[科普中国]-CAI

基本概况

计算机辅助教学(Computer Aided Instruction ，简称CAI)是指教师借助计算机的辅助功能进行的教学实践过程，这种教学手段通过采用多媒体技术、程序设计技术、动画模拟技术和知识库技术等计算机技术，有效解决了传统教学手段单一和片面的不足。CAI能够最大限度地缩短学生接受课程内容的时间，大幅度增强教学效果，最终使教学目标达到最优化。1从目前的实践来看，“计算机辅助教学”的范围远远大于英语中CAI（Computer Assisted Instruction）的本义，随着现代教育技术的不断深化，这一领域的概念内涵和外延还在发生着变化。

相关名词计算机辅助学习（Computer-AssistedLearning），简称CAL，强调用计算机帮助"学"的方面甚于"教"的方面。一般来说，欧洲和美国东海岸地区偏向于CAL名称。

计算机辅助训练（Computer-AssistedTraining），简称CAT，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。

计算机辅助教育（Computer-BasedEducation），简称CBE，其基本出发点是：利用计算机的先进技术促进教育的发展，以计算机为主要工具帮助教育工作者进行教学和管理。2

发展历史美国是进行计算机辅助教学研究和应用最早的国家，所以CAI的历史基本上是以美国CAI发展历史为主线。近四十年来，CAI的发展大体上经历了五个阶段。

1958--1965年

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硬件开发研究工作，并出现了一些有代表性的系统。如：PLATO系统。

1965--1970年

这一时期的特点是研究规模扩大，并且将以前的研究成果投入应用。斯坦福大学在1966年研制了IBM1500教学系统。

1970--1975年

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，物理之外，在医学、语言学、经济学、音乐等多种学科领域均开展了CAI的应用。

1975--80年代后期

微型计算机进入教育领域之后，形成了极大的冲击，使之成为多种教育环境中的理想工具。

80年代末以后

80年代末和90年代初，多媒体计算机的出现，CAI的发展产生了质的飞跃。3

组成部分计算机辅助教学系统由硬件系统和软件系统组成。

硬件系统的构成可见图所示。它包括：CPU（控制器和运算器）、存储器、输入设备和输出设备。常用的输入设备有：磁盘机、光盘机、磁带机、数字照相机、扫描仪、视频采集卡、声卡、MIDI合成器、话筒、调制/解调器和网络适配器、键盘、鼠标、笔式输入器等。常用的输出设备有：磁盘机、光盘刻录机、磁带机、打印机、胶片记录仪、高亮度投影仪、显示器、声卡及放大器和扬声器 、MIDI合成器、调制/解调器和网络适配器。

软件系统包括：操作系统、各种形式的课件、题库、教学管理系统及其开发与支持环境软件。显然，现阶段医学院校计算机辅助教学的重点应是课件、题库、教学管理系统等应用系统的开发、应用和研究。随着计算机硬件的技术发展和大规模生产，硬件价格日益下降，使开展计算机辅助教学的硬件基础日益坚实；而日益紧迫的需求则是适应教学实际的各种形式的课件和相关的应用系统。因此，开发出高质量的各种形式的课件，将其应用于教学中，并不断地研究其中规律与真谛，使计算机辅助教学发挥更大的作用和优势并促进本身的不断的发展，这是每个在教学中采用这种先进教学模式的教育工作者应努力实现的目标。3

相关要求计算机辅助教学是一种教学形态，即以计算机的各种功能和特点，代替或部分代替教师面向学生，促使学生实现有效学习的教学形态。在教学中的应用形式既可以是人机对话式，也可以是借助其他媒体（大屏幕投影或液晶投影）构成新的信息传递系统。所要达到的目的为：

（1）改进课堂教学

（2）优化传统教学

（3）实现个别化教学

（4）改善学习态度。

对主要参与人员的要求

（1）对任课教师的要求应有较高的教学水平，熟悉计算机的一般操作。因为在最初的设计构思及以后的实践应用中他们要起主要作用，可以说决定了辅助教学的成败。没有一定的教学水平，就提不出好的教学设计，也就编制不了好的教学流程图。

