8.1.1 计算机辅助教学的概念
1.计算机辅助教学（CAI）的概念
计算机辅助教学（Computer Assisted Instruction，CAI），是利用计算机作为教学媒体来开展教学活动，辅助教师完成教学过程，促使学习者实现有效学习的一种现代化方法。它既是一项重要的教育技术应用，又代表一个十分广阔的计算机应用领域，它还包括将计算机直接用于为教学目的服务的各类应用。计算机辅助教学的理论基础有教育学、心理学、传播学、哲学、信息论、控制论、系统论、计算机科学等多个学科；物质技术基础则依赖电子计算机的发展及其应用，是计算机技术在教育领域的应用和延伸，也是当今教育现代化的一个重要标志。
2.与CAI相关的概念
（1）CBE（Computer Based Education）
人们习惯上将计算机的各类教育应用统称为CBE，将计算机用于直接支持教与学的各类应用统称为CAI，将计算机用于实现教学管理任务的各类应用统称为 CMI（Computer-Managed Instruction，计算机管理教学），并且将CAI和CMI看作构成CBE领域的两大方面。随着计算机在教育领域应用范围的扩大，CBE的概念也在扩展。计算机支持的学习资源（Computer-Supported Learning Resources，CSLR），如计算机化图书馆和网络教学资源也成为 CBE的重要方面，Internet上的WWW成为学习者取之不尽的信息资源宝库，可以支持自由式的CAI。许多概念的内涵和外延都有很大的自由度。例如，讨论 CAI时，也可将计算机化的教、学、管等方面联系在一起，甚至把CAI概念当作CBE来顺应国内习惯。故CBE概念的新范畴包括：计算机支持的学习资源（CSLR），计算机辅助教学和计算机管理教学（CMI）。
（2）CAL（Computer Assisted Learning，计算机辅助学习）
通常可作为CAI的同义词，但在某种程度上也反映出教育思想上的差别。CAL强调用计算机帮助“学”的方面甚于“教”的方面。欧洲和美国东海岸地区倾向于使用CAL。
（3）CBL（Computer Based Learning，计算机化学习）
作为CAL的同义词或作为较高程度的计算机支持学习应用，由于以学生为中心的教育思想在国际上得到加强，CAL和CBL之类的术语变得更为流行，从概念范畴来说，“学习 Learning”比“教学Instruction”的含义更为广泛。
（4）CAT（Computer Assisted Training，计算机辅助训练）
主要指计算机在职业技能训练中的应用，如加工业训练、军事训练等。其特点是学习目标十分明确，偏重于操作能力及应变能力的培养与训练。
（5）CBI（Computer Based Instruction，计算机化教学）
作为CAI的同义词或作为较高程度的计算机支持教学应用。
8.1.2 计算机辅助教学的基本原理
计算机辅助教学是教师为了提高教学效果和效率，利用以计算机为中心的丰富的教学资源，改进传统教学或为学生提供一个学习环境，使学生通过与计算机的交互进行学习的一种教学形式。在教学中，计算机主要用来呈现教学计划、教学内容，记录学生的学习情况和控制学习进程等（如图8-1-1所示）。因此，常把计算机辅助教学形式理解为在教师课堂教学的同时用计算机辅助完成一些工作。
图8-1-1 计算机辅助教学的基本原理
8.1.3 计算机辅助教学的应用模式
将计算机用作教学工具，其形式有多种多样，并随着CAI的发展和广泛应用，形式还会更加丰富。根据教学目的不同，采用的教学方式也就不同，按照CAI所进行的教学活动的特点，通常将CAI课件分为以下几种基本模式：个别指导、操练与练习、模拟、游戏、教学咨询、问题求解等。尽管可以按教学活动的方式将课件的类型作如上的划分，但实际上各种类型之间是相互交叉、相互联系的。有的游戏是操练与练习，有的游戏是过程模拟，有的问题求解是过程模拟，而有的问题求解是游戏，有的咨询也是指导。许多课件往往是多种类型教学活动方式的有机组合。
1.个别指导型CAI模式
个别指导是教师根据不同学习者的学习特点和学习要求对其进行指导的教学行为。这类CAI以学习者的个别化学习和教学效果的最佳化为基本目的，其基本教学过程为：根据教学目标和教学策略的要求，计算机向学习者呈现一定的教学内容，学习者给予应答后，计算机进行诊断和评价并提供反馈。若学习者应答是错误的，则予以支援学习，若应答是正确的，则转向下一内容的学习。
