計(jì)算機(jī)科學(xué)與現(xiàn)代教育技術(shù)

目前，隨著通信、網(wǎng)絡(luò)、多媒體以及虛擬現(xiàn)實(shí)等計(jì)算機(jī)新技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，教育方式正面臨著一場(chǎng)巨大變革。與傳統(tǒng)課堂教育方式相比，新教育方式最重要的特點(diǎn)在于它突破了時(shí)間和空間的限制，不再需要教師和學(xué)生面對(duì)面地教與學(xué)，而且也打破了實(shí)物與虛物的界限，讓學(xué)生沉浸在營造的真實(shí)情景中。在新的教育方式下，學(xué)生可根據(jù)自己的實(shí)際情況確定學(xué)習(xí)內(nèi)容、安排學(xué)習(xí)進(jìn)度，從而滿足了社會(huì)普通性和個(gè)體獨(dú)立性學(xué)習(xí)的需要，實(shí)現(xiàn)持續(xù)教育和終身教育。

一、多媒體技術(shù)引入教育之中

一般來說，教育技術(shù)經(jīng)過視覺教育運(yùn)動(dòng)(1918-1928)，視聽教育運(yùn)動(dòng)(1918-1942)發(fā)展到以視聽媒體為主的教育技術(shù)(60年代)。

多媒體技術(shù)是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，其發(fā)展給教育帶來的影響是深刻和廣泛的。傳統(tǒng)的教學(xué)媒體、教學(xué)設(shè)備，如掛圖、投影片、幻燈片、錄音帶、錄像帶等，逐漸被統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)數(shù)字多媒體代替。未來社會(huì)是一個(gè)數(shù)字的世界，數(shù)字地球、數(shù)字學(xué)校的概念將逐步出現(xiàn)。學(xué)生的飯菜票、學(xué)生證、圖書證，甚至圖書也將是數(shù)字信息。

多媒體計(jì)算機(jī)是一種最基本和最常用的信息處理工具和電教設(shè)備，將滲透到學(xué)校教育的每一個(gè)環(huán)節(jié)。它的出現(xiàn)，使得教學(xué)出現(xiàn)如下特點(diǎn)：

1、教學(xué)信息量增大。由于計(jì)算機(jī)能夠存儲(chǔ)大容量信息，使得教師授課的信息量增大。

2、教學(xué)信息組織的超鏈接方式。傳統(tǒng)的教學(xué)信息組織是線性的。

3、教師將是教學(xué)信息的組織者。傳統(tǒng)教學(xué)中，教師花大量精力和時(shí)間用于板書，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使得教學(xué)信息很容易呈現(xiàn)出來。

4、教學(xué)信息顯示多樣化。

網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)

由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，使得教育方式發(fā)生了改變，呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：

1、打破了時(shí)空限制

因?yàn)檎n件是基于網(wǎng)絡(luò)的，可以借助In—ternet強(qiáng)大的服務(wù)功能，讓學(xué)生隨時(shí)隨地來學(xué)習(xí)，教師對(duì)學(xué)生可以進(jìn)行同步或異步的教學(xué)輔導(dǎo)。從而突破了傳統(tǒng)教學(xué)的空間和時(shí)間的限制，使得獲取知識(shí)的范圍更加擴(kuò)大。因此，教師的概念也會(huì)發(fā)生變化，從根本上改變了傳統(tǒng)的以教師為中心、以課堂為中心的教學(xué)模式，代之以學(xué)生為中心、以實(shí)踐為中心的新型教學(xué)模式，也為終身教育的實(shí)現(xiàn)提供了條件。

2、學(xué)生之間的協(xié)同學(xué)習(xí)

由于多個(gè)學(xué)生可以同時(shí)訪問同一課件，從而形成一個(gè)群體，也就是創(chuàng)造一個(gè)所謂的群體學(xué)習(xí)環(huán)境，這樣他們之間就可以相互交流討論、協(xié)同學(xué)習(xí)，學(xué)生之間是互教互學(xué)的對(duì)象，同時(shí)也能培養(yǎng)學(xué)生互相幫助的協(xié)作精神。從另一個(gè)角度看，學(xué)生在Intemet上通過課件進(jìn)行學(xué)習(xí)，可進(jìn)一步提高學(xué)生Interact的應(yīng)用能力和通過計(jì)算機(jī)獲取知識(shí)的能力。

3、自主的學(xué)習(xí)方式

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是以教師為中心的灌輸式的教學(xué)，極大地限制了學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)?；ヂ?lián)網(wǎng)的出現(xiàn)改變了這種狀況。一方面，互聯(lián)網(wǎng)將全世界的學(xué)校、研究所、圖書館和其他各種信息資源聯(lián)結(jié)起來，成為一個(gè)統(tǒng)一的海量的資源庫；另一方面，可以集中世界各地的優(yōu)秀教師的教學(xué)指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，任何人可以在任何地點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)訪問，形成多對(duì)多的教學(xué)方式。在這種情況下，學(xué)習(xí)者在時(shí)間上、內(nèi)容上有了充分的選擇余地，自主學(xué)習(xí)成為必然。學(xué)習(xí)者可以借助于互聯(lián)網(wǎng)上的豐富資源完成論文或工作報(bào)告等。

