計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的智能化歷程及其啟示

王建峰

摘 要隨著計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在我國教學(xué)領(lǐng)域的普遍運(yùn)用和大力發(fā)展，本文旨在通過對計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的智能化歷程進(jìn)行梳理，并從中得出計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的啟示。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) ICAI 歷程 啟示

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（Computer Assisted Instruction，CAI）是指用計(jì)算機(jī)幫助或代替教師執(zhí)行部分教學(xué)任務(wù)，傳遞教學(xué)信息，向?qū)W生傳授知識(shí)和訓(xùn)練技能的活動(dòng)。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)在教學(xué)實(shí)踐中的具體運(yùn)用，是一種新的教學(xué)技術(shù)和方法。CAI通過多媒體技術(shù)、超文本、知識(shí)庫和人工智能等計(jì)算機(jī)手段的運(yùn)用，為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)環(huán)境和場景，讓學(xué)習(xí)更加生動(dòng)、有趣，改變了傳統(tǒng)教學(xué)單一、片面的局面，對提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量有較大的幫助。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，研究CAI智能化發(fā)展的歷程，總結(jié)其中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對CAI的進(jìn)一步發(fā)展和CAI系統(tǒng)建立和發(fā)展都有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 CAI的智能化歷程

從上世紀(jì)50年代開始發(fā)展至今的CAI智能化，總結(jié)起來，經(jīng)歷了四個(gè)階段：程序教學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，以及適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)。

1.1 程序教學(xué)階段

程序教學(xué)就是將教學(xué)內(nèi)容按一定的邏輯順序分解成若干小的學(xué)習(xí)單元，編制成教學(xué)程序由學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)。程序教學(xué)具有小的學(xué)習(xí)步驟、自定學(xué)習(xí)進(jìn)度、積極反應(yīng)、即時(shí)反饋等特點(diǎn)。它是哈佛心理學(xué)家斯金納在20世紀(jì)50年代提出并運(yùn)用的，基于操作條件反射和積極強(qiáng)化原理兩個(gè)理論支持。程序教學(xué)在20世紀(jì)60年代風(fēng)靡了美國教學(xué)界并得到廣泛運(yùn)用，它推動(dòng)了個(gè)性化教學(xué)的發(fā)展，它在學(xué)習(xí)領(lǐng)域的成功是使學(xué)習(xí)者能夠快速高效的學(xué)會(huì)技能，達(dá)到會(huì)“做”的效果。隨著程序教學(xué)的深入，學(xué)習(xí)者的需求不斷提高，使得程序教學(xué)的弱點(diǎn)慢慢顯現(xiàn)：學(xué)生與教師直接對話的機(jī)會(huì)減少，阻礙了雙方的及時(shí)交流，教學(xué)成果難以保障；教學(xué)程序的功能有效，部分學(xué)科教材編寫程序困難，難以采用程序教學(xué)。因此，在20世紀(jì)60年代后期，程序教學(xué)慢慢的退出了歷史舞臺(tái)。

1.2 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)階段

隨著電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的興起和發(fā)展，1958年，美國IBM公司基于IBM650計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)了第一個(gè)教學(xué)系統(tǒng)，它標(biāo)志著計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的起步。廣義來看，“計(jì)算機(jī)作為一個(gè)教學(xué)媒體，是幫助進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的工具，任何將計(jì)算機(jī)應(yīng)用到教學(xué)過程中的教學(xué)方法，只要是提高了教學(xué)活動(dòng)的教學(xué)效果，推動(dòng)了教育改革的開展，有利于應(yīng)該教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)化，這個(gè)教學(xué)活動(dòng)就是合理的，就是有存在價(jià)值的，這個(gè)教學(xué)活動(dòng)就應(yīng)該被認(rèn)為是‘正統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)”。這就標(biāo)志著，計(jì)算機(jī)取代了傳統(tǒng)的教學(xué)機(jī)器，人機(jī)交互、控制靈活、高速運(yùn)算的計(jì)算機(jī)優(yōu)勢使CAI在程序教學(xué)基礎(chǔ)上有了進(jìn)一步的發(fā)展。

隨著認(rèn)知理論的成熟和流行，學(xué)習(xí)者的認(rèn)知需求也被得到了重視和研究，研究者根據(jù)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的反饋來收集信息，并根據(jù)這些反饋信息提供新的學(xué)習(xí)內(nèi)容，這就形成了生成性CAI。生成性CAI系統(tǒng)首次構(gòu)建了學(xué)生模型，它通過學(xué)生行為進(jìn)行建模，來了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求和行為。它的短板在于：系統(tǒng)只能根據(jù)學(xué)習(xí)者的行為參數(shù)來生成學(xué)習(xí)內(nèi)容和問題，而非學(xué)習(xí)者的知識(shí)狀態(tài)，局限于運(yùn)用在良構(gòu)領(lǐng)域的知識(shí)教學(xué)。

1.3 智能計(jì)算機(jī)輔助（ICAI）教學(xué)

