教育软件的设计与开发.

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1、教育软件的设计与开发 北京师范大学教育技术学院 黄荣怀 1 教育技术学的专业方向 l教育技术学的基本理论 l信息技术教育 l数字媒体技术 l教育软件的设计与开发 l现代远程教育 2 教育软件概述 （一）教育软件的分类 l教育软件是以服务于教育为目的，以数字代码方式，将文图声像等 信息存储在磁、光、电介质等载体上，通过计算机或具有类似功能 的设备，供人们阅读、听录或观赏使用的计算机软件或电子出版物 。 l包括各种媒体化的学习材料和支持学习活动的工具性软件，如电脑 知识教育软件、语言教育软件、科普教育软件以及与学生课本内容 紧密结合的学生教育软件，此外，还包括为实现教育信息化、数字 化开发制作的校

2、园管理教学软件等各种软件产品。 l本课中教育软件特指在学与教的过程中使用的课件、学与教的支撑 软件与工具及教育管理中的软件系统。 3 分类类方法类类型举举例 按传统的辅助 教学类型分 讲解演示型、操作练习型 、个别学习型、仿真模拟 型、启智有细型、问题求 解型、发现学习型等 按资源应用的 目的分 多媒体教学资源库提供各类CAI课件、视频点播资料、教 师备课 教案、多媒体素材等各类资源 图书情报信息库提供全面的图书查阅 和检索服务 管理信息库提供全校教学、科研、行政、后勤、财 务等多项管理信息资源 动态综 合信息库校内新闻发布，问题讨论 ，师生之间的 E-mail交流，常用软件下载等 按消费群分

3、为教育机构服务的软件 （教育信息中心、学校等） 教学支撑平台、MIS系统、教育资源库、 网络管理平台、VOD点播等 教师使用的软件课件制作工具软件和学科教学软件 学生使用的软件 为师生服务的软件网络学习平台、课堂多媒体演示软件、 无纸化考试软件等 按产品类型分单机版和网络版 4 （二）教育软件发展的三个阶段 项项目第一代第二代第三代 心理科学基 础 行为主义学习理论认知学习理论建构主义学习理论 教育指导思 想 应试 教育应试 教育向 素质教育过渡 素质教育，以全面提高 学生素质为 目的；以“ 快乐”和“高效”作为教学 过程的原则，以人为本 教学原则以操作训练为 中心 ，重在刺激、呈现和 训练

4、以教为中心， 重在教授、辅 导 以学为中心，重在学习 计算机的应 用 数据处理工具和存储 工具、电子黑板 教/学辅助工 具、知识载 体 认知工具、学习环 境、 以计算机为基础的学习 环境 教学方法呈现、刺激、反应、 强化 知识结 构、认 知结构、指导 、教授 探索、发现 、情境创设 、协作、会话、人机交 互、意义建构、游戏 表现形式习题训练 型复习指导型主动参与型 5 l随着计算机和多媒体（网络）技术的发展，教育软件的 主导和主流也正向第三代教育软件发展，并具有如下特 征： n在研发理念上导入了新的思维方式。前两代产品过多地考虑了技术 的实现，缺乏对教学理论尤其是学习理论的关注，研发理念上只是

5、拘泥 于纸质教材的结构及内容的展现。第三代教育软件强调以认知派学习理 论特别是建构主义学习理论指导教育软件的研究及开发，强调学习是一 种能动建构的过程，倡导在教师指导下的、以学习者为主体的学习，主 张学生应该不断地进行探索式学习，从而不断构建自己的知识体系。 n在功能上实现了突破。前两代教育软件几乎就是现行教科书的翻版， 从内容到例题，与教材相差无几。这种软件没有做到教学目标明确、重 点突出、难点突破，没有将不同阶段的教学内容进行有机地衔接。交互 性较差，缺乏趣味性，并且很多软件属于题库型。第三代教育软件更注 重使用者主观能动性的发挥，在保证其教育性、科学性的前提下，大大 提高了它们的技术性、

