1、計算機支持學習的發(fā)展,任劍鋒 首都師范大學教育技術(shù)系,計算機支持協(xié)作學習 CSCL,課程內(nèi)容（建構(gòu)中）,CSCL 計算機支持 的協(xié)作學習,3. 從CBE到CSCL,4. 應用層次,5. 知識建構(gòu),2. 理論基礎,1. 課程導論,6. 支持系統(tǒng),7. 最新進展,計算機支持學習早期發(fā)展,概念與起源 特點與作用 類型及應用 發(fā)展到CSCL,計算機支持學習早期發(fā)展,概念與起源 特點與作用 類型及應用 發(fā)展到CSCL,計算機支持學習，傳統(tǒng)的的概念： CBE / CBL,CBE相關(guān)概念： 1. CAI 2. CAL,CAI與CAL常理解為同義語 但據(jù)I.McArhur等“洋蔥頭模型”，CAL范圍更廣,社會

2、系統(tǒng),人的發(fā)展系統(tǒng),教育系統(tǒng),學習系統(tǒng),教學系統(tǒng),CBE相關(guān)概念： 3. CAT,計算機輔助訓練 職業(yè)技能訓練中的CAI,CBE相關(guān)概念： 4. CMI,計算機管理教學 利用計算機進行的學習進程管理，包括學習狀態(tài)跟蹤、問題診斷、學習任務分配、結(jié)果評價等方面的工作。,CBE相關(guān)概念： 5. CAT,計算機輔助測驗 可看作CMI的子集,CBE相關(guān)概念： 6. CBR,計算機化的資源,計算機支持學習的前世,前身：機器教學 程序教學,普萊西（Sidney Pressey)在20世紀20年代就開始設計并實現(xiàn)上述的設想，制作出了第一臺自動教學機。1 這種教學機器主要用于管理測驗，主要是在教學發(fā)生后被使用。

3、但“它與斯金納后來所描述的許多基本特征結(jié)合在一起了：它允許學習者自定步子，要求學習者積極參加和提供及時的反饋” 2 。 J.Michael Spector and M.David Merrill等著，任友群，焦建利等譯：教育傳播與技術(shù)研究手冊（第三版），華東師范大學出版社，第215頁。 羅伯特.M.加涅主編，張杰夫等譯：教育技術(shù)學基礎，教育科學出版社，1992年，35頁。,普萊西 及其教學機器,1930，彼得遜（J.Petersong)設計了一種自己記分、即時反饋的裝置，后來稱之為“化學板”（Chemo-Card）。 雖然化學板及普萊西的機器激起了人們對自動教學技術(shù)的興趣，但多數(shù)教育工作者和研

4、究人員并沒有準備接受這種有關(guān)教學的進步見解。 這類機器教學革新活動的重要發(fā)展主要得等待斯金納的強化學習理論及程序教學來推動,斯金納繼承了華生等的行為觀，認為學習是一種在刺激情景和有機體的反應之間建立聯(lián)結(jié)的活動，學生的結(jié)果表現(xiàn)為這種聯(lián)結(jié)的建立。 但同時斯金納認為華生等的觀點并不能解釋那些教育者期望的行為為什么能被保留下來。因此他發(fā)展了行為主義的理論，認為強化在期望行為的保持上起到了關(guān)鍵作用。,他精心研究了強化的原理及技術(shù)，據(jù)此提出教學材料應由一系列小步子或“框面”組成，每一步子或“框面”都要求學生者有一個實際的反應，對于反應的對錯，學習者可得到一個及時的反饋。他還認為應允許學習者按照他們自己的步

