網絡多媒體ＣＡＩ系統設計模式研究

摘要：市場上各種不同功能、不同內容的CAI課件和軟件令人眼花繚亂，其品質也是良莠不齊。筆者對CAI軟件系統的設計模式做了簡要的剖析，并設想了理想的CAI系統的模式構建及特點。

關鍵詞：CAI系統；NBCAI系統；建構主義；開放式體系結構

CAI是英文Computer Assisted Instruction的縮寫 ，即計算機輔助教學，上世紀80年代在我國的一些大學的教學中開始使用這種系統。隨著我國經濟的發展，職業教育和技術教育的快速普及，市場上的CAI軟件也呈現了百花齊放、百家爭鳴的態勢，各種不同功能、不同內容的CAI課件和軟件令人眼花繚亂，其品質也是良莠不齊。筆者是一個從事計算機教學多年的高職教師，感覺有必要對CAI軟件系統的設計模式做一個簡要的剖析。

市場現有的CAI軟件

按照其網絡功能區分，市場上現有的CAI軟件有兩大類：

基于多媒體環境的“界面——分支結構模式”單機軟件（課件）系統這類CAI系統本身也是知識的載體和教學的工具，其共同點是一般都有一個統一的操作主界面，在這個界面中，顯示了此軟件的教學信息和知識結構，用戶可以通過點擊按鈕、鏈接和錨點進入某章節或某個知識點的學習，也可以從這些知識點跳轉回軟件的主界面。這一類是最常見的CAI軟件，它又有許多不同的模式：（1）多媒體教材模式。這類CAI軟件有一個類似于書面教材的分章節教學結構，以電子文檔為主，加上圖片、視頻、動畫等作為知識載體，比較詳盡、系統地傳遞知識，主要便于自學者使用。（2）虛擬課堂模式。這類CAI系統是以教師授課的錄像、或者仿真的動畫加上真人配音等視頻作為知識載體，以聲、畫并茂的形式組成音像教材，形成虛擬課堂教學環境。它注重多重感官刺激，特別適合喜好課堂教學學習，而又無法參加班級授課者。（3）電子教案模式。這類CAI系統充分利用多媒體素材，依據典型實例，提綱挈領地介紹知識點內容，類似于教師的講授教案。內容精煉，突出重點、難點。這一類多媒體CAI課件，可供教師利用多媒體教室上課時，替代板書，作為講授大綱使用。也可供學生復習重點、難點，或初步了解教學內容使用。（4）仿真練習與實驗模式。這類CAI系統有的是設計一個饒有趣味的練習程序或者游戲，讓學習者在使用過程中進一步熟悉和掌握知識，例如一些打字練習和英語學習軟件等；有的是仿真書面作業或者上機考試的環境，并對練習結果進行評價，讓學習者熟悉其應用環境，提高學習效果，例如一些計算機等級考試的練習軟件等；還有的是仿真計算機、電子技術、實用操作技術等軟件環境或者硬件環境，讓學習者在計算機上就能練習這些復雜系統的使用，例如虛擬路由器配置軟件、交通工具的虛擬駕駛軟件等。這類CAI軟件解決了復雜、昂貴設備的實驗的問題，也是傳統實驗手段的有效補充，對提高學習效率十分有益。上述幾類CAI系統，有的體現了傳統的行為主義學習理論的特點，有的則綜合了認知主義學習理論和建構主義學習理論與教學理論的一些特點。

基于網絡環境的計算機輔助教學系統（NBCAI）其實現方式主要有兩種：基于WWW的CAI系統和基于Client/Server的CAI系統。前者是教師將教學內容制成超文本文件或動態網頁，發布到Internet或Intranet的WWW服務器上，學生通過使用WWW瀏覽器，登錄到相應的網站以實現遠程教學內容的學習，它可以不受地域的限制，能夠方便地做到資源共享；后者是教師和學生通過各自的客戶端軟件，組織教學內容和學習課程知識，可以認為基于Client/Server的CAI是一種網絡化的教學支撐平臺。教師通過這個平臺可以實施組織教學、課堂講授、課堂與實驗輔導、教學秩序監控等課堂教學工作的全過程、并對教學內容進行管理、分配，還可以管理服務器上的信息庫，對其進行修改、增刪、管理。顯然NBCAI更能體現出建構主義教學思想，無疑是CAI的發展方向。

對現有CAI軟件的評價

計算機輔助教學的理論基礎曾有過三次大的演變，就是行為主義學習理論、認知主義學習理論和建構主義理論。客觀地說，目前比較成熟并占領市場的是基于行為主義學習理論的CAI軟件。這種軟件的形式已為大家所熟悉，它們共同的技術特點是基于框面，采用小步驟的分支式程序設計，學生作為軟件的使用者，被動地接受知識的灌輸，因此它比較適用于傳統教學模式，能為大部分自學者所接受。但軟件的靈活性不夠，交互性不強，不能充分調動學生學習的積極性，發揮學生學習的主動性，學生仍處于被動學習環境中。相比之下，網絡環境的計算機輔助教學系統（NBCAI）較好地解決了這方面的問題，有相對優化的學習情境和環境，能夠比較充分地體現建構主義理論的特點。但實際上網絡CAI系統在市場的普及程度還比較低。現有的CAI系統，其實也問題很多，從筆者個人的使用來看，有這樣一些問題：