6、交互性和艺术性，同时也促进了计算机辅助教学 的发展。 6 n在技术上更加趋于多媒体化和网络化。通过多媒体技术的使用， 可以使教育软件的思想性、科学性和艺术性充分结合，提供逼真、生 动的学习和交际环境。通过网络技术，可以实现实时交互和协作型教 学活动，从而培养学生的高级认知能力、协作能力和团队精神。 n以素质教育和教育创新作为基本研究内容和软件开发的重要指 导思想。中国教育改革和发展纲要明确指出：“中小学要由应试 教育转向全面提高国民素质的轨道，面向全体学生，全面提高学生的 思想道德、文化科学、劳动技能和身体心理素质，促进学生生动活泼 地发展。”在实施素质教育和教育创新的过程中，教育教学手段的现

7、代 化和教育软件的开发和运用，起着至关重要的积极作用。 7 教育软件设计与开发的基础 （一）软件工程概述 l西方计算机科学家把软件开发和维护过程中遇到的一系列严重问 题统称为“软件危机”，并且在20世纪60年代后期开始认真研究 解决软件危机的方法，从而逐步形成了计算机科学技术领域中的 一门新兴学科计算机软件工程学，通常简称为软件工程。 l“软件工程”是一门工程学科，涉及软件生产的各个方面，从最 初的系统描述一直到使用后的系统维护，都属于其学科范畴。 l软件工程人员运用的是系统的、有组织的工作方法，这种方法对 于制作高质量的软件是最有成效的。 8 l自1968年在联邦德国召开的国际会议上正式提出

8、并使用了“软件工 程”这个术语以来，研究软件工程的专家学者们陆续提出了许多关 于软件工程的准则或“信条”。软件工程专家BwBoehm根据学 者们的意见和开发软件的经验，于1983年在一篇论文中提出了软件 工程的七条基本原理： n用分阶段的生命周期计划严格管理。 n坚持进行阶段评审。 n实行严格的产品控制。 n采用现代程序设计技术。 n结果应能调整地审查。 n开发小组的人员应该少而精。 n承认不断改进软件工程实践的必要性。 9 （二）软件过程与开发模型 l“软件过程”是指制作软件产品的一组活动及其结果。 l“软件过程模型”是从特定角度提出的软件过程的简化 描述，即对被描述的实际过程的抽象，它包括

9、构成软 件过程的各种活动、软件产品以及软件工程参与人员 的不同角色。瀑布型开发方法、进化式开发方法、形 式化转换等是软件开发的通用模型或范例。 l瀑布型开发模型是最常用的开发方法。该图从一个阶 段到另一个阶段逐次下降，因此以“瀑布模型”命名， 又称“软件生命周期模型”。 10 瀑布型开发模型 11 l模型中主要的阶段映射了一些基本的开发活动： n需求分析和定义。通过咨询系统用户建立系统的服务、约束和目标 ，并对其详细定义，从而为系统描述服务。 n系统和软件设计。系统设计过程区分硬件和软件系统的需求。软件 设计是在需求分析的基础上，确定软件的总体结构及部分实现细节， 并形成软件的实施方案。 n实

10、现和单元测试。在这个阶段，软件设计是作为一组程序或程序单 元实现的。单元测试就是检验每个单元是否符合其描述。 n集成和系统测试。集成单个的程序单元或程序，并对系统整体进行 测试以确保其满足需求。在测试之后，软件系统交付给客户使用。 n运行和维护。正常情况下（虽然不是必须的），这是一个具有最长生 命周期的阶段。系统被安装并且进入实际的使用中。维护包括改正在 早期各阶段未被发现的错误，改善系统单元的实现，当新的需求出现 时提高系统的服务能力。 12 l原则上，每个阶段的结果是一个或多个经过核准的 文件。直到上一个阶段完成，下一阶段才能启动。 l在实际过程中，这些阶段经常是重叠和彼此间有信 息交换的

11、。软件过程不是一个简单的线性模型，它 包括开发活动的多个反复。 l在最后的生命周期阶段，软件进入使用状态。最初 的软件需求中的错误和省略部分这时暴露无遗，设 计阶段和编制阶段的错误也浮现出来，同时对一些 新的功能的需要也表现出来了，因此，系统必须进 化以保持实用。实现这些变更可能需要对一些或所 有的早先过程阶段进行重复。 13 （三）人机工程 l人机工程学又称人机工效学（ergonomics），是一门 让技术人性化的科学，是研究“人机环境”系统中人 、机、环境三大要素之间的关系，为解决系统中人的效 能、健康问题提供理论与方法的科学。也就是让技术的 发展围绕人的需求来展开，把人作为产品和环境设计