5、子進行學習,斯金納的這些程序教學的思想被總結(jié)為“小步子”、“自定步調(diào)”、“積極的行為反應”和“及時反饋”等重要程序教學原則。【1】這些原則的應用有助于學習者積極地參與學習并表現(xiàn)出其學習結(jié)果，然后機器及時給予的反饋能強化其表現(xiàn)出的期望行為，即提高了其學習效率 羅伯特.M.加涅主編，張杰夫等譯：教育技術(shù)學基礎，教育科學出版社，1992年，34頁。,斯金納與其追隨者以這些著名的原則為指導開發(fā)的教學機器和程序教材，在20世紀50年代風靡開來，人們編寫出大量為學校、軍隊和工商界使用的程序，建立了許多私人公司，創(chuàng)辦了專門反映程序教學的刊物，寫了大量的書籍和文章 還成立了全國程序教學學會和程序?qū)W習協(xié)會這樣的

6、專業(yè)性組織。 掀起那場持續(xù)10余年的“程序教學”運動。,與視聽教學運動大約同時出現(xiàn)的這種機器教學及程序教學活動，由于使用了更加“聰明”和“智能”的工具，在一定程度上替代了教師的工作，更重要的是其奉行的程序教學原則被后來的計算機輔助教學所繼承，因此可以看作是計算機支持學習的濫觴。 它奉行的用“現(xiàn)代的”、“自動化的”機器改進教學的思想，以及其遵從的程序教學原則，不久都在早期的計算機支持學習中明顯地體現(xiàn)出來。,然而程序教學運動在20世紀到60年代后期卻逐漸衰落了。 WHY?,一個原因: 對學習機制的研究逐漸從行為主義走向了“認知主義”。這個原因可能是根本性的。,另一原因。早在1946年就已經(jīng)出現(xiàn)的電

7、子計算機。但因其造價極其昂貴，體積也非常龐大，制約在教育領域的迅速使用。 然而隨著其小型化的發(fā)展，約在50年代末期到60年代初，已經(jīng)出現(xiàn)了一些在教育領域的應用試驗。而人們在其教育應用的初步嘗試中發(fā)現(xiàn)，計算機才是最“先進”、“靈活”，最“聰明”和“智能”的機器，在計算機程序中體現(xiàn)程序教學的思想也是最方便的。,電腦的出現(xiàn) 最強教學機器,1958年：CBE的誕生 1958年，IBM三位研究人員在IBM650型計算機上連接了打字機作為教學終端機，編制了一個教學程序，用于向小學生教二進制算術(shù)。,1960年：第一套專用CAI,1960年：伊利諾斯大學，PLATO-I（PLATO，Programmed Lo

8、dic for Automatic Teaching Operations,即自動化程序邏輯教學操作的簡稱，巧妙的聯(lián)系到了古希臘著名的哲學家）,1960年：第一套專用CAI,1966年：斯坦福大學與IBM合作的商品化CAI系統(tǒng)：IBM1500和Courewriter課件寫作語言 1974年，PLATO V連接了1100個終端，開發(fā)了涉及100多門課的6000多個CAI程序 CBL已經(jīng)真正產(chǎn)生了！,70年代中期：LOGO語言 70年代后期：,上述系統(tǒng)均因機器昂貴笨重，難以推廣,微型機出現(xiàn)促使CBE從小范圍試驗轉(zhuǎn)到大規(guī)模應用,經(jīng)過此后半個多世紀的發(fā)展直至當今，計算機支持學習經(jīng)歷了一個個明顯不同的階

9、段，形成了豐富多樣的應用形式。 根據(jù)計算機設備技術(shù)自身的發(fā)展特征，以極其學習原理和應用普及程序，可以簡單地把計算機支持學習的發(fā)展歷程分為下面4個發(fā)展階段：,1. 初步研究與試驗階段（20世紀50年代至70年代后期） 產(chǎn)生并迅速發(fā)展，其中以伊利諾斯大學的PLATO系統(tǒng)為典型。但由于代價仍然昂貴等原因，不可能在教育系統(tǒng)大量普及。這時期的CAI系統(tǒng)主要奉行行為主義或者同時應用認知主義與行為主義學習原理，但后期也已經(jīng)出現(xiàn)了基于建構(gòu)主義原理的系統(tǒng)。開發(fā)的系統(tǒng)大多應用于個別化學習情景。,1. 初步研究與試驗階段（20世紀50年代至70年代后期） 1966年，斯坦福大學與IBM合作的商品化CAI系統(tǒng)被生產(chǎn)出