（2）对软件设计者的要求要有较高的制作水平，较高的悟性，细心、专心，更要有"否定-提高-再否定-再提高"的意识。对专家、教师所提出的教学设计、建议应仔细琢磨、领会，据此编制出软件程序流程图，还要与教师沟通，根据教学要求设计好稿本卡片。对资料的选择、运用、组合及加工应在细心研究后进行。制作中要体现高度，适当展现现代制作水平。尤其要对试用中发现的新情况给予高度重视，要勇于否定自己，在不断的否定中制作出精品。

设计计算机辅助教学软件的基本要求

（1）科学选择。由于在计算机辅助教学过程中，要花费较多的人力和物力。因此，对这一方式的使用要慎重，其它媒体可以解决的不用计算机，要在"代价最小，功效最大"的原则下决定使用与否。科学选择还体现在课型、媒体、资料、使用方式等的选择上。在自然课各种类型课中，并不是每一种类型都适用于计算机进行辅助教学，即使适用，也存在着选用哪种应用方式的问题，在确定使用前应解决好这些问题。

（2）科学决策。体现在教师对教材的处理、设计，以及制作者对构思的实现方式选择上。具体体现在软件制作的全过程。我们在实践中的制作过程如下：决定课题→教学目标分析→教学设计（编制教学流程图）→→辅助方案设计（编制程序流程图）→准备制作（编制稿本）→制作→试用修正→辅助教学实践→评价修正制作过程中，专家、教师、制作者应密切配合，力求科学选择教材、处理教材、分析教学目标、设计教学、设计辅助方案、编制稿本、进行制作、进行教学实践最终进行科学评价和修正。一个制作周期后，教学流程图、程序流程图、稿本卡片和一套完整软件作资料保存。

实践应用1、计算机辅助教学手段在语文教学中的应用。

在低段语文教学中利用计算机辅助教学形象直观的动态演示功能，形象地呈现事物的现象，具体地表达事物的过程，生动地揭示事物变化的规律，创设教学情境，使抽象的知识转化为一定的物质形态，变得形象具体、生动活泼，把知识化难为易，成功地突出教学难点，突破教学重点，激发学生的求知欲，提高教学效率和质量。这是传统教学手段所无法比拟的。

2、计算机辅助教学在体育教学中的应用
利用CAI辅助体育教学可以显著增强体育课程中理论课的教学效果。体育课中的理论课主要指在教室中讲授体育理论基础知识的课程，比如太极拳第一课的太极拳发展史，太极拳的意义等内容。社会环境对人类在智力、个性化和职业能力的需求伴随着信息技术的不断发展而一直在提高。传统理论教学授课方式已经渐渐脱离社会的需要，反观多媒体CAI技术具有信息规模宏大、图文声像、生动直观和视听共享等特点，相对传统教学方式显示出巨大优势。研究表明，记忆知识时如果眼耳手多种感官并用，则可很大程度上提高记忆的持久度和记忆效率。也就是说如果学生能同时看到和听到要学习的知识，再进行进一步的复述，将大大提高记忆效率。1

