對中學(xué)地理CAI軟件之設計和應用的思考論文

　　一、問(wèn)題的提出

　　目前，中國的中學(xué)地理教學(xué)正面臨著(zhù)幾方面的嚴峻問(wèn)題，這些問(wèn)題的存在使整個(gè)中學(xué)地理教育處于危機之 中。地理教學(xué)中存在著(zhù)如下幾個(gè)問(wèn)題：

　�。�、教材內容問(wèn)題

　　主要的問(wèn)題是：現行地理教材內容過(guò)于濃縮，流于從概念到概念，沒(méi)有大量的事實(shí)作基礎；自然地理和人 文地理的結合不夠，理論和實(shí)踐的聯(lián)系不夠；現行教材結論過(guò)多，啟疑太少；封閉式問(wèn)題多，開(kāi)放式問(wèn)題少； 代替學(xué)生思維的現象嚴重；缺乏學(xué)生實(shí)際操作的內容，基本技能的訓練也很不充分。

　�。�、教學(xué)手段問(wèn)題

　　對于地理教學(xué)來(lái)說(shuō)，教學(xué)手段的主要問(wèn)題在于表現地理內容時(shí)無(wú)力。

　　地理教學(xué)內容有直觀(guān)性強，綜合性強，信息量大，信息源種類(lèi)繁多，研究尺度范圍變化大等特點(diǎn)，這就要 求教學(xué)手段的表達力強，運用靈活。而現有的電化教學(xué)手段有的有聲無(wú)影，有的有影無(wú)聲，有的畫(huà)面靜止，無(wú) 法進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示。即使如錄像、電影這樣有聲有影能動(dòng)的教學(xué)手段，由于只能顯示某一特定的過(guò)程，畫(huà)面不能 實(shí)現分段、選擇、修改、縮放、分割，而且一般不能做多次的重復，速度也是固定的，所以在表現地理教學(xué)內 容時(shí)表達力和靈活性還是較差，顯得乏力。這些局限性大大降低了現有的電化教學(xué)手段在地理教學(xué)中的有效應 用。

　�。�、學(xué)生的接受問(wèn)題

　　學(xué)生是教學(xué)過(guò)程中的重要一環(huán)，他在很大程度上直接決定教學(xué)效果。目前的問(wèn)題是：

　　學(xué)生對地理學(xué)習缺乏興趣。目前的課堂教學(xué)造成的心理氛圍不利于學(xué)生接受知識；傳統的教學(xué)過(guò)程不利于 學(xué)生及時(shí)了解學(xué)習結果，提高學(xué)習興趣；現有教學(xué)學(xué)生參與程度低，沒(méi)有充分體現學(xué)生的學(xué)習主體地位。

　　針對上述問(wèn)題，雖有不同的解決方案，但計算機輔助地理教學(xué)對上述問(wèn)題的解決有著(zhù)獨特的優(yōu)越性。一般 來(lái)說(shuō)，計算機應用于地理教學(xué)可有以下的功能：

　�。�、計算機有很強的信息儲存功能，可以?xún)Υ娲罅康牡乩硎聦?shí)材料，并快速檢索和提取，方便地實(shí)現信息 的比較、疊加。這些事實(shí)材料可以大大充實(shí)教材的概念和有關(guān)結論，促進(jìn)學(xué)生的記憶和理解。

　�。�、計算機有很強的顯示功能，可以清晰地顯示自然和人文地理現象及其分布；可以對不同區域的信息進(jìn) 行比較、組合，將抽象信息形象化，將平面信息立體化。對局部進(jìn)行放大或縮小，通過(guò)多種表現方式，突出大 量信息中的主要信息。

　�。�、計算機有很強的模擬仿真功能，可以形象直觀(guān)地演示地理過(guò)程。無(wú)論空間演變還是時(shí)間演變，計算機 都能形象生動(dòng)地模擬，把長(cháng)時(shí)間，大尺度的地理過(guò)程從大自然“搬到”室內，使這些本來(lái)很抽象的過(guò)程能夠被 學(xué)生直觀(guān)地了解。而且許多危險或昂貴的地理實(shí)驗也可以在計算機上進(jìn)行，無(wú)限重復�？梢杂蓪W(xué)生親手操作， 獲得與實(shí)際動(dòng)手類(lèi)似的訓練效果。