10、現(xiàn)， 它利用IBM1500來進行教學，并開發(fā)了專門的Courewriter課件著作語言來編寫教學程序。,1. 初步研究與試驗階段（20世紀50年代至70年代后期） 1972年，楊百翰大學與MITRE公司的合作小組開發(fā)了TICCIT（Time-shared Interactive Computer Controiled Information Television，即分時交互計算機控制信息電視）系統(tǒng)。在后來一段時期得到了比較廣泛的使用。該系統(tǒng)與有線電視相結(jié)合，連接了128個教學終端，以高分辨率的彩色電視機作終端顯示器，并允許學生自行控制學習序列。,1. 初步研究與試驗階段（20世紀50年代至70

11、年代后期） 1974年，伊利諾斯大學開發(fā)的PLATO-V又有很大突破，連接了1100個終端，開發(fā)了涉及100多門課的6000多個教學程序。,1. 初步研究與試驗階段（20世紀50年代至70年代后期） 值得注意的是，該時期也已經(jīng)出現(xiàn)了人工智能技術(shù)支持的CAI系統(tǒng)（ICAI 卡博內(nèi)爾（Carbonell,1970）用于南美洲地理學習的SCHOLAR就是一個ICAI系統(tǒng)，它以事實、概念和過程網(wǎng)絡形式，應用復雜但設計良好的結(jié)果作為數(shù)據(jù)庫，用了蘇格拉底法。使用時，系統(tǒng)會首先診斷學生的錯誤觀念，然后給出幫助學生識別自己錯誤的材料。,1. 初步研究與試驗階段（20世紀50年代至70年代后期） 此階段中特別值

12、得注意的是，麻省理工學院的派珀特教授致力于計算機化兒童自主的學習環(huán)境的研制，發(fā)明了著名的Logo語言系統(tǒng)。 后面有專門介紹。,2.大規(guī)模的普及與人機交互階段（20世紀70年代末期至80年代末期） 微型機出現(xiàn)，計算機造價越來越低，體積來大大縮小，普通學校和家庭可以很方便的購買和使用 這就大大促進了計算機支持學習在很多國家的學校的普及。 另一方面，強調(diào)基于計算機的個別化教學，在交互方面，主要關(guān)注“人-機”交互，希望計算機像教師那樣個別地一對一地，不知疲倦地去指導學習者，這種指導可能主要是傳授性的，但也有建構(gòu)性的系統(tǒng)。,3. 網(wǎng)絡化、協(xié)作化發(fā)展階段（20世紀90年代初至21世紀初） 計算機互聯(lián)網(wǎng)深刻

13、影響了人類的生產(chǎn)方式和生活方式，同樣也在深刻改變著教育與學習的方式。此期CBL開始把主要關(guān)注點從“人-機”交互轉(zhuǎn)移到了基于計算機的“人-人”交互，計算機支持學習的方式更加多樣，資源跟以前相比無比豐富，開始出現(xiàn)了新形的大規(guī)模遠程教育方式，即第三代的遠程教育-網(wǎng)絡遠程教育方式。,3. 網(wǎng)絡化、協(xié)作化發(fā)展階段（20世紀90年代初至21世紀初） 建構(gòu)主義的學習原理得到更多應用，協(xié)同學習與共同發(fā)展的CAL形式得到普及。 1983年，在圣地亞哥舉辦了一場主題為“合作問題解決與微型計算機”的研討會。1989年，由北大西洋公約組織（NATO）贊助，在意大利馬拉泰阿舉辦了另一場研討會，被公認為是CSCL這個領域