重要作用一、计算机辅助教学的运用可以激发学生的学习兴趣。

兴趣是学生进行自主学习的最好的“老师”，有了兴趣才可能产生欲望。在这里一定要关注学生的体验，创设的情景必须有利于每个学生都能在学习中获得适应自己的发展。教师根据学生已有的知识结构和将要学习的知识，精心设计富于启发性的导语或与同学生活紧密联系的事例导入新课，能激发学生的兴趣和刨根问底的热情，为教学顺利地进行奠定基础。激发学生的学习兴趣关键是创设良好的教育环境和氛围，激发学生的学习动机和情感。而在学习活动过程中，特别是在问题解决过程中，学生的学习动机是复杂的，情感又受制于多种因素的影响不断变化，因此，他们采用的学习策略也是多样的。研究表明：学生课堂的学习动机主要表现为成就动机，低成就动机者学习策略运用水平低；成就动机高的学生，他们会相应调整自己的学习方法和策略，采用较积极的策略形式，即具有较高的策略水平。学习策略运用水平越高，反过来会增强学生的自信心，进而提高成就动机水平。所以，如何激发及培养学生积极的学习动机，保持稳定的情绪、情感具有非常重要的意义。计算机辅助教学的运用，可以利用视听互动的功能，通过大量的文字、图片、声音、影视资料等素材和丰富的转场效果，创设一种与课堂内容相适应的气氛，能使学生产生身临其境的感觉，调动学生学习的积极性。它通过大屏幕展示出清晰的画面，对学生来讲，上课好似看电影，且画面不停变化，学生的注意力不容易涣散，在不知不觉中学生就可以学到画面所展示的丰富的内容，这样就毫无疑问地激发了学生的学习兴趣。如在讲到《技术的两面性》这一节时，如果教师仅仅是选几个常见的案例来讲解的话，学生对它理解就仅处于表象，而没有对它形成全面的认识，为了使学生更深屋次的理解技术这一双刃剑带给人类社会的好处和危害，我给同学们精选了日本漫画改编的哆啦a梦长篇之《白铁皮饭店》动画，在大屏幕上进行播放，之前我给同学精心设计了几个问题，让同学们在观看的过程中去思考。通过维美的画面，精妙的故事，随着故事情节发展的问题，让同学们在轻松，愉悦，沉思中学习。观看完动画后，又让同学们根据问题展开，深入讨论，每人书写一篇观看感。在阅读同学们的观感时我看到每一个学生在本节知识的学习当中获益匪浅，对技术的两面性都做了深入剖析，看到了同学们思想的闪光点。这样的一堂课借助多媒体教学，将单调的知识变的活泼，学生易于接受，乐于学习，兴趣更为浓厚，我们为什么不去大力推广呢。

二、运用多媒体计算机进行通用技术课堂教学有利于培养学生的观察力和创新能力

现在各个学校由于对通用技术课程的不重视，大多都没有配备专门的通用技术实验教室，但学校一般都配有专门的多媒体教室，因此我们可以充分利用多媒体教室。如多媒体计算机能把各种通用技术所涉及到的结构进行全方位的展示：平面的和立体的、空心的实体的、外部的形态和内部的结构等展现在学生眼前，而且计算机的可控性，使学生能够有选择地更仔细地观察到教师收集到材料，不致漏掉某些关键的信息。这有利于学生观察能力的培养。正是因为学生能充分接受多媒体计算机所提供的材料，才有利于学生认真分析所获取的信息，得出所要掌握结构基本原理和规律。因为多媒体计算机能有效地创设出接近真实的结构事实情景，让学生带疑观察，老师引导学生探究可能出现的结果，让学生自己去发现问题，独立解决问题。当结论与验证结果一致时，学生会有一种成就感，更有利于激发学生的学习兴趣，积极思考问题。再着通过计算机模拟演示各种结构的牢靠性，让学生直观感受每种结构的适用性，这比拿实物演示，费财又费事强很多倍。如果将学生带入计算机教室，再让学生通cai软件进行结构的创新，这个时候学生那充满相像力的设计会随时呈现在你的眼前。这种方式学生易于接受，能全方位培养学生的观察力和创新能力。例如在学习《技术与设计1》中结构的稳定性时，我们通多媒体软件精心制作稳定性的实例，用动画演示结构是否可靠，哪一种结构更趋合理，学生在这种氛围中学习，它的效果自然也就非常好了。

