1.2 计算机辅助教学的理论基础

计算机辅助教学的理论基础是学习理论。学习理论的流派很多，从其对计算机辅助教学的影响来说，行为主义的学习理论，认知主义的学习理论以及正在兴起的建构主义理论，为CAI地形成和发展奠定了坚实的理论基础。

1.2.1 学习理论与CAI设计

1． 行为主义学习理论与CAI设计

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。由于早期的CAI是由“程序教学”发展而来的，因此在计算机辅助教学发展的初期，其理论基础也就不可避免地要打上行为主义学习理论的深刻烙印。在CAI课件设计中，基于框面的、小步骤的分支式程序设计，多年来一直成为CAI课件开发的主要模式，并且沿用至今，这就是行为主义影响的明显例证。

2． 认知主义学习理论与CAI设计

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。经过二十多年的论战，心理学领域行为主义已逐渐退出历史舞台，认知心理学已开始占据统治地位，计算机教学应用的理论基础也顺理成章地由行为主义学习理论转向认知主义学习理论。在CAI课件设计中，人们开始注意学习者的内部心理过程，开始研究并强调学习者的心理特征与认知规律；不再把学习看做对外部刺激被动地做出适应性反应，而是把学习看做学习者根据自己的态度、需要、兴趣、爱好，利用自己原有的认知结构，对当前外部刺激所提供的信息主动做出的、有选择的信息加工过程。

3． 建构主义学习理论与CAI设计

以建构主义作为理论基础，是计算机辅助教学的成熟阶段。建构主义学习理论的基本观点认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过建构意义的方式而获得的。建构主义学习理论强调以学生为中心，它不仅要求学生转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者，而且要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。这就意味着教师应当在教学过程中彻底摒弃以教师为中心，把学生当做知识灌输对象的传统教学模式，而采用全新的教学模式、全新的教学方法和全新的教学设计思想，从而形成新一代的学习理论——建构主义学习理论。建构主义成为CAI的主要理论基础这个事实，标志着人们对CAI的认识已日益深化、全面且成熟。

根据建构主义学习理论，在进行教学设计时要遵循以下原则：

（1）强调以学生为中心；

（2）强调“情境”对意义建构的重要作用；

（3）强调“协作学习”对意义建构的关键作用；

（4）强调对学习环境（而非教学环境）的设计；

（5）强调利用各种信息资源来支持“学”（而非“教”）；

（6）强调学习过程的最终的目的是完成意义建构（而非完成教学目标）。

多媒体计算机技术和网络技术，可以作为建构主义学习环境下理想的认知工具。利用多媒体手段可以模拟真实的情境，学生在教学情境中能够更好地认识事物。

1.2.2 计算机辅助教学设计的基本模式

1． 操练与练习模式

这种模式是使学生通过反复练习，达到巩固知识和掌握某种技能的目的。这种模式的课件向学生提出一系列问题，要求学生回答，并由计算机分析应答情况，给予学生及时的反馈和强化。操练与练习的题目相当多，直到学生对该知识或技能的掌握达到某一标准时为止。另外，某些教学内容的题目（如小学数学四则运算，加、减、乘、除法应用题等）可由计算机按一定的算法自动生成。此种模式的计算机辅助教学，通常用于中小学生的数学、语文和外语等基本技能的训练和练习。该模式的优点有：① 可以及时反馈相关的信息；② 能够以多媒体方式有效地激励学生；③ 可以将学生的成绩及时加以保存。

2． 个别指导模式

此模式是模仿个别化讲授型教学，让计算机扮演授课教师的角色。它通过仔细安排的人机会话，使学生处于一种个别指导方式的教学环境中。这种模式的课件可以把教学过程分解成许多小的教学单元，每一单元进行一项最基本的教学活动，如举一个例子，叙述一个公式，提出一个问题等，最后达到一个基本目标。这些小的教学单元按照教学逻辑和教学策略有机组织成一系列有计划的教学活动，达成整个课件的教学目标。这种模式的CAI课件，在复杂程度上有很大差别，主要体现在适应学生个体学习特性的能力方面。优秀的个别指导模式课件，能够根据学生的学习历史，判断他的学习能力和当前知识水平，并运用某种教学策略，动态地控制学习，在学生应答后，分析其反应，给予适当的反馈、强化，学生出错时为其提供补习内容和方法。这种模式计算机辅助教学系统适合各种年龄层次的学生，是一种常用的有效模式。该模式的优点有：① 学生参与程度高；② 有利于个别化教学的开展；③ 教学效率高。

3． 模拟模式

模拟是指在控制状态下，对真实系统的环境与现象（如各种自然现象、社会现象、训练问题等）的模仿学习和操作。模拟模式也称教学模拟，它提供了一种新的实验方法和手段，可完成许多在学校条件下难以完成或常规实验手段难于实现的实验，如实验费用昂贵或实验中包含危险因素等。另外，教学模拟也用于演示那些难以观测的现象、过程或规律，用于对学生进行实验操作技能技巧的训练等。有些采用这种模式的CAI课件，允许学生自由操作计算机，在交互作用中探索、发现、学习科学知识。这对培养学生的科研能力、分析问题与解决问题的能力十分有利。模拟模式非常适用于中学的理科课堂教学和实验教学。该模式的优点有：① 高效、安全；② 低成本；③ 形象逼真，容易引起学生的兴趣。

4． 游戏模式

游戏模式也称为教学游戏，是指用计算机产生一种竞争性的学习环境，而游戏的内容和过程都与某种教学目标紧密相连，让学生熟练地使用一套规则，掌握某种技巧，通过竞争或合作游戏的形式达到掌握知识、训练技能的目的。游戏式课件把知识性、趣味性和教育性融为一体，从而激发学生的学习兴趣，起到“寓教于乐”的作用。例如，通过填字游戏帮助记忆单词，以赛车游戏来比赛做算术的速度，等等。游戏模式特别适用于学前儿童或小学生的学习。该模式的优点有：① 寓教于乐；② 参与性强；③竞争性强。

5． 问题求解模式

问题求解模式是以培养学生解决问题能力为主要目标的一种CAI方式，培养学生解题能力，也是许多学科的教学目标之一。目前，这种模式的应用大致有两类：其一是计算机提供求解某类问题的程序，让学生操作（例如学生输入要解的题目，计算机逐步显示问题的求解过程，提示学生输入必要的数据，最后输出结果。通过这一过程让学生掌握这类问题的求解方法），北京大学研制的“高等数学微积分系统”就是这种模式的计算机辅助教学软件。另一种是通过计算机呈现的问题情境，让学生自己来确定问题，提出假设和建立解决问题的方法，该模式的优点有：① 有利于培养学生解决问题的能力；② 参与性强。