CAI的理论基础和以学为中心的课件设计

CAI 的理论基础和以学为中心的课件设计

北京师范大学现代教育技术研究所 何克抗

论著选摘

内容摘要

一、CAI 的理论基础

⒈ 行为主义学习理论

⒉ 认知主义学习理论

⒊ 建构主义学习理论与教学理论 二、以学为中心的课件设计

⒈ 以教为中心的课件设计原则

⒉ 以学为中心的课件设计原则

⒊ 以“学”为中心的课件设计的方法与步骤

一、CAI 的理论基础

众所周知，自从1959年美国IBM 公司研制成功第一个计算机辅助教学(CAI)系统，从而宣告人类开始进入计算机教育应用时代以来，计算机辅助教学的理论基础曾有过三次大的演变：

⒈ 行为主义学习理论

第一次是以行为主义学习理论作为理论基础，时间是从60年代初至70年代末。这是计算机辅助教学的初级阶段。由于早期的CAI 是由“程序教学”发展而来，其创始人是行为主义心理学家斯金纳，因此在计算机辅助教学发展的初期，其理论基础也就不可避免地要打上行为主义学习理论的深刻烙印。在CAI 课件设计中，基于框面的、小步骤的分支式程序设计，多年来一直成为CAI 课件开发的主要模式，并且沿用至今，就是行为主义影响的明显例证。

⒉ 认知主义学习理论

第二次是以认知主义学习理论作为理论基础，时间是从70年代末至80年代末，这是计算机辅助教学的发展阶段。经过廿多年的论战，在心理学领域行为主义已逐渐退出历史舞台，到70年代末和80年代初，认知心理学已开始占据统治地位，在计算机教育应用中其理论基础也顺理成章地由行为主义学习理论转向认知学习理论。在CAI 课件设计中，人们开始注意学习者的内部心理过程，开始研究并强调学习者的心理特征与认知规律；不再把学习看作是，对外部刺激被动地作出的适应性反应；而是把学习看作是，学习者根据自己的态度、需要、兴趣、爱好，利用自己的原有认知结构，对当前外部刺激所提供的信息主动作出的、有选择的信息加工过程。这一时期将认知学习理论应用于CAI 的著名学者是安德逊(Anderson)。他于80年代初期根据认知学习理论提出一种思维适应控制方法(Adaptive Control of Thought, 简称ACT) ，该方法强调高级思维的控制过程，试图揭示思维定向与思维转移的控制机制和控制原则，安德逊将这种方法应用于建造认知型学生模型，以实现对学生求解几何问题思维过程的自动跟踪与控制，并取得很大的成功。他所研制的“高中几何智能辅助教学系统”也就成为这一时期运用认知学习理论指导ICAI 的杰出代表作。

⒊ 建构主义学习理论与教学理论

第三次是以建构主义作为理论基础，时间是从90年代初至今，这是计算机辅助教学的成熟阶段。建构主义的最早提出者可追溯至瑞士的皮亚杰

(J.Piaget)，他是认知发展领域最有影响的一位心理学家，他所创立的关于儿童认知发展的学派被人们称为日内瓦学派。他坚持从内因和外因相互作用的观点来研究儿童的认知发展。他认为，儿童是在与周围环境相互作用的过程中，逐步建构起关于外部世界的知识，从而使自身认知结构得到发展。由于个体的认知发展与学习过程密切相关，因此利用建构主义可以比较好地说明人类学习过程的认知规律。建构主义学习理论的基本观点认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过建构意义的方式而获得。所要建构的意义是指：事物的性质、规律以及事物之间的内在联系。在学习过程中帮助学生建构意义就是要帮助学生对当前学习内容所反映的事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间的内在联系达到较深刻的理解。这种理解在大脑中的长期存储形式就是关于当前所学内容的认知结构。由于学习是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助，即通过人际间的协作活动而实现的主动建构知识意义的过程，因此建构主义学习理论强调以学生为中心，认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。

在研究儿童认知发展基础上产生的建构主义，不仅形成了全新的学习理论，也正在形成全新的教学理论。如上所述，建构主义学习理论强调以学生为中心，它不仅要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者；而且要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。这就意味着教师应当在教学过程中采用全新的教学模式(彻底摒弃以教师为中心、强调知识传授、把学生当作知识灌输对象的传统教学模式) 、全新的教学方法和全新的教学设计思想，因而必然要对传统的教学理论、教学观念提出挑战，从而在形成新一代学习理论──建构主义学