NBCAI類軟件性能不夠穩定，抗崩潰、抗破壞能力差網絡是一個復雜的工作環境，而課堂教學又是一項復雜的工作，這些網絡CAI軟件在遇到諸如數據的傳送、課件和視頻播放等工作時，時常會出現傳遞不暢、播放不同步甚至播放不出來的故障，至于學生端程序不能正常登錄、不能正常提交文件、不能正常與教師端同步等等各種小故障更是時有發生；另外，雖然這類軟件也提供了遠程設置、遠程開關機、遠程遙控等功能，但對于那些有意斷開網絡不登錄學生端程序、有意攻擊服務器的破壞者也并不能有效管理，對網絡病毒、木馬的干擾更是沒有任何抵御作用，這些故障時常造成對教學的影響。如此種種，說明這些網絡CAI系統的性能還有待于提高。

軟件功能還不完善例如，從“多媒體網絡教室”和“成績管理系統”一類教學平臺類軟件看（如圖1為現在普遍使用的“多媒體網絡教室”一類系統的功能模塊圖示），這類軟件都沒有良好的上機作業/考試的管理功能，使教師在上機作業/考試的收、發、評分和管理、評價等方面的工作成為難點，教師只能使用以文件收發加手工評分、統計的形式來完成。此外，這類軟件也大多沒有“課程開發系統”模塊，有的也只是提供了一種簡單的屏幕錄像功能，因此教師只能用自己制作或者收集的PPT文檔、FLASH動畫、視頻、音頻文件等素材來進行教學。從CAI教學用課件、軟件來看，其制作者有兩類，一類是IT從業人員，另一類是專業的教學人員如教師、講師等。對于第一類人員，他們對制作CAI系統的方法比較熟悉，但他們不是專業教學人員，他們的CAI軟件可能在內容方面與教學的實際內容聯系得不是十分緊密，也不甚了解教學工作對軟件功能的要求；而對于第二類人員，他們對教學內容十分熟悉，但技術能力一般，他們制作的軟件可能界面單調、功能單一。

軟件的互動性、開放性依然不夠強現在的單機版CAI系統，由于已經具備了超媒體技術的一些特點，學習者能夠自由控制軟件的開始、停止，并在各知識點之間跳轉，但是，學習者無法與教師和其他學習者進行交流，更無法將自己的學習經驗、成績加入到系統中去。而網絡版的CAI系統雖然改善了教師與學生相互交流的問題，但是，大多數的網絡教學依然是封閉式的體系結構，其教學內容和方式也是固定的，學習者無法按照自己的學習需要自由調整、組合知識的結構，除系統管理員之外的其他教師也不能很方便地根據教學內容的變化和學習者的需要及時調整系統的功能與教學內容，更無法將所有使用該系統學習的人的經驗、心得整合到系統中。

理想的CAI系統的模式構建及特點

無論CAI系統的功能與模式如何變化，總的發展方向應該符合建構主義學習理論，必須重視學習情境與環境的營造，強調學生是知識建構過程的積極參與者，通過自己的經驗來建構知識。筆者認為，比較理想的CAI系統應該具有以下特點：（1）以超媒體、3D圖形技術和網絡技術為基礎構建優良易用的用戶界面和方便暢通的交流平臺，使得CAI軟件的用戶能夠流暢、自如地使用這一類軟件，身臨其境地體會實驗環境，教師與學生之間、學生與學生之間能夠自由地交流與溝通。（2）具備完善強大的應用功能。以教學平臺和管理系統來說，應該有全面和完善的功能模塊，其功能應該能夠涵蓋教學準備、教學實施、教學分析、教學管理的全過程。此外，還應該有強大的抗崩潰能力和網絡管理功能，足以應付教學過程中可能出現的問題，保證順利、流暢地完成教學和管理工作。（3）開放式體系結構。未來的NBCAI軟件應該是基于Web2.0技術的開放式網絡化體系結構，這樣的CAI系統，它的知識體系、學習環境、練習手段都不再是固定不變的。這樣，從學生角度看，可以按照自己的學習進度、學習習慣、學習興趣自由地組織知識體系，還可以將自己的學習經驗、心得和體驗添加到CAI系統中；從教師角度看，不同的教師也可以根據自己的需要和學生的反饋及時地調整教學內容結構和手段，還可以將自己編寫的教學工具、實驗工具，加入到系統中。這樣的CAI系統就像當今流行的網絡游戲一樣，成為一個虛擬的網絡校園，成為一個以學習為目的的虛擬社會。如圖2所示是筆者理想中的一個開放式結構的NBCAI系統的模式。（4）智能化教學過程。實現ICAI（人工智能技術課件系統）中的教學過程的智能化，這一點對于無法網絡化的單機版CAI尤為重要。在該系統中組織了相應的規則庫、學習歷史紀錄庫和推理實現機制，如圖3所示。系統會按照學生的認知能力的變化安排學生的學習。

CAI系統的設計與研究是一個教育、計算機、信息工程等多學科配合的一個綜合工作，其復雜性和難度不言而喻，因此，本文對CAI系統的設計模式的研究純屬個人體會。要推進CAI系統的設計與研究，實現我國教育信息化的進步，還要靠全體教育工作者和信息技術方面的專家和技術人員的共同努力。

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作者簡介：

趙程鵬，湖北財稅職業學院信息工程系講師，研究方向為網站建設、計算機輔助教學等。