2.操作和练习型CAI模式
操作和练习是所有教育工作者都很熟悉的一种教学策略，使用者通过反复的练习而获得知识和技能。这类CAI通常不向学生传授新的内容，而是由计算机向学生逐个呈现问题，学生做出回答，计算机及时给予适当的反馈。操练主要涉及记忆和联想问题，大都采用选择题和匹配题之类的形式，练习的主要目的是帮助学习者形成和巩固问题求解技能，多采用简答题等形式。
操练与练习型课件的功能主要是不断地产生和提出问题，等待回答，进行判断和给出反馈。
3.模拟型CAI模式
模拟是指在控制状态下对真实现象的表现。教学模拟（Simulation）是利用计算机建模和仿真技术来表现某些系统（自然的、物理的、社会的）的结构和形态。模拟大体上有三种类型：任务执行模拟，这种模拟一般设计成帮助学习者获得完成一个特定任务的能力；系统模型模拟，这种模拟用于帮助学习者获得和理解有关系统的信息；经验/遭遇模拟，这种模拟经常用于为学生提供处理不熟悉事件的想法和经验。模拟可用于真实实验无法实现或表现不清楚的教学中。当真实实验太昂贵或很难实现，或者有危险因素时，设计成模拟实验特别合适。模拟型课件的教学方式是利用计算机模拟自然科学或社会科学的某些规律，产生各种与现实世界相类似的现象，供学生观察，帮助学生认识（发现）和理解这些规律与现象的本质。模拟型课件类型包括：演示模拟、操作模拟、过程模拟、模拟训练器等，其主要成分是“场景”（Scenario）。场景通过图形、数字、文字等向学生呈现各种蕴含着所要达到的教学目标（规律、原理、公式等）的现象。
4.游戏型CAI模式
游戏（Games）是指通过熟练使用一套规则而试图成功地实现目标的过程。它是利用计算机产生一种带有竞争性的学习环境以达到学习的目的。它集科学性、教育性和趣味性于一体，起到了寓教于乐的作用。但这种模式易导致学习者流于玩乐，学不到知识，所以设计有意义的程序是很关键的。游戏分为两种类型：竞争游戏和合作游戏。主要使用的游戏是竞争游戏，在这种游戏中，有两个或多个的游戏者，单人或成组之间进行对抗。不管这种游戏是否具有学术上的教学价值，它们都会明确地教给竞争者及个人相关的技巧。合作游戏趋于强调小组解答问题、集体工作和社会性技巧习得。
从教育的角度看，游戏分为娱乐性和教学性游戏。娱乐性游戏根据学生的爱好，使其通过玩游戏而熟悉计算机，教学游戏是指其内容和过程具有与教学有关的目标，通过游戏达到使学生对知识和技能熟练保持的目的。
游戏型课件具有如下一些要素。
①一个竞争目标，即从初始状态出发，经过游戏参与者的决策和动作（输入），最后一定能够达到的胜负（或平局）状态；
②两方以上的游戏参与者，其中的一方可以由计算机扮演；
③游戏规则，即游戏参与者采取决策和动作时所必须遵守的规则，规则应包含所要达到的教学目标、掌握教学的规律与学习的知识。例如，计算游戏应符合计算规则、语言游戏应符合语法或词法规则、化学实验游戏应符合化学实验操作规则等；
④结束时间，即游戏应在有限时间内到达目标状态，而不是无休止地一直继续下去。游戏型课件的教学方式是寓教学于游戏之中。课件能提供一种富有趣味性和竞争性的教学环境，激发学生的学习动机，使学生在富有教学意义而且教学目标明确的游戏活动中得到训练或是有所发现，取得积极的教育效果。游戏型课件的基本结构由操练与练习型课件的结构演化而成。
5.教学咨询型CAI模式
教学咨询型课件像一个正在为学生答疑的教师，学生提出问题和要求，计算机回答并解释相关的内容。
教学咨询型课件的教学过程就是学生提问、计算机回答的过程。
在使用教学咨询型课件的教学过程中，学习的主动权完全掌握在学生手里。学生可以自主地向计算机提出各种他们关心的问题，要求计算机给予回答。这为以学生为中心的自主学习创造了情境，提供了有力的资源支持。
6.问题求解型CAI模式
这种类型CAI是让学习者利用计算机的信息处理功能，解决学科领域相关的问题。问题求解（Problem Solving）型模式的计算机辅助教学（CAI）有着广泛的学习形态。最简单的一种是让学生利用计算机作为解题工具，进行计算和方案的比较等，以发展学生解决问题的能力。例如，让学生使用3D-Home（家庭设计软件包）把自己的房间装潢设计方案输入计算机内，在屏幕上从各个角度观察装潢设计的效果；而且还可以在计算机上修改方案，直到满意为止。这样，学生就学会了装潢设计的基本能力。