计算机教育应用现状与分析

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1、计算机教育应用现状与分析,朴姬顺 2009.12,主要内容,计算机教学应用发展历程 网络教育 网络教育应用的研究现状 对网络教育的几点分析,一、计算机教学应用发展历程,程序教学计算机辅助教学 生成型计算机辅助教学 智能教学系统 适应性学习支持,行为主义学习理论,代表人物 桑代克（学习的联结说）、华生（学习的剌激反应学说）、斯金纳（操作性条件反射说） 基本观点 学习是刺激与反应的联结，其基本公式为：SR（S代表刺激，R代表反应）；有怎样的刺激就有怎样的反应 学习过程是一种渐进的“尝试与错误”直至最后成功的过程；学习进程的步子要小，认识事物要由部分到整体 强化是学习成功的关键 主要解释学习是在既有

2、行为之上学习新行为的历程，是关于由“行”而学到习惯性行为的看法。其代表主要有桑代克的学习联结试误说与斯金纳的操作性条件反射学习理论。 基本特点 重视知识、技能的学习 注重外部行为的研究,（一）程序教学（Programmed Instruction，PI）,普莱西（Sydney L. Pressey）于1924年发明了第一台教学机器 将教学内容按一定的逻辑顺序分解成若干小的学习单元，编制成教学程序由学习者自主学习 线性程序（Linear Programs） 分支程序（Branching Programs）,直线式程序,斯金纳首创的一种教学程序，是经典的程序教学模式。在这一流程里，教师把材料分成一

3、系列连续的小步子，每一步一个项目，内容很少。系列的安排由浅入深，由简到繁。,分支式程序,克劳德：一种可变程序模式 学习材料分成小的逻辑单元，但每一步比直线式程序的步子要大，每个项目的内容也较多 测验：多重选择反应 根据测验结果决定下一步的学习 有助于消除不同能力的学生之间的学习差异,莫菲尔德程序 （Kay程序）,它是直线式和分枝式程序原则的结合 一个主序列 只有一个支序列来补充主序列 学生通过支序列的学习不再回到原点，而是可以前进到主序列的下一个问题上,程序教学基本思想,小的学习步骤 自定学习进度 积极反应 即时反馈 个别化学习,CAI发展,程序教学推动了个别化教学的发展 1958年，美国IB

4、M公司基于IBM650计算机设计了第一个计算机辅助教学系统 1960年，伊利诺斯大学研究成功PLATO（Programmed Logic for Automatic Teaching Operation）1966美国斯坦福大学和IBM公司合作开发IBM1500教学系统 1972美国国家科学基金的资助下，MITRE公司与德克萨斯大学及杨伯翰大学合作，研制出TICCIT教学系统 70年代PLATO IV系统以两台CDC公司制作的大型机为中心，通过数据通信网络连接了1000多台教学终端,传统的计算机辅助教学,由教师在计算机程序中提前建立好所有分支，按照预先规定的流程逐步执行 呈现学习资料 呈现有待解

5、决的问题 测试学生学习效果 提供恰当的反馈 选择和呈现新的问题 调用相应的补习程序，复习前面所学的内容，提出相对更为简单的问题,图1 传统计算机辅助教学过程,教学内容的生成方式,固定结构 （Frame-Oriented CAI） 按照教学设计人员规定的教学单元内容和教学单元之间控制转移方式而形成的一种课件结构。 课件虽体现了自定步调、及时反馈和主动学习等特点，但个别化的特点还不够突出；结构变化不大，不能激起较大的学习兴趣。,（二）生成型CAI智能型CAI,20世纪60年代后期到70年代早期，认知主义学习理论开始流行，计算机辅助教学开始关注学习者的内部认知过程 。 收集和分析学生在学习过程中的反

6、馈信息，并尝试根据学生的反馈情况来呈现新的学习内容。 程序设计者必须尽可能地提前知道学生可能发生什么反应，然后才能决定应该提供什么信息。,生成型（Generative CAI）,单元内容生成型 单元路径生成型的结构中，教学单元内容的生成是利用某种数据结构或预先安排的算法。其产生的内容多变和富有趣味性，所展示的知识、问题和示例等能较好地与学生的原有知识相适应。 分支路径生成型 最简单的是通过对行为目标的评价来选择下一个教学单元 较复杂的路径算法是采用适应式生成方式，即不但根据学生的历史情况来调节教学单元的顺序，一般需要建立教学单元的网状结构。 执行好的学生能顺利通过整个课程，而执行情况较差的学生