习理论的同时，也逐步形成了与建构主义学习理论、建构主义学习环境相适应的新一代教学模式、教学方法和教学设计思想。

由以上分析可见，CAI 理论基础的第三次演变有两大特征：一是学习理论由一般的认知主义演变为建构主义(目前心理学界公认，建构主义学习理论是认知学习理论的最新发展) ；二是不仅强调要以建构主义学习理论作为计算机辅助教学的理论基础，而且也强调要以建构主义的教学理论作为计算机辅助教学的理论基础。而在此之前(例如在计算机辅助教学的前两个阶段，即初级阶段和发展阶段中) 在广大计算机教育工作者中是只强调学习理论(行为主义或认知主义) 的指导作用，而往往忽视现代教学理论(尤其是教学设计理论) 的指导作用。尽管在CAI 课件的开发过程中(尤其是在CAI 课件脚本的编写过程中) 实际上离不开教学设计理论的指导，但是在CAI 发展的前两个阶段中，许多计算机教育工作者(包括CAI 课件开发人员) 并未意识到这一点，或者并未自觉地意识到这一点。这种状况开始有所改变，即认识到CAI 课件设计应当重视教学理论和教学规律还是在80年代中期以后的事情(1986年6月美国“教育技术”杂志，第一次用专刊形式开展对这个学术问题的讨论，在讨论中，专家门一致强调，课件开发者应加强对教学理论和教学规律的研究，就是这种状况开始改变的主要标志) 。真正确立教学理论在CAI 中的指导地位则有赖于九十年代以来建构主义的迅速发展。建构主义成为CAI 的主要理论基础这个事实，标志着人们对CAI 的认识已日益深化、日益全面、日益成熟。

二、以学为中心的课件设计

⒈ 以教为中心的课件设计原则

如上所述，在80年代后期(即CAI 发展的第二阶段后期) ，人们已开始认识到教学理论(尤其是教学设计理论) 对CAI 课件开发的重要意义，因而逐渐自觉地应用教学设计理论作为CAI 课件脚本设计的指导思想。不过，那时候运用的还是传统的教学设计理论，其特点是以教师为中心，只强调教师的“教”而忽视学生的“学”，全部教学设计理论都是围绕如何“教”而展开，很少涉及学生如何“学”的问题。按这样的理论设计的课堂教学，学生参与教学活动的机会少，大部分时间处于被动接受状态，学生的主动性、积极性很难发挥，更不利于创造型人材的成长。按这种理论设计的CAI 课件也存在同样的弊病。这种以传统教学设计理论为指导的，即以教为中心的课件设计原则可概括如下：

⑴ 确定教学目标(我们期望学生通过学习应达到什么样的结果) ；

⑵ 分析学习者的特征(是否具有学习当前内容所需的预备知识，以及具有哪些认知特点和个性特征等) ；

⑶ 根据教学目标确定教学内容(为达到教学目标所需掌握的知识单元) 和教学顺序(对各知识单元进行教学的顺序) ；

⑷ 根据教学内容和学习者特征的分析确定教学的起点；

⑸ 制定教学策略(包括教学活动进程的设计和教学方法的选择) ； ⑹ 根据教学目标和教学内容的要求选择与设计教学媒体；

⑺ 进行教学评价(以确定学生达到教学目标的程度) ，并根据评价所得到的反馈信息对上述教学设计中的某一个或某几个环节作出修改或调整。 ⒉ 以学为中心的课件设计原则

由于建构主义学习理论强调以学生为中心，认为学生是认知的主体，是知识意义的主动建构者；教师只对学生的意义建构起帮助和促进作用，并不要求教师直接向学生传授和灌输知识。可见在建构主义学习环境下，教师和学生的地位、作用和传统教学相比已发生很大的变化。相应的教学设计理论与传统教学相比也有很大不同，对于CAI 课件开发来说，以学为中心的课件设计原则可以概括为： ⑴ 明确以学生为中心