　�。�、計算機有很強的邏輯分析功能，可以幫助學(xué)生清楚地分析問(wèn)題，形成條理分明有序的思維方法。地理 問(wèn)題是綜合性的問(wèn)題，各因子間聯(lián)系復雜。計算機在分析這些問(wèn)題時(shí)清晰的邏輯性有助于學(xué)生的理解。它還可 以提供大量的開(kāi)放性問(wèn)題，并引導學(xué)生思考和分析，培養學(xué)生的思維能力和創(chuàng )造力。

　�。�、計算機可以在無(wú)教師的情況下教學(xué)，能較好地實(shí)現個(gè)別教學(xué)，體現因材施教的原則。

　�。�、計算機可以通過(guò)友好的交互方式，創(chuàng )造和諧的學(xué)習環(huán)境，增強學(xué)生的參與性，使學(xué)生在基本沒(méi)有思想 壓力的環(huán)境中學(xué)習，并能及時(shí)了解自己的學(xué)習成果，使學(xué)生學(xué)習的成功可能性大大提高。

　�。�、計算機存儲的信息具有可變性和可管理性，可以方便地更新和修改，為學(xué)生提供搜集整理地理資料的 訓練。

　�。�、計算機彌補了大部分電化手段的不足，還能把各種電化手段以計算機為核心組織起來(lái)，形成多媒體的 教學(xué)系統，最大限度地有效利用教學(xué)資源。

　�。�、計算機可以提供有趣的學(xué)習方式，大大提高學(xué)生學(xué)習和運用地理知識的興趣，使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習地理 為主動(dòng)學(xué)習地理。

　　總的來(lái)說(shuō)，計算機對地理教學(xué)而言，表達力最強，學(xué)習者參與性最強，并能接受反饋的交互式教學(xué)媒體。 它對教材內容的傳播和學(xué)生的接受起著(zhù)有益的作用。但是，計算機只是一個(gè)工具，計算機功能的發(fā)揮，必須有 一個(gè)優(yōu)秀的中學(xué)地理輔助教學(xué)軟件來(lái)支持。也正是有一個(gè)優(yōu)秀的中學(xué)地理輔助教學(xué)軟件，計算機才能真正在中 學(xué)地理教學(xué)中發(fā)揮上述的優(yōu)越性。

　　二、計算機輔助地理教學(xué)的歷史回顧及評述

　　計算機輔助教學(xué)始于美國，最早是ＩＢＭ公司于１９５８年設計的一個(gè)向小學(xué)生教授二進(jìn)制的計算機教學(xué) 系統。此后，美國及其他西方國家陸續開(kāi)發(fā)了許多計算機輔助教學(xué)系統。我國是從１９７８年科學(xué)大會(huì )后開(kāi)始 提出計算機輔助教育項目的。８０年代以來(lái)，我國的計算機輔助教學(xué)研究有了很大的發(fā)展。但與發(fā)達國家相比 ，差距仍相當大。

　　中學(xué)地理的計算機輔助教學(xué)的發(fā)展與整個(gè)計算機輔助教學(xué)的研究的發(fā)展是一致的。在這一領(lǐng)域，西方國家 仍然占據著(zhù)領(lǐng)先地位。在那里，已經(jīng)產(chǎn)生了智能型的地理教學(xué)系統（如美國的ＳＣＨＯＬＡＲ、ＷＨＹ等）， 并且建立了實(shí)用的計算機教學(xué)網(wǎng)絡(luò )（如美國的ＰＬＡＴＯ）。他們的軟件已經(jīng)擺脫了單一模式，形成了各種模 式綜合的綜合模式。智能型的學(xué)習環(huán)境（Microworld）、智能型的專(zhuān)家教學(xué)系統等人工智能教學(xué)軟件是他們開(kāi) 發(fā)的熱點(diǎn)。在中國，中學(xué)地理的計算機輔助教學(xué)是由一些高等師范院校和重點(diǎn)中學(xué)來(lái)研究進(jìn)行的，開(kāi)發(fā)水平還 很低。雖然數量很可觀(guān)，但總的來(lái)說(shuō)，目前出現的軟件存在著(zhù)一些共同的問(wèn)題：

　�。�、軟件模式簡(jiǎn)單，功能單一。主要是練習和操練模式、模擬仿真模式，高級的智能模式或綜合模式的軟 件基本上沒(méi)有。

　�。�、軟件沒(méi)有充分發(fā)揮計算機的特有功能。僅僅用計算機顯示簡(jiǎn)單的地理分布知識，用以替代掛圖、幻燈 、投影儀的作用。

　�。�、軟件設計技術(shù)水平不高。聲音、文字、圖形配合不協(xié)調，多靜止畫(huà)面，畫(huà)面可觀(guān)性較差，甚至存在科 學(xué)性錯誤；缺乏使用的操作提示，軟件結構不利維護。