7、则要经过较多的教学单元，使其从各个方面更多地接受教学内容以弥补原来的不足。因此这种结构能分清楚学生的学习情况，发挥CAI个别化的教学特点。,智能教学系统,卡内基梅隆大学卡波纳（Car bonell）尝试将人工智能（Artificial Intelligence，AI）技术应用于CAI系统 系统有一个包含教学主题材料和授导教学规律的知识库，能够用自然语言与学生对话，能够以自然的方式从它的通用知识库里面生成问题和反馈。 SCHOLAR（1978） WHY （亚伦柯林斯、艾伯特斯蒂芬）,智能教学系统,通过问题解决的方式学习，这些问题都是经过恰当选择的，能够为学习者提供良好的学习经验。 ICAI系统：

8、 领域知识专家模型 学习者知识学生模型 教学策略知识教师模型,智能教学系统,主要特点： 采用人工智能（AI）的知识表示方式来表示领域知识； 建立了能够动态更新的学生模型，有利于系统了解教学对象； 预先定义了知识和推理规则，而不是由程序控制固定的教学序列； 提供了详细的错误诊断，以及更为友善的人机交互。,几个系统差异,程序教学系统是基于教学机器和教学程序来实现教学； 计算机辅助教学系统则是利用计算机代替或辅助教师执行部分或全部教学任务； 共同点 它们都将领域知识和教学策略事先静态地绑定在一起，没有建立独立的学生模型。,几个系统差异,生成型CAI系统针对传统CAI系统难以实现因材施教的局限性，将教

9、学内容和教学策略分离，开始考虑学生的心理认知过程，为此而建立了学生模型，并能根据学生模型动态地生成问题。 学生模型主要记录学生的行为反应，而不是跟踪学生的知识状态。 智能教学系统则建立了更为完善的学生模型，不仅可以记录学生认知风格和认知基础，还能动态地跟踪学生的知识状态。,阿根廷使用什么语言？ *可能是西班牙语。 很好。 阿根廷的面积大约是多少？ 学生改变论题 *告诉我一些秘鲁的事情？ 秘鲁是一个国家，它的位置在南美洲。 秘鲁的首都是利马。 现在回答前面你没有回答的问题。 终止回答问题 *阿根廷的面积是1100000平方公里。 更确切的说是1200000平方公里。 秘鲁东边是什么国家？,学生答

10、错并改正 *天主教教义。 错了，教义不是国家，而是一种信仰。 正确答案是巴西。 秘鲁在哪里？ 学生再次改变论题 *阿桑西昂热吗？ 由于阿桑西昂视巴拉圭的一部分，热。 *秘鲁与巴拉圭最重要的差别是什么？ 主要的差别是：秘鲁的人口是巴拉圭的7.8倍。,1：对特定情形进行预测 您想一想亚马逊河丛林有暴雨或小雨吗？ *暴雨。 2：主要原因 亚马逊河丛林为什么有暴雨？ *因为它邻近赤道和大西洋。 3：直接的原因 在亚马逊河丛林还有什么影响降雨。 *现在水是暖的。 4：次要原因 充满潮湿的空气到达陆地是会发生什么？ *我不知道。 5：提出一个因素，看它是否是一个原因 你想想安第斯山脉对亚马逊河丛林降雨有何

11、影响？,*是的。 3：直接原因 *湿热的空气冲向安第斯山且空气变冷。 3：直接原因 湿热的空气蜿蜒冲向安第斯山导致空气变冷的实际情况如何？6：由不充分的条件导出一般性规则 你想想暴雨发生在山的哪个位置？ *是的。 7：对不充分的条件举出反例，且2：找出主要原因 南加利福尼亚也有山，为什么南加利福尼亚没有暴雨？,智能教学系统存在难以解决的问题,能够针对不同学生进行因材施教，但过于强调理想化的“教”。 智能教学系统的开发需要领域专家、知识工程师、教学专家的通力合作，开发难度大 等。 如何让学生从被动地接受教学转为主动地建构式学习； 如何根据学生的需求和教学目标，实现学习者和教学系统之间有效的知识通

