什么是计算机辅助教学?

[拼音]：jisuanji fuzhu jiaoxue

[外文]：computer-assisted instruction

通过学生与计算机系统之间的交互活动来达到教学目的的一种信息处理系统，英文缩写CAI。CAI系统可以用于进行整门课程的教学，也可作为常规课堂教学的补充手段。在CAI系统中用来指挥计算机实现教学功能的程序称为教学软件或课件 (course-ware)。课件是教学内容和教学逻辑的综合体。所谓教学机就是配有课件的电子计算机系统。计算机辅助教学是计算机辅助教育(CAE)的一个组成部分。

电子计算机在教育领域中的应用，始于1955年。开始在大学研究生院，后来发展到大学理工科，主要是一些课程的数值计算。1958年出现教学机。最早从事教学机开发研究工作的是美国商业机器公司 (IBM)的沃森研究中心、系统开发公司和伊利诺伊大学。到1965年计算机在教育领域中的应用成为计算机学术会议上最流行的课题。70年代,传统的CAI系统受到认知心理学家的批评，他们认为学生不应完全受计算机支配，要多用启发式方法。这种观点促使仿真型和问题生成型 CAI系统的发展，出现了智能型计算机辅助教学(intelligentcomputer-assisted instruction),英文缩写ICAI。ICAI系统主要是应用了人工智能中的知识表示、推理方法和自然语言理解方面的成就。1970年出现第一个ICAI系统，称为SCHOLAR系统,用于南美洲地理课教学。70年代开发了十几个有影响的ICAI系统,例如：SOPHIE，BIP，WEST，WUMPUS，GUIDON，EXCHECK，BUGGY等。

CAI系统可以采用不同的硬件和软件配置方式，因而有不同的形式，常用的有网络型、会议型、仿真型和智能型。CAI系统采用的主要教学法有个别指导、示教、对话、游戏、问题求解等五种。CAI系统的核心是教学软件即课件。课件的设计过程是：先对课程进行目标分析，构成学习目标的层次结构，然后对各目标的学习任务进行框面设计，每个框面包含课文解释、提问、学生可能的应答，以及对应的反馈信息等。最后在编写计算机程序时将这些框面按一定的教学逻辑连接起来，就形成课件。这种课件称为框面式课件。因为这种课件中各框面间的联系是固定的，缺乏灵活性，所以后来出现适应性课件，即在一定程度上把教学内容和教学逻辑分开，把教学框面存入数据库，由教学决策机构按照学生的学习情况提供新的教学框面。70年代后由于采用人工智能方法，促进了生成式课件的发展。

美国伊利诺斯大学计算机辅助教育研究所设计过一个典型的计算机辅助教学系统,称为PLATO系统（PLATO是英文Programmed Logic for Automatic Teaching Operation的缩写，原意是用于自动化教学的程序逻辑）。主机使用SUPER 73型计算机，可带4000个学生终端,通过分布式网络与计算中心连接。PLATO系统具有庞大的教学程序库，可同时开出几百门课程，能进行讲授、答疑、补课、复习和批改作业，还能对各种不同学科的教学方案进行比较试验。

ICAI系统通常包括专家模块、学生模块和教师模块（见图）。专家模块由题域知识构成，包括课程内容和过程知识（即应用课程内容来求解问题的知识）。专家模块的知识表示方法有语义网络、过程专家和产生式规则。专家模块的任务是组织教材、生成问题和评价学生应答。学生模块表示学生的学习能力、学习风格、当前知识水平和解题行为等。学生模块提供的信息是教师模块作出教学决策的依据。教师模块综合了自然语言对话、教学策略和课程结构等知识。它的主要功能是提问、评价、诊断，并在必要时提供合适的教学补充材料。教师模块常用的教学策略有诊断法、示教法和苏格拉底法（即系统向学生提问,鼓励学生推理,然后纠正错误的方法）。

ICAI系统有三种类型：信息结构型、问题生成型和仿真型。1970年研制成功的 SCHOLAR系统属于信息结构型。它采用的数据结构是语义网络。这种系统具有较强的自然语言处理能力，允许学生与计算机系统进行比较自然的对话。1972年E.B.科夫曼设计的时序电路基础和机器语言程序设计等课程的ICAI系统则属于问题生成型。在这种系统中课程被表示成一个谱系结构的概念树。首先系统根据学生过去的学习情况确定当前的学习难度，选定一个概念和相应的熟练程度，并据此生成相应难度的问题。然后系统检查学生的应答并修改学生的熟练程度。如果开始时学生不知如何解题，可选择示范模式，由系统演示样板解题过程。J.S.布朗和R.R.伯顿设计的SOPHIE系统则属于仿真型。它用于电子电路故障诊断的辅助教育，具有很强的自然语言理解能力和逻辑推理能力，显示出卓越的电子专家的智能特性。计算机仿真为学生提供一个自由探索的环境，要求学生运用已学过的知识，通过分析、综合等推理过程，发现他原来不知道的规律。建立实用的ICAI系统涉及人工智能理论和技术的许多问题,由于ICAI系统模拟的是教师的教学过程,服务对象是学生，因此需要综合运用教育心理学和教学法的知识。