14、誕生的標志。會議第一次以“計算機支持的協(xié)作學習”作為國際會議的名稱。,3. 網(wǎng)絡化、協(xié)作化發(fā)展階段（20世紀90年代初至21世紀初） 1995年，在印地安納大學又舉辦了一次CSCL的國際會議。 后來CSCL國際會議每隔一年舉辦一次成為常態(tài)，成為國際CSCL研究與交流的最佳陣地。 另外，在其它一些有關(guān)教育與學習科學的國際會議（如學習科學國際會議ICLS、網(wǎng)絡學習的進展國際會議ICWL、技術(shù)支持的學習與培訓國際會議ICTSLT、全球華人計算機教育應用大會GCCCE等）中，CSCL也成為了非常重要的議題,4. 開放、個性化、社會化、情景化普適學習階段（21世紀初至今） 當前的時代。,計算機支持學習早

15、期發(fā)展,概念與起源 特點與作用 類型及應用 發(fā)展到CSCL,CBE的特點： 高度的交互性 多媒體化 信息處理的快捷性 信息資源的豐富性 時空延展性 所支持的學習方式的多樣性,CBE的作用： “3L”說與“3as”說 3L： Learning through computer,通過計算機“傳” Learning with computer,用作學習的工具 Learning about computer,學計算機,CBE的作用： “3L”說與“3as”說 3as： Computer as tutor, 計算機作為導師 Computer as tutee, 作用學員 Computer as tool

16、, 作為工具,CBE的作用： 計算機作為教師 作為學員 作為學伴 作為學習環(huán)境 作為學習工具 作為學習資源 作為教育管理員,CBE的作用： 作為教師,CBE的作用： 2.作為學員 LOGO學習系統(tǒng)是典型 通過“繪圖”方式學編程，培養(yǎng)興趣 以前版有一海龜，海龜按學生的命令在屏幕上執(zhí)行動作 現(xiàn)版本海龜由小三角形替代。 演示：repeat 36rt 5 fd 0.175*60 rt 5 wait 5,CBE的作用： 2.作為學員 LOGO語言,CBE的作用： 3.作為學伴,CBE的作用：,4.作為 學習環(huán)境,CBE的作用：,5.作為 學習工具 信息加工工具 評價工具 交流與協(xié)作工具 。,CBE的作用

17、：,6.作為 學習資源,CBE的作用：,7.作為 教育管理者,計算機支持學習早期發(fā)展,概念與起源 特點與作用 類型及應用 發(fā)展到CSCL,CBE的應用類型,課堂展示型 課堂應答系統(tǒng) 個別授導型 操練與練習型 咨詢型 模擬型 游戲型 自動測試型 教學管理類 網(wǎng)絡與遠程教學類 協(xié)作建構(gòu)型CSCL,CBE類型1：CAI,1）課堂演示教學 C主要作用是輔助教師的課堂講授?？商峋V挈領的引導教師的講授內(nèi)容，也可借多媒體的優(yōu)勢來揭示重點或難點。在教育系統(tǒng)中盛行。,CBE類型1：CAI,2）操練與練習 可用在課堂教學情景中，當然更可方便地使用在學習者任何可能的時候，供其自主的練習鞏固。 逐個或批批向?qū)W生提問，

18、生回答后，判斷正確情況并根據(jù)回答給予相應反饋，以促進學生掌握某知識與技能技巧。通常當答對時計算機予以適當鼓勵，強化學生的理解與記憶；當答錯時，給予適當提示幫助或讓學生再試一遍。直到達到要求。,CBE的應用類型,操練與 練習型,CBE的應用類型,操練與練習型,CBE類型1：CAI,3）個別授導學習 教學比較精巧，包括呈現(xiàn)各種形式的教學材料(概念敘述、公式、規(guī)則、例子、說明等)和提問、回答與判斷反饋等各個方面。通過仔細安排的人機會話、使學生處于一種個別指導方式的教學環(huán)境下進行學習，以達到預定的教學目標。這是模擬和代替教師。優(yōu)秀的個別授學習系統(tǒng)應該依據(jù)分類教學設計的原則，針對所授學習任務的類型不同，