　　我國目前的中學(xué)地理教學(xué)軟件并不能充分滿(mǎn)足計算機輔助地理教學(xué)的需要，在教學(xué)中的作用有限，沒(méi)有充 分體現出計算機輔助地理教學(xué)的優(yōu)越性。因此，設計一個(gè)高質(zhì)量的地理教學(xué)軟件勢在必行。中學(xué)地理教學(xué)軟件 應當具有這樣一些特點(diǎn)：信息要有鮮明的地理性，且要從中學(xué)地理教學(xué)的要求出發(fā)；信息量要充分，精度、難 度要適宜；信息表現形式要豐富、形象、生動(dòng)；內容編排既有以區域為中心的內容，也有以專(zhuān)題為中心的內容 ；使用方便，符合軟件設計的一般原則；既有助于教師教學(xué)，又有利于學(xué)生學(xué)習；充分發(fā)揮計算機的優(yōu)越性， 體現計算機的特點(diǎn)。

　　三、關(guān)于中學(xué)地理教學(xué)軟件的構想

　�。�、軟件設計目的

　　這一軟件應當是為中國的中學(xué)地理教學(xué)而設計，適用于初中和高中的地理教師用于輔助課堂教學(xué)，也適用 于初高學(xué)生個(gè)別學(xué)習地理。是一個(gè)功能全面的綜合性實(shí)用軟件。

　�。�、軟件設計原則

　　為達到設計目的，系統設計應有如下原則：

　　以中學(xué)地理教學(xué)大綱為標準選取基本內容，但有提高的余地；具有模塊化的結構，且有一定的開(kāi)放性；用 戶(hù)界面漢化，操作簡(jiǎn)便；易于維護和更新。

　�。�、軟件結構和功能

　　系統的核心應當是一個(gè)內部數據庫，它由兩部分組成。一部分是屬性數據庫，包括各類(lèi)數值型數據的集合 ；另一部分是圖形數據庫，包括各類(lèi)地圖、圖件、景觀(guān)圖、畫(huà)面的集合。這兩部分數據庫構成了系統的基本數 據庫。

　　總的來(lái)說(shuō)，系統功能可分解為輸入／輸出功能、模擬與仿真功能、練習與測驗功能、計算與分析功能、數 據管理功能、教學(xué)游戲功能，這些功能都是獨立的。由此，系統功能可劃分為如下一些模塊來(lái)執行，有系統管 理模塊，輸入處理模塊，輸出處理模塊，教學(xué)模塊，系統維護模塊，模擬與仿真模塊，練習與測驗模塊，計算 與分析模塊，數據管理模塊，教學(xué)游戲模塊。各模塊可能還有一些小模塊或下屬子模塊�？捎孟旅娴哪�塊層次 結構圖來(lái)表示。

　　模塊層次結構圖清楚地表示了各模塊的層次、范圍和聯(lián)系。其中，系統管理模塊是系統的最上層模塊，所 有的模塊共享內容數據庫（包括屬性數據庫和圖型數據庫）。

　　四、中學(xué)地理輔助教學(xué)軟件的應用模式

　　以上對教學(xué)軟件設計的初步討論只給出了教學(xué)軟件的大致輪廓，但它在教學(xué)中的作用還不甚明了。不同用 戶(hù)在不同的硬件環(huán)境中，對軟件應用的要求不盡相同，則軟件的作用也不同。輔助教學(xué)軟件主要用于輔助教師 的課堂教學(xué)，但亦有不同的應用模式。

　　系統模塊結構層次圖

　�。ǜ綀D {圖}）

　�。�、面向學(xué)生的多機教學(xué)模式

　　在面向全體學(xué)生的課堂教學(xué)中以學(xué)生個(gè)別學(xué)習為主，教師的個(gè)別輔導為輔。這樣要求每個(gè)學(xué)生或每?jì)蓚�(gè)學(xué) 生使用一臺單獨的微機，或者可選擇另外兩種配置：即多終端單主機的多用戶(hù)系統或多機聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )系統。

　　課前學(xué)生可運用軟件進(jìn)行預習，教師也可以利用軟件進(jìn)行課前資料準備，并把自己想讓學(xué)生了解的東西輸 入計算機。

　　上課時(shí)教師不斷提出問(wèn)題，引導學(xué)生利用軟件提供的功能去解答問(wèn)題，以達到教學(xué)目的。最后可指定學(xué)生 完成軟件提供的練習，由計算機判答。教師在課堂上起一個(gè)指導、管理、輔助的作用，對學(xué)生出現的問(wèn)題個(gè)別 處理。

