計算機科學與現代教育技術

目前，隨著通信、網絡、多媒體以及虛擬現實等計算機新技術的出現與發展，教育方式正面臨著一場巨大變革。與傳統課堂教育方式相比，新教育方式最重要的特點在于它突破了時間和空間的限制，不再需要教師和學生面對面地教與學，而且也打破了實物與虛物的界限，讓學生沉浸在營造的真實情景中。在新的教育方式下，學生可根據自己的實際情況確定學習內容、安排學習進度，從而滿足了社會普通性和個體獨立性學習的需要，實現持續教育和終身教育。

一、多媒體技術引入教育之中

一般來說，教育技術經過視覺教育運動(1918-1928)，視聽教育運動(1918-1942)發展到以視聽媒體為主的教育技術(60年代)。

多媒體技術是一種先進的計算機信息處理技術，其發展給教育帶來的影響是深刻和廣泛的。傳統的教學媒體、教學設備，如掛圖、投影片、幻燈片、錄音帶、錄像帶等，逐漸被統一的計算機數字多媒體代替。未來社會是一個數字的世界，數字地球、數字學校的概念將逐步出現。學生的飯菜票、學生證、圖書證，甚至圖書也將是數字信息。

多媒體計算機是一種最基本和最常用的信息處理工具和電教設備，將滲透到學校教育的每一個環節。它的出現，使得教學出現如下特點：

1、教學信息量增大。由于計算機能夠存儲大容量信息，使得教師授課的信息量增大。

2、教學信息組織的超鏈接方式。傳統的教學信息組織是線性的。

3、教師將是教學信息的組織者。傳統教學中，教師花大量精力和時間用于板書，計算機的出現，使得教學信息很容易呈現出來。

4、教學信息顯示多樣化。

網絡的出現

由于計算機網絡的出現，使得教育方式發生了改變，呈現出以下特點：

1、打破了時空限制

因為課件是基于網絡的，可以借助In—ternet強大的服務功能，讓學生隨時隨地來學習，教師對學生可以進行同步或異步的教學輔導。從而突破了傳統教學的空間和時間的限制，使得獲取知識的范圍更加擴大。因此，教師的概念也會發生變化，從根本上改變了傳統的以教師為中心、以課堂為中心的教學模式，代之以學生為中心、以實踐為中心的新型教學模式，也為終身教育的實現提供了條件。

2、學生之間的協同學習

由于多個學生可以同時訪問同一課件，從而形成一個群體，也就是創造一個所謂的群體學習環境，這樣他們之間就可以相互交流討論、協同學習，學生之間是互教互學的對象，同時也能培養學生互相幫助的協作精神。從另一個角度看，學生在Intemet上通過課件進行學習，可進一步提高學生Interact的應用能力和通過計算機獲取知識的能力。

3、自主的學習方式

傳統的課堂教學是以教師為中心的灌輸式的教學，極大地限制了學習者的自主學習。互聯網的出現改變了這種狀況。一方面，互聯網將全世界的學校、研究所、圖書館和其他各種信息資源聯結起來，成為一個統一的海量的資源庫；另一方面，可以集中世界各地的優秀教師的教學指導經驗，任何人可以在任何地點通過網絡訪問，形成多對多的教學方式。在這種情況下，學習者在時間上、內容上有了充分的選擇余地，自主學習成為必然。學習者可以借助于互聯網上的豐富資源完成論文或工作報告等。

三、信息科學的發展提出了虛擬現實技術

由于半導體、計算機和通信技術的日新月異，以微電子技術為基礎的數字化信息技術得到迅猛發展。但是，人們發現，目前通用的馮·諾依曼式計算機處理的僅僅是單維的數字化信息，而人們往往擅長并習慣于通過人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺以及形體、手勢或口令這種多維的形式，滲入到信息處理的環境中去。于是，虛擬現實(Virtual Reality簡稱VR)技術應運而生。1993年，Bun：lea等以三個“I”(Immersion-Interaction-Imaglnation)簡潔述了虛擬現實技術的基本特征。與以往信息系統不同，Immemion(沉浸)用戶可以沉浸于計算機生成的虛擬環境中，他所看到的、聽到的、嗅到的、觸摸到的，完全與真實環境中感受到的一樣；Interaction(交互)是指用戶進入虛擬環境后，還可以進行必要的交互，虛擬環境中做出的響應，亦與真實的一樣，如拿起虛擬環境中的一個杯子，你可以感受到杯子的重量，松開它，它會掉到地上，甚至會摔碎；Imagination(構想)是指通過用戶沉浸在“真實的”虛擬環境中，與虛擬環境進行了各種交互作用，從而可以深化概念，萌發新意，產生認識上的飛躍。因此，與過去只能在計算機旁等待計算機的處理結果、只能用鍵盤和鼠標與計算機發生交互作用、只能從一些數值結果得到某些啟發相比，虛擬現實技術提供了一個十分理想的逼真的人機情景。