三、信息科學(xué)的發(fā)展提出了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

由于半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的日新月異，以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字化信息技術(shù)得到迅猛發(fā)展。但是，人們發(fā)現(xiàn)，目前通用的馮·諾依曼式計(jì)算機(jī)處理的僅僅是單維的數(shù)字化信息，而人們往往擅長并習(xí)慣于通過人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺以及形體、手勢(shì)或口令這種多維的形式，滲入到信息處理的環(huán)境中去。于是，虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality簡(jiǎn)稱VR)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。1993年，Bun：lea等以三個(gè)“I”(Immersion-Interaction-Imaglnation)簡(jiǎn)潔述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征。與以往信息系統(tǒng)不同，Immemion(沉浸)用戶可以沉浸于計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中，他所看到的、聽到的、嗅到的、觸摸到的，完全與真實(shí)環(huán)境中感受到的一樣；Interaction(交互)是指用戶進(jìn)入虛擬環(huán)境后，還可以進(jìn)行必要的交互，虛擬環(huán)境中做出的響應(yīng)，亦與真實(shí)的一樣，如拿起虛擬環(huán)境中的一個(gè)杯子，你可以感受到杯子的重量，松開它，它會(huì)掉到地上，甚至?xí)に?；Imagination(構(gòu)想)是指通過用戶沉浸在“真實(shí)的”虛擬環(huán)境中，與虛擬環(huán)境進(jìn)行了各種交互作用，從而可以深化概念，萌發(fā)新意，產(chǎn)生認(rèn)識(shí)上的飛躍。因此，與過去只能在計(jì)算機(jī)旁等待計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果、只能用鍵盤和鼠標(biāo)與計(jì)算機(jī)發(fā)生交互作用、只能從一些數(shù)值結(jié)果得到某些啟發(fā)相比，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了一個(gè)十分理想的逼真的人機(jī)情景。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所創(chuàng)造的教學(xué)情景與以往不同。我們通過它，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可觀看不存在的事物。英國紐卡斯?fàn)柦紖^(qū)的學(xué)生們?cè)O(shè)計(jì)了幾座虛擬城市。在這些虛擬城市中，學(xué)生們仿佛走在了英國和德國的街道上，數(shù)著虛擬的法郎，在市場(chǎng)上購物。學(xué)生們也成功地“建造”了一個(gè)用于健康和安全教育的虛擬工廠。教育者們JE開始發(fā)掘虛擬現(xiàn)實(shí)的潛力。

網(wǎng)絡(luò)上的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)習(xí)提供了嶄新的手段和場(chǎng)景。1995年，網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)轟動(dòng)世界的“虛擬青蛙解剖實(shí)驗(yàn)”。學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)上互相交流，并在屏幕上親自動(dòng)手進(jìn)行解剖。之后，網(wǎng)絡(luò)上又有了“虛擬考古”。學(xué)習(xí)者可以“親臨”某個(gè)原始古墓，進(jìn)行“現(xiàn)場(chǎng)”考古，體驗(yàn)原始人的生活方式。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的虛擬現(xiàn)實(shí)突破了傳統(tǒng)教科書的限制，使學(xué)習(xí)者在具體情境中通過主動(dòng)的探索獲得知識(shí)，提高了學(xué)習(xí)效率，擴(kuò)展了學(xué)習(xí)者的視野，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。特別是對(duì)一些危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)，或者代價(jià)巨大的實(shí)驗(yàn)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，我們既得到了真實(shí)的感受與結(jié)果，又比較安全，花費(fèi)較少的代價(jià)。

建立現(xiàn)代文明需要提高全人類的素質(zhì)，因此需要有先進(jìn)的教育培訓(xùn)手段。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，我們就可以做成適合各種教學(xué)目的的虛擬教學(xué)環(huán)境，可以讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)“深入”到實(shí)際中，有目的的接觸許多感性材料，從這些感性材料中自然而然發(fā)現(xiàn)問題，讓學(xué)生根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)學(xué)過的知識(shí)，或從類似的事物中進(jìn)行廣泛的聯(lián)想，并形成解決這個(gè)問題的初步構(gòu)思。通過逐步完善，上升到理論，然后用這種理論，分析、解決實(shí)際問題，進(jìn)一步在實(shí)踐中證實(shí)理論的正確性，最后使學(xué)生獲得真JF完整的知識(shí)。老師的作用只在必要的地方給予引導(dǎo)和啟發(fā)。

