計算機輔助教學

CAI為學生提供一個良好的個人化學習環境。綜合應用多媒體、超文本、人工智能、網絡通信和知識庫等計算機技術，克服了傳統教學情景方式上單一、片面的缺點。它的使用能有效地縮短學習時間、提高教學質量和教學效率，實現最優化的教學目標。 ^[1] 

計算機輔助教學模式到2013年為止CAI系統通常採用的教學模式有以下6種：

(1)練習：包括編排題目、比較答案及登記分數，通常作為正常教學的補充；

(2)個別指導：包括教授規則、評估學生的理解和提供應用的環境等；

(3)對話與諮詢：又稱為“蘇格拉底”教學模式，允許學生與計算機之間進行比較自由的“談話”；(4)遊戲：創造一個帶競爭性的學習環境，遊戲的內容和過程與教學目標相聯繫；

(5)模擬：用計算機模仿真實現象(自然的或人為的現象)，並加以控制，如模擬化學或物理實驗和飛機、車船駕駛訓練等；

(6)問題求解：讓學生以多種途徑運用規則和概念，得到問題的解，既要求學生不僅知道問題的正確答案，而且掌握其解答過程。在具體的教學過程中，根據教學內容表達的需要和教學目的的要求，需要在同一課程不同的內容或不同的教學環節中交叉使用這些教學模式。

2）計算機輔助教學課件的製作： CAI系統工程核心是課件。由課件設計者根據教學要求用CAI寫作工具或計算機語言編制而成。

3)計算機輔助教學寫作工具與環境：CAI寫作工具是提供給課程教師編制課件的寫作環境。良好的寫作系統和開發工具是提高CAI課件開發效率的關鍵。 ^[2] 

計算機輔助教學，簡稱CAI，是英文COMPUTERASSISTED INSTRUCTION的縮寫。

美國是進行計算機輔助教學研究和應用最早的國家，所以CAI的歷史基本上是以美國CAI發展歷史為主線。近四十年來，CAI的發展大體上經歷了五個階段。

（1）1958--1965年

這是CAI發展的初期階段。在這個時期，主要是以大學和計算機公司為中心開展的軟件硬件開發研究工作，並出現了一些有代表性的系統。如：PLATO系統。

（2）1965--1970年

這一時期的特點是研究規模擴大，並且將以前的研究成果投入應用。斯坦福大學在1966年研製了IBM1500教學系統。

（3）1970--1975年

這一時期，CAI的應用範圍不斷擴大，並進一步趨向實用化。開發的科目除了數學，物理之外，在醫學、語言學、經濟學、音樂等多種學科領域均開展了CAI的應用。

（4）1975--80年代後期

微型計算機進入教育領域之後，形成了極大的衝擊，使之成為多種教育環境中的理想工具。

（5）80年代末以後

[1]80年代末和90年代初，多媒體計算機的出現，被稱為計算機的一場革命，它具有能夠綜合處理文字、圖像、聲音、圖形的能力，顯示了計算機在教育方面的非凡才能，很快成為CAI發展的重要方向。

CAI一般可分為計算機硬件、系統軟件和課程軟件三部分。

1.系統硬件（略）

2.系統軟件 包括操作系統、語言處理系統、各種工具軟件和寫作系統。

工具軟件是指為了幫助和支持CAI課件的開發，提高CAI課件的質量，完成某種特定功能的專用軟件，如文字處理工具、表格處理工具、圖形處理工具和動畫製作工具等。

課件寫作系統是一種為了免除教師學習程序設計語言而設計的應用軟件。教與學之間的連接關係、問題與答案等，系統就能自動生成課件。這種課件寫作系統大大減輕了教師編程的負擔，有利於CAI的推廣。我們推薦PowerPoint、Authorware兩種軟件，簡便實用。

3.課程軟件 它是教師或程序設計人員根據教學要求，用計算機語言或課件寫作系統編制的教學應用軟件。課件反映了教學內容、教學目標、教學策略和教學經驗。課件的開發要依靠教師，如果教師在硬件和技術上有困難，可以向電教中心提出。電教中心可以承擔技術方面的工作，與教師共同完成CAI課件的編制工作。

進行多媒體計算機輔助教學，重要的是要構建與之相適應的教學環境。

1.硬件

計算機輔助教學系統中所有的設備裝置稱為硬件（hardware）。硬件是CAI系統的基礎，在CAI活動中它們呈現具體的教學內容、接受學生的反應，並執行各種具體的教學信息的處理、分析，進行決策判斷和控制等等。除了常規的硬件如主機、內存、硬盤、顯示器、網卡之外，還有音頻信息處理硬件、視頻信息處理硬件及光盤驅動器等部分。