明确“以学生为中心”，这一点对于课件设计有至关重要的指导意义，因为从“以学生为中心”出发，还是从“以教师为中心”出发，将得出两种全然不同的设计结果。至于如何体现以学生为中心，建构主义认为可以从三个方面努力： ① 要在学习过程中充分发挥学生的主动性，要能体现出学生的首创精神； ② 要让学生有多种机会在不同的情境下去应用他们所学的知识(将知识“外化”)；

③ 要让学生能根据自身行动的反馈信息来形成对客观事物的认识和解决实际问题的方案(实现自我反馈) 。

以上三点，即发挥首创精神、将知识外化和实现自我反馈可以说是体现以学生为中心的三个要素。

⑵ 强调“情境”对意义建构的重要作用

建构主义认为，学习总是与一定的社会文化背景即“情境”相联系的，在实际情境下进行学习，可以激发学生的联想思维，使学习者能利用自己原有认知结构中的有关经验，去同化和索引当前学习到的新知识，从而在新旧知识之间建立起联系，并赋予新知识以某种意义。在传统的课堂讲授中，由于不能提供实际情境所具有的生动性、丰富性，不利于激发学生的联想思维，因而将使学习者对知识的意义建构发生困难。

⑶ 强调“协作学习”对意义建构的关键作用

建构主义认为，协作学习环境以及学习者与周围环境的交互作用，对于学习内容的理解(即对知识意义的建构) 起着关键性的作用。这是建构主义的核心概念之一。通过这样的协作学习，学习者群体(包括教师和每位学生) 的思维与智慧就可以被整个群体所共享，即整个学习群体共同完成对所学知识的意义建构，而不是其中的某一位或某几位学生完成意义建构。

⑷ 强调对学习环境(而非教学环境) 的设计

建构主义认为，学习环境是学习者可以在其中进行自由探索和自主学习的场所。在此环境中学生可以利用各种工具和信息资源(如文字材料、书籍、音像资料、CAI 与多媒体课件以及Internet 上的信息等) 来达到自己的学习目标。在以学生为中心思想指导下的课件设计应是针对学习环境而非教学环境的设计。这是因为，教学意味着更多的控制与支配，而学习则意味着更多的主动与自由。 ⑸ 强调利用各种信息资源来支持“学”(而非支持“教”)

为了支持学习者的主动探索和完成意义建构，在学习过程中要为学习者提供各种信息资源(包括各种类型的教学媒体和教学资料) 。但是必须明确：这里利用这些媒体和资料并非用于辅助教师的讲解和演示，而是用于支持学生的自主学习和协作式探索。因此对传统课件设计中有关“教学媒体的选择与设计”这一部分，将有全新的处理方式。例如在传统课件设计中，对媒体的呈现要根据学生的认知心理和年龄特征作精心的设计。现在由于把媒体的选择、使用与控制的权力交给了学生，这种设计就完全没有必要了。反之，对于信息资源应如何获取、从哪里获取，以及如何有效地加以利用等问题，则成为主动探索过程中迫切需要教师提供帮助的内容。显然，这些问题在传统课件设计中是不会碰到或是很少碰到的，而在以学生为中心的学习环境下，则成为急待解决的普遍性问题。 ⑹ 强调学习过程的最终目的是完成意义建构(而非完成教学目标)

在传统课件设计中，教学目标是高于一切的，它既是教学过程的出发点，又是教学过程的归宿。通过教学目标分析可以确定所需的教学内容；教学目标还是检查最终教学效果和进行教学评估的依据。但是在以“学”为中心的建构主义学习环境中，由于强调学生是认知主体、是意义的主动建构者，所以是把学生对知识的意义建构作为整个学习过程的最终目的。在这样的学习环境中，课件设计通常不是从分析教学目标开始，而是从如何创设有利于学生意义建构的情境开始，整个课件设计过程紧紧围绕“意义建构”这个中心而展开，不论是学生的独立探索、协作学习还是教师辅导，总之，学习过程中的一切活动都要从属于这一中心，都要有利于完成和深化对所学知识的意义建构。在学习过程中强调对知识的意义建构，这一点无疑是正确的。但是，在当前建构主义学习环境的课件设计中，往往看不到教学目标分析这类字眼，“教学目标”被“意义建构”所取代，似乎在建构主义学习环境下完全没有必要进行教学目标分析。这种看法则是片面的，不应该把二者对立起来。因为“意义建构”是指对当前所学知识的意义进行建构，而“当前所学知识”这一概念是含糊的、笼统的。某一节的课文内容显然是当前