19、給予不同的教學處理。,CBE的應用類型,個別授導型,CBE類型1：CAI,4）學習咨詢系統(tǒng) 由學生自主提出問題和要求，計算機回答并講解有關(guān)的教學內(nèi)容。這實際上是一個應用于教育的計算機情報檢索系統(tǒng)，特點是檢索對話簡單、自然，便于學生使用。咨詢型課件的應用中，控制權(quán)在學生手中，計算機只是回答學生的查詢與請求，它適合于學生隨意發(fā)現(xiàn)和探索知識，作為增加學生知識面的一項補充學習。這種方式已經(jīng)大量應用于電子百科全書的咨詢與檢索，如中國大百科全書的電子版。,CBE類型1：CAI,4）學習咨詢系統(tǒng),CBE類型1：CAI,5）學習模擬 用計算機模擬自然科學或社會科學的某些規(guī)律，產(chǎn)生各種與現(xiàn)實世界相類似的現(xiàn)象，供

20、學生認識和理解。這種類型的CAI系統(tǒng)往往用于培訓工作人員的實際操作能力，使他們在進行一些可能是危險的實際操作之前先受到一定程度的訓練，以避免和減少不必要的傷害和損失,CBE類型1：CAI,6）教學游戲 寓教于游戲中，CAI提供和控制一種富有趣味性和競爭性的教學環(huán)境，激發(fā)學生的學習動機，使學生在富有教學意義而且教學目標明確的游戲活動中得到訓練或是有所發(fā)現(xiàn)，取得積極的教育效果。有著明確的教學目標和具體的教學內(nèi)容，并且含有經(jīng)過仔細考慮的教學策略。不能將其等同于那些以娛樂為目標的電子游戲。,CBE類型1：CAI,6）教學游戲 要素：(1)競爭目標，即從初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過游戲參與者的決策和動作(輸入)，

21、最后一定能夠達到的勝負(或平局)狀態(tài)；(2)兩方以上的游戲參與者，其中約一方可以由計算機扮演；(3)游戲規(guī)則，即游戲參與者采取決策和動作時所必須遵守的規(guī)則約定，應含要達到的教學目標，教學的規(guī)律與知識，如語言游戲應符合語法或詞法規(guī)則，化學實驗游戲應符合化學實驗操作規(guī)則，等等；(4)結(jié)束時間，即應在有限時間內(nèi)達目標狀態(tài)。此外，多數(shù)還有隨機變化和形象生動特點,CBE類型1：CAI,6）教學游戲,CBE類型1：CAI,7）智能導師 用人工智能原理與技術(shù)改進CAI，形成更加能夠替代人類教師的“智能導師”，就成智能型CAI系統(tǒng)，即ICAI。它所指導的學習不是既定的，而通過與學習者的交流適應性生成，每個學習

22、者因個人起點和學習風格等的差異，受到不同的針對性指導。 前述SCHOLAR就是一個ICAI系統(tǒng)，它以事實、概念和過程網(wǎng)絡的形式，應用復雜但設計良好的結(jié)果作為數(shù)據(jù)庫。應用蘇格拉底法，系統(tǒng)首先診斷學生的錯誤觀念，然后給出幫助學生識別自己錯誤的材料。但這類CAI所依據(jù)的學習原理仍然是認知的而非建構(gòu)的，它依然假定學會了，就意味著學生獲得的知識是相同的。,CBE類型1：CAI,9）微世界 微世界（或者Logo-as-Latin）是美國佩珀特教授提出的一種計算機教育應用類型，是由其Logo語言所建立的學習環(huán)境。他認為兒童是自己認知結(jié)構(gòu)的構(gòu)造者，兒童的認識不應靠教師灌輸，而是在與生活和現(xiàn)實的接觸中形成的。L

