在CAI软件设计中建构发现式学习环境

　　一、问题的提出

　　目前，随着我国教、育事业和人民生活水平的提高，计算机不但进入了学校，而且已进入了部分家庭，因此已有不少学校和家长把使用CAI辅助教学软件作为提高学生能力和素质的重要手段。但当前我国计算机辅助教学软件多数采用呈现--应答反应模式。这种呈答式的CAI软件，沿用了传统的教学思想，重视教师教的设计而忽视学生学习活动的设计，只是把教师的传统教案搬上计算屏幕，学生仅能限于通过软件预置的知识网络浏览各种信息。始终保持了一种被动的学习状态，即计算机叫学生看什么就看什么，计算机讲什么学习就听什么或者是计算机问学生答。按心理学分类，这种学习过程属接受学习，以识别、记忆为主，不能激发学生的学习主动性和创造性，难于长时间保持学生的注意力。因此这种呈答式教学软件有着显而易见的弊端

　　随着知识经济时代的即将到来，整个社会的节奏和经济发展速度日益加快，知识总量以爆炸式速度急剧增加，因此单单以传授知识为主要目的的传统教学已远远适应不了社会对教育一业的要求。《中国教育改革和发展纲要》早就号召我们要由“应试教育”向“素质教育”转变。而呈答式CAI软件实际上正是传统教育和“应试教育”的产物。作为为教学服务的CAI,它的产生和发展，始终要适应社会需要，因此变革呈答式CAI软件的设计思想，克服弊端已紧迫地摆在我们面前。

　　现代教育理论和心理学知识为我们设计适应时人需要的CAI软件提供了新的思路，建构发现式学习环境就是其中之一。许多现代心理学家强调“发现学习”的重要性和优越性，如心理学家安德森指出：“发现问题是解决问题的起点，而且也是解决问题过程的主要动力。”教育心理学家布鲁纳也指出：“发现不限于那种寻求人类尚未知晓的事物的行为，正确地说，我现也包括用自己的头脑亲自获取知识的一切形式。”在CAI设计中建构发现式学习环境，以假设、尝试作为学习的主导形式，培养学生的自我学习的能力和对信息进行检索，处理的能力，从而激发学生的主动学习的兴趣，在发现问题和解决问题的过程中达到提高培养学生思维能力、提高学生素质。

　　二、CAI软件中建构发现式学习环境的必要性

　　CAI软件中建构发现式学习环境，不是以教为中心，也不是以学科知识的内容为中心，而是着眼于让学生依据认知的基本规律，形成自己的认知结构，主动地以学科的主要原理来建构课程，同时让学生通过自身的体验和思索去认识和发现事物的本质和规律，从而掌握学科的概念、原理和法则，进而学会如何使用它们去解决实际问题。因此我们可以看出发现式CAI软件遵循着以下认知理论：

　　CAI的操作过程符合大脑对信息的加工过程的规律。认知心理学认为，学习过程是对信息的加工过程，在使用CAI软件过程中，学习者大脑就会呈现成一个开放式的非线性信息处理系统。外界信息与大脑原有信息产生信息运动，通过一毓的信重组形成新的有序的信息结构。因此，我们在设计CAI软件时，要让学生在学习中能通过自己对信息的组织发现问题、解决问题，使信息从无序到有序，形成新的信息系统、建构新的知识。同时，我们也可以看出，发现学习中的“发现”,不是要学生原原本本沿着前人的发现过程进行，而是从学习者现有知识出发，进行“再发现”。

　　CAI软件的知识表达与人类大脑的知识结构相匹配。认知心理学认为，人脑中的知识结构是网状表达的，即由知识点、链和由此形成的网络构成，因此在CAI软件中建构发现式学习环境，要充分利用计算机技术提供的多媒体、超媒体、超文本等方法，建构强大的链接功能，使CAI软件的知识表达与人类大脑知识的网状结构相匹配，使每个操作者可方便地根据自己的需要，发现学习知识的切入点，并且多层次、多角度地对所发现的问题进行分析研究，再把各种知识有机地联结直到得出规律乃至理论。