為了實(shí)現(xiàn)CAI的進(jìn)一步發(fā)展，規(guī)避生成性CAI系統(tǒng)短板，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)卡波納嘗試將人工智能技術(shù)應(yīng)用于CAI系統(tǒng)，創(chuàng)建了智能化的地理教學(xué)系統(tǒng)SCHOLAR，這一系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著ICAI系統(tǒng)的形成。ICAI系統(tǒng)是人工智能、教育理論、專家和學(xué)生的心智模型的有機(jī)結(jié)合，學(xué)習(xí)者通過問題解決的方式來學(xué)習(xí)，同時(shí)這些問題又是經(jīng)過恰當(dāng)?shù)暮Y選的，通過學(xué)習(xí)者對問題的解答與計(jì)算機(jī)對問題的解答，找出兩者之間的差別。在ICAI對差異進(jìn)行分析后，給學(xué)習(xí)者提供針對性的學(xué)習(xí)建議，并確認(rèn)和反饋學(xué)習(xí)者是否接受并理解這些建議，通過多次的反饋循環(huán)，ICAI又會(huì)根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況更新學(xué)習(xí)者的技能和學(xué)習(xí)進(jìn)度，更新學(xué)習(xí)模型，進(jìn)入下一個(gè)問題循環(huán)。

ICAI系統(tǒng)不僅記錄了學(xué)習(xí)者的認(rèn)知風(fēng)格和基礎(chǔ)，更重要的是實(shí)現(xiàn)了對學(xué)習(xí)者的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)跟蹤，及時(shí)更新學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)，但這一系統(tǒng)還是沒有讓學(xué)習(xí)者成為學(xué)習(xí)的主人，學(xué)習(xí)的方式和途徑還存在某些不足。

1.4 適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)階段

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和認(rèn)知理論的進(jìn)一步發(fā)展，適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。這一系統(tǒng)的特點(diǎn)在于運(yùn)用了現(xiàn)代多媒體技術(shù)，通過聲音、圖片等各種方式提供多樣化的學(xué)習(xí)手段，與此同時(shí)，以現(xiàn)代多媒體技術(shù)為代表的計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，為學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)者可以獲得更多的個(gè)性化需求，如學(xué)習(xí)內(nèi)容選擇、學(xué)習(xí)診斷、學(xué)習(xí)策略等等，真正的實(shí)現(xiàn)了因材施教。目前這一系統(tǒng)還在繼續(xù)發(fā)展和深入中。

2 CAI智能化發(fā)展啟示

縱觀CAI智能的發(fā)展，我們可以得出以下啟示：

2.1 “教”到“學(xué)”的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式以“教”為主，忽視了學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性，而通過CAI智能化的發(fā)展，能夠更好的刺激學(xué)習(xí)者主動(dòng)學(xué)習(xí)的意愿，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)模式以“學(xué)”為主的轉(zhuǎn)變，重視學(xué)習(xí)者的主體地位，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性和積極性，從而培養(yǎng)更高質(zhì)量、水平的人才。

2.2 辯證的看待計(jì)算機(jī)技術(shù)

教學(xué)活動(dòng)畢竟是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，計(jì)算機(jī)的智能化發(fā)展水平目前還無法完全的取代和支持學(xué)習(xí)者的全部學(xué)習(xí)活動(dòng)，它只能作為一個(gè)輔助教學(xué)工具。因此，ICAI系統(tǒng)必須堅(jiān)持以學(xué)到為主，積極的引入各種計(jì)算機(jī)發(fā)展技術(shù)，提升計(jì)算機(jī)工具的使用效率和作用，為學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中提高技術(shù)支持，更好的幫助學(xué)習(xí)者提升學(xué)習(xí)能力。

2.3 重視現(xiàn)代多媒體技術(shù)

現(xiàn)代認(rèn)知理論認(rèn)為，多媒體技術(shù)對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)信息加工具有直接的效果和影響，因此，在ICAI系統(tǒng)的構(gòu)建和發(fā)展中，必須充分重視和運(yùn)用現(xiàn)代多媒體技術(shù)，以達(dá)到科學(xué)、生動(dòng)的展示學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而提升學(xué)習(xí)者的信息接收與處理效率，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)效率的提升。

2.4 積極引入其他學(xué)科的研究成果，通過學(xué)科交叉通過教學(xué)事業(yè)發(fā)展

ICAI系統(tǒng)融合了教育科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)等各種學(xué)科理論知識(shí)，各個(gè)學(xué)科的先進(jìn)理念和技術(shù)能夠?yàn)镮CAI系統(tǒng)提供參考和學(xué)習(xí)，積極推動(dòng)ICAI系統(tǒng)的進(jìn)一步向前發(fā)展。

3 結(jié)語

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是推進(jìn)教學(xué)的重要組成部分，通過ICAI系統(tǒng)的歷程分析，對我國教育事業(yè)的發(fā)展提供借鑒，實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育的快速落實(shí)和推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)我國教育事業(yè)更上一層樓的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

西安工程大學(xué) 陜西省西安市 710000