2.軟件

在計算機輔助教學系統中，計算機的軟件大致可分為以下三類：

（1）操作系統軟件：如Window2000、Windows xp等。

（2）素材製作軟件：如繪圖軟件、圖像處理軟件、聲音編輯軟件、視頻編輯軟件以及動畫製作軟件等，用來完成圖像掃描輸入與處理、聲音錄製與編輯、視頻採集與壓縮編碼、動畫製作與生成等。

（3）多媒體創作軟件：是處理和統一管理文本、圖形、聲音、靜態圖像、視頻圖像和動畫等多種媒體信息的創作工具，用來編制與生成各種多媒體課件。

1.多媒體教室系統

多媒體教室的功能主要是利用教室內配備的多媒體計算機和大屏幕投影等設備向學生呈現多媒體課件，輔助教師進行課堂教學。如果接入校園網，還可以登錄到各種教學網站和各種教學資源庫，點播所需要的多媒體課件或者下載所需的多媒體課件並在本地進行呈現。

多媒體教室的硬件設備主要包括一台由主講教師控制的多媒體計算機和相應的投影設備，以及教師所利用的各種教學資源。

2. 交互式多媒體教室系統

交互式多媒體教室不僅能實現對多媒體課件的點播功能，而且教師和學生之間可以通過多媒體教室內各自的多媒體計算機進行交流。在交互式多媒體教室中，教師通過自己控制多媒體計算機播放所需的多媒體教學課件，每台學生用機能同時顯示教師用主控機上所播放的教學內容，主講教師還可以通過主控計算機的控制平台監視每一台學生用機的具體情況。更重要的是每個學生可以通過學生機根據自己實際的學習情況與教師進行必要的交流。

交互式多媒體教室的設備主要包括教師主控的多媒體計算機、學生用的多媒體計算機、多媒體教學控制設備等。 ^[3] 

計算機輔助教學是一項複雜的系統工程，在設計開發過程中，必須制訂和遵守統一標準，保證系統的可擴展性。建立國家標準計算機輔助教學的數據編碼標準或規範，制訂教學應用軟件開發和建設規範，規範教學應用軟件系統的開發建設，保證應用的有機集成。

虛擬化是計算機輔助教學發展的另一主要趨向。隨着計算機的運行速度的快速提高，大容量、高速度的數據存儲工具的發明以及各種人機界面技術和虛擬現實技術的發展，計算機處理大批量的聲音、圖像信息將變得隨心所欲。在計算機輔助教學中，虛擬現實技術將得到廣泛應用，學生不僅僅聽到或看到各種信息，而且可以進入到學習內容中去；地理課將身臨其境地感受世界風土人情；歷史課將走入時間隧道，重温歷史事件；實驗課將真實再現遺傳變異、原子裂變……總之，教學中的感性知識和理性知識隔裂，直接經驗與間接經驗脱節的情況隨着虛擬技術在計算機輔助教學中的推廣運用一去不復返。

計算機網絡為合作學習提供了廣闊空間和多種可能，教室與教室、實驗室與實驗室、學校與學校、國家與國家最終將形成一個巨大的計算機網絡，將把各國的學校和師生聯結一起，計算機網絡環境下的合作學習充分開發和利用了教學中的人力資源，它把教學建立在了更加廣闊的交流背景之上，教師與學生可以足不出户進行教學、交流和討論，學生可以自主、自助進行各種學習活動，根據自身情況安排學習內容，通過交流、商議、集體參與等實現合作學習，提高了學生學習的參與度，並在合作中提高學習興趣和學習效率，通過貢獻智慧、分享成果，進而學會合作。 ^[4] 

大數據下的教育新聯動使得技術融合的潮流湧向學校和教室，“智能教育”就通過融合人工智能、大數據、區塊鏈、虛擬現實、5G等信息技術，創造出教育機器人、雙師課堂、個性化學習等新興教育方式。

智能教育有助於給學生們提供更舒適的教學環境、更優質的教學資源以及更完善的軟硬件設施，主要體現在以下幾個方面：

1、語言測評與識別。傳統口語測評主要採用人工評測，由於評測人的主觀性等原因存在評測標準不統一、疲乏懈怠等問題。將語言測評與人工智能技術全面結合，有利於降低成本、統一評判標準。

2、個性化學習。智能教育可以精準發現學生的薄弱點，有針對性地推薦試題、提供解決方案，不再需要學生採用“題海戰術”，顯著提高學習效率。

3、智能交互領域。學生和智能機器人交互的過程中進行學習。例如，一些教育陪伴機器人結合兒童教育與人工智能技術，針對不同年齡段兒童的特性設定內容體系，讓學生在交互中瞭解更多知識。 ^[5]