四、信息科學(xué)用于教育的意義

實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家特雷奇勒(Treicher)作過兩個(gè)著名的心理實(shí)驗(yàn)。其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：人類獲取的信息83％來自視覺，11％來自聽覺，這兩個(gè)加起來就有94％。還有3.5％來自嗅覺，1.5％來自觸覺，1％來自味覺。多媒體技術(shù)既能看得見，又能聽得見，還能用手操作。這樣通過多種感官的刺激所獲取的信息量，比單一地聽老師講課強(qiáng)得多。這對(duì)于知識(shí)的獲取和保持，都是非常重要的。

另一個(gè)實(shí)驗(yàn)，是關(guān)于知識(shí)保持即記憶持久性的實(shí)驗(yàn)。人們一般能記住自己閱讀內(nèi)容的10％，自己聽到內(nèi)容的20％，自己看到內(nèi)容的30％，自己聽到和看到內(nèi)容的50％，在交流過程中自己所說內(nèi)容的70％。這就是說，如果既能聽到又能看到，再通過討論、交流用自己的語言表達(dá)出來，知識(shí)的保持將大大優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)的效果。

通過這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們可以看到，信息科學(xué)技術(shù)與教育的結(jié)合是有效和必然的。

五、信息科學(xué)教育技術(shù)的一些思考

1 學(xué)習(xí)和生活將成為密不可分的整體，終身學(xué)習(xí)將是一種趨勢(shì)

隨著信息化社會(huì)的到來，知識(shí)更新的速度不斷加快。因此，越來越多的人離開學(xué)校后需要不斷地在工作和生活中學(xué)習(xí)各種知識(shí)和技能，一個(gè)人最重要的能力就是學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)的能力。可以說，在未來，學(xué)習(xí)和生活將成為密不可分的整體。這種終身學(xué)習(xí)的現(xiàn)象打破了以學(xué)校為依托的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)觀念，尤具重要的是，學(xué)習(xí)的主體從青少年，擴(kuò)展到學(xué)齡前兒童、成人和老年，學(xué)習(xí)將成為一個(gè)終身的活動(dòng)。這種終身學(xué)習(xí)的觀念對(duì)傳統(tǒng)的教育觀念和教學(xué)模式提出了挑戰(zhàn)，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教育結(jié)構(gòu)乃至整個(gè)教育體制將產(chǎn)生巨大的變革。這種變革是與近十年來出現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)緊密聯(lián)系在一起的。

2 對(duì)教師提出更高的要求

由于信息科學(xué)的發(fā)展，教師部分的勞動(dòng)由計(jì)算機(jī)代替了，但是機(jī)器并不能完全取代教師，正如蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，使得機(jī)器代替了部分手工勞動(dòng)，對(duì)工人的需要從體力勞動(dòng)者變?yōu)榱四X力勞動(dòng)者。信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)老師的要求提高了，不但需要教師懂得和熟練使用許多現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，而且要懂得多種教育技術(shù)的應(yīng)用方法，比如：如何創(chuàng)造情景教學(xué)環(huán)境，如何和異地學(xué)者進(jìn)行協(xié)同的交流探討等。

3 教育對(duì)信息科學(xué)提出了更高的要求

信息科學(xué)發(fā)現(xiàn)到今天，取得了輝煌的成果，但教育在使用現(xiàn)代信息技術(shù)時(shí)，仍有許多力不從心的地方。如：計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同學(xué)習(xí)。這是由計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作(computer-Supported Collaborative Work，CSCW)與合作學(xué)習(xí)的理論與教育方法結(jié)合而成的一種新學(xué)習(xí)方法研究。在計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作與環(huán)境中，教師提出一個(gè)明確的任務(wù)，學(xué)生以小組的形式組織，分工合作，有的用計(jì)算機(jī)查資料，有的進(jìn)行一部分計(jì)算與信息處理并形成文檔，各小組共同完成該任務(wù)。教師觀測(cè)學(xué)習(xí)的進(jìn)行過程，并組織小組的交流，相互幫助與競(jìng)爭(zhēng)，保證教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

這種學(xué)習(xí)方法不僅使學(xué)生像專業(yè)人員從事工作那樣利用計(jì)算機(jī)環(huán)境解決問題、學(xué)習(xí)有關(guān)知識(shí)并培養(yǎng)他們解決問題的能力。以小組形式組織進(jìn)行，既有合作與相互幫助的一面，又有競(jìng)爭(zhēng)與達(dá)到目標(biāo)的一方面。目前CSCW中的有許多問題需要進(jìn)一步進(jìn)行解決，如感知問題、協(xié)作問題等。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也有許多問題急待解決，如上文提到的實(shí)物虛化和虛物實(shí)化技術(shù)，有待進(jìn)一步完善。