虛擬現實技術所創造的教學情景與以往不同。我們通過它，利用計算機技術可觀看不存在的事物。英國紐卡斯爾郊區的學生們設計了幾座虛擬城市。在這些虛擬城市中，學生們仿佛走在了英國和德國的街道上，數著虛擬的法郎，在市場上購物。學生們也成功地“建造”了一個用于健康和安全教育的虛擬工廠。教育者們JE開始發掘虛擬現實的潛力。

網絡上的虛擬現實技術為學習提供了嶄新的手段和場景。1995年，網絡上一個轟動世界的“虛擬青蛙解剖實驗”。學習者在網絡上互相交流，并在屏幕上親自動手進行解剖。之后，網絡上又有了“虛擬考古”。學習者可以“親臨”某個原始古墓，進行“現場”考古，體驗原始人的生活方式。網絡教學中的虛擬現實突破了傳統教科書的限制，使學習者在具體情境中通過主動的探索獲得知識，提高了學習效率，擴展了學習者的視野，培養了創新意識和實踐能力。特別是對一些危險的實驗，或者代價巨大的實驗，通過虛擬現實技術，我們既得到了真實的感受與結果，又比較安全，花費較少的代價。

建立現代文明需要提高全人類的素質，因此需要有先進的教育培訓手段。采用虛擬現實技術，我們就可以做成適合各種教學目的的虛擬教學環境，可以讓學生在短時間內“深入”到實際中，有目的的接觸許多感性材料，從這些感性材料中自然而然發現問題，讓學生根據以往的經驗，根據學過的知識，或從類似的事物中進行廣泛的聯想，并形成解決這個問題的初步構思。通過逐步完善，上升到理論，然后用這種理論，分析、解決實際問題，進一步在實踐中證實理論的正確性，最后使學生獲得真JF完整的知識。老師的作用只在必要的地方給予引導和啟發。

四、信息科學用于教育的意義

實驗心理學家特雷奇勒(Treicher)作過兩個著名的心理實驗。其中一個實驗證實：人類獲取的信息83％來自視覺，11％來自聽覺，這兩個加起來就有94％。還有3.5％來自嗅覺，1.5％來自觸覺，1％來自味覺。多媒體技術既能看得見，又能聽得見，還能用手操作。這樣通過多種感官的刺激所獲取的信息量，比單一地聽老師講課強得多。這對于知識的獲取和保持，都是非常重要的。

另一個實驗，是關于知識保持即記憶持久性的實驗。人們一般能記住自己閱讀內容的10％，自己聽到內容的20％，自己看到內容的30％，自己聽到和看到內容的50％，在交流過程中自己所說內容的70％。這就是說，如果既能聽到又能看到，再通過討論、交流用自己的語言表達出來，知識的保持將大大優于傳統教學的效果。

通過這兩個實驗，我們可以看到，信息科學技術與教育的結合是有效和必然的。

五、信息科學教育技術的一些思考

1 學習和生活將成為密不可分的整體，終身學習將是一種趨勢

隨著信息化社會的到來，知識更新的速度不斷加快。因此，越來越多的人離開學校后需要不斷地在工作和生活中學習各種知識和技能，一個人最重要的能力就是學會學習的能力。可以說，在未來，學習和生活將成為密不可分的整體。這種終身學習的現象打破了以學校為依托的傳統學習觀念，尤具重要的是，學習的主體從青少年，擴展到學齡前兒童、成人和老年，學習將成為一個終身的活動。這種終身學習的觀念對傳統的教育觀念和教學模式提出了挑戰，教學內容、教學方式、教育結構乃至整個教育體制將產生巨大的變革。這種變革是與近十年來出現的互聯網緊密聯系在一起的。

2 對教師提出更高的要求

由于信息科學的發展，教師部分的勞動由計算機代替了，但是機器并不能完全取代教師，正如蒸汽機的出現，使得機器代替了部分手工勞動，對工人的需要從體力勞動者變為了腦力勞動者。信息科學技術的發展，對老師的要求提高了，不但需要教師懂得和熟練使用許多現代先進的科學技術，而且要懂得多種教育技術的應用方法，比如：如何創造情景教學環境，如何和異地學者進行協同的交流探討等。

3 教育對信息科學提出了更高的要求

信息科學發現到今天，取得了輝煌的成果，但教育在使用現代信息技術時，仍有許多力不從心的地方。如：計算機支持的協同學習。這是由計算機支持協同工作(computer-Supported Collaborative Work，CSCW)與合作學習的理論與教育方法結合而成的一種新學習方法研究。在計算機支持協同工作與環境中，教師提出一個明確的任務，學生以小組的形式組織，分工合作，有的用計算機查資料，有的進行一部分計算與信息處理并形成文檔，各小組共同完成該任務。教師觀測學習的進行過程，并組織小組的交流，相互幫助與競爭，保證教學目標的實現。

這種學習方法不僅使學生像專業人員從事工作那樣利用計算機環境解決問題、學習有關知識并培養他們解決問題的能力。以小組形式組織進行，既有合作與相互幫助的一面，又有競爭與達到目標的一方面。目前CSCW中的有許多問題需要進一步進行解決，如感知問題、協作問題等。

虛擬現實技術也有許多問題急待解決，如上文提到的實物虛化和虛物實化技術，有待進一步完善。