　　计算机有效地帮助学生在认知过程中发挥主观能动作用和创造性

　　人机交互、立即反馈是计算机的显著特点，是任何其他媒体所没有的。计算机可把电视机所具有的视听合一功能与计算机的交互功能结合在一起，产生出一种新的图文并茂、丰富多彩的人机交互方式，而且可以立即反馈。这样一种交互方式对于教学过程具有重要意义，它能够有效地激发学生的学习兴趣，使学生产生强烈的学习欲望，从而形成学习动机。在传统的教学过程中一切都是由教师决定。从教学内容、教学策略、教学方法、教学步聚甚至学生做的练习都是教师事先安排好的，学生只能被动地参与这个过程，即处于被灌输的状态。而媒体计算机这样的交互式学习环境中学生则可以按照自己的学习基础、学习兴趣来选择自己所要学习的内容，可以选择适合自己水平的练习，如果教学软件编得更好，连教学模式也可以。比如说，可以用个别化教学模式，也可以用协商讨论的模式，使计算机象学习伙伴一样和你进行进行讨论交流。也就是说，交互式学习环境能有效地发挥学生学习的主观能动性，使学生主动参与。按认知学习理论的观点，人的认识不是外界刺激直接给予的，而是外界刺激与人的内部心理过程相互作用产生的，必须发挥学生的主动性、积极性，才能获得有效的认知，这种主动参与性就为学生的主动性、积极性的发挥创造了很好的条件，即能真正体现学生的认知主体作用。而且，CAI软件配置的建构型知识库，是由学生灵活操作的，学生甚至可以在知识库中随意添加新的知识。这就淡化了学习者与软件制作的界线，激发了学生的创造性，可以培养学生的创造能力，增强创新意识，而这正是时代所需要的。

　　发现式CAI软件作为认知工具可实现理想的学习环境。

　　当前，认知学习理论的一个重要分支一建构主义学习理论在世界上逐渐流行，建构主义提倡在教师指导下的以学习者为中心的学习，也就是说，既强调学习者的谁知主体作用，又忽视教师的主导作用。教师是知识意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的提供者与灌输者。学生是信息加式的主体、是知识意义的主动建构者，而不是知识的被动接受者和被灌输的对象。学生要成为知识意义的主动建构者，就要求学生在学习过程中用探索法、发现法去建构知识的意义，要求学生主动去搜集并分析有关的数据和资料，对所学习的问题要提出各种假设并努力加以验证，要求学生把当前学习内容所反映的事物尽量和自己已经知道的事物相联系，并对这种联系加以认真思考？quot;联系“与”思考“是意义构建的关键。要使计算机在教育领域作业教学过程中一种有效的认知工具，利用计算机所具有的多种特性来实现建构发现式学习环境，则必须借助于编制发现式CAI软件。

　　总之，发现式CAI软件能够卓越地符合认知的基本原理，因而在CAI软件设计中建构发现式学习环境是完全必要的。

　　三、设计应用：

　　如上所述，在CAI软件中建构发现式学习环境，是学生的主动索取知识，自我理解和掌握学习内容，提高自我认识能力的过程。它强调以学生的”学“和”发展“为中心，通过电脑的各种媒体对学习进行合理的组织，因此CAI软件中建构发现式学习环境的程序设计中应包括以下几个环节：

　　设置问题情境--程序引导--提出假设--网络知识库--材料收集--链结构导航--验证假设--练习反馈--总结巩固。

　　问题情境的设置：它是整个发现式学习环境的基础。只有让学生带着问题意识，激发其好奇心和兴趣，才能进入符合学生认知规律的”发现区域“。问题的设计，要具有新颖性、挑战性，要充分发挥多媒体技术图文并茂的优势，多层次、多渠道地提示复杂的现实过程，突出核心事实，便于引导学生发现问题。通过创设符合教学内容要求的情景和提示新旧知识之间联系的线索，帮助学生建构当前所学知识的意义。

