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，对外部刺激被动地做出的适应性反应；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做出的、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：
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；
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”)；
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”)

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