué)習(xí)資源，從相關(guān)課程的基礎(chǔ)知識(shí)、背景知識(shí)介紹，到該課程所涉及領(lǐng)域的最新的發(fā)展；既有大量的文字圖片資料，還有生動(dòng)的視頻播放以及豐富的網(wǎng)絡(luò)鏈接資源等等。這里，要注意對(duì)堆積如山的資料進(jìn)行分門別類的整理，要有有效的導(dǎo)航手段，便于學(xué)生檢索而不致迷航。

（4）充分研究學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和智力水平。在此基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地研究和設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)情境。這是由于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)過程的最終目的是完成意義建構(gòu)，而非完成教學(xué)目標(biāo)。因而教學(xué)設(shè)計(jì)通常不是從分析教學(xué)目標(biāo)開始，而是從如何創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生意義建構(gòu)的內(nèi)容和情境開始，整個(gè)學(xué)習(xí)過程都要有利于完成和深化對(duì)所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)。在高等教育中，由于學(xué)習(xí)對(duì)象的文化層次高，軟件創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)情境則可適當(dāng)抽象^[3]。

實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)比理論學(xué)習(xí)要求的情境更為具體化，對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)課件來說，更多地要利用計(jì)算機(jī)多媒體表現(xiàn)功能。

3學(xué)練結(jié)合——基于現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論的新的CAI學(xué)習(xí)模式

實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)不同于理論學(xué)習(xí)，它要求“知”與“會(huì)”兼?zhèn)?，這必然是“學(xué)”與“練”的密切結(jié)合。CAI軟件在構(gòu)建有利于學(xué)習(xí)的“情境”的同時(shí)，如何通過“協(xié)作、會(huì)話”來進(jìn)行“意義建構(gòu)”，是設(shè)計(jì)中必須考慮的。因此，“從干中學(xué)，邊學(xué)邊練，學(xué)練結(jié)合，促使學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行意義建構(gòu)”，就成為實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)CAI軟件的一個(gè)基本模式。如何實(shí)現(xiàn)邊學(xué)邊練、學(xué)練結(jié)合？筆者認(rèn)為，應(yīng)該最大限度地應(yīng)用計(jì)算機(jī)交互性強(qiáng)的特點(diǎn)，讓學(xué)生身處軟件構(gòu)建的情境中，自覺按照機(jī)器的引導(dǎo)邊學(xué)邊模擬操作，達(dá)到主動(dòng)意義建構(gòu)的目的。

例如，在電路實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)以人機(jī)對(duì)話的方式，引導(dǎo)學(xué)生依照電路圖將屏幕上的器件連接成電路，并利用屏幕上模擬的示波器、毫伏計(jì)，逐步進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的測(cè)試。

又如，在C語言實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)課件中，引導(dǎo)學(xué)生直接進(jìn)行鍵盤操作，直接進(jìn)行程序調(diào)試。圖2就是其中的一個(gè)界面。圖中要求用戶按“F10”鍵來激活Turbo C的主菜單，當(dāng)用戶按鍵后，系統(tǒng)又要求用戶按“→”、“←”、“↓”、“↑”鍵來選擇菜單和菜單項(xiàng)。這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時(shí)又進(jìn)行操作，很快就能掌握實(shí)驗(yàn)技能。這比單純地講解實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果要強(qiáng)得多。

圖2C語言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)課件激活菜單界面

4結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)CAI軟件是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的重要工具，采用邊學(xué)邊練，學(xué)練結(jié)合的設(shè)計(jì)模式非常行之有效。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于以現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，應(yīng)用多媒體技術(shù)，創(chuàng)設(shè)一個(gè)良好的學(xué)習(xí)情境；同時(shí)盡量利用人機(jī)交互性，直接引導(dǎo)學(xué)生邊學(xué)邊模擬演練，促使學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行意義建構(gòu)，從而高效達(dá)到教學(xué)目的。

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投稿日期：2006-05-24

作者簡(jiǎn)介：蔡啟先（1948.9 -），男（漢族），湖南人，教授，研究方向：計(jì)算機(jī)教育應(yīng)用，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。