　　启发学生运用发现方法，提出假设：假设是发现式学习的基本模式，在设计时要引导学生明确因果关系，正确推理，通过渐次限定条件，逐步缩小范围，使学生能借助于学生已有的经验和知识，着眼于事物的相似关系，提出合理的假设。

　　收集材料并进行实验验证：收集材料的过程也是学习的过程。为给学生提供浩瀚的知识海洋，CAI软件应配置构建型知识库，这个知识库既可以让学生自由地读取知识库的信息，也充许学生向知识库添加新的知识。

　　在学生验证验证自己提出的假设过程中，发现式CAI软件应为操作者提供超媒体的链结构，它的最大特点是可以重构学习序列。学生在发现式学习过程中，其操作有两种可能的结果：一种是问题没有解决，经过一系列验证操作后又回到原来的出发点；另一种可能是新序列的知识推理，出现了一种新的结构与关系而使问题得到了解决，即通过重构学习序列，使操作者通过自己的努力解决了软件要操作者解决的问题。对于前一种探索失败回到原点的情况，CAI软件在程序设计中应设计一些导航策略，为操作者提供多种导航选择，便于学生及时作出动态调整，引导其尽快地达到正确目标。

　　在收集材料和实验验证的过程中充分利用计算机超文本功能，实现对教学信息最有效的组织与管理。超文本（Hypertext）是按照人脑的联想思维方式非线性地组织管理信息的一种先进技术。如果按超文本方式组织一本书，就和传统的文件或印刷的书籍完全不同，这时的正文（文章、段落、或一句话、一个词）都按相互间的联系被组织成正文网。这本书无所谓第一页和最后一页，从哪段正文开始阅读，以及接下来读什么都由读者的意愿来决定。选择一段正文的依据不是顺序，也不是索引，而是正文之间的语义联系。认知心理学的研究表明，人类思维具有联想特征。人在阅读或思考问题过程中经常由于联想从一个概念或主题转移到另一个相关的概念或主题。所以按超文本的非线性、网状方式组织管理信息和按传统文本的线性、顺序方式组织管理信息相比较，前者更符合人类的思维特点和阅读习惯。可按教学内容的要求，把包含不同教学要求的各种教学资料组成一个有机的整体。教学过程的每个教学单元均包含课文、练习、习题、提问、测验以及对测验的解答及相应的演示或实验。把这些教学内容相关而教学要求不同的教学资料有机地组织在起，无疑对课堂教学、课外复习或自学都是大有好外的。也可按学生的知识基础与水平把相关学科的预备知识及开阔视野所需要的补充知识组成有机的整体，从而真正达到因材施教的目的。

　　总结巩固：在发现式学习环境中，学生围绕特定的问题，自主地提出假设，收集材料，验证假设，在这个过程中，对学生的认知和提高能力有很好的训练，但为巩固学生通过发现法所获得的知识，加深理解有关概念、原理，还要有一个总结提高过程。CAI软件提供一批多层次、多角度的材料和习题让学生自主选择，力求使之能涉及概念的整体外延及其派生点，从而纠正学生的某些片面认识，全面、深入地把握所学知识，使之上升到理论。

　　四、一个实例

　　某小学的《自然》课程周老师上堂自然公开课，教学课题是《认识自然界的物》。因为每个学生对于动物的了解都不一样，为此周英老师为上好这堂课编制了一个发现式CAI软件，用多媒体计算机的超文本和链结构设计了一个关于动物园的电子导游，从而建立了一个有利于建？quot;动物”概念的有效地激发起他们的学习兴趣。她让孩子们自己选择：自己愿意做的事情。打开软件上的哪一个展馆，选哪一种动物，是收集有关的动物图片资料，还是为图片资料写出相应的文字说明，都由孩子们自己选择。这样，每个电子展馆就成为学生的研究对象，孩子们都围绕自己的任务努力去搜集材料。最后进特交流和讨论，总结出“动物”的概念。这种围绕软件情景进行自我探索的学习方式，不仅大大促进了学生学习的自觉性、主动性，而且充分体现了学生的认知主体作用。