23、ogo-as-Lation是一種建構(gòu)主義的學習系統(tǒng)。在其中，兒童能夠通過輸入指命，指揮屏幕上的“海龜”來爬出自己心中所想的圖形，兒童因而可以直觀體會錯誤并修正想法。,CBE類型1：CAI,9）微世界,CBE類型1：CAI,10）E-LEARNING,11）M-LEARNING,12）MOOC,13）CSCL,CBE的應用類型,網(wǎng)絡與遠程教學型,CBE的應用類型,協(xié)作建構(gòu)型CSCL,CBE類型2：MAI,1）計算機教學監(jiān)控系統(tǒng) 教學監(jiān)控系統(tǒng)是一種對學生個別化學習活動進行檢測、控制與管理、引導以及評價，同時為教師提供各種報告和服務的CMI系統(tǒng)。該類系統(tǒng)應用能夠?qū)W生學習活動進行控制與管理，包括檢測

24、學習能力，據(jù)此引導學生選擇合適的內(nèi)容。也應該能對學習行為和學習數(shù)據(jù)進行跟蹤和記錄，并據(jù)此診斷和評價其是否達到目標，有什么問題，提供后續(xù)學習建議等。此類系統(tǒng)還應為教師提供報告和各種服務。,CBE類型2：CAI,2）課堂信息處理系統(tǒng) 一種能自動采集、分析和處理課堂教學中學生反應數(shù)據(jù)實時信息的系統(tǒng)。教師可以根據(jù)此系統(tǒng)提供的學生學習反應曲線或“S-P”表，迅速判斷教學項目或?qū)W生中存在的問題，對教學做出調(diào)整。,CBE類型2：CAI,3）計算機輔助測驗 是一種借助計算機和相應軟件來優(yōu)化教育教學效果評測的系統(tǒng)。CAT可能在教學測試的全過程都能起到作用。如在測驗題目的編制中，利用題庫系統(tǒng)，教師通過輸入題型、難

25、度等要求，系統(tǒng)可以迅速地組卷。然后學生在計算機在通過專門系統(tǒng)答題。最后系統(tǒng)可以自動地給出評斷結(jié)果，并可能給學生相應的學習建議。,CBE類型2：CAI,4）EPSS 一種在整個共同體或組織內(nèi)獲取、儲存和散布個人的和共同的知識資產(chǎn)，促進組織內(nèi)知識隱性知識向顯性知識轉(zhuǎn)化，零散信息匯聚整理為知識，從而最大化個人和組織的知識，提高績效的系統(tǒng)。通常的EPSS由信息庫、學習經(jīng)驗、內(nèi)置的指導和幫助工具、專家顧問和定制工具等構(gòu)成，能為個人和組織管理者提供各種幫助。,需要說明的是，CAI與CMI并不能完全的分開。一個良好的CAI應該具有一定的學習管理功能，如診斷學生學習起點、給出適合學生個體學情的學習指導，記錄學

26、生學習軌跡，據(jù)此發(fā)現(xiàn)問題，從而給出學習校正，最后對學習做出評價等等。,CBE類型3：計算機輔助教育管理,計算機輔助教育管理是計算機在教學的支持系統(tǒng)教育管理領域的應用。在這里，計算機不直接參與教學環(huán)節(jié)，而是為教學環(huán)節(jié)服務，如用計算機進行學校的人事管理、財務管理、學生檔案管理、學生成績管理，用計算機校園網(wǎng)輔助日常的教育行政事務，發(fā)送有關(guān)文件，支持學生選課，等等。發(fā)布課程調(diào)動、學術(shù)講座的通知等等。,CBE類型3：計算機輔助教育管理,從本質(zhì)上看，計算機輔助教育管理與企業(yè)及社會其它部門的管理工作相同，可以用通用管理軟件來進行教育管理，如可以用Foxbase、Visual Foxpro系列的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)構(gòu)建學生成績管理系統(tǒng)和教師