三、计算机辅助教学可以帮助通用技术教师把握课堂效率

高中通用技术课程由于现实条件影响，一般情况下学校一周只开设一节课，例如《技术与设计1》必修，按照正常课时需要周二节，一学期才能正常修完，很显然一周一节如果利用传统的教学方式不可能一学期修完这本书。但是我们借助计算机辅助教学，就可大大提高课堂效率，增加课堂容量，拓展学生视野。如在讲完设计小凳子之后，课本又介绍了如何申请专利的流程，如果按正常方式讲解，学生不爱听，了解也不透彻，我们可以借用计算机教室，请同学们利用cai软件直接在计算机里设计自已的小凳子，让他们通过网络开拓思路，理清方向，然后请同学们将自已的作品小凳子当中的一些创新方法，不同之处，假定为是专利产品，请同学们通过网络来了解如何申请专利，并将整个过程通过电子文本汇报。这样的教学方式，既为学校节省了创办通用技术教室的成本，又提高了课堂效率，将几节课的内容压缩到一节里完成，同时也为同学们充分利用现代多媒体技术进行创作提供了思路。

四、计算机辅助教学对学生的学习能力的提升

在当今知识激增、社会变化日新月异的时代，自主学习的能力即“学会学习”的能力变得尤为重要。正如knowles指出：“教育的重要目标之一就是帮助人们树立终身学习的观念和掌握自主学习的技能。”由此可见，无论从学校本身的教育功能还是从时代发展对人才素质的要求来看，加强对学生学习能力的培养都有着极其重要的意义。在通用技术的学习中我们需要学习的不单是知识，而是如何运用知识及创新的特殊本领。计算机网络的快捷以及其丰富的信息资源正好迎合了学生的需求。学会利用网络中的无穷的资源,并学会分析和利用无疑非常利于学生的学习能力的培养。而这一点是传统的书本所做不到的。通用技术教学可以充分借助网络平台，为技术的创新与发展，提升学生能力起到充分的辅助作用。?

计算机辅助教学不仅仅是一种现代化的教学手段和教学方式，它更体现和代表了一种新的教育思想和教学观。多媒体计算机在通用技术课堂教学中的运用，既提高了课堂教学效率，又使课堂教学生动形象，激发学生的学习兴趣，有利于培养学生多方面的能力，更从一定程度上缓解了学校资源配置不足的矛盾。为了适应教育现代化的发展，广大通用技术教师应当努力学习并掌握现代教学手段，尤其是多媒体计算机的使用，充分发挥多媒体技术的作用，恰如其分地、因地制宜地运用多媒体手段，努力为学生提供一个良好的学习环境，为通用技术教育教学工作服务。2

发展方向计算机辅助教学首先改变了几百年来的一支粉笔、一块黑板的传统教学手段。它以生动的画面、形象的演示，给人以耳目一新的感觉。但就总体而言，计算机辅助教学不仅能替代一些传统教学的手段，而且能达到的传统教学无法达到的教学效果。比如利用计算机的动态特性表现一些动态画面、它的图画特性表现一些抽象的东西。这在一些辅助教学软件中已表现得淋漓尽致。如数学学科的《几何画板》、《数学实验室》等就是利用计算机的这些特点来实现良好的教学效果的。因此从计算机辅助教学的所表现出的特征来看，它具有明显的不可替代性。

实际意义计算机辅助教学是随着计算机技术的发展而产生和发展的。当现今社会正随着各种新技术的涌现而迈向信息时代的时候，人们接受知识的方式也发生了重大改变，对教育也提出了更高的要求，从而具有更多高新技术成份的计算机辅助教学愈发显现出它在教育中的重要性。

由于采用了计算机辅助教学，学生不再仅仅向教师学习，而且可以通过知识库和专家系统学习，可以通过课件光盘学习，可以通过网络在网上学习等。教师则着重于提高学生的分析问题和解决问题的综合能力和加强他们的整体素上。同时由于知识更新速度加快，要求人们不断学习，不断更新知识，以学校为主的教育将转向终身教育，学校的教育体制和功能也将发生显着的变化。所以在这种情况下，传统的教育观念发生了根本的改变。

由于采用了计算机辅助教学，学生由过去的被动学习在很大程度上变成了主动学习。在学习内容选择、学习进度控制上，学生有很大主动性。特别是在有多媒体技术和网络支持下的计算机辅助教学中，学生可共享更多的教学资源，学习方式、学习地点和学习时间安排都有很大的灵活性，更适应于个性不同的每个学生。这样，教育方式也会发生巨大改变。