12、讯； 如何在网络环境下有效地支持个别化学习、协作学习和探究学习。,（三）适应性学习,提高学生的学习适应性，让学习环境通过自身的调整来适应学习者的个性特征和知识水平，满足学习者的个别需要的学习过程。 让学习者选择学习支持工具来定制自己喜欢的学习环境 提供灵活的学习方法来动态呈现学习内容,适应性学习支持系统（Adaptive Learning Support System，ALSS）,是针对个体学习过程中的差异性而提供的适合个体特征的一类个别化的学习支持系统，它能够提供一个适应用户个性化特征的用户视图： 个性化的资源 个性化的学习过程和策略,表1 ITS、ALSS中的四要素比较,图2 ALSS的体

13、系结构示意图,资料来源：张家华.适应性学习支持系统:现状、问题与趋势.现代教育技术，2009（2）,教学管理人员,课程开发人员,ALSS核心组件,学习者模型: 是对学习者的若干特征信息的抽象描述，包括其在学习过程中呈现出来的知识状态、目标、背景、认知风格和爱好等。 领域知识模型: 其内容包括学习资源、课程结构、教学策略以及练习测试库等。 适应性引擎: 包括学习策略和学习工具，能根据学习者的有关信息，对其认知能力和知识水平进行诊断，动态地构建适合的学习内容及其呈现方式，并能对教学进行监测和管理，不断修改和维护学习者模型。,ALSS的研究现状,ALSS的研究历程 孕育阶段 1970年，美国自然科学

14、基金资助研制TICCIT，利用计算机辅助自适应测试技术作为主要手段，试图提供适应性教学。 80年代期间，在ITS领域开始注重认知模型和模式追踪的研究，力图实现教学的智能化和个别化。,ALSS的研究历程,起步阶段： 90年代初期，研究者开始利用适应性导航技术开发能适应不同学习者的超媒体学习系统。 90年后期，基于Web的AHS（适应性超媒体系统）成为研究热潮，并出现三大方向： 利用适应性超媒体组件创建基于Web的教育系统 探索AHS的新技术 开发AHS的框架和著作工具 研究人员对AHS的体系结构、方法和技术进行了深入探索并开发了一批适应性学习系统。 美国国家标准与技术协会高技术研究项目（Nati

15、onal Institute Standards and Technology Advanced Technology Program）从1998年开始投入巨资资助研究适应性学习系统。,ALSS的研究历程,发展阶段： 21世纪初以来许多来自ITS和AHS领域的学者成为ALSS研究队伍的主要成员，ALSS的研究呈现具体化和多元化趋势 研究热点 适应性学习模式、适应性用户模型、适应性引擎技术、适应性协作学习支持等,ALSS的国内研究,王陆教授：个性化学习支持系统 陈品德：A-Tutor适应性学习支持环境,研究现状,国外研究较多，国内研究偏少 国内较重理论，国外较重应用 实用产品偏少，开发难度较高

16、理论支持不足，研究有待深入,表2 典型ALSS及其关键技术,资料来源：张家华.适应性学习支持系统:现状、问题与趋势.现代教育技术，2009（2）,（四）认知理论对CAI发展的影响,认知结构学习论 布鲁纳的发现学习论：强调学生的主动探索 对人类认知表征的理论解释 结构概念 奥苏伯尔的意义学习论 信息加工学习论,认知理论的要义,从内部心理过程来解释人类的学习行为； 重视学习者主动建构认知结构； 重视学习者的经验； 主张进行有意义的学习； 强调结构性学习，发现法教学,表3 认知理论对计算机辅助教学的影响,二、网络教育,网络教育应用的研究现状 对网络教育的几点分析,学习的内涵,更关注真实情境下的问题解决 技术的关键作用不再着重于信息的展示和“操作与训练”环境的创设，而在于创设问题空间，提供认知工具，让学习者在这种环境中自由探究。,由对教学的控制转向支持学习！,有效学习的标准,学生必须达到事先规定的、可以测验的学习目标； 学习者是否有深层次理解和体验，能否将知识与技能迁移到真实的情境中去解决问题； 教学是否有具吸引力，学生是否能够自定学习目标和学习路径。,