　�。�、面向教師的單機教學(xué)

　　面向教師的應用在課堂教學(xué)中以教師為主體，主要仍是傳統教學(xué)的模式。課堂教學(xué)以教師的講授為主，計 算機輔助，學(xué)生基本上不參與。在課堂教學(xué)中只需一臺供教師使用的微機即可，但顯示屏幕必須足夠大，以使 教室里的學(xué)生都能看清楚屏幕上的文字。這一問(wèn)題也可以采用大屏幕投影與計算機的聯(lián)結來(lái)解決，即將計算機 屏幕的輸出轉換到投影屏幕上。

　　課前教師可利用“編制教學(xué)程序”的功能把軟件中提供的材料和自己需要補充的材料按自己的授課意圖組 織起來(lái)，形成一個(gè)教學(xué)程序，供課上使用。

　　上課時(shí)仍以教師的講授為主，計算機按預定的程序根據教師的需要隨時(shí)顯示圖形、數據或文字材料，或者 模擬過(guò)程。最后可由計算機提供練習，由學(xué)生課上完成，或將練習打印出來(lái)，由學(xué)生課后完成。

　　縱觀(guān)教學(xué)軟件應用于課堂的兩種模式，多機教學(xué)更能發(fā)揮計算機輔助教學(xué)的優(yōu)越性。并貫徹因材施教、個(gè) 別教學(xué)的原則，符合計算機輔助教學(xué)的發(fā)展方向和未來(lái)教育改革的潮流，將會(huì )是未來(lái)計算機輔助地理教學(xué)的主 流。但單機教學(xué)模式經(jīng)濟簡(jiǎn)便，就中國目前的中學(xué)地理教育的現狀來(lái)看更易于推廣應用。在當前中國教育地區 差異大的情況下，恐怕應當由低到高，由點(diǎn)到面地逐步提高應用水平，使教學(xué)軟件能充分發(fā)揮它在地理教學(xué)中 的應有作用。

　　五、軟件應用的阻力及其前景

　　中學(xué)地理計算機輔助教學(xué)軟件在目前來(lái)看，應用起來(lái)還有許多困難：目前中國大部分中學(xué)的計算機硬件配 置可能不足以支持軟件運行，從而使軟件不能大范圍地推廣；大部分中學(xué)地理教師對計算機不熟悉或缺乏基本 的計算機知識，從而使他們寧愿使用傳統的教學(xué)手段而不愿使用計算機；現行的中學(xué)地理教學(xué)內容多而粗，靈 活性差，對計算機輔助教學(xué)會(huì )產(chǎn)生限制作用；中學(xué)生繁重的課業(yè)，每班人數較多而計算機較少的狀況使他們沒(méi) 有時(shí)間和機會(huì )去運用計算機進(jìn)行學(xué)習。

　　盡管中學(xué)地理的計算機輔助教學(xué)在中國的發(fā)揮存在著(zhù)巨大的阻力和許多障礙，但它的發(fā)展將是不可阻擋的 。國內外的大量實(shí)例已經(jīng)證明，運用計算機輔助地理教學(xué)，其教學(xué)效果要比單純地使用傳統的教學(xué)方法要好得 多。而且，中國教育的地區差異明顯，也要求在教學(xué)中貫徹因材施教的原則，而計算機輔助教學(xué)在這方面有著(zhù) 巨大的潛力。從國內外的計算機輔助地理教學(xué)的現狀和發(fā)展趨勢看，由于地理教學(xué)的獨特性，給計算機的應用 提供了廣闊的研究空間，一方面可以促進(jìn)地理教育事業(yè)的發(fā)展，另一方面也促進(jìn)了計算機技術(shù)的發(fā)展。在未來(lái) ，我們應當緊跟計算機輔助教學(xué)的世界潮流，在計算機輔助地理教學(xué)的多媒體系統、計算機輔助地理教學(xué)專(zhuān)家 系統、人機直接對話(huà)（語(yǔ)音）的交互式計算機輔助教學(xué)系統、計算機輔助地理教學(xué)的局地網(wǎng)絡(luò )、計算機與通訊 衛星系統結合的大范圍教學(xué)網(wǎng)絡(luò )等方向來(lái)開(kāi)展研究，以計算機的應用來(lái)推動(dòng)中學(xué)地理教育的發(fā)展，同時(shí)也相應 地提高計算機應用的技術(shù)水平。

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