由于采用了计算机辅助教学，教师除了具有传统的教师职能以外，更重要的职能是对教学信息进行加工，使之具有可在计算机辅助教学中应用的各种形式，例如：多媒体光盘、因特网网页、信息数据库等等。同时学校也可以没有明显的校园界限，教育资源向公众开放，学生没有年龄的限制，学习则是由学生根据自己的特点安排和选择的。在这种环境下的教师和教育机构的职能都与在传统教学模式下时有极大的不同。

由于在教育中采用了以多媒体技术、网络等支持的计算机辅助教学，从而在教育内容上要求增加与之相关的专业。在教育研究中也出现了新教育模式下的认知理论及其应用研究、人－机界面的心理学研究、人的视听分配和信息综合的特征研究等一系列新的研究领域和课题。因此它对教育内容和教育研究也产生了很大的影响。

由此可见，正是因为采用了计算机辅助教学，使得赋予教育以新的内容与概念，推动了教育的变革，使其适应社会的发展。它也有利于变被动教育为主动教育、变应试教育为素质教育。这不仅是教育方法和技术的更新，而且将深入地影响到教育结构、教学体制和教学管理的整体改革，从而促进教育的现代化。

误区认识一、传统媒体过时传统教学媒体一般是指示教板、教学挂图、实物模型、录音机、幻灯机、录像机、投影仪等。与现代多媒体计算机相比，它们显然是很落后了。于是有人视其为"过时"，弃之不用。此举实在不可取，主要原因是：

1、传统教学媒体不仅操作简单灵活、方便快捷，而且它还有特殊的功能，如投影的静物显示功能、幻灯的实物放大功能、实物模型的立体空间展示功能等，这些都是多媒体计算机取代不了的。

2、一些教师计算机操作技能相对滞后，传统教学媒体符合教师教学现状。

3、继续利用学校传统教学媒体资源。很多学校经过多年的积累，在传统教具装备方面比较完善。

以上种种原因，决定了我们不能盲目地舍弃传统教学媒体而去过分宣扬传统教学媒体过时。

二、课堂教学"满堂电"

有些教师认为：既然要推动教育现代化，促进教学模式改革，就必须运用计算机辅助教学。于是，在上公开课时，不管用得上用不上，教师在课堂上从头到尾都使用计算机， 把传统教学的"满堂灌"发展为"满堂电"。

CAI在教育教学中的应用，还是一个正在探讨、实证的过程，我们应该把它定位在和以往教育媒体平等的地位上，作为常规教学的辅助手段，该用时就用，不该用时不要用，有效配合教师、学生，使教师更好地发挥主导作用，不断提高学生学习的成效，而不要去盲目地追求"满堂电"。

三、课件界面花哨

一个优秀的CAI课件， 应尽量少用与表现内容无关的图像、声音，它应该是内容与形式高度统一，在设计时应把重心放在教学内容重点、难点突破方法的推敲上。在此基础上，尽量把外在形式设计得精美些。如果CAI课件操作界面重形式美，轻内容实，这无异于舍本逐末、买椟还珠。

四、否定教师作用

多媒体计算机的交互性、大容量、超文本等功能可以实现对教学过程最有效的组织与管理，实现教学过程最优化。于是，一些激进的理论家认为："学校教育将会消失，教师的地位不复存在，多媒体计算机就是一位全知全能的教师。"这是一种认识上的误区。授业、解惑可以只靠计算机，而点燃学生心灵的火炬却需要教师的情与爱──因为人是需要情感交流的。课堂上的动态交流，不仅仅是知识的流动，还有师生之间、生生之间的情感流动，尤其对于小学生，教师往往通过一个眼神、一个动作、一句话就能与学生达到心与心的沟通。因此，机器不能代替教师，在有理由用机器代替教师的情况下,也必须把这种教学看成反常。特别在计算机智能技术还不十分完善的今天，更不要去大肆渲染多媒体万能取代论，否定教师的教化功能。