所要学习的知识，但是一节课总是由若干知识点组成的，而各个知识点的重要性是不相同的：有的属于基本概念、基本原理(是教学目标要求必须“掌握”的内容) ；有的则属于一般的事实性知识或当前学习阶段只需要知道还无需掌握的知识(对这类知识教学目标只要求“了解”)。可见，对当前所学内容不加区分、一律要求对其完成“意义建构”(即达到较深刻的理解与掌握) 是不适当的。正确的作法应该是：在进行教学目标分析的基础上选出当前所学知识中的基本概念、基本原理、基本方法和基本过程作为当前所学知识的“主题”(或曰“基本内

容”)，然后再围绕这个主题进行意义建构。这样建构的“意义”才是真正有意义的，才是符合教学要求的。

⒊ 以“学”为中心的课件设计的方法与步骤

根据以上分析，不难看出，以“学”为中心的课件设计的方法与步骤应如下所述：

⑴ 教学目标分析

对整门课程及各教学单元进行教学目标分析，以确定当前所学知识的“主题”。

⑵ 情境创设

创设与主题相关的、尽可能真实的情境。

⑶ 信息资源设计

信息资源的设计是指∶确定学习本主题所需信息资源的种类和每种资源在学习本主题过程中所起的作用。对于应从何处获取有关的信息资源、如何去获取以及如何有效地利用这些资源等问题，如果学生有困难，CAI 系统应给以适当的帮助。

⑷ 自主学习设计

在以“学”为中心的建构主义学习环境中常用的教学方法有“支架式教学法”、“抛锚式教学法”和“随机进入教学法”等。根据所选择的不同教学方法，对学生的自主学习应作不同的设计：

① 如果是支架式教学，则围绕上述主题建立一个相关的概念框架。框架的建立应遵循维果斯基的“最邻近发展区”理论，且要因人而异(每个学生的最邻近发展区并不相同) ，以便通过概念框架把学生的智力发展从一个水平引导到另一个更高的水平，就像沿着脚手架那样一步步向上攀升。

② 如果是抛锚式教学，则根据上述主题在相关的实际情境中去确定某个真实事件或真实问题(“抛锚”)。然后围绕该问题展开进一步的学习--对给定问题进行假设，通过查询各种信息资料和逻辑推理对假设进行论证，根据论证的结果

制定解决问题的行动规划，实施该计划并根据实施过程中的反馈补充和完善原有认识。

③ 如果是随机进入教学，则进一步创设能从不同侧面、不同角度表现上述主题的多种情境，以便供学生在自主探索过程中随意进入其中任一种情境去学习。

④ 不管是用何种教学方法，在“自主学习设计”中均应充分考虑上节所述体现以学生为中心的三个要素：发挥学生的首创精神、知识外化和实现自我反馈。 ⑸ 协作学习环境设计

在个人自主学习的基础上开展小组讨论、协商，以进一步完善和深化对主题的意义建构。整个协作学习过程均由CAI 课件组织引导，讨论的问题皆由CAI 系统提出。协作学习环境的设计应包括以下内容：

① 能引起争论的初始问题；

② 能将讨论一步步引向深入的后续问题；

③ CAI 系统要考虑如何站在稍稍超前于学生智力发展的边界上(即最邻近发展区) 通过提问来引导讨论，切忌直接告诉学生应该做什么(即不能代替学生思维) ；

④ 对于学生在讨论过程中的表现，CAI 系统要适时作出恰如其分的评价。 ⑹ 学习效果评价设计

包括小组对个人的评价和学生个人的自我评价。评价内容主要围绕三个方面：

① 自主学习能力；

② 协作学习过程中作出的贡献；

③ 是否达到意义建构的要求。

应设计出使学生不感到任何压力、乐意去进行，又能客观地、确切地反映出每个学生学习效果的评价方法。

⑺ 强化练习设计

根据小组评价和自我评价的结果，应为学生设计出一套可供选择并有一定针对性的补充学习材料和强化练习。这类材料和练习应经过精心的挑选，即既要反映基本概念、基本原理又要能适应不同学生的要求，以便通过强化练习纠正原有

的错误理解或片面认识，最终达到符合要求的意义建

构。