12、的 出发点，使其性能、色彩等更好地适应和满足人类的生 理和心理的需要，从而使人们在工作中更安全、便捷和 舒适，工作效率更高。 l其研究方法和评价手段涉及心理学、生理学、医学、人 体测量学、美学和工程技术等多个领域。 14 l人机工程学的应用领域非常广泛，从人类健康安全、生 理学、医学到工商业空间设计、人机界面设计，再到社 会的其他系统。 l如计算机界面，从利用穿孔纸带输入计算机程序，到面 对终端机上的字符操作界面，再到个人计算机上的图形 界面和多媒体，继而是网络和虚拟现实，界面的日益“ 友好”或者说计算机技术的日益“人性化”，其实质也就 是人机工程特性的不断提高。 l具体说来，字符界面对用户的

13、要求是一种回忆加工，用 户必须记忆大量的计算机命令才能与计算机进行交互， 而图形用户界面对用户的要求则是一种再认加工，用户 只要能够再认出菜单、按钮、滚动条的意义就能够与计 算机交互。再认加工与回忆加工相比对用户认知负荷的 要求要低得多，这样就大大降低了用户的认知负担，这 样有利于用户工作更快、更舒适、更高效，不容易有挫 折感和疲劳感，更易于自学和探究。 15 l在教育领域，人机工程学的影子也随处可见，特别 是在教育软件以及课件的设计中，人机界面设计的 思想所起到的指导作用是很大的。教育软件以及课 件的设计者需要从让学习者操作更便捷、更舒适、 更高效的角度去考虑，为学习者提供更人性化的软 件或

14、课件。 l目前，如何优化人机交互界面以利于学习者的学习 活动是软件开发者或课件设计者们极为关注的问题 。 16 l教育软件或课件的界面设计原则： n使用方便性。人机界面的设计应该让用户使用方便，主 要有：用户的输入方式简单、容易掌握；要求用户一次输 入的字符或数字较少；当使用图标时图标含义容易理解， 最好有文字说明；要有如何使用该软件的说明与帮助；使 用热字时应有一定的提示，如热字的颜色不同或鼠标移动 到热字上的形状会改变；尽量减少用户的工作量，提高学 习效率，比如让用户用最少的步骤（鼠标点击的次数尽量 少，在屏幕上移动的像素数尽量少），完成一项操作等。 n系统统一性。一个教育软件的人机界面应

15、该有统一的要 求，例如，文字与图标前后一致；屏幕上各窗口的位置也 要尽量前后一致等。 17 n引起兴趣与注意。教育软件的人机界面应能引起学习者的 学习兴趣，可以从激活学习者的好奇心开始，也可以从调动学 生的积极性开始。对于课堂教学型的软件，要能引导学生观察 、思考与讨论，字体与图像要适合于学习者的观察；对于自学 练习型的软件则要适应学习者的各种要求，并且有一定的知识 冗余度，便于让学生控制自己的学习进度与路径。 n舒适性。也就是要使用户更加舒适地工作。例如，我们用什 么样的界面主色调，才能够让用户在心情愉快的情况下，工作 最长的时间而不感觉疲倦呢？红色：热烈，刺眼，易产生焦虑 心情。蓝色：平静

16、，舒适。明色：干净，明亮，但对眼睛较多 刺激，长时间工作易引起疲劳。暗色：安静，大气，对眼睛较 少刺激。例如，微软公司浅灰色的系统主色调及ICON协调的 成功运用，已经促使目前国际软件产品形成一种规范，这也是 微软成功的重要因素之一。 18 教育软件的设计与开发过程 （一）教育软件设计原则 l教育性 l科学性 l艺术性 l整体性 l可靠性 l灵活性 l开放性 l安全性 19 l教育性 l选题要体现教学目的。教育软件要根据教学目的去选题。为什么要 编制？要解决教学上的什么问题？能够使学生在知识、能力、思想 品德等方面引起哪些变化？这些问题必须十分明确。无助于实现教 学目的、教师口头能讲清楚的、不适合现代教学媒体手段表现的内 容，都不应作为教育软件的选题。 l选题内容要有助于解决教学重点和难点。教育软件内容的确定，要 服从主题的需要，要有利于教学中重点、难点问题的解决。在信息 内容和信息容量的确定上，要着眼于加强学生的基础知识和基本技 能，既要有一定难度和深度，又要使学